流體成形

因應某些產品的需求，為了降低成本、增加強度及減少製程，所發展出 的一種方式，流體成形適合大量生產，提高產出效率。在流體成形過程中，

進一步將材料加熱，更可突破金屬本身的成形延展限制。

1951年，Cincinate公司發表了液壓成形技術[31]後，許多研究者即針對 液壓成形展開一連串的相關研究。在過去的文獻中，學者大多探討巨觀的管 材成形，以液體來當填充物。1997年，學者Kleine[32]則將板金材料以氣壓 成形，雖然還無法一次完成，但已達到初步的成形目的。2003年，Kleiner 等[33]又利用氮氣加壓使鎂合金變形，效果也優於傳統的方式，但因其壓力 (約1MPa) 皆小於一般液壓(大於10MPa)，還是無法一次成形。2005年，Hans Kurt Tönshoff等人[34]因液壓成形需要的製程壓力及模具閉鎖較大，成本較 高，於是在鎂合金及鋁合金上使用了雷射加熱液壓成形，降低降伏強度，使 小尺寸的元件，可在低壓(2MPa)下成形。

在流體成形的一般定義中，將氣體與液體統稱為流體。以下描述液壓及 氣壓成形的幾種方式：液壓成形(hydroforming)、超塑性成形(superplastic forming)及熱金屬氣體成形(hot metal gas forming)。

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(1) 液壓成形(Hydroforming)

管材成形(tube forming)，廣義包括成形後的切斷、接合、深拉延、罐擠 壓加工等後續加工。加工分類為：彎曲加工、膨出加工、縮口加工、擴口加 工、卷邊及反轉加工、異形加工、變肉厚加工、切斷、輪廓、開孔加工、接 合及其他成形法等[29]。

管材膨出加工法之內部填充物通常使用油、添加防銹劑的水、橡膠、空 氣、粉末、砂等壓力媒體。管件液壓成形(Tube Hydroforming，簡稱THF) [30]

的方法是將管材置入成形模具中，液體充入管材內部，利用壓力以及兩側之 推力推動材料，使管件鼓脹成形，圖2-17。

圖2-17 液壓成形示意圖[30]

THF 的基本成形步驟有六個，如圖 2-18：一、合模：將管材放入成形模 中，準備成形。二、封口：將開口端全部封閉，以防壓力溢出。三、快速注 入液體：將液體填入管材內部，內部充滿液體。四、停止：停止加入液體。

五、加軸向力並注入液體：加壓力，使管壁鼓脹變形。六、脫模：打開模具，

取出成品。

圖2-18 液壓成形製程流程圖[30]

(2)超塑性成形(superplastic forming)

超塑性成形是將金屬板材放入模具後，加熱至再結晶溫度以上，施加壓 力氣體使其變形。因為不產生殘餘應力，所以可以製作大而薄的產品，一般 多用於汽車與航太產業。本方法所使用的材料本身必須有微小的晶粒組織，

在製造過程中才能保持穩定性，成形過程如圖 2-19。

圖2-19 超塑性成形示意圖[35]

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(3)熱金屬氣體成形(hot metal gas forming)

熱金屬氣體成形採用管材為成形材料，可以視為超塑性成形的改良。此 方式為了增加成形性並減少金屬本身的成形限制，而在材料上施加熱量，使 之趨近液相線溫度，以降低材料的降伏強度，減少成形壓力。2007年，L.

Vadillo等人[36]利用此方法將不銹鋼管膨脹至55%。2012年，HE Zhu-bin等人 [37][38]研究指出，抗拉強度會隨著溫度的升高或應變速率的減少而降低，