管件凹陷量之三維驗證

由第三章的二維模擬結果可以得知當管件長度在局部區域超過 模具長度 15﹪以上，管件成形後可能產生無法脹出之凹陷。接下來 本計畫將探討此結論在三維模型之下是否依然成立。

由上述的模擬結果得知不同的彎管半徑以及預成形設計會影響 管件成形後凹陷的產生與否，本計畫將探討此凹陷處管件長度與模具 長度之關係。

模具設計對凹陷量之影響

圖 4.29 為預成形方式 1 (無小推塊設計)之管件成形過程，由之 前的模擬結果得知成形後管件會有無法脹出之縐褶，因此本計畫在凹 陷處取一切面進行探討，由圖中可發現在模具上方局部區域內管件長 度超過模具長度 15.2﹪，因此成形後管件會有無法脹出之凹陷產生，

這和二維模型所得到的結論是相同的。

圖 4.29 預成形方式 1 之管件成形過程

合模後管件外形 管件長度超過模 成形後管件外形

具長度 15.2﹪

產生縐褶

圖 4.30 及 4.31 分別為預成形方式 2 及 3(小推塊設計在上模以及 側模)的管件成形結果，其中預成形方式 2 的管件在模具合模之後，

局部區域管件長度只超過模具長度 3.2﹪，因此最終並無缺陷的產生。

而預成形方式 3 的管件長度雖只超過模具長度 10﹪，但成形後還是 會有無法脹出之缺陷(之前的二維模擬結果為超過 15﹪才會產生凹 陷)，接下來本計畫將探討造成此種差異之原因。

圖 4.30 預成形方式 2 之管件成形過程

圖 4.31 預成形方式 3 之管件成形過程

管件長度 35.2mm 模具長度 34.1mm

無縐褶

合模後管件外形 管件長度超過模 成形後管件外形

具長度 3.2﹪

合模後管件外形 管件長度超過模 成形後管件外形

具長度 10﹪

管件長度 58.4mm 模具長度 53.1mm

產生縐褶

彎管角度對凹陷量之影響

圖 4.32 為彎管角度 30 度的成形過程，由圖中可知當液壓成形模 具合模後，管件長度在局部區域只超過 9.4﹪，因此成形後管件並無 縐褶產生。當彎管角度為 40 度時，如圖 4.33，管件長度在局部區域 超過模具長度 12.7﹪，此結果亦小於第三章所得到的 15﹪，但成形 後管件卻有凹陷現象的產生。

圖 4.32 彎管角度 30 度之成形過程

圖 4.33 彎管角度 40 度之成形過程

合模後管件外形 管件長度超過模 成形後管件外形

具長度 9.4﹪

管件長度 60.5mm 模具長度 55.3mm

無縐褶

管件長度超過模 具長度 12.7﹪

合模後管件外形 成形後管件外形

管件長度 71.8mm 模具長度 63.7mm

縐褶

二維與三維模型之比較

比較二維及三維容許凹陷量的模擬結果，我們發現在三維的模型 中，當管件在局部區域超過模具長度 10﹪時，成形後管件便會有凹 陷現象的產生。而二維的模擬結果卻是管件長度超過模具長度 15﹪

時才會有凹陷的產生。比較此兩模型之差異，在第三章中的二維模型 中，成形後管件的膨脹率為 4.2﹪，但在三維的模型中，管件中央部 位以及彎管處，管件成形後的膨脹率分別為 0.5﹪與 1.3﹪，此二處 的膨脹率皆小於二維模型的 4.2﹪。而在管件膨脹率較小的截面，管 件的流動性較差，因此較容易產生凹陷的現象。

由以上的討論可以得知，在管件膨脹率小於 2﹪以下的截面，若 管件長度在局部區域超過模具長度 10﹪，成形後可能會有凹陷的產 生。至於在膨脹率較大的截面，由於管材的流動性較佳，因此管件長 度須超過模具長度 15﹪才會有縐褶的產生。整體來說，二維及三維 模型所得到管件容許凹陷量的趨勢是一致的。

4.6 結果與討論

由以上的模擬結果可以得知，液壓成形後管件會產生凹陷的原 因最主要是還是管材在局部區域產生太大的凹陷量，這和第三章模擬 所得到的結果是一致的，因此在進行模具設計時，除了考慮成本的因 素外，亦必須考慮預成形後管件的凹陷量。本計畫所探討之預成形方 式 1 成形後的管件雖然並沒有大凹陷量的產生，但其液壓成形後的結 果卻產生最大的凹陷，這是因為雖然在預成形方式 1 的設計上省略了 管件的小凸塊造型，而是在液壓成形模具合模時再將此處的管材擠 壓，此時反而產生了最大的凹陷量以及不利材料流動之管件外形。因 此，液壓成形後管件是否會產生無法脹出之凹陷最主要是取決於液壓 成形模具合模後管件在局部區域是否會產生太大的凹陷量，但若在預 成形製程時管件便已產生太大的凹陷量，在液壓成形時管材將無法均 勻分佈在各區域而會有凹陷現象的產生。

影響管件凹陷量的參數除了預成形模具設計方式外，管件的彎 管半徑亦會改變預成形後管件的凹陷量，因此彎管製程時所決定的彎 管角度可小於成品分析所得到的結果，最後再藉由合模的方式將管件 成形至所需的曲率，管件才會產生較小的凹陷量。

第 5 章 有限元素模擬之驗證

true strain

true stress(MPa)

焊道

(a)生產管件之真實應力應變曲 (b)實驗之管材