在液壓成形製程中，選擇適當的管件材料是相當重要的，而管件 的製造方式也影響管件的機械性質甚巨。管件在原始板材彎曲成圓管 狀，然後再焊接成圓管時，其機械性質與原板材已不一樣，除了焊道 之機械性質與原板材不同外，彎曲變形後的管件其加工硬化之程度亦 是改變原板材機械性質之主因。原板材之機械性質可從拉伸試驗得 到，而圓管之拉伸試驗則不若板材那般容易，主要的差異在於圓管之 拉伸試片不易製作，因此若能由實驗歸納出管件幾何尺寸與製管過程 產生之加工硬化之間的相對關係，將來便可依管件的幾何尺寸由板件 材料性質預測管件的材料性質。另一方面，完整之液壓成形 CAE 模擬 是由彎管開始，在輸入材料性質時必須輸入管件材料性質而不是板 材，如此一來才能提高模擬的準確性，因此必須建立一個可快速得知 管材機械性質之實驗流程。
本章節之內容已於先前報告中詳細說明，故於此僅列出重要之結 果與討論。
2.1 管材機械性質測試方法建立流程
管件材料之選擇對液壓成形的結果有很大的影響，因此，要如 何正確的得知管件材料性質是相當重要的。又管件材料的機械性質較 不易取得，而板材的機械性質較容易取得且實驗也較為簡單，若能探 討板材在製管過程中受到多少的加工硬化，便能夠由板材的材料性質 直接推測管材之機械性質。本計畫先藉由 CAE 模擬探討製管過程後，
板材與管材在材料性質上之差異，再實際進行相關實驗和模擬結果做 一比對。而管材機械性質包括軸向及圓周方向之材料性質，如圖 2.1 所示，但圓周方向的材料性質測試較為不易，又 Chaudhri 等由塑性 力學的觀點堆導出硬度與流應力有 3：1 的關係，因此本計畫先利用 微硬度試驗來探討管材在軸向及圓周方向材料性質之差異性，再進行 管材圓周方向拉伸試驗並探討其結果，最後建立一套管件材料性質測 試規範及流程，管材機械性質測試方法建立流程如圖 2.2。
圖 2.1 管材軸向與圓周方向示意圖 軸向 圓周方向
圖 2.2 管材測試方法建立流程
2.2 結果與討論
本章節一開始藉由簡易製管模擬模型來探討不同管件尺寸與製 管過程中所造成平均等效應變之關係，且由模擬結果得知製管過程所 造成之平均等效應變只與管件的幾何形狀有關，而與材料性質無關。
在實驗方面，本計畫針對不同尺寸的鋼管(4 組熱軋鋼管、1 組冷 軋鋼管、3 組不鏽鋼管)進行拉伸試驗比較板材與管材材料性質之差 異，由實驗結果得知，模擬結果所歸納出來公式為製管過程中所造成 的最小偏移值，即殘留應變。最後本計畫利用模擬結果再加上校正係 數，針對熱軋鋼管及不鏽鋼管建立了兩個公式，將來可藉由此公式快 速由板材預測管件的材料性質，雖可能會有 20﹪以內的誤差，但其 結果一定比板材更接近管件的材料性質。至於液壓成形 CAE 模擬所需 輸入管件的材料性質，最好是由實際的拉伸試驗求得，且進行實驗時 應避免焊道附近以及離焊道 180 度的材料，因這兩個地方皆是製管過 程中產生較大加工硬化的地方。
由微硬度試驗結果發現管材軸向與圓周方向的材料性質差異並 不大，且管件的硬度值較板件要大，這和拉伸試驗所得到的結果有相 同的趨勢，因此，若要藉由微硬度試驗來探討管件材料在軸向及圓周 方向的材料性質是否均勻是相當具有代表性的。
管材圓周方向試驗的部份，在製作試片的過程中，可能會產生
Bauschinger Effect，因此實驗結果會和實際圓周方向的材料性質有 所差異。建議可藉由微硬度試驗來探討管材在軸向與圓周方向是否均 勻，若硬度值差異不大，在進行 CAE 模擬時可假設管件為等向性材 料。若硬度值差異較大時，可藉由 Ring Hoop Tension Test 以得到 管材圓周方向的應力應變曲線。
2.3 管件材料性質測試方法之建立
由於管件材料的選擇對液壓成形的結果有很大的影響，因此要如 何正確的測試出管件材料性質便相當重要，而另一方面，在進行 CAE 模擬液壓成形製程時，亦必須輸入正確的管件材料性質而不是板材之 材料性質。根據以上進行的各項實驗，本計畫建立了一套管材機械性 質測試流程，包括軸向及圓周方向的材料性質。在選擇管件材料之 前，必須先對產品進行截面方析，以確定所需的管件尺寸及材料伸長 率。材料試驗流程如下:
1. 對產品進行截面分析。
2. 由截面分析結果選擇適當尺寸及成形性較佳的管材(降伏應力 低、n 值大)。
3. 進行管材軸向拉伸試驗(以焊道為中心，分別測試 0 度、90 度、180 度、270 度)，試片尺寸依照 ASTM E8 標準規範或等比例縮小。
4. 進行微硬度試驗探討管材軸向及圓周方向材料性質是否均勻(以 焊道為中心，以 45 度或 90 度為間格打一圈)。由之前的實驗結果 可以發現一般尺寸的管件(外徑＞30mm，且 WF 介於 16-43 之間)在 軸向及圓周方向的材料性質差異性不大。
5. 若軸向及圓周方向微硬度值差異不大，則在進行 CAE 模擬時可以 假設材料為等向性材料。輸入的材料性質則為管材軸向拉伸試驗 所得到的結果。若微硬度有差異時，則必須進一步進行圓周方向 試驗(RHTT)以得到正確的材料性質。
6. 若管材在軸向拉伸試驗之伸長率小於液壓成形製程管件的膨脹 率，則必須選擇其他成形性較佳的材料。