阻料條設計流程

若以阻料條作為後拉伸改善回彈之手段，阻料條必需在沖壓後期 才開始作用，最簡單之設計為將阻料條固定於下(上)模座，在壓料板 開一個長孔，使在沖壓後期，阻料條通過長孔，並作用於板材，達到 後拉伸效果，配合實驗機台設定，於模擬中之沖壓方式如圖 5.12 所 示。本研究將以此方式探討阻料條對於回彈之改善。

由於姚順偉[29] 比較變壓料力與阻料條兩者消除側壁捲曲之方 法，其中得出結論為變壓料力方法較好控制後拉伸的行為，較適合進 行模擬研究，然而實驗機台需要搭配可控制壓料力之沖壓機台，其成 本相當高。因此本論文後續進行實驗驗證的部分將採用較簡單之阻料 條設計之模具，在此節將參考姚順偉[29]阻料條之回彈改善分析，透 過阻料條設計流程建立適合鋁合金板材A6061-T6 之阻料條參數，並 且進行實驗驗證之。

5.1.3.1 阻料條設計之建立

首先進行收斂性分析，材料強度使用 A6061-T6，降伏準則為 Barlat91，加工硬化準則為 Y-U 模型，以 U 形帽狀基礎載具測試。首 先需決定阻料條造型，阻料條造型分類如圖5.13，在此選用研究最常 見且造型最單純之半圓形阻料條(Semi-Circular Drawbead)。另半圓形 阻料條造型參數使用R1=3(mm)、R2=3(mm)，如圖 5.14 ，其收斂性 結果如表 5.2

圖5. 13 阻料條造型分類[41]

圖5. 14 半圓形阻料條幾何參數

表5. 2 阻料條分析模型模擬參數收歛性結果

模擬參數 收斂性測試結果

板材最大自適應網格細化度(級) 4

板材初始網格大小(mm) 4

模面網格大小(mm) 15

模面圓角網格尺寸(度/個) 7.5

厚度方向積分點數目(個) 7

沖壓速度(m/s) 5

由於上節針對鋁合金A6061-T6 變壓料曲線分析，對照姚順偉[29]

中的鋼材 1180 變壓料曲線設計，如圖 5.15，其中黑色斜線範圍為適 合鋼材 1180 的變壓料曲線設計，然而紅色斜線範圍則為鋁合金 A6061-T6 的變壓料曲線設計。以此可看出鋁合金 A6061-T6 針對壓料 力作用歷程以及強壓料力範圍遠比鋼材 1180 來得小，即容易產生破 裂或無法改善回彈現象。

圖 5. 15 鋼材 1180 與 A6061-T6 適合之變壓料曲線設計比較

先探討單阻料條設計對鋁合金A6061-T6 的回彈改善影響，引用 姚順偉[29]的單ㄧ阻料條設計流程，如附圖 5.16 。藉由上節之壓料力 曲線設計可以推得單位長度阻料條所需之阻料力(restraining force per drawbead length unit，𝐹_𝑟)，然而其中𝐶_𝐹𝑟 為阻料力轉換係數，需由更 多模擬結果進行此參數之修正，目前先採用先前提供的經驗值 0.77。

由圖 5.16 單ㄧ阻料條設計計算出欲改善回彈所需單位長度阻料力為 0.51 (kN/mm)。

圖5. 16 單ㄧ阻料條設計流程[29]

先以R1=2(mm)、R2=3(mm)、D=2(mm)之阻料條進行斷面受力分 析以求得此造型之阻料力。其中斷面受力分析模型為圖 5.17 所示，

透過板材邊界給定速度，同時阻料條開始作用，使得板材拉力上升，

偵測當阻料條達到最後作用為置時，板材受力量值為此造型之阻料力。

以上述R1=2(mm)、R2=3(mm)、D=2(mm)的阻料條造型而言，其阻料 力為 3.25(kN/mm)比上述求得所需單位長度阻料力(𝐹_𝑟)大，推照應可 順利改善鋁合金板材回彈現象。因此將此阻料條設計造型代入模型中 進行模擬，然而其側壁捲曲半徑約 261mm，離目標至少將捲曲半徑

改善到 1000(mm)以上還差甚遠，因此依照單ㄧ阻料條設計流程步驟 繼續調整D 值，將 D 值增加為 D=3(mm)，其模擬結果發現使用此阻 料條會造成板材破裂，如附圖 5.18。

繼續依照單阻料條設計方法，提升 R1 為 3(mm)，並調整 D 值，

發現 D 值在 4 (mm)以上，成形後仍會在阻料條處破裂，再將 D 值降 低到3(mm)後就不會破裂，但側壁捲曲半徑仍為 370(mm)，如圖 5.19。

然後再依照單阻料條設計方法提升 R1 為 4(mm)時，其阻料力將無法 達到𝐹_𝑟，確實無法達到抑制回彈效果。

由此可知對於回彈更大的成形如鋁合金板件成形，以單一阻料條難以 完全消除側壁捲曲。因此將使用雙阻料條之設計以取代前述之單阻料 條設計，因姚順偉[29]已討論到雙阻料條設計其各自阻料條的阻料力 將比單阻料條來的小，因此較不會使板材發生破裂，將在下節進行討 論並延用其設計方式。

圖 5. 17 板材斷面受力分析模型[29]

圖5. 18 R1=2mm，R2=3mm，D=3mm，板材破裂處

圖5. 19 R1=3mm，R2=3mm，D=3mm，板材尚未破裂，但回彈 改善不佳

5.3.1.2 雙阻料條設計

本節探討雙阻料條設計對應鋁合金成形回彈改善設計，而使用兩 個阻料條會多一個參數，為兩個阻料條間的距離 a 值，如圖 5.20 。

對回彈影響甚小 如圖 5.21 。然而以減薄率而言，a 值越大，減薄率 越大，將導致板材容易破裂，如圖 5.22 。因此後續皆以最小 a 值進 行研究。

圖 5. 20 雙阻料條距離示意圖

圖5. 21 不同阻料條距離之板材回彈斷面比較[29]

圖5. 22 不同阻料條距離之最大減薄率比較[29]

接著為了單ㄧ阻料條設計流程之設計方法能套用在雙阻料條上， 相同，雙阻料條之單一阻料條之阻料力(restraining force per drawbead length unit of double drawbead，𝐹_𝑑𝑟)為𝐹_𝑟/1.72，其餘的設計流程皆照舊，

5.1.3.3 沖頭 R15mm 之回彈改善結果

由於 4.3 節 U 型帽狀引伸實驗可得知，以沖頭圓角為 15(mm)所 造成之側壁捲曲較嚴重，因此針對此造型進行雙阻料條之設計。針對 沖頭 R 角=15(mm)進行阻料條造型設計，由變壓料力設計流程所得到 的𝐵𝐻𝐹_𝑀𝐿約為 95(kN)，經由計算後得𝐹_𝑑𝑟約為 0.31(kN/mm)，先設計 阻料條造型為R1=3(mm)、R2=3(mm)、D=2(mm)，其側壁捲曲半徑為 460(mm)，因此增加 D 值至板材破裂前，最終雙阻料條設計為 R1=3(mm)、R2=3(mm)、D=3(mm)，板件在此造型成形下回彈結果如 圖 5.24 所示。於圖 5.24 可得知，此雙阻料條造型其達成抑制回彈的 效果已經接近於變壓料力設計之效果，其側壁捲曲半徑大於1000mm，

明顯地與無阻料條造型之成品(側壁捲曲半徑 171mm)有區別。因此根 據雙阻料條設計流程確實能夠得到適合鋁合金A6061-T6 之雙阻料條 造型，已改善其成形的嚴重側壁捲曲現象。

圖5. 24 雙阻料條與變壓料力之回彈斷面比較(沖頭 R 角=15mm)

5.1.3.4 母模 R9mm 之回彈改善結果

由於 4.3 節 U 型帽狀引伸實驗可得知，以母模圓角為 9(mm)所造成 之側壁捲曲較嚴重，因此針對此造型進行雙阻料條之設計。針對母模 圓角=9(mm)進行阻料條造型設計，由變壓料力設計流程所得到的 𝐵𝐻𝐹_𝑀𝐿約為 95(kN)，經由計算後得𝐹_𝑑𝑟約為0.31 (kN/mm)，先設計阻 料條造型為 R1=3(mm)、R2=3(mm)、D=2(mm)，其側壁捲曲半徑為 415(mm)，因此增加 D 值至板材破裂前，最終雙阻料條設計為 R1=3(mm)、R2=3(mm)、D=3(mm)，板件在此造型成形下回彈結果如 圖 5.25 所示。於圖 5.25 可得知，此雙阻料條造型其達成抑制回彈的 效果已經接近於變壓料力設計之效果，其側壁捲曲半徑大於1000mm，

明顯地與無阻料條造型之成品(側壁捲曲半徑 164mm)有區別。因此根 據雙阻料條設計流程確實能夠得到適合鋁合金A6061-T6 之雙阻料條 造型，已改善其成形的嚴重側壁捲曲現象。

圖5. 25 雙阻料條與變壓料力之回彈斷面比較(母頭 R 角=9mm)