雙軸夾治具機構之摩擦力探討與試驗

由於本研究之雙軸試片拉伸並非由雙軸雙動之專用機台進行拉伸，而是透過 雙軸夾治具機構進行拉伸，在夾治具機構作動方面因為拉伸桿驅動滑塊進行雙軸 試片拉伸，拉伸桿與滑塊及滑塊與滑道內因接觸而有摩擦力，而此摩擦力將影響 力量讀取之正確性，摩擦接觸之地方如圖 5. 8 所示。

圖 5. 8 夾治具機構之主要摩擦區域

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在量測摩擦力之數據之前，本研究於模擬中先進行雙軸夾治具機構之摩擦力 CAE 分析，在模擬中給定不同之摩擦係數，在由結果整理出摩擦力與拉伸過程 中之關係，並規劃出實驗之摩擦力量測方式，在由實驗估算出雙軸夾治具機構摩 擦係數，以利完成雙軸向拉伸之應力-應變曲線

 雙軸夾治具機構之摩擦力分析

為瞭解雙軸夾治具機構中摩擦力與拉伸力量之關係，本研究透過模擬實際夾 治具機構拉伸時之狀況，在各部件接觸面積上給予不同之摩擦係數(0、0.12 及 0.2)，

從中比較不同摩擦係數與拉伸力量之關係，而模擬中之邊界條件與實際拉伸試驗 中相同，拉伸桿給定位移量 3 mm 帶動兩個滑塊位移 2.12 mm 之位移，進行雙軸 試片之拉伸，另外在模擬中另一端之兩滑塊則受限於拉伸桿固定不動而無位移量，

如圖 5. 9 所示，試片材料為 1180Y 先進高強度鋼。

圖 5. 9 軸試片架設於夾治具之模擬分析情形與邊界條件

本研究於摩擦力模擬中同時進行雙軸夾治具機構拉伸雙軸試片與單軸試片，

觀察夾治具機構在拉伸不同種類之試片時之摩擦力是否一致，而單軸及雙軸試片 之 CAD 設計則如圖 5. 10 所示。

圖 5. 10 雙軸試片與單軸試片

在模擬中進行雙軸試片與單軸試片架設於夾治具機構上進行拉伸，而模擬中 分別給定夾治具機構不同之摩擦係數(0、0.12 及 0.2)進行模擬分析，而雙軸試片 與單軸試片架設於夾治具機構之方式則如圖 5. 11 所示。另外，在圖 5. 11 中兩 片單軸試片架設於夾治具機構上時需使用墊片保持兩片單軸試片不會有所干涉。

圖 5. 11 雙軸夾治具機構架設雙軸及單軸試片示意圖

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摩擦係數時，拉伸桿所受之力量不同。而不論何種試片在給定不同摩擦係數時，

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 雙軸夾治具機構摩擦力實驗

本研究將針對先進高強度鋼(590Y、780Y、980Y 及 1180Y)進行夾治具機構 之摩擦力實驗。採用上述規劃之方式，先將單軸試片中央量測區域黏貼 5% 之應 變規，並夾持於 MTS 810 機台上進行單軸拉伸實驗，如圖 5. 13 所示，即可取得 單軸拉伸(無摩擦力)時之力量-應變曲線。

圖 5. 13 雙軸夾治具摩擦力試驗(單軸試片拉伸)

接著，再將兩片單軸試片架設於雙軸夾治具機構上，而在架設兩片單軸試片 時中間量測區域會產生重疊之情況，因此透過將其中一片單軸試片利用額外之墊 圈架高，使兩片單軸試片在拉伸時候不會產生干涉之問題，安裝完畢後如圖 5.

14 所示。之後將夾治具機構架設於 MTS 810 機台上進行拉伸，如圖 5. 15 所示。

同樣擷取機台拉伸時之力量與應變規數據，再將此力量轉換為滑塊拉伸試片之力 量後，即可取得雙軸夾治具機構拉伸單軸試片之力量-應變曲線。最後，利用含摩 擦力之數據(夾治具拉伸單軸試片)扣除無摩擦之數據(MTS 810 拉伸單軸試片)，

即可取得夾治具機構之整體摩擦力，透過摩擦力估算夾治具機構整體之摩擦係數，

以利後續雙軸應力之計算。

圖 5. 14 兩片單軸試片架設於夾治具機構組合示意圖

圖 5. 15 雙軸夾治具機構拉伸兩片單軸試片之摩擦試驗

根據上述之摩擦實驗方式，進行先進高強度鋼(590Y、780Y、980Y 及 1180Y) 之摩擦力實驗，取得各等級鋼板之拉伸力量-應變曲線，在計算其摩擦力曲線，如 圖 5. 16-圖 5. 19 所示。圖中最上方之曲線為夾治具拉伸單軸試片之力量-應變曲 線，而中間為 MTS 810 機台拉伸單軸試片之力量-應變曲線，利用上述兩條之力

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量-應變曲線便可得出最下面之摩擦力曲線。另外，本研究選用計算摩擦力之應 變範圍皆位於試片降伏後之塑性區域，此區域之摩擦曲線接近直線，可視為摩擦 力呈線性之增加方式。因此，將各應變下之摩擦力除上 MTS 810 機台拉伸單軸 試片之力量，即可取得力量增加之比例，用以代表夾治具機構之摩擦係數。依照 上述之摩擦係數估算方式，將各種等級之鋼板實驗數據進行處理，分別計算夾治 具機構之摩擦係數。如表 5. 3 所示，舊版夾治具機構拉伸不同鋼料時摩擦係數 為 0.3 至 0.38，摩擦係數大，在拉伸過程中較不穩定；而在新板夾治具機構中拉 伸各種鋼料時之摩擦係數為 0.11 至 0.12，摩擦係數小，拉伸過程較為穩定，而不 同鋼板拉伸過程中夾治具機構的摩擦係數與應變之關係則如圖 5. 20 所示。

圖 5. 16 雙軸夾治具摩擦力曲線(材料：590 級先進高強度鋼)

圖 5. 17 雙軸夾治具摩擦力曲線(材料：780 級先進高強度鋼)

圖 5. 18 雙軸夾治具摩擦力曲線(材料：980 級先進高強度鋼)

圖 5. 19 雙軸夾治具摩擦力曲線(材料：1180 級先進高強度鋼)

表 5. 3 新舊夾治具機構拉伸各等級鋼料之摩擦係數估算 舊版夾治具摩擦係數 新版夾治具摩擦係數

590 0.30 0.11

780 0.31 0.12

980 0.38 0.11

1180 0.12

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圖 5. 20 不同鋼種拉伸過程中摩擦係數之變化