圖4-2 馬鞍成形製程模擬時沖頭之網格分割
圖4-3 馬鞍成形製程模擬時下模之網格分割
圖4-4 馬鞍成形製程模擬時板材之網格分割
表4-1 模具與板材有限元素網格分割之相關數據 模具與板材 元素形狀 節點總數 元素總數
Punch 1271 2400
Die 三角形
1785 3400 Blank 1 (W=12) 793 720
Blank 2 (W=16) 1037 960 Blank 3 (W=24)
四邊形
1525 1440
0.0 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 18.0
Punch stroke (mm)
simulation experiment
0 300 600 900 1200 1500 1800
Punch load (N)
(a)
0.0 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 18.0
Punch stroke (mm)
W = 24.0 mm W = 16.0 mm W = 12.0 mm
0 300 600 900 1200 1500 1800
Punch load (N)
(b)
圖 4-5 馬鞍成形製程數值模擬與實驗之沖頭負荷與沖程關係之比較
W=12.0mm W=16 .0mm W=24.0mm
experiment 90.7 90.8 91.5
simulation 90.5 90.9 91.7
Bending angle of the bent part after unloading.
圖4-6 馬鞍成形製程除荷後彎曲角度之計算值與實驗值
圖4-7 馬鞍成形製程模擬時板材之變形履歷
(a) 沖頭沖程12.0 mm
(b) 沖頭沖程 17.9 mm
(c) 除荷後之最終外形
圖4-8 馬鞍成形製程模擬時不同沖程之應力分佈圖
圖4-9 馬鞍成形製程彎曲軸兩端之撓曲情形
(a) 沖頭沖程 12.0 mm
(b) 沖頭沖程 17.9 mm
(c) 除荷後之最終外形
圖 4-10 馬鞍成形製程模擬時之不同沖程主應變分佈圖
(a) 沖頭沖程 6.0 mm
(b) 沖頭沖程 12.0 mm
(c) 沖頭沖程 17.9 mm
圖4-11 馬鞍成形製程模擬時不同沖程之反作用力分佈圖
圖 4-12 馬鞍成形製程模擬時除荷後之厚度分佈圖
圖4-13 馬鞍成形製程不同沖程及不同板材寬度時的馬鞍外型
五、參考文獻
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六、誌 謝
本 研 究 承 蒙 國 家 高 速 網 路 與 計 算 中 心(National Center for High-performance Computing)提供工作站及帳號，以便執行數值計 算，特此致謝。並感謝中國鋼鐵股份有限公司所提供材料拉伸試驗之 數據，以利數值分析與實驗結果之比較。
七、計劃成果自評
本研究採用有限變形理論及ULF的觀念建立一增量型彈塑性大 變形三維有限元素法分析模式，並以退化殼元素推導剛性矩陣。同 時，考慮金屬在成形過程時，元素主軸具有旋轉的現象，因此以Cauchy 應力的Jaumann微分，做為材料構成方程式中的應力變化率。並在三 維模式下，模擬複雜邊界條件之板金V型彎曲馬鞍成形加工時沖頭負 荷與沖程關係、變形履歷、厚度分佈、應力與應變分佈關係。此有限 元素模擬程式，可以滿足模具設計者與加工分析人員之需求，以作為 製造生產時的缺陷預估、製程改良與模具設計之依據。而模擬V型彎 曲馬鞍成形加工，除了得到數值模擬結果與實驗數據相當一致之結果 外，並探討板材寬度對沖頭負荷與除荷後回彈彎曲角度之影響與作 用，以期求得精確的V型彎曲加工形狀，其結果可歸納成下列幾點：
1. 沖頭負荷與沖頭位移的關係，顯示計算值與實驗值分佈相當符 合，且板材寬度越大，則所須之沖頭負荷越大。
2. 若板材寬度越寬則 spring-back 的角度越大。
3. 板金 V 型彎曲馬鞍成形加工，在最後階段時，上層元素之應力最 小值並非發生於彎曲軸的中心點，而是大約發生於彎曲軸中心點 與端點之中間，而應力最大值則發生於接近彎曲軸兩端，這與簡 單彎曲分析板材彎曲成形所得應力分佈之情形不一樣。
4. 由厚度分佈圖，可看出板材厚度最薄處發生於彎曲軸之中央部 分，若發生破裂，其位置將從板材彎曲軸中央部分開始破裂。
5. 板材寬度越小則馬鞍外形越明顯，馬鞍高度越高。板材寬度越大 則馬鞍外形為波浪狀。
6. 模具外形係以 CAD 套裝軟體建構，因此本文所發展之三維有限 元素模式可推廣至任意模具外形，可應用於各種V 型彎曲加工製 程的模擬。
上述相關之分析結果可提供有關 V 型模具彎曲成形加工進一步的了 解。
本研究計畫在執行完成後，其具體成果與效益如下：
1. 成形製程解析結果建成資料庫，供業界於製程設計時之參考。
2. 提 供 有 限 元 素 法 程 式 給 業 界 進 行 製 程 模 擬 解 析 ， 提 升 業 界 CAD/CAE 之能力。
3. 學術研究上，只需加入各種製程之影響條件，即可從事其他成形 製程之模擬解析。
4. 參與計畫之工作人員，經由製程模擬解析，將可增進其撰寫程式 之經驗與解析評估之能力。