為了準確地預估母模摩擦值，本研究利用DEFORM 2D 進行了考慮沖頭摩擦的雙杯擠製模擬，模
擬結果如圖 5-20 所示 ，由模擬圖可得知影響杯高比值的主要原因為母模的摩擦值變化，而沖頭的摩
擦因子變化對於材料上下杯高比值造成了些許的影響，在沖頭摩擦小時材料較容易於沖頭與胚料界面 間流動，使得材料較容易往上杯方向流動，造成上下杯高比值增加。由於實驗所用沖頭為球狀沖頭，
比起一般平坦型沖頭造成較大的表面擴張，可能是造成此結果的原因，若改變形狀為帶有錐角之平坦 沖頭可以使得沖頭摩擦造成的差異略為改善(如圖 5-21 )，但整體而言沖頭摩擦值造成的影響遠比母模 之影響小，所以對於雙杯擠製而言，沖頭之前緣形狀與摩擦值大小對於摩擦校正曲線的建立影響不 大。
為了驗證沖頭摩擦值對於杯高比值之影響，本研究除了利用研磨沖頭進行實驗，也分別利用拋光、
放電沖頭進行微雙杯擠製，將實驗後胚料分別進行量測後與校正曲線進行比對(如圖 5-22 所示)，根據 此圖可看出，若沖頭表面較光滑，在擠製初期材料較容易朝上杯方向流動，導致杯高比增加；反之較 粗糙的表面使得材料較容易往下杯方向流動，使得杯高比降低，但隨著擠製行程增加，各沖頭、潤滑 條件之杯高比值皆趨近於一定值，另外可發現拋光及研磨沖頭之實驗結果相近，僅有放電沖頭之差異
較大，顯示進行微雙杯擠製實驗時，若上下沖頭表面過於粗糙將造成實驗差異。根據圖5-22 可發現
雖然不同形貌沖頭會造成實驗差異，但根據模擬與實驗的結果，可發現造成杯高比變化的主要原因為 母模界面的摩擦值，沖頭之摩擦值變化造成的差異較小，故雙杯擠製實驗較適合用於預測母模之摩擦 值。
(a) 改變沖頭摩擦 沖頭 m=0.7 沖頭
m=0.02
(b) 改變模仁摩擦 模具
m=0.02
模具 m=0.7 沖頭 m=0.02
圖5-21 沖頭外形對杯高比之影響 圖5-20 不同摩擦條件下之模擬結果
39
5.4.2 黃銅微前後向擠製
本研究利用黃銅微雙杯擠製預估成形時母模與胚料間之摩擦值，並將結果代入黃銅微前後向擠製 模擬以預估成形時沖頭與胚料間之接觸摩擦變化。由於在成形過程中胚料表面隨著擠製行程的增加，
與母模表面接觸並受到擠壓，導致成品表面粗糙度會接近母模表面粗糙度，為了驗證微雙杯擠製所預 估之模擦值可應用於微前後向擠製模擬，分別觀察成品表面特徵，成品觀察區域與顯微圖顯示於圖 5-23 與 5-24，並量測兩種擠製後成品表面粗糙度(表 5-4) ，由此表可以發現兩種擠製成品表面粗度相 似，顯示兩組母模擁有相似的表面特徵，故兩組實驗中母模與胚料間應該有相似的界面摩擦情形，微 雙杯擠製所預估出界面摩擦值可應用於微前後向擠製校正曲線之建立。
圖5-23 成品表面觀察區域圖
圖5-22 不同沖頭形貌對杯高比之影響
A
B C
表5-4 擠製後成品平均表面粗糙度
試片 原始胚料 雙杯擠製 前後向
擠製 表面粗度
(Ra,m) 0.165 0.236 0.214
原始胚料 試片 A B C
雙杯擠製
前後向擠製
圖5-24 擠製後成品表面顯微圖
以光學顯微鏡觀察實驗後之沖頭表面(圖 5-25)，可以發現成形後沖頭表面會產生刮痕以及黏料的 情形，尤其以拋光後之形貌產生刮痕的情況最明顯，其他三種形貌由於表面較粗糙使得刮痕較不明顯。
放電以及溝槽特徵的形貌產生明顯的黏料情形，顯示粗糙之隨機表面特徵容易附著材料，而研磨以及 拋光之形貌則較沒有黏料的情況發生，顯示光滑的表面使得材料流動較不受阻礙，摩擦的效應會降 低。
圖5-25 實驗後沖頭表面形貌
摩擦效應是影響擠製負荷的主要原因之一，圖5-26 為四種不同表面形貌沖頭，進行微前後向擠製
實驗之負荷位移圖，由此圖可以明顯看出利用不同表面形貌之沖頭進行擠製實驗時，所需之成形負荷 明顯不同。經拋光後之沖頭有最低的成形負荷，而經放電後沖頭成形負荷最高。由此結果可以預測出 界面摩擦最小的形貌應為拋光其次為研磨、溝槽加工，最高的為放電加工之形貌。
(a) 研磨沖頭 (b) 放電沖頭 (c) 拋光沖頭 (d) 溝槽沖頭
50m 50m 50m 50m
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圖5-26 不同沖頭之擠製負荷-位移圖
擠製時摩擦因子的變化會影響成品後擠杯高與前擠桿長之比值(Hc/Lr)，將實驗後成品分別利用微 放電加工機以及光學顯微鏡量取杯高及桿長，並與模擬結果之校正曲線比對，即可觀察出摩擦效應變 化以及所對應之摩擦因子值。，實驗與模擬比較結果顯示於圖5-26 與表 5-5，實驗成品圖顯示於圖 5-27。
由結果可得知以下結論:(a)當母模摩擦固定時，沖頭摩擦因子越小使得材料越容易朝後擠圓杯方向流動，
導致杯高桿長比增高，反之沖頭摩擦越大材料向後流動不易，導致杯高桿長比降低；(b)經過拋光後沖 頭擁有最低的摩擦值，其次為研磨、溝槽加工以及放電加工之表面形貌，此結果與實驗負荷-位移圖趨 勢一致；(c) 沖頭經研磨與放電加工後擁有相近的表面粗糙度，但研磨沖頭之摩擦值明顯比放電沖頭 低，可能原因為具微細凹痕之表面特徵在成形過程有助於儲存潤滑劑，且材料較不易附著於表面，能 改善摩擦現象；(d) 經微放電加工特殊形貌之沖頭，並無改善成形負荷或是摩擦情形，原因可能為加 工後之特徵尺寸過大已影響材料流動，未來可考慮改用其他加工技術得到更細緻的表面特徵。
圖 5-26 微前後向擠製校正曲線與實驗結果
表5-5 成品杯高桿長比與對應之摩擦因子值 擠製行程
(%) 研磨 放電 拋光 溝槽 60 1.282 1.031 1.437
80 1.348 1.232 1.479
100 1.358 1.203 1.497
對應之m
值 0.4 0.6 0.3
圖5-27 微前後向擠製實驗成品圖
本研究在進行實驗前先利用微雙杯擠製試驗預估母模摩擦因子值，再利用DEFORM 2D 進行前後 向擠製模擬建立摩擦校正曲線。為了驗證雙杯擠製試驗之結果與前後向擠製模擬之準確性，本研究將 實驗與模擬負荷進行比對，四組不同形貌沖頭所對應之模擬負荷曲線，是依據量測成品外型後所預估 之摩擦因子m 值之模擬結果，比對結果如圖 5-28 所示，觀察後可發現模擬與實驗之負荷曲線趨勢十 分相近，證明微雙杯擠製及微前後向擠製可以應用在預估材料流動及成形負荷大小。
沖頭類型 擠製行程 (mm)
研磨 放電 拋光 溝槽
0.6
0.8
1
43
六、結論
本研究探討晶粒尺寸、成形溫度與潤滑條件對微擠製材料流動之影響。經觀察微逆向擠製、微雙 杯擠製與微前後向擠製實驗之成形負荷、成品外形、成品內部硬度分佈與顯微結構等，獲得結論如下:
晶粒尺寸與溫度效應
1. 由純銅簡單壓縮成品外形得知，俱有較粗晶粒之 800 ºC 與 580 ºC 退火純銅材料，使得壓縮後
之表面呈現較不規則外形。但是，經過 ECAE 製程晶粒細化後的純銅壓縮外形明顯較圓滑。
而當成形溫度的提高，材料更均勻的向外流動，亦可明顯改善大晶粒尺寸的壓縮外形。
2. 純銅微擠製實驗結果顯示，成形負荷隨著成形溫度升高而降低。而在成形溫度 25 ºC 中成形負 荷隨著晶粒尺寸縮小而增加。然而，隨著成形溫度升高，晶粒細化材料成形負荷會低於晶粒粗 大之退火材料，且成形溫度升到400 ºC 時，趨勢更為明顯。
3. 常溫時晶粒細化有助於改善材料流動，使得擠製後成品杯高差及壁厚差皆低於退火材料，但成 形負荷較高。提高製程溫度可改善成形性，但材料會有再結晶的現象發生，尤其晶粒細化材料 有明顯晶粒再成長現象發生。
4. 晶粒細化胚料之硬度高於晶粒粗大之退火胚料硬度。胚料在經過微逆向擠製後受到加工硬化的 影響，其硬度值皆呈現升高之趨勢。另外，較高的成形溫度會導致微型圓杯硬度值降低。
摩擦與潤滑效應
1. 純銅微雙杯擠製實驗與模擬結果顯示，摩擦因子隨著成形溫度升高而升高，且無論製程溫度如 何，潤滑劑的使用對於杯高比的影響不明顯。
2. 晶粒尺寸對於杯高比的影響並不明顯，雙杯擠製之圓杯壁厚較大，使得晶粒尺寸的變化對於材 料流動較無明顯影響，且材料加熱時會產生再結晶現象，皆為造成此現象的可能原因。
3. 觀察各製程溫度之模擬校正曲線可發現，模擬時輸入的材料參數會明顯的影響校正曲線，易造 成與實驗比對時的誤差。
黃銅微擠製
本研究利用黃銅(JIS C2600)微擠製實驗，探討沖頭表面形貌對於材料流動之影響，結論如下：
1. 沖頭有無鼻部設計對材料流動與摩擦校正曲線之建立之影響很小。影響雙杯擠製杯高比值的 主要原因為母模與胚料間之接觸摩擦值變化，沖頭與胚料間之摩擦值變化對於杯高比值影響 較小。但是，若沖頭表面過於粗糙會使得沖頭對杯高比的影響增加。
2. 經由前後向擠製模擬的結果可得知，影響杯高桿長比值的主要原因為沖頭與胚料間的摩擦值 變化。當母模摩擦固定時，沖頭摩擦因子越小使得材料越容易朝後擠圓杯方向流動，導致杯 高桿長比增高，反之沖頭摩擦越大材料向 後流動不易，導致杯高桿長比降低。
3. 觀察不同表面特徵之沖頭成形負荷，可以發現光滑的表面特徵使材料流動容易，可降低成形 負荷。而放電後之沖頭表面具有無數微細坑洞，使得材料容易附著於沖頭上，導致材料流動 不易使得成形負荷提高。
4. 摩擦效應由小到大依序為拋光、研磨、溝槽加工與放電加工之形貌，顯示光滑的表面使得材
4. 摩擦效應由小到大依序為拋光、研磨、溝槽加工與放電加工之形貌，顯示光滑的表面使得材