行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
金屬板材微成形加工製程之成形性研究與應用--總計畫 (II)
研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 整合型
計 畫 編 號 ： NSC 96-2221-E-011-114-
執 行 期 間 ： 96 年 08 月 01 日至 97 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣科技大學機械工程系
計 畫 主 持 人 ： 黃佑民
計畫參與人員： 碩士班研究生-兼任助理人員：劉銘倫 博士班研究生-兼任助理人員：張堯閔
處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，2 年後可公開查詢
中 華 民 國 97 年 10 月 27 日
金屬板材微成形加工製程之成形性研究與應用---總計劃
計畫編號：NSC96-2221-E-011-114
執行期間：96 年 8 月 1 日至 97 年 7 月 31 日止 計畫主持人：黃佑民 台灣科技大學機械工程系
計畫參與人員：盧永華 宜蘭大學機械系 劉春和 清雲科技大學機械系 陳長成 北台灣科學技術學院機械系
中文摘要
本計畫之總體目標為分析金屬微成形加工製程之成形性，目前進行之研究主 題有五項。各子計畫之目標如下：（一）本子計畫一由台灣科技大學機械工程系 黃佑民教授主持，進行「金屬薄板微成形加工製程之基礎研究與應用」。（二）本 子計畫二由宜蘭大學機械系盧永華教授主持，進行「金屬薄板微折邊成形性之研 究與應用」。（三）本子計畫三由清雲科技大學機械系劉春和副教授主持，進行「金 屬薄板微壓印成形性之研究與應用」。（四）本子計畫四由北台灣科學技術學院機 械工程系陳長成副教授主持， 進行「金屬薄板 V 型微彎曲成形性之研究與應 用」。
細節請參考各子計畫之結案報告。
關鍵詞：微成形、微折邊成形性、微壓印 成形性、V 型微彎曲成形性、微 引伸成形性
研究方法、進行步驟及執行進度
本整合型計畫採分工整合方式， 總計畫以「金屬薄板微成形加工製程 之成形性研究與應用」為題，下分四項子計畫。而本年度為三年期計畫之第二執 行年度，目的為測試第一年所規劃建立之金屬微成形實驗設備與基礎分析軟體為
並繼續改善所研發之金屬微成形加工製程之成形性專業分析軟體並同時進行應 用例之分析。研究之重點在於如何將研究成果予以商業應用化，例如將金屬微成 形加工製程之成形性分析軟體系統之輸入與輸出予以簡潔化與系統化，以改善程 式之運算效率，方便將來推廣至產業界應用。
各子計畫的詳細執行內容可參考子計畫之結案報告，以下則針對各子計畫的 執行成果之重點做一說明：
子計畫一：金屬薄板微成形加工製程之基礎研究與應用 (計畫主持人：黃佑民)
已執行完成之項目：
1. 加熱模組之設計（如圖一 所示）。
2. 微拉伸試片規範之設定（如圖二 所示）。
3. 加熱溫度對於不同厚度試片之影響（如圖三 所示）。
圖一(a)、加熱模組設計圖 圖一(b)、加熱模寫真圖
圖二、微拉伸試片之規範圖
0 5 10 15 20 25 30
0 1 2 3 4 5 6
Specimen thickness
Average grain size
700 Celsius Degree 800 Celsius Degree 900 Celsius Degree
圖三、不同溫度下平均晶粒尺寸與厚度的關係曲線
子計畫二：金屬薄板微折邊成形性之研究與應用 (計畫主持人：盧永華)
已執行完成之項目：
1. 微折邊沖頭與母模之設計（如圖四 所示）。
2. 微折邊之有限元素分析流程之架構。
3. 微折邊之有限元素分析結果（如圖五 所示）。
4. 不同沖程時之材料變形狀態（如圖六 所示）。
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 Punch Stroke (mm)
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
Punch Force (N)
C=50 Conventional Plasticity
Experiment
圖五、微折邊製程模擬與實驗之比較圖
圖六、不同沖程之變形狀態
子計畫三：金屬薄板微壓印成形性之研究與應用
﹙計畫主持人：劉春和﹚
已執行完成之項目：
1. 建立耦合商用軟體執行微成形製程解析之流程，可滿足模具設計者與加工分 析人員之需求，以做為新產品開發或製造生產時之缺陷預估、製程改良與模 具設計之依據。
2. 磁力微壓印設備之設計與製作，建立實驗程序並進行成形加工之操作訓練（如 圖七 所示）。
3. 微細變形尺寸與磁力量測軟硬體之建構（圖八 所示）。
4. 建構磁場模擬與微成形製程模擬之解析技巧，同時培訓製程分析人才（圖九 所示）。
5. 配合其它子計畫之理論推導，可自行撰寫副程式並與商用軟體耦合，進行更 深入之研究。
6. 配合其它子計畫之材料製作，亦可進一步探討微成形製程之尺寸效應。
圖七、第二代磁力微成形模具
圖八、雷射量測儀器系統
子計畫四：金屬薄板V 型微彎曲成形性之研究與應用
﹙計畫主持人：陳長成﹚
已執行完成之項目：
1. 微彎曲機台之架設（如圖十 所示）。
2. 考慮在相同的厚度下，改變不同的晶粒大小，比較不同晶粒大小試片之回彈 行為（如表一和圖十一 所示）。
3. 考慮在相同的晶粒尺寸下，而漸次改變材料的厚度，並比較不同厚度大小試片之 回彈行為（如表二和圖十二 所示）。
4. 使用奈米硬度量測，獲得彎曲變形程度與硬度的關連性（如表三所示）。
圖十(a) 實驗主機 圖十(b) 控制部與資料擷取
表 1 Fe 厚度 200( mµ )在不同晶粒尺寸之彈回 溫度℃ 500 600 700 900
d
( mµ ) 17.972 19.594 22.831 28.248 彎後角度
108.11 8
107.80 5
107.57 1
107.36 8 彈回 8.118 7.805 7.571 7.368
16 20 24 28
Grain size (µm) 7.2
7.4 7.6 7.8 8 8.2
Springback (degree) o100
m t=200µ
圖十一、彈回量對晶粒尺寸分布趨勢圖(材料厚度 200 mµ )
表 2 相同晶粒(d =30µm)，不同厚度之彈回 t
µ
m
Bended angle degree
Springback degree 100 97.78 7.78 200 95.95 5.95 300 95.55 5.55 500 94.87 4.87
100 200 300 400 500
Thickness (µm) 4
5 6 7 8
Springback (degree)
圖十二、彈回量對厚度分布趨勢圖(當平均晶粒直徑為30 mµ )
表 3 奈米硬度量測 厚度
µ
m
彎曲前硬度 (GPa)
彎曲後硬度 (GPa) 120 5.81 3.63 130 3.56 3.56 140 4.65 4.73 300 3.27 3.76 490 4.69 失敗
畫內容。
4. 完成金屬薄板試片之各種微加工試驗，詳細結果請參照各子計畫內容。
