1 智能控制负荷电热镦粗的模拟设计 上海电力股份有限公司吴泾热电厂,沈承霖 摘 要：本研究内容是要利用有限元素软件 DEFORM-2D 进行 AISI 1045 中碳钢定负荷与变负荷电气镦粗制程分析， 以了解在电气镦粗时胚料受到不同负荷变形、应力、应变、温度、晶粒尺寸等分布，并且探讨其顶杆负荷、胚料直径、 初始距离等相关参数，对定负荷与变负荷电气镦粗镦缩长度与成形温度影响。模拟结束后，再藉由电气镦粗定负荷实验 来验证有限元素模拟准确性，检测其镦缩长度、加热时间与成形形状等。为了解不同定负荷中电气镦粗的晶粒大小与硬 度分布等，所以利用工具显微镜与维氏硬度试验机进行微观组织与硬度分析。 本文以有限元素模拟软件及实验进行相关参数研究与对照，增加有关于差温成形及电热镦粗成形的相关信息，期望 能对产业界与学术界提供有价值的参考依据。主要的研究内容有：(1) 探讨不同定负荷电热镦粗成形后，形状、应力、 应变、微观组织等变化。(2) 探讨棒材电热镦粗成形制程参数，分析参数为棒材直径、初始距离与负荷。(3) 利用有限 元素软件，探讨变负荷于电热镦粗制程上的应用与可行性。(4) 根据定负荷与变负荷成形制程，以了解电热镦粗成形用 于其他零件加工可行性。 关键字：智能控制；负荷电热镦粗；模拟设计 1 绪论 1.1 研究背景 随着大环境的变迁，环保与节能意识也跟着高涨，对于各种成形的步骤与方法，专家与学者们无不处心 积虑的进行研究与实验， 使得材料、 时间、 设备等成本能够降低。 现今的市场竞争激烈， 对于三高一低(高速、 高精度、 高刚性及低价位)的产品市场需求也越大， 开发新的技术与提高零组件的性能已成为各大行业必然的 走向。 电热镦粗以差温加热的方式进行，再利用机台本身的作动原理达到镦粗效果；电热镦粗为近年来新兴的 技术之一，整个成形过程包含凝固、热传导和大塑性变形为一体的复杂变形，其内部始终有液态和准固态金 属，与一般的塑性加工有很大的差别。传统的塑性加工生产中，成形制程和模具设计一般依据图表、近似公 式、设计人员的经验和资料，即所谓经验设计(Empirical Design)，此设计方法需要大量的经验，而且废时 废力又耗成本，才能完成所需要的设计；近几年来，随着电脑发展与塑性理论愈趋进步，有限元素模拟在金 属成形领域应用也愈趋成熟，应用范围也愈来愈广。由于有限元素模拟软件能够准确、完整与系统性高的获 得金属成形塑性变形过程，使得人们可以预测材料变形过程的流动方向、应力集中区或热的分布与传递等， 配合经验与模拟结果，可大大缩短产品开发时间和试模次数等进而降低成本，使得有限元素模拟成为金属成 形中不可或缺的一环。智能控制负荷电热镦粗的模拟设计作为一项理论与实务相结合的应用性课题, 本研究 有一定的现实意义。 1.2 研究内容与研究目的 差温成形是利用金属加热时会发生软化现象，且在一定的范围内，温度愈高，软化程度也愈高，金属流 动也就愈容易。利用此物理现象，产生了差温成形的技术，这种成形方法使局部区域的金属流动变得更容易。 在差温成形中，温度的分布与控制是非常重要的，若能适当控制温度的分布，就能以简单的方法镦压出复杂 零件的镦粗形状，希望零件尽可能接近尺寸公差，进而实现零件近净成形，并且提高整体生产效率。