摩擦及潤滑對超塑性5083鋁合金快速成形之影響

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姓名

楊益郎(Yi-lang Yang ) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程研究所

論文名稱

摩擦及潤滑對超塑性5083鋁合金快速成形之影響
(Friction and Lubrication Effect in Rapid Forming of Superplastic Aluminum Alloy 5083)

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摘要(中)

超塑性5083鋁合金快速成形製程已經被發展出來，在不損失零件品質的情況下，將一個杯狀盒子（ψ40 mm×深20 mm）完全成形的時間，由傳統的三十幾分鐘減少到70秒，彌補了超塑性氣壓成形製程的最大缺點－成形鈑片零件的時間太長。但是，幾乎沒有任何相關於超塑性5083鋁合金快速成形的文獻說明，哪一個機制為引導快速成形得以成功的真正機制；所以，本研究針對SP-5083鋁合金快速成形的最佳成形條件，在相同的成形溫度（500℃）、壓力梯度－時間（P-t）曲線、潤滑劑（T50-60）、模具設計…等條件下，首先設計幾種不同的潤滑劑塗佈方式，藉以探討摩擦及潤滑對SP-5083鋁合金快速成形的影響，並且試圖增進快速成形的時間。
首先，確認材料的超塑性質，也就是晶粒的大小，主導著材料的高溫潛變特性，可視為SP-5083鋁合金快速成形的必要條件；在摩擦及潤滑的效應方面，根據幾種不同的潤滑劑塗佈方式，所獲得各組試片分析的結果，發現若要達到目前所設定的成形時間（70秒），必須在鈑片下表面塗佈潤滑劑，因為潤滑劑可以降低鈑片接觸模穴表面時產生的摩擦係數，避免鈑片在成形滑移的過程中受摩擦力的阻礙產生破壞；在鈑片上表面塗佈潤滑劑，則提供了位於成形區域以外（氣密環壓痕以外）的材料隨著成形過程中的流變應力及外形發展，適時補充成形期間所需要的材料，彌補超塑性快速成形過程中造成鈑片厚度不均所引發的破壞，而且還可以消除加壓進氣口方位所導致氣體衝擊及溫度差異的不良影響。
快速提昇起始的壓力梯度可以有效的減少成形時間已經達成，成形杯狀盒子的時間40秒就可以完成，厚度最薄區的應變速率由ε＝2.6×10-2提昇到ε＝4.55×10-2，應變速率增加將近一倍，並且獲得最佳的鈑片厚度分佈狀況及增加鈑片最薄區域的厚度；顯示出針對影響鈑片成形的因素：初始的加壓速率、加壓方式、壓力梯度－時間、潤滑劑、摩擦係數、鈑片的變薄特性及入模角半徑…等，設計適當的模具及成形條件來克服，可以減少鈑片破壞的產生及厚度分佈不均的不利因素，進一步縮短成形的時間，將有助於超塑性5083快速成形的推廣及應用。

關鍵字(中)

★ 5083鋁合金
★ 快速成形
★ 超塑性

關鍵字(英)

★ Aluminum alloy 5083
★ Superplastic

論文目次

摘要 Ⅰ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅶ
圖目錄 Ⅷ
符號說明 XⅡ
第一章前言 1
1.1 超塑性成形概述 1
1.2 超塑成形方法 2
1.3 超塑性成形與傳統加工法比較 4
1.3.1 超塑性成形的優點 4
1.3.2 超塑性成形的缺點 5
1.4 採用超塑性5083鋁合金作為研究材料的考量 5
1.5 超塑性成形製程中的摩擦機制 6
1.6 本文研究動機及範疇 7
第二章文獻回顧 10
2.1 超塑性 10
2.2 超塑性材料分類 10
2.2.1 細晶超塑性 10
2.2.2 環境超塑性 11
2.3 超塑性成形組成方程式 12
2.4 超塑性力學概念 14
2.4.1 基本原理 14
2.4.2 m值與伸長率之關係 15
2.5 超塑性成形的厚度分佈 16
2.6 超塑性成形過程的摩擦效應 17
第三章材料及實驗步驟 19
3.1 實驗設備 19
3.2 實驗材料 21
3.3 腐蝕液配方 22
3.4 模具設計及材料 23
3.5 鈑片蝕刻 24
3.6 吹氣系統之配置 25
3.6.1 階梯式增壓控制方式 26
3.6.2 階梯式背壓控制方式 27
3.7 實驗步驟 28
3.7.1 第一部份探討非超塑性及超塑性材料對超塑性快速成形的影響 28
3.7.2 第二部分探討摩擦及潤滑對超塑性快速成形的影響 29
3.7.3 第三部份探討減少超塑性快速成形的時間 31
第四章結果與討論 32
4.1 非超塑性及超塑性材料對超塑性快速成形之影 33
4.2 摩擦及潤滑對超塑性快速成形的影響 35
4.3 成形鈑片上氣密環壓痕對超塑性快速成形的影 41
4.4 加壓進氣口設計方位對超塑性快速成形的影響 47
4.5 超塑性5083鋁合金快速成形之突破 51
第五章結論 55
參考文獻 57

參考文獻

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指導教授

李雄(Shyong Lee)

審核日期

2001-6-24

推文