Decreasing the Warping of Metal Shoes Mold of Near Net-Shape Casting

本文所探討的金屬鞋模為運動鞋膠底成型模具之近淨形金屬鞋模，在文獻中實際利用陶瓷模蕭氏造模法（Shaw Process）製作近淨形金屬鞋模時，經量測分模面之位移後，發現有翹曲的現象。為解決此一鑄造上的翹曲變形問題，本文以有限元素軟體ABAQUS進行金屬鞋模之鑄造熱應力分析，以求得金屬鞋模鑄造後的形狀。在以特定近淨形金屬鞋模進行數值模擬並與文獻之實驗量測結果進行比對後，驗證了數值模擬方法的可行性。並針對該模型進行翹曲改善之探討，除了得到改善翹曲之可行方法外，同時也研究了金屬鞋模之部分參數對翹曲變形的影響。對於所提出的改善翹曲方法，另設計驗證模型，本文對該模型的數值模擬結果與文獻中該模型之實驗結果有不錯的吻合，由此驗證本文所提出之翹曲改善方法的可行性。基於上述研究，本文將研究範圍擴大至通用近淨形金屬鞋模，對於特定尺寸範圍的近淨形鞋模，由本文之模擬結果提出預測翹曲高差之函數。對於通用近淨形金屬鞋模的翹曲問題，利用前述改善方法，並考量製造之方便性，最後提出的改善方法能有效改善通用近淨形金屬鞋模的翹曲程度。第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 1 1.3 研究動機 2 1.4 本文研究方法及架構 3 第二章 近淨形金屬鞋模鑄造翹曲變形數值模擬 5 2.1 原始鞋模分模面量測結果之文獻回顧 5 2.2 原始鞋模之翹曲變形數值模擬 6 2.2.1 建立幾何模型 6 2.2.2 材料性質 7 2.2.3 分析步驟 7 2.2.4 施加條件 8 2.2.5 建立模型網格 9 2.3 原始鞋模數值模擬之收斂測試 9 2.4 原始鞋模數值模擬結果與討論 11 第三章 原始鞋模翹曲變形之改善探討 13 3.1 翹曲變形成因探討 13 3.2 改善翹曲變形方法之數值模擬 15 3.3 改良型原始模型改變之回彈現象 16 3.4 影響翹曲變形之參數討論 18 3.4.1底部橢圓填孔材料彈性係數 18 3.4.2底部橢圓開孔深度 19 3.4.3底部橢圓開孔面積 20 3.4.4 底部開孔形狀修改為矩形 20 3.5 改善方法之實驗驗證 22 第四章 通用鞋模翹曲趨勢模擬及改善建議 24 4.1通用鞋模翹曲趨勢數值模擬規劃 24 4.2通用鞋模翹曲趨勢模擬結果 26 4.3 通用鞋模改善翹曲方法之數值模擬 27 第五章 結論與展望 31 5.1 結論 31 5.2 未來展望 33 參考文獻 79 附錄一、近淨形金屬鞋模分模面翹曲高差量測結果數據整理 8