鋁合金自行車前叉一體成形製程缺陷探討與改善分析

Abstract

本論文探討鋁合金自行車前叉一體成形製程，有別於傳統自行車前叉通常是先將頭管、叉腳及勾爪個別製造出來後，再利用焊接的方式將其相互搭接成自行車前叉成品。而為了達到前叉一體成形之目標，整個前叉一體成形製程須依序經過胚料裁剪、鍛粗胚、鍛抽、鑽孔、縮管、彎管、液壓側推、勾爪鍛造、研磨拋光等道次，製程涵蓋多種不同的金屬成形工法，而其中各道次皆存在一些製程缺陷且可能會進一步影響到後續道次進行，因此本論文針對各道次之製程缺陷產生機制進行探討，接著分析各製程參數對於製程缺陷之影響趨勢。 首先針對鍛粗胚製程進行探討，在鍛粗胚製程中有溢料問題，而溢料與模具下壓噸數及模具磨耗等有關，因此本論文針對鍛粗胚製程之模具受力歷程進行探討，得知製程溫度對於鍛粗胚製程影響較大。接著針對鍛抽製程進行探討，鍛抽製程之芯棒受力有急遽上升現象，本論文探討鍛抽製程芯棒受力上升之機制，由結果得知鍛抽製程中材料與芯棒包料造成摩擦力急遽上升係造成芯棒受力上升之主要原因。而材料與芯棒包料不僅會造成芯棒受力上升，於鍛抽製程結束後要將芯棒退出時可能也會造成缺陷，因此本論文也進一步探討材料與芯棒包料對於芯棒退出之影響。另外鍛抽製程中還有疊料現象，因此也針對鍛抽製程中疊料可能造成之製程缺陷進行討論。 工件在經過前面道次後，已從實心材變成管材，接著進入縮管製程，在縮管至接近材料厚薄交接區域時容易產生突起缺陷，因此本論文針對縮管製程突起缺陷之產生機制進行探討，得知縮管模具作用於管材之推力係造成突起缺陷之主要原因。縮管製程結束後接著是彎管製程，彎管製程缺陷包含前叉內側未貼模及叉腳位置有凹陷，因此本論文透過觀察材料流動的變化來探討凹陷產生之機制及造成內側未貼模之可能原因。而最後勾爪一體成形製程共包含液壓側推及勾爪鍛造兩道次，首先在液壓側推方面利用局部脹形之液壓模面設計來達到將側推材料留在勾爪區域之目的。接著也透過修改勾爪鍛造模面來避免鍛造時可能會產生之夾持端凹陷。本論文之研究成果可提供未來自行車前叉製程優化及勾爪一體成形製程設計之參考。