｜鋁合金實心型材抽製製程模擬分析

摘要：線性滑軌是一高精度線性運動元件，廣泛應用在各種機械元件運動上。隨著機械精密化，輕量、快速、精密的需求大幅提高，國際標竿廠商均逐漸投入鋁製線軌的開發，其所使用的型材需具備高幾何精度和形狀尺寸精度。

本研究以一線軌之鋁合金實心滑台作為研究標的，利用有限元素軟體DEFORM-3D進行6000系列鋁合金之表面抽製製程模擬分析，包含摩擦係數、眼模半角、抽製量及承面長度等4個設計參數，並結合田口式實驗規劃，進行不同參數條件組合之抽製成形負荷分析。

Abstract: Linear guideway is a kind of high precision linear motion unit, widely applied to various motions of mechanical elements. Because of the trend of precision, lightweight and rapid, international suppliers start the research on the development of Al linear guideway, and the shape bars of linear guideway are requested of high geometric tolerance and dimensional tolerance.

A solid profile of linear guideway made with aluminum alloy was studied. The shape drawing process of 6000 series aluminum was simulated by FEA software DEFORM-3D. Different friction coefficient, semi-angle of drawing die, cross-sectional reduction and bearing length of drawing die are considered. The Taguchi method is applied to study the drawing force of different parameter combinations.

關鍵詞：線性滑軌、抽製、有限元素分析

Keywords：Linear guideway, Drawing process, Finite element analysis

前言
隨著精密化機械之產業趨勢，輕量、快速、精密的線性滑軌需求大幅提高，國際代表廠商如THK、Rexroth等，均投入鋁合金線性滑軌模組之開發。線性滑軌等精密機械關鍵性零組件，為了能夠達到精確定位之目的，其所使用的素材必須嚴格要求極高的真直幾何精度和形狀尺寸精度。以一般圓棒和條鋼的成形加工方式，從鋼胚鍛壓、連續多道次型材輥軋所製得之圓棒或條鋼，因內部應變分佈不均而造成殘留應力，其再經熱處理所得之製品，常因殘留應力釋放而造成棒材彎曲或扭曲，此類型成形加工缺陷無法以後續研磨加工來改善。

冷間精密抽製製程具有矯直、定寸等改良精度之作用，對於要求幾何精度和尺寸精度的精密機械零件（如導螺桿、線性滑軌、滑塊等），如採用型輥結合抽製製程，或擠型結合抽製製程，除可改善製品之精度，同時可提高生產之經濟性。

型材之抽製技術文獻最早於1970年代被提出，主要應用於將圓棒抽製成標準異形截面[1,2]，其抽製模具之漸縮部分包含直縮和圓錐二部，使型材的對邊和角隅同時進行成形。韓國Kim等人[3,4]以3D剛塑性有限元素法，分析由圓棒抽製成六角形、方形和矩形斷面的製程，其使用的模具分為推拔部、圓角部及承面等三部位。此研究得到在相同的面積縮率下，周長比愈大的型材，其應變量和抽製應力愈大。

目前文獻上有許多型材擠製或圓棒抽製成異形截面製程之研究，但是冷間型材之表面精密抽製之研究仍相當有限，在國內積極發展精密機械產業技術之際，極有必要建立相關成形技術，作為模具設計的規範和製程參數設定的依據。因此本研究以一線性滑軌之滑台件作為研究標的，利用有限元素軟體DEFORM-3D進行6063鋁合金之表面精密抽製製程模擬分析，結合直交表之實驗設計，進行不同之尺寸縮減量、潤滑係數、眼模角及承面之組合，分析對於抽製負荷之影響。