本文運用田口實驗規劃法與有限元素分析軟體DEFORM 3D對AZ31及AZ61鎂合金水泵葉片進行熱鍛成形之模擬與實驗分析。以田口實驗規劃法之參數設計，分別對四個不同參數，胚料尺寸、潤滑劑種類、沖頭速度及成形溫度作探討分析，使用田口之回應分析找出影響材料負荷較大之因子，接著使用計量分析法分析計算出其信號雜訊比(S/N ratio)做出預測，並嘗試尋找最佳成形參數之組合。
此外，以不同尺寸之鎂合金胚料進行模擬與實驗比較，找出可能影響葉片充填時之缺陷；並對AZ61及AZ31鎂合金成品做硬度分析及金相觀察，探討溫度對於材料機械性質的影響。
最後由實驗與DEFORM 3D模擬之結果比較後顯示，採用田口實驗規劃法之參數進行鍛造加工，可有效地預測成形舉動並降低沖頭負荷。本研究之成果在提高鎂合金生產效率，延長模具的壽命之方面會有所助益。

關鍵字:田口實驗規劃法、DEFORM、熱鍛、水泵葉片

This study attempts to conduct simulation and experiment analyses on AZ31 and AZ61 magnesium alloy water pump blades under hot forging, using Taguchi Methods and DEFORM 3D.
The four parameters in this study material diameters, lubricities, punch speeds, and forming temperatures are distributed according to the schematization of the Taguchi Methods. The response analyses of the Taguchi Methods helps to sort out the four factors which influence forging loads. When the best combination of parametric values is achieved from the tabulated responses of the Taguchi Methods, the forming loads can be predicted and examined.
A comparison between simulation and experiment on the different diameters of magnesium alloys also allows us to identify the factors causing forming defects. The impact of temperature on mechanical properties can be known through hardness analysis and metallographic observation on the end product of AZ31 and AZ61 magnesium alloy water pump blades respectively.
Finally, a contrasting analysis between the DEFORM 3D simulation and our experiment shows that processing forging with the best parametric values derived from the Taguchi Methods is desirable in that punch loads can be effectively reduced. The result of this study serves to enhance the efficiency of magnesium alloy production and prolong the lifecycle of die.

【1】 鎂合金產業的現況與新發展，線上資料，
http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=7550
【2】 鎂合金壓鑄產業市場--台灣及中國產業現況，線上資料， http://cdnet.stpi.org.tw/techroom/market/mechmet/mechmet011.htm
【3】 汽車生活美學，線上資料，
http://pic.pimg.tw/yolee/normal_9fb1658407f845e75eb883a2048b3ac0.jpg
【4】 Y. Yamada, N. Yoshimura and T. Sakurat, “Plastic Stress –Strain Matrix and Its Application for The Solution of Elastic-Plastic Problems, by The Finite Element Method”, International Journal of Mechanics Science, Vol.10, pp. 343-354 (1968).
【5】 張麗攀、龍文元、方力高，「壓鑄技術的研究現況與發展動向」，金屬加工，第二十六卷，第四期，第9-16頁(2005)。
【6】 向四海、郭哲良，「淺談鎂合金之成形加工技術」，機械月刊，第三十一卷，第十一期，22-26頁(2005)。
【7】 江斌、盧德惠、梁雁翔，「鎂合金壓鑄與半固態射鑄工藝的簡明比較」，輕合金加工技術，第二十九卷，第六期，9-10頁，(2001)。
【8】 邱垂泓，「金屬半固態製程技術介紹」，工業材料，第164期，158-160頁，(2000)。
【9】 K. Mori and H. Tsuji, “Cold Deep Drawing of Commercial Magnesium Alloy Sheets”, CIRP Annals-Manufacturing Techology , Vol. 56 (2007).
【10】伏和中、高永州、王凱弘，「鎂合金鍛造技術」，鍛造雜誌，第九卷，第一期，第24-36頁(2004)。
【11】J. H Lee, S. H Kang and D. Y. Yang, “Novel forging technology of a magnesium alloy impeller with twisted blades of micro-thickness”, CIRP Annals-Manufacturing Techology , Vol. 57 , pp.261-264(2008).
【12】J. Liu and Z. Cui,”Hot forging process design and parameters determination of magnesium alloy AZ31B spur bevel gear”, Journal of Materials Processing Technology, Vol.209, pp.5871-5880, (2009).
【13】B. H Lee, N. S. Reddy, J. T Yeom and C.S Lee, “Flow softening behavior during high temperature deformation of AZ31 Mg alloy”, Journal of Materials Processing Technology, vol.187-188, pp.766-769 (2007)
【14】B. L. Mordile and T. Ebert, ”Magnesium-Properties-applications Potential”, Materials Science and Engineering, A302, pp.37-45, (2001).
【15】周金龍，「熱鍛模具磨損分析與鍛造參數設計最佳化研究」，博士論文，國立成功大學 (2005)。
【16】丘建華，「應用田口方法於電子薄膜配方之最佳製程條件之探討」，碩士論文，國立中央大學(2001)。
【17】洪振又，「螺絲夾尾模具最佳化設計」，碩士論文，國立高雄應用科技大學(2009)。
【18】J. Tang, W. T. Wu and J. Walters, ”Recent Development and Applications of Finite Element Method in Metal Forging “, Journal Materials Processing Technology, Vol.46, pp.117-126, (1994).
【19】黃圳遙，「鎂合金棒材之熱鍛成形性分析」，碩士論文，國立台灣科技大學(2007)。
【20】王寶德，「鎂合金汽車軸承套蓋零組件熱鍛成形性研究」，碩士論文，國立台灣科技大學(2008)。
【21】H. Somekawa, M. Kohzu, S. Tanabe and K. Higashi, Mater. “The press formability in magnesium alloy AZ31”, Science Forum, Vol.350-351, (2000).
【22】范光堯，「機械成形技術於鎂合金材料的應用概況」，工業材料，第162期，139-144頁(2000)。
【23】王凱弘，「應用AZ31鎂合金成形性資料於沖鍛3C殼件之開發」，金屬工業研究發展中心金屬成形組(2002)。

【24】S. F. Hassan, K. F. Ho and M. Gupta, Mater. “Increasing Elastic Modulus, Strength and CTE of AZ91 by Reinforcing Pure Magnesium with Elemental Copper”, Materials Letter, 58, 2143-2146(2004).
【25】B. W. Niebel and A. B. Draper原著，李春輝譯，「金屬材料學」，科技圖書股份有限公司(1985)。
【26】馬寧元，「鎂合金表面處理簡介」，鍛造雜誌，第九卷，第一期，第37-49頁(2000)。
【27】M. Paramsothy, N.Srinkanth and M.Gupta, “Improving compressive failurestrain and work of fracture of magnesium by integrating it with millimeter lengthscale aluminum”, Journal of Alloys and Compounds, 461, 200-208(2008).
【28】Md Ershadul Alam, Samson Han, Quy Bau Nguyen, Abdel Magid Salem Hamouda and Maoj Gupta, ”Development of new magnesium based alloys and their nanocomposites”, Journal of Alloys and Compounds, Vol.509, Pages 8522–8529 (2011).
【29】J. R. Davis, Properties and Selection, ”Nanferrous Alloys and Special-Purpose Materials”, Formerly Tenth Edition, ASM Handbook, Vol.2, ASM, MetalPark, Ohio , pp.457, 480-515, (1993).
【30】H. E. Friedrich and B. L. Mordike, Magnesium Technology : Metallurgy, Design Data, Applications, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Germany, pp.210-212,302-310, (2006).
【31】ASM, “Magnesium Alloys”, Metals Handbook 8th Edition, Vol. 8, pp.314~319 (1976).
【32】S. E. Harandi, M. H. Idris and H. Jafari, ”Effect of forging process on microstructure, mechanical and corrosion properties of biodegradable Mg-1Ca alloy”, Journal of Materials and Design, (2011).
【33】林昇立，「塑性加工學」，新科技書局二版， 第122~125頁， 160~163頁(1992)。
【34】林景扶, 「鎂合金安全作業」，工業材料，第152期(1999)。
【35】FIA, Forging Industry Association, ”forgings Where,Why,How?”，線上資料，https://www.forging.org/forgings-where-why-how
【36】H. A. Kuhn, P. W. Lee and T. Erturk, ”A Fracture Criterion for Cold Forming”, Journal of Engineer Material and Technology Trans of ASME, pp.213-328 (1973).
【37】J. C. Gelin, J. Oudin, Y. Ravalard and A. Moisan, “A New Testing Method for the Determination of Ductile Fracture in Cold Forming processes”, CIRP Annals-Manufacturing Techology , Vol.32, pp.191-194 (1983).
【38】Kar Pawelski, Karl Edgar Hagedorn, and Rene Hop, “Development of New Methods for Determining the Formability and Flow Stress of Materials Based on Intermetallic Compounds”, Steel Research, No.8, pp.326-329, (1994).
【39】E. Erman and H. A. Kuhn, ”Novel Test Specimens for Workability Measurements in Compression Testing of Homogeneous Materials and Composites”, American Society for Testing and Materials, pp.279-290, (1983).
【40】歐育附，「經網路應用於鎂合金熱鍛成形性之研究」，國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文，(2008)。
【41】沈鎮虎，「氮化硼(BN)在鍛造潤滑劑上之應用」，金屬中心。
【42】黃柏堯，「鎂合金鍛造成形性之研究」，碩士論文，國立台灣科 技大學(2006)。
【43】李榮顯，”塑性加工學”，三民書局(1992)。
【44】T. Altan, S. I. Oh, and H. L. Gegel, ”Metal Forming:Fundamentals and Applications”, ASM, pp.45-46, pp.85-89 (1983).
【45】ASTM,”Standard Practice for Compression Tests of Metallic Materials at Elevated Temperatures with comventional or Rapid Heating Rates and Strain Rates”, E209-00, pp.339-345.
【46】Jong-Kwan Hwang and Dae-Min Kang, “A study on effect of temperature of press forging on AZ31 magnesium alloy “, Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 3 No. 1, pp. 66~71, (2004).
【47】葉金璋，「水輔助射出成型在橡塑膠材料之應用研究」，碩士論文，清雲科技大學(2005)。
【48】李輝煌，「田口方法-品質設計的原理與實務」，高立圖書有限公司(2000)。
【49】李倉誠，「鎂合金結構件之熱間擠製成形性之研究」，碩士論文，國立台灣科技大學(2008)。
【50】陳信吉，「AZ系鎂合金沖鍛成形之研究」，碩士論文，國立台灣大學(2003)。