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鋁合金7075線材輥軋之高階曲線輥輪槽型設計與成形分析

為了解決降伏應力的問題，作者高啟源 這樣論述：

線材輥軋(wire rolling)是透過多組輥輪對長條形材料輥軋成形至所需斷面尺寸，以圓形或異型斷面輪廓之型材作為扣件成形用線材使用，結合後段抽線成形製程，以抽線眼模提高斷面輪廓尺寸精度。本論文提出雙輥式線材熱作輥軋槽型設計方法，以20 mm 之鋁合金7075 圓棒素材輥軋至直徑16mm為例，進行二階段研究，第一階段為圓-橢圓-圓(R-O-R)及圓-Bézierr曲線-圓(R-B-R)槽型設計之差異性分析，以確認圓-Bézier曲線-圓輥軋槽型設計之可行性；第二階段針對圓-Bézier曲線-圓進行田口法最佳化製程設計，考慮線材溫度、輥軋速度及摩擦條件，以獲得較佳之成形條件。使用固定面積減縮

比進行道次及槽形輪廓設計，為探討橢圓槽形之長短軸比率效應，上下輥輪間之橢圓槽垂直軸長分別取17.6 mm，16 mm及14.4 mm (16 mm之1.1、 1.0 及 0.9倍，垂直壓縮量2.4 mm，4 mm及5.6 mm)，橢圓之水平軸長則由面積減縮比計算，而下輥輪間之Bézier曲線槽垂直高度取16 mm之0.9倍(較大下壓量)。本論文提出Bézierr曲線槽之控制點決定方法，以達成平滑槽型及面積減縮比限制。第一階段之分析結果顯示，圓-橢圓-圓槽型在槽型設計時，第一站垂直壓縮量5.6 mm 之扭力較垂直壓縮量2.4 mm 高23%，但是垂直壓縮量2.4 mm在第二站輥軋時造成嚴重溢料且

扭矩較垂直壓縮量5.6 mm設計高一倍。Bézier曲線槽型設計時(垂直壓縮量5.6 mm)，第一站扭力較垂直壓縮量2.4 mm 高16%，但是在第二站輥圓之成品無溢料缺陷，最大輪廓偏差度較其他三組佳。由第一成形站之等效應變分佈比較，Bézier曲線槽型設計分佈平順，表示胚料由外到內均勻變形，在第二站成形所需的由線力(Fx) 也比其他三組R-O-R設計低。由田口分析所得之最佳輥軋製程條件為線材溫度400℃、輥軋切線速度20mm/s、定剪摩擦0.45時扭力最小，為161 N-m。本研究已建立材輥軋原型機設計及製造組立，並進行初步實驗，輥軋實驗所得之輥軋負荷曲線與CAE分析趨勢相近，完成之成品最大

直徑偏差在垂直方向為6%，在水平方向為1%，實驗結果證明本研究所提出之Bézier曲線槽型設計可行且產品尺寸與輪廓精度良好。

新型腰椎棘突間固定器設計與開發研究

為了解決降伏應力的問題，作者沈郁明 這樣論述：

隨著醫療技術的進步，現階段的腰椎手術，朝向更精緻微創手術的時代，外科手術處理的觀念也逐步轉變到非融合手術，可延遲替代或避免腰椎退行性病變階段的最終融合手術，以確保最小傷口及對生理組織傷害最小的手術方式進行。本研究為設計一款新型腰椎棘突間固定器，本項裝置為配合微創非融合方式進行手術。研究首先藉由患者腰椎電腦斷層掃描儀CT (Computed Tomography)，配合 Smartlris 軟體完成3D圖檔並匯出STL三角網格專用檔案，其次透過逆向專用軟體，完成第一階段腰椎骨骼3D重建，其後應用 Solidworks 軟體之設計與有限元素分析模組，分別進行新型腰椎棘突間固定器設計與結構應力、位

移量分析，最後透過3D列印技術，印製出新型棘突間固定器模型實體模型樣品。將各部件進行組裝，模擬固定器裝置安裝後的使用情形。實驗結果顯示，本研究設計之新型腰椎棘突間固定器如預期作動正確，且在相同負載作用下，固定器各部零件最大應力皆未超過材料降伏應力，應用皆屬於安全範圍且效果良好。關鍵字：腰椎棘突、固定器、逆向設計、有限元素分析