1、沖壓模具設計,沖壓開發,1 沖壓件材料,1.1 冷軋鋼板是目前工業界使用廣泛的壓延銅板材料之一. A.低碳沸騰鋼 SPCC B.引伸用脫碳沸騰鋼 SPCD C.深引伸用脫碳沸騰鋼 SPCE,1.2 不銹鋼鋼板 一般指含Cr 量達11以上之高合金鋼，其主要特徵是耐腐蝕性及耐熱性優越，具有不銹性輿表面光輝性. 不銹鋼具有下列特性： （1）硬度及抗拉強度高於軟鋼板之2倍 （2）熱傳導性不佳，熱膨脹系數大 （3）深引伸加工會產生時效割裂 （4）表面容易被模具刮傷.,1.3 電磁鋼板(錫鋼板),最主要特性是具有磁氣,依其磁氣之性質,分類有方向性電磁鋼板與無方向性電磁鋼板. 特征:a.磁束密度及透磁率b.
2、鐵損c.磁應變d.機械特性,1.4 銅及銅合金板,1.種類:依其制造方法分伸銅材(展伸銅)和鑄物兩大類 2.銅及銅合金特征.a.熱傳導性優,導電性佳b.具有非磁性功能c.彈簧性良好,(如鈹銅,磷青銅,銀鎳銅)d.低溫不產生脆化現象e.耐蝕性優良f.色調亮麗,容易鍍錫,1.4.1 銅及銅合金(伸銅材)之種類,1.4.2 銅及銅合金之物理性質,2. 加工法與精度關系表,3. 沖壓模具分類,(1).單工程模具:沖切型模具彎曲型模具引伸型模具 (2).復合模指兩個以上單工程同時加工之組合模具 (3).連續模,4. 連續沖壓模具之特點,(1).材料利用率低 (2).工程安排比較彈性 (3).材料一次變形
3、量可減少 (4).加工速度快 (5).指定毛頭方向之制品有時不適合采連續模具加工.,5. 沖壓模具元件,（5.1）模板 沖壓模具各模板的設計依模具構造不同，通常可分為兩大類： a.順配置型（沖頭在上方） b.逆配置型（沖頭在上方）5.1.1沖頭固定板與背板 沖子固定板主要功能是為保持沖頭的垂直度及其位置精度 因此其厚度與沖頭及形狀或尺寸有關系. 沖頭背板功用在於當沖頭施力於材料時會產生反作用力,而此力 若直接施於上模座則可能會產生局部凹陷現象,為 避免此一現象,必 須添加沖頭背板以解決此問題,5.1.2脫料板與背板,脫料板的主要功用為將料條自沖頭的周邊剝離,不便其黏附於沖頭而隨之升起.保持沖頭
4、與母模之間的精度關系.緊密地導引著細小沖頭以防止其被拆斷. 脫料板種類依其壓著被加工材料之狀態.可分為固定式,可動式.及半固定式脫料板等三種.,- 固定式脫料板,特點是: 1.模具構造較簡易,模具構成件較少,制件上較容易. 2.沖切加工時因被加工材料末被直接壓著,故沖切細小孔槽用之沖頭剛性低,易產生破損. 3.模板完全被固定脫料板覆蓋,故沖頭之維護作業較困難.,5.1.2,-可動式脫料板,1.模具構造較復雜,模具構成件較多,制造較困難. 2.作為細小沖頭之導引裝置,增加沖頭的剛性及信賴性. 3.材料被壓著力有所限制,必須籍用其他導料裝置來避免製品變形等不良現象. 4.沖壓加工時,可動式脫料板會
5、產生碰撞聲,造成噪音問題.,5.1.2,-半固定式脫料板,半固定式脫料板是在母模側附有可動式脫料板,其使用場合較少,特點如下: 1.位於母模面上一定高度,母模面狀況可一目了然. 2.脫料板下材料有引導作用,可兼作升料之用. 3.因已有引導作用,故不需或很少設計沖 頭導引.,5.1.2,5.1.3母模板與背板,單體沖模母模板厚度之基准值H 計算公式=H0 3 PK PK=l*t* PK:下料之沖切荷重(kg) l:沖切之輪廓長度(mm)t:板厚(mm):板材之抗剪應力(kg/mm2) 由計算式所求之H0,依下列條件以決定所需要之H值 a.H 之最小值取7.5MM b.沖模之表面積為3200MM2
6、以上時.H之最小值取10.5MM 母模背板功用在避免當母模受力時直接施於下模座而產生凹陷現象.,（5.2）導柱,導柱之引導方式有平面式、滾柱式、滾珠式三種. 滾珠式引導 特點：滑動配合，合模滑順轉回點接觸，高速運轉時導柱導套間不會發熱 膨脹側方向抵抗力弱。,5.3 導料針,導料銷之主要功能是矯正被加工材料之送料方向位置，以彌補送料裝置（feeder)之精度限制。 導料銷的形式：炮彈形（較常使用，市售標準件以此種形式居多。炮彈形部分之R角標準為R10,較小直經之R角為直經的2 3倍。）圓錐形導料銷前端直線部突出剝板面距離有所限制，一般為 0.3t X 1.2t (t 為板厚）。如厚板（工作厚度）
7、時取6080%,若薄板則取較大值。若突出剝板面太多時，即使導料銷與導料孔之間隙適當，有時亦會發生材料被導料銷粘起的現象。,5.4先導桿用頂出銷,5.5 升料銷,連續沖模加工中料條若能保持水平位置,則送料長度在導引沖頭的導引下方能保持精確.但制品上有彎邊或筒狀體而料條不能保持水平時,可在下模兩旁裝設升料導杆將料條舉起來離開下模到適當的高度,料條在此水平面上進行送料動作. 沖壓加工時,上模部分的脫料板要同時將料條及升料導銷壓下,以保持料條的水平,脫料板中所製的溝槽深度必須要適當. 如下圖,浮升銷及被加工材料上下方向的間隙如果太大,送料時易造成被加工材料的變形,一般採用 被加工材料厚度之23倍,5.
8、6.沖頭設計與固定方式,沖頭依其切功能別可將之分為三部分: (1)切刃部,(2).中間部,(3).安裝部(柄部) (1).切刃部:與被加工材相接觸,是擔任沖壓加工作業之部分. (2).中間部:連接切刃部與柄部之部分. (3).柄部:將沖頭安裝固定於沖頭固定板之部分.,沖頭切刃部之形狀雖依所要沖切,彎曲或引伸等制品的不同加工形狀而決定,其 設計時依下列原則進行: 1.切刃部斷面形狀較小時,為考慮沖頭的強度,要把中間部和柄部加粗,此為階梯形沖頭 2.切刃部形狀斷面有足夠的強度時,可將切刃部中間部及柄部制成相同形狀,此為平直沖頭 3.設計沖頭時應考此能承受加工力,以不造成座屈為原則. 4.決定沖頭切
9、刃部長度之要因是切刃部斷面的大小,標准上沖頭切刃部長度約其斷面大小之10倍. 5.計算沖頭的座屈強度,一般皆采用歐拉公式,此公式求得的值為靜荷重狀態下之值.,5.6.2 沖頭,沖頭的設計必須考慮其壓縮應力及座屈問題. 5.6.1. 壓縮應力S1=P/A S1為沖頭壓縮強度.A為斷面積. P為下料或沖孔壓力, P = l * t * s L為下料或沖孔周長, T為板厚 S為材料剪斷強度 5.6.2座屈的考慮 細長的沖頭一端受到的壓力達到臨界壓力時,易彎屈而折斷.,5.6.3沖頭挫屈強度,5.6.4沖頭刃部長度,單位:mm,6.母模構造與形狀設計,母模是模具的主要作用元件.模的功能部分,共分為肩部
10、,滑動部及調整部,其中前二者並稱為刃部. 鑲件是將母模的功能部分設計成塊狀,分割模塊之基本原則和注意事項有: 1.分割模塊之外形,以采用方形或圓形等單純形狀為宜. 2.分割點宜於角頂點直線與曲線之交點. 3.分割輪廓形狀時盡可能直角分割.不可作成銳角. 4.為使研磨加工容易及尺寸精度能確實量測,必須設計基准面. 5.各分割模塊應能確實予以固定保持,如為多個鑲件時,各鑲件的強度均采均衡設計. 6.分割模塊應為研磨加工容易的形狀,7 沖切,7.1. 沖切加工面特性 就加工材料板厚斷面而言，沖切加工面可分如圖所示之不同區域。 模 輥：沖切工件承受外力所造的塑性變形區域 剪斷面：沖切工件承受外力低於其
11、抗拉強度所形成的剪斷現象 破斷面：沖切工件承受外力超過其抗拉強度所形成的破斷現象,7.2 沖切性質與模具間隙,7.3 模具間隙,7.4 一般沖壓可得之精度,7.5 沖切尺寸之精度公差 單位:mm,7.6 沖孔之最小值,7.7 孔與外形,明顯變形,稍微變形,無變形,7.8 孔距,W 由脫料板精度及壓料力決定,7.9 孔槽之加工限製,7.10. 沖切角度形狀與毛頭,銳角處易塌,造成毛頭加速發生,7.11 圓弧沖切,毛頭,良好,7.12 跳屑或堵塞原因及處理對策,沖屑跳上主要原因有:沖頭上升造成真空吸引作用,沖剪加工時造成高壓空氣層之推上作用,油膜附著,以及沖頭壓縮力造成沖頭與材料之密著等. 造成沖
12、屑堵塞之原因有:摩擦力,沖頭與入塊的磨耗,逃孔的形狀,分割形模塊偏離,及連續沖壓造成模具切刃部分的燒著.,沖屑跳上之改善對策: (1)圓形沖屑跳上：a. 踢出銷。b. 空氣吹出。c. 空氣吸引。d. 溝槽。e. 切角。f. 母模面粗糙化。 (2)小孔沖屑跳上：a .沖頭前端錐形加工。b.母模刃部角的全周細小加工處理。(3)長孔形沖屑跳上：除上述對策外，a. 沖頭去角。b.使用偶數個數的踢出銷。c.母模刃口割斜溝。 (4)異形孔沖屑跳上：異形孔受母模的拘束作用是不均的，沖切後易造成沖屑傾斜跳上，由於踢出銷置於中心會造成不良效果，須於兩個以上平衡位置處裝置踢出銷為宜。 (5)側邊沖屑上浮：改善母模
13、拘束形狀。,7.12,8. 彎曲,8.1 彎曲制品之檢討 8.1.1 依制品品質 a)毛邊方向的考慮,因毛邊方向會影響制品的品質,甚至會發生裂痕. b)材料壓延方向為彎曲線的角度會影響彎曲性,壓延方向與彎曲線成90度,其彎曲性最好. c)加工精度 實例如下圖,制品精度考量之彎曲工程,制品精度考量之彎曲工程,8.1.2 依制品形狀 彎曲部位對策實例,孔接近彎曲邊，孔易變形,在彎曲部接近孔處沖逃口，再彎曲,在接合角處 沖逃口,a取0.51度上彎時自由側不會幹擾工件,先將彎曲線外之周邊沖去,斜邊與彎曲線夾角小於60 度時，設計有高h 的直線部h 2t +R,沖切時考慮使毛邊留在彎曲的內角側,彎曲部鼓
14、起,彎曲側局部沖切,防止回彈,A=3t B=0.10.5t,8.2.1 彎曲制程之檢討,1.尺寸精度 2.加工限制(回彈現象的克服) 3.胚料展開,胚料展開計算,8.2.2彎曲工程與材料壓延方向,8.3 圓角半徑與模具間隙,1.沖頭圓角半徑 a.當Rp小時彎曲部位之板厚減少程度較大,彎曲強度差,易裂 b.彎曲時毛邊在彎曲內角側較佳,在外側易因承受拉應力而發生裂痕 cRp大時彎曲部位之板厚減少程度較小,回彈角度大,2.沖頭斷面寬度對制品影響 3.母模圓角半徑 4.模具重合深度 a.重合深度深,回彈 角度小 b.重合深度一般取5-6t以上 c.制品彎曲線長的彎曲加工,其重合深度宜加長.,U形彎曲密
15、合深度,母模斜角,母模圓角,8.4 沖頭斷面寬度對制品形狀的影響,8.5 回彈現象,彎曲加工使平板產生力矩作用而成形,平板內外分別承受壓縮應力及拉伸應力當其超過材料的降伏強度則產生永久的彎曲變形.當此力矩消失后.平板在彎曲處之材料會因內應力之故而發生回彈而造成稍微的變形,此稱為回彈現象.回彈將造成彎曲角度之減少,而且使彎曲曲率變大. 板厚增大,回彈角度減小.,最小彎曲半經(Rmin),Rmin為制品彎曲部分在一次彎曲加工下不會發生破裂之彎曲半經.影響Rmin的因素有: a.板材厚度(t) 一般情況下Rmin不宜小於板材厚度(t) b.材料寬度 材料寬度越寬, Rmin越大. c. 材料端面的狀
16、態。 沖切面有模輥、剪斷面、破斷面及毛頭四個部分，如果破斷面是在彎曲外側，則易導致彎曲破裂，此時 Rmin值應增大。 d.材料性質。 e.材料壓延方向。,8.6 頂出壓料設計,U形彎曲加工件兩邊之彎曲角度一般上是相同的.其沖壓彎曲設計以采取兩邊同時彎曲之方式居多,利用頂出塊將制品頂出. 假若頂出塊的頂出彈力不足時,制品在彎曲成形時會造成圖1所示的彈性變形,當制品頂出后會造成圖2所示的彎曲部回彈及底部彈性變形的回復,使回彈總量增大,頂出彈力強另可減少底部彈性變形之回彈,便底部會發生撓曲現象.彎曲部的回彈量修正,一般是采用過彎或局部壓縮方式解決之.,若U形件底部不能有撓曲現象產生時,我們可以采用底
17、壓之方式造成材料局部之過量變形.圖3為頂出塊兩邊采高於彎曲線回弧角的方式.如此可以減少彎曲部之回彈量. 如圖4為頂出塊中央凸 起之形式.使材料的彈性變形朝相反方向,亦即當制品頂出時彎曲部與底部之回彈現象將相互抵銷.,8.7 過彎設計方式,過彎設計方式最常用於克服回彈特性,使彎曲角度被修正於所要求的公差內.最好能先預知材質的回彈量. 1.利用料條之彈性變形 2.利用模具間隙與母模逃角 3.兩次彎曲法 4.側彎法,8.8 局部壓縮與矯正法,V形局部壓縮彎曲法 圖1為外R側壓縮法, 圖2為內R側強力壓縮法 圖3利用內R沖頭角度大小於外R沖頭角度之關系施加強壓縮,此方法是V形局部壓縮彎曲最常見的方法.
18、,8.9 U形局部壓縮彎曲法,8.9.1 U形局部壓縮彎曲法有在沖頭上設計突出部位強壓或避開彎曲部位強壓等兩種方式. 圖1是以內R側沖頭突出部位壓縮彎曲線或附近處,此突出部的尺寸不宜大,否則會影響工件彎曲部位的強度,設計上也要朝容易加工方向著手.模具底部之強度要求較高.,圖2是在外R側加大圓弧半徑以強壓彎曲部位之方法,經驗上外R圓弧半徑Rd取Rp+1.25t ,模具在彎曲R處之強度要求高.,8.9.2 U形彎曲時,其外R側面圓弧區域所承受的力行為如圖 所示,彎曲底部附近的圓弧承受的壓力弱,此部位彎曲后之回彈較大,此情形在外R側圓弧半徑大時更加顯著,因此必須考慮以兩次彎曲方式處理.,8.10 彎曲間隙,
