冲压模具结构知识介绍

五金產品和模具設計 1:沖壓的基本概念 2：沖床和模具結構 沖壓的基本概念 一：何為冷沖壓 冷沖壓成形是在常溫下 ,利用凸凹模配合強加機械力于金屬板材上 ,使 板材分離 ,變形 .從而獲得所需部件 . 二 板料的冷沖壓機械性能指標 (一 ). 屈服極限 :材料在拉伸變形中開始產生變形的應力 . 強度極限 : 材料在拉伸變形中破壞時的應力 .(二 ).總延伸率與均勻延伸率 :總延伸率是在拉伸試驗中試樣破壞時的延伸 率 .(又稱延伸率 ).均勻延伸率是在拉伸試驗中開始產生局部集中變形 (剛開始 出現細時 )時的延伸率 . (三 ).屈強比 :是材料的屈服極限與強度極限的比值 . 屈強比小 ,對沖壓成形有利 . (四 ).板平面方向性 .材料在其板平面內 物理性能的各向異性 .例板材在彎曲時 . 模具閉合高度 模具閉合高度是指模具處在最低點的工作位置時， 上模座的上表面到下模座的下表面之間的距離。即 為模具各塊範本厚度之和。 壓力機閉合高度 ： 是指壓力機滑塊在下死點時，滑 塊底面到壓力機工作臺面上平面的距離。由於多數 壓力機滑塊高度可上下調節，當壓力機連杆調至最 短時的閉合高度稱為壓力機最大閉合高度 Hmax,而當 壓力機連杆調至最長時的閉合高度稱為最小閉合高 度 Hmin。 為了保證模具能裝在壓力機上工作，模具閉合高度 必須小於壓力機閉合高度。最好 H位於 Hmin和 Hmax 之間，一般應滿足 Hmin+10HHmax-5 三： 模具閉合高度 和 壓 力 機 的 閉 合 高 度 四： 冷沖壓成形後板材的斷面組成 1.塌角 :這是沖壓開始以後凸凹模相互擠壓造成 2.光面 :這是沖壓時刃口附近的板材被拉入刃口擠壓造成 ,呈光亮狀 . 3.毛面 :呈灰暗狀 ,空氣下容易生鏽 , 是凸凹模擠壓並剪切板材時造成 . 4.毛邊 :這是沖壓最後階段板材即將斷裂時形成 1).沖裁過程 . 沖裁過程可分三個階段 . (a).彈性變形階段 (b).塑性變形階段 (c).斷裂階段 2).切斷面 切斷面可分為四個部分 : a).塌角 b).光亮帶 c). 剪裂帶 d).毛刺 料厚 塌角 a 光亮带 b 剪裂带 c 毛刺 d t 约 5 % t 约 1 / 3 t 约6 0 % t 约 ( 5 1 0 ) % t 五：冷沖壓成形中常用工藝 1.沖裁 :包括落料和沖孔兩個工序。 1）落料：模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分為工件，其餘部分為廢料，設計時 尺寸以模仁為准，間隙取在衝子上； 2）沖孔：模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分是廢料，設計時尺寸以衝子為准， 間隙取在模仁上。 2.剪切 :用模具切斷板材 ,切段線不封閉 . 3.切口 :在坯料上將板材部分切開 ,切口部分發生彎曲 . 4.切邊 :將拉深或成形後的半成品邊緣部分的多餘材料切掉。 5.剖切：將半成品切開成兩個或幾個工件，常用于成雙衝壓。 切口 切邊 剖切 冷沖壓成形中常用工藝 6.彎曲：用模具使材料彎曲成一定形狀（ V型 /U型 /Z型彎曲）。 7.卷圓：將板料端部卷圓。 8.扭曲：將平板的一部分相對於一部分扭轉一個角度。 彎曲 卷圓 扭曲 9.拉深：將板料壓製成空心工件，壁厚基本不變。 10.變薄拉深：用減小直徑與壁厚，增加工件高度的方法來改變空心件的尺寸，得到要求的底厚，壁薄的工件。 11.孔的翻邊：將板料或工件上有孔的邊緣翻成豎立邊緣。 拉深 變薄拉深 孔的翻邊 冷沖壓成形中常用工藝 12.外緣翻邊：將工件的外緣翻起圓弧或曲線狀的豎立邊緣。 13.整形：把形狀不太準確的工件校正成形。 14.校平：將毛坯或工件不平的面或彎曲予以壓平。 起伏 整形 校平 15.壓印：改變工件厚度，在表面上壓出文字或花紋。 壓印 16.鉚 合 : 即對原本不連接的部分加以機械力使其連接在一起 六： 冷沖壓成形中常出現問題 : 沖製品不良問題之原因及判斷 1.變形 ：（ 1）材料變形 （ 2）頂料不均或彈簧力失衡 （ 3）模加上下平面傾斜 2.擠料：（ 1）模具間隙不足 （ 2）避位不良 （ 3）定位不良 3.尺寸不良：（ 1）上下間隙過小 （ 2）定位不準 （ 3）彈簧力不夠 （ 4）展開 不對 4.漏沖：模具組立時漏裝或未做該結構 5.毛邊：（ 1）沖頭不利或刀口磨損 （ 2)間隙不準 （ 3）沖制力不均 （ 4）沖子 長度不足 （ 5）導柱磨損 6.刮傷： (1)/作 來不規範 （ 2）包裝問題 7.壓傷：（ 1）模具內有異稱 （ 2）定位不良 二 .模具結構知識 . 1.模具的概念 ： 模具的分類 : 1)單模：壓力機一次行程只能完成一道工序的模上 2)復合模：壓力機一次行程中，在同一工位上完成兩道或更多工序的模 3)連續模：具有兩個或更多工位，材料隨壓力機行程逐次送進一工位，從而 使工件逐步成形的模具 三類模具的優缺點比較： 工序模 複 合模 級進 模 結構 簡單 較複雜 複雜 成本、 週 期 小、短 小、短 高、 長 製 造精度 低 較 高 高 材料利用率 高 高 低 生 產 效率 低 低 高 維 修 不方便 不方便 方便 產 品精度 高 高 低 品 質 低 低 高 安全性 不安全 不安全 安全 自 動 化 易於自 動 化 衝 床性能要求 低 低 高 應 用 小批量生 產 大、中型零件的 衝壓試製 大批量生 產 內 外形精度要求高 大批量生 產 中、小零件 衝壓 沖壓範本的組成 冷沖模一般有八塊範本組成 :上模座 (TP)、上墊板 (TBP)、沖頭固 定板 (PP)、剝料背板 (SBP)、剝料板 (SP)、模仁固定板 (DP)、下 模墊板 (DBP)、下模座 (DS)。 沖壓模具結構簡介 1.上模座 2.墊板 3.沖頭固定板（夾板） 4.剝料板均力背板（止擋板） 5.剝料板 （脫料板） 6. 下範本 7.下模均力背板 8. 副導柱 9.副導柱用套筒 10.先導桿 11.沖頭 12.副導柱用套 筒 13. 鑲塊式模仁 4.剝料板螺栓 15.彈簧 16.剝料板襯套 17.定位浮昇銷 18.材料 111(備註 : 零件號碼 2,4,7 有時 僅部份使用或全不使用 ) 導向零件 精確的導向是保證模具正常生產的前提條件，為了提高連續模工 作的精度和穩定性又常設計成雙重導向：主導向和副導向。 常見的導向零件有滑動導向和滾動導向兩種。 一 滑動導向和滾動導向的區別： 滑 動導 向 滾動導 向 組 成 導 柱、 導 套 導 柱、 導 套、 襯 套、 滾 珠等 配合 關係 間 隙配合 過 盈配合 精度 低 高 可工作速度 低 高 壽 命 短 長 承受 側 向力 強 弱 連續模具的料帶 毛 邊 壓 料帶 W(料 帶寬 P(步距 ) 工序設計的一般原則 機構設計實務 (1/6) 1.沖剪孔與外形時成品之臨界尺寸 : 2.彎曲加工之最小邊高尺寸 (軟鋼板之基準 ): t之範圍 S0 之最小值 t之範圍 S0 之最小值 0.8mm以下 2t 0.8mm以下 2t 0.81.6mm 1.6t 0.81.6mm 1.6t 1.6mm以上 1.3t 1.6mm以上 1.3t 機構設計實務 (2/6) 3.彎曲隅角附近孔緣之最小尺寸 : 板厚 3.2mm以下 ,1/4H以下之板材 Sd之最小值 r + 1.5t 或 1.2mm L之範圍 SL之最小值 r + 2t 25mm 以下 或 1.5mm r + 2.5t 2550mm 或 2mm r + 3t 50mm 以上 或 2.5mm S0之最小值 r + t 或 2t 機構設計實務 (3/6) 機構設計實務 (4/6) 機構設計實務 (5/6) 機構設計實務 (6/6) 沙拉成形 第一種方法 ( 產品外觀好，精度高，穩定。但多工程 ) 沙拉孔的分類 沙拉孔根據產品的要求不同 一般有深和淺兩種類別。如圖一所示沙拉是產品 互相鉚接時 採用淺沙拉孔成形 圖二所示沙拉用於鉚拉釘之用 採用深沙拉 成形。在設計過程中 依據如圖所示加以區分沙拉形式 對其採用不同的成形 方法。 對于沙拉孔的成形 一般分為三個步驟 第一步 沖底孔 第二步 打沙拉孔 第 三步 沖沙拉過孔。由於沙拉的形式有兩種 對于其成形過程 有特殊的要求 據 本內容詳見下列敘述。 第一步 沖底孔 如圖三所示 在第一步沖底孔 沖頭直徑 =D-0.4mm. 第二步 打沙拉孔 如圖四和圖五所示 第三步 沖沙拉過孔 如圖六和圖七所示 在沖沙拉過孔時 淺沙拉孔和深沙拉孔成形時取值是不一樣的。 (下模部分應優 先考慮入子） 1：深沙拉孔沖沙拉過孔時 沖裁間隙 (單邊 )固定取 0.02 沖頭直徑 =D . 2：淺沙拉孔沖沙拉過孔時 ;沖裁間隙 (單邊 )固定取 0.02 沖頭直徑 =D. 第二種方法 (節省工程，孔徑尺寸可保証。但擠斜面時，衝頭受力大，上 墊板 易打下沉 ) 1當工程排布緊時，可採用先擠凸打沙拉斜面，後沖沙拉孔。 第一步擠凸打沙拉斜面，如圖八和圖九所示 第二步 沖沙拉過孔 如圖十和圖十一所示 在沖沙拉過孔時 淺沙拉孔和深沙 拉孔成形時取值是不一樣的。 (下模部分應優先考慮做入子 ) 3：深沙拉孔沖沙拉過孔時 沖裁間隙 (單邊 )固定取 0.02 沖頭直徑 =D . 4：淺沙拉孔沖沙拉過孔時 ;沖裁間隙 (單邊 )固定取 0.02 沖頭直徑 =D. 第三種方法 (節省工程。但擠斜面時易起毛剌，沙拉孔不精確 ) 1當工程排列緊張時，可採用預沖大孔 (比原沙拉孔正值大 30%)，後打沙拉。 第一步 沖底孔 如圖十二所示 沖頭直徑 =(D+30%D)mm. 第二步打沙拉。如圖十三、圖十四所示 : 沖壓材料的認識 (1/6) 1. SPCC (冷軋鋼板 )： 冷軋鋼品是以酸洗後的熱軋鋼捲，於冷軋工場常溫軋延至 0.30 3.20mm後， 經電解清洗、退火及調質等過程製造而成。冷軋鋼品因厚度薄、尺寸精確、表面粗 糙度分級多，容易塗漆及電鍍、且機械性質及加工性良好，易於衝壓製成各種產品 ，故用途非常廣泛，舉凡汽車車體、電子零件、家電用品、鋼製傢俱、容器等，均 需大量使用冷軋鋼品做為加工材料。 該產品依用途別可區分為下列三類： 1.一般品質： SPCC ,適用於加工程度較低的產品，例如供作彎曲、淺度衝壓成型及 焊接等加工之零組件。 2.衝壓品質： SPCD ,具較佳加工成型性，適用於一般品質無法勝任的衝壓及高度成 型之零組件。 3.深衝品質： SPCE ,具有更佳的加工成型性，適用於衝壓品質無法勝任，須高度成 型或具時效性要求的特殊零組件加工。 因表面須電鍍，因環保問題，現今電腦業界已較少人使用。參考價格 : 16NT$/Kg-0.6T . 2. SECC(鍍鋅鋼板 )： 電鍍鋅鋼捲底材為一般的冷軋鋼捲，在連續電鍍鋅產線經過脫脂、酸洗、 電鍍及 各種後處理之製程後，即成為電鍍鋅產品，此產品特性不但具有一般冷軋鋼片的機械性質 及近似的加工性，且具有優越的耐蝕性及裝飾性外觀；在電子產品、家電及傢具的市場上具有很大 的競爭性及取代性。 參考價格 : 21NT$/Kg-0.6T 該產品依用途別可區分為下列三類： 1.一般品質： SECC,適用於加工程度較低的產品例如供作彎曲、淺度衝壓成型及焊接等加工之零組件。 2.衝壓品質： SECD ,具較佳加工成型性，適用於一般品質無法勝任的衝壓及高度成型之零組件。 3.深衝品質： SECE(N) ,具有更佳的加工成型性，適用於衝壓品質無法勝任，須高度成型或具時效性 要求的特殊零組件加工。 4. 近來大量用在通訊、 PC 產品，取代 SPCC，唯一缺點，切斷面及折痕容易生銹。 沖壓材料的認識 (2/6) 3. SPTE(馬口鐵 )：是一種超薄冷軋的低碳鋼片，主要用途是供應製罐業所使用的鍍錫、鍍鉻鐵 皮的原板。導電性強，外觀佳，因成本考量有些來取代 SUS，非磁性材料，但沖壓加工次數 越多，磁性越強。在 Notebook上常用於 EMI shielding pan ,非需高強度結構之 bracket ,plate . 該產品依用途別可區分為下列三類： 參考價格 : 34NT$/Kg -0.1T 一次 軋延 : T1 T5 材質， T1軟 T5硬 二次 軋延 : DR8DR10 材質， DR8軟 DR10硬 表面處理 / 符號 區 分 特 徵 B 光面處理 在具有細紋光滑表面之底片上，將錫層施以熔融之光澤表面。 R 粗面處理 在具有一定方向的磨刀石紋表面之底片上，將錫層施以熔融處理之光澤表面。 S 銀面處理 在具有較粗霧狀無光澤表面之底片上，將錫層施以熔融處理之光澤表面。 M 鈍面處理 通常在無光澤表面之底片上錫後，不經熔融處理之光澤表面。 4. 磷青 銅片 (PBS )PHOSPHOR BRONZE SPRING： 磷青銅係由青銅 (銅錫合金 )添加脫氧劑，磷 (P)含量 0.03 0.35%及其它微量元素如 Fe、 Zn等 組成 。延展性、耐疲勞性均佳，可用於電氣及機械材料，且耐蝕性，材料可靠度高於一般銅合金 製品 ，以連續熔解鑄造 (板片、銅卷 )方式製成，具高度之材質均勻性。導電性佳、彈性高、富耐磨 耗 ；是電氣開關、端子等應用之彈片及導電材料，但沒有不銹鋼之強度。外觀須電鍍。 故 目前 在 Notebook 用於 EMI之需求 .參考價格 : 195NT$/Kg -0.1T. C5111： 錫含量，強度佳，耐蝕性好，加工性優良，可用於高性能電氣用精密材料。 C5102： 錫含量，強度佳，耐蝕性好，加工性優良，可用於高性能電氣用精密材料。 C5191： 錫含量 6%，電機材料，接著端子， IC元件等均可使用，高強硬度特質。 C5212： 錫含量 8%，有良好的強度特性，用於電氣材料。 C5210： 錫含量 8%，耐疲勞及彈性特性佳，最適用於高性能電子連接 6. SUS304(不銹鋼 )：用途最多之不銹鋼種，因含有 Ni 故比 Cr 鋼較富耐蝕性耐熱性，且具低溫 強度，故機械特性非常好，加工硬化性非常大，加熱處理不硬化，非磁性，強度佳，較沒彈性， 常使用厚度 0.4T 1.0T之間。 故 目前在 Notebook常被廣泛運用在需結構強度之 Bracket ,運用上 必須 指定級數 ,以期達到設計之需求 .一般最好取 3/4H為宜 .若是須引伸抽型 ,若運用於 LCD bracket ,一 般最好取 1/2H為宜 . 參考價格 : 98NT$/Kg -0.5T , 130NT$/Kg-0.3T , 195NT$/Kg-0.2T . 6. S|US301(不銹鋼 )： Cr (鉻 ) 成分比 SUS304 低，耐蝕性較差，但冷間加工能得到非常高度的 拉加及硬度，其特性用途廣大，因彈性佳， 故 目前在 Notebook常被廣泛運用在防 EMI上，做彈性 接觸部份，但常用厚度在 0.4T 0.07T 之間。 運用上必須指定級數 ,以期達到設計之需求 (例如彈 力 ,強度 ).並須注意 301材料有金屬結晶性方向性 ,越高級數者越是硬且脆 ,若成型上不注意 ,易造成 隅角及側壁裂紋 . 參考價格 : 142NT$/Kg -0.5T , 183NT$/Kg-0.3T , 180NT$/Kg-0.2T . 285NT$/Kg -0.1T . SUS 301 與 SUS 304 材質硬度比較 SUS 301 H 材質 硬度 硬度 硬度 硬度 SUS 301 H HV 48020 SUS 304 H HV 38020 SUS 430 HV 200 SUS 301 3/4H HV 38020 SUS 304 3/4H HV 30020 SUS 301 1/2H HV 30020 SUS 304 1/2H HV 26020 SUS 304 HV20020 材質性能 SUS 301 : 適合用彈性用途 ,含碳量高 ,硬度高 ,不易彈性疲乏 .延展性不好 ,不易抽伸 . SUS 304 : 不適合用彈性用途 ,含碳量低硬度低 (軟 ). SUS 430 : 材料含雜質較多 (不純 ),導致硬度不穩定 . 沖壓材料的認識 (3/6) 備註 : 1. 若兩著硬度接近 如 (SUS 301 3/4H跟 SUS 304 H) 雖然硬度相同 ,但是用在彈性的產品上 SUS 304 H 較易產生彈性疲乏 . 2.材料厚度影響硬度公差 (越厚公差越大 ). 7. AL1050(鋁合金 )：材料含鋁較純，材質輕，散熱好， 材質不易加工 ， 強度相對比較低，具有優良之 成形性、熔接性、耐蝕性。 故 目前在 Notebook上常用於散熱片等不須重負荷處 . 參考價格 : 9295NT$/Kg -0.5T. 型號 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al AL1100 (Si+Fe)0.95 0.05 -0.2 0.05 - - 0.10 - 99.0min 8. AL5052(鋁合金 )：散熱好、材料較硬、強度強， 成形性、熔接性、耐蝕性良好 ,但材質不易加工。 目前廣泛用於筆記型電腦代替馬口鐵 , 取其質輕散熱性佳且強度較一般鋁材料為佳 . 可設計運用於 Shielding plate , I/O bracket , Module drive 之 bracket .參考價格 : 96NT$/Kg-0.5T . 型號 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al A5052 0.25 0.40 0.10 0.10 2.2-2.8 0.15-0.35 0.10 - 其餘 沖壓材料的認識 (4/6)