冲压模具设计基本知识

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種類及記號摘要SPCC一般用SPCD引伸用SPCE深引伸用•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.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)之種類大類名稱分類名稱代表型號備註純銅(Cu)一般銅C110含氣量約0.01~0.06%磷脫酸銅C1201C1220以磷作脫酸銅,依磷含量分為高磷及低磷脫酸銅無氣銅C1011C1020氣化銅(Cu2O)不存在黃銅(Cu~Zn)紅銅C2100C2200C2300C2400含鋅量5~20%,色調呈紅色黃銅C2600~2801代表者之含鋅量30~40%特殊黃銅C4430C4621C3560C3710青銅(Cu-Sn)磷青銅C5101~C5212含磷量0.2%,強度高之銅合金白銅(Cu-Ni)白銅C7060C7150鎳含量5~30%,鐵含量1%銀鎳侗(Cu-Ni-Zn)銀鎳銅C7351~C7541鎳合量10-35%,銅含量45~75%,呈銀色熱處理銅合金鈹銅C1700C1720具熱處理性鉻銅C18200鋯銅C150001.4.2銅及銅合金之物理性質2.加工法與精度關系表加工法表示符號可能精度~經濟精度電極放電加工EDM0.02~0.05~0.1線切割放電加工WEDM0.005~0.01~0.02研磨G0.005~0.01治具搪孔JG0.002~0.005~0.01治具研磨JB0.002~0.01鉆孔D0.05~0.1絞孔RM0.01~0.05NC綜合加工MC0.01~0.02~0.03抹磨加工(lapping)GL單向拋光靠模切削0.02~0.01靠模研磨0.005~0.013.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.5.1.25.1.3母模板與背板•單體沖模母模板厚度之基准值H•計算公式=H03PKPK=l*t*ī•PK:下料之沖切荷重(kg)•l:沖切之輪廓長度(mm)t:板厚(mm)ī: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7.5MMb.沖模之表面積為3200MM2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。•側向力強•有燒損黏著之缺點•採用黃銅導套•導套應含有固體潤滑材•易磨損•側向力弱•因滑動性良好,模具容易對合•必須注意扣件之脫落•比滾珠引導之側向力強(約6倍)•與滾珠引導效果相同•成本高•安裝較困難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0.3tX1.2t(t為板厚）。如厚板（工作厚度）時取60~80%,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。a用途10º中.小徑用用於薄板及軟質材料15º中.小徑用用於一般高速精密加工30º中.大徑用低速加工用45º特殊用用於短沖程之沖壓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2~3倍5.6.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DBB有脫料板無脫料板0.3~0.54~62~30.5~1.06~84~51.0~2.08~136~8單位:mm6.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,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項目模具間隙備注小適中大-制品之毛頭稍大小大大-制品之反曲小小大-制品之模輥小中大-制品之尺寸精度良良稍差-制品之破斷面小中大間隙小發生2次剪切制品之摩耗大小小-沖切力大中小-胚料與沖屑容易堵塞良好容易浮上-7.3模具間隙材質精密一般軟鋼2—56—10硬鋼4—89—13矽鋼板4—67—12不銹鋼3—67—11銅1—34—7黃銅1—45—10磷青銅2—56—10銀鎳銅合金2—56—10鋁(軟)1—34—8鋁(硬)2—56—10披莫合金（permalloy）2--56--87.4一般沖壓可得之精度加工內容被加工材質厚0.25以下0.6以下1.6以下1.6以上形狀精度+/-0.025+/-0.05+/-0.13+/-0.2孔間距離+/-0.025+/-0.05+/-0.13+/-0.2孔與外形距離+/-0.03+/-0.05+/-0.15+/-0.25輪廓角度+/-5度+/-10度+/-15度+/-30度輪廓最小半徑R0.13minR0.25minR0.5minR1.0min剪斷面長度0.5t0.3t0.2t0.2t毛頭高度0.025min0.05min0.13min0.3min平坦度0.05min0.10min0.15min0.3min7.5沖切尺寸之精度公差單位:mm區分A級B級C級D級E級30以下+/-0.1+/-0.15+/-0.25+/-0.4+/-0.630~120以下+/-0.15+/-0.25+/-0.45+/-0.7+/-1.1120~315以下+/-0.2+/-0.4+/-0.6+/-1+/-1.6315~1000以下+/-0.3+/-0.7+/-1.1+/-1.8+/-2.81000~2000以下+/-0.5+/-1.1+/-1.8+/-3+/-4.57.6沖孔之最小值一般特別材質DADA軟鋼1.0t0.7t0.4t0.3t硬鋼1.3t1.0t0.5t0.4t黃鋼1.0t0.7t0.4t0.3t鋁0.8t0.5t0.3t0.3t7.7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