模具设计工业标准

第一章 用於模具設計的工業標準1.1 用於機械工程繪圖的工業標準 一般繪圖人員對繪圖的經驗有一定的水平, 他們所參照的圖方式有不同標準. 以下是JIS工程繪圖的工業標準. 本文只供參考, 有關細節資料, 可參照JIS標準(JIS B0001, Z8310, Z8311, Z8312, Z8313, Z8314, Z8315, Z8316, Z8317, Z8318). (1) 圖則尺寸及規格 周邊 表1-1 列出常用的圖則尺寸分類及周邊的余量(JIS B0001) 單位:mm圖紙分類 尺寸(A x B)C(最小)D (最不釘裝小) 釘裝 A0841 x 11892020A1594 x 841A2420 x 59425A3297 x 4201010A4210 x 297 圖號 更改欄 圖則資料; 如公司名稱, 物料. 圖1-1 圖紙格式 (Z8311) (2) 圖則比例 圖則比例的表示方法為: A:B A: 在圖則上的繪劃之尺寸. B: 物件的真實尺寸. 例: 圖則比例縮小 - 1:2 (與真實尺寸小一半) 圖則比例相同 - 1:1 (與真實相同大小) 圖則比例放大 - 5:1 (比真實尺寸大五倍) (3) 線段的分類 表1-2 綜合列出了不同的線段種類及應用作為參考之用. 表1-2 不同類別線段之使用 ( JIS Z8312 ) 線段類別名稱用途粗實線表示物體可見的輪廓幼實線尺寸線尺寸界線部面線符號或文字指示簡單的中心線 虛線表示物體隱藏的輪廓點劃線表示圖形的中心表示物件移動時中心位置粗點劃線表示物體的某部份位置需要作特別的處理,如:蝕紋,噴砂等.雙點劃線表示主體附近的假想物件表示夾具的定位位置和定位物件表示物件加工前和加工後的部份表示重複的物體部份徒手線斷裂處的邊界線曲折線物體的其中的某部份 剖面位置切線表示切割剖面的位置 剖面切線表示已切割的剖面 例1: 多種線段例圖 1粗實線 8徒手線 2曲折線 9 點劃線 3剖面切線 10幼實線 4粗實線 11雙點劃線 5幼實線 12幼實線 6虛線 13幼實線 7剖面位置切線 例2: 表示附近配合物件 雙點划線 例3: R的中心尺寸及位置 雙點劃線 例4: 表示屈曲前尺寸 點劃線 雙點劃線 例5: 表示延長物件 雙點劃線 (4) 文字的使用 圖1-2 為常用的文字格式及尺寸可供參考使用(非1:1比例) 高9mm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 高4.5mm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 高6.3mm A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z 圖1-2 文字規格 ( JIS Z8313 ) (5) 投影方法 圖1-3及1-4分別表示第三角投影方法所得出的投影面及用於表示第三角投影的標記. A: 前視 B: 上視 C: 左視 D: 右視 E: 底視 F: 背視 圖1-3第三角投影方法(JIS Z 8315) 圖1-4用於第三角投影的標記 (JIS Z8315 ) (6) 視圖方法 圖1-5及1-6為切面視圖的繪劃方法 ( JIS Z8316) 圖1-5 圖1-6 (7) 尺寸標示法 圖1-7表示常用的尺寸標注方式 (1) 邊長 (2) 弦長 (3) 弧長 (4) 角度 (a) 箭頭式 (b) 斜線式 (c) 點式 圖1-7不同類型的尺寸標注方式 (JIS Z8317) 注: 在同一張圖紙上. 除非有特別情形, 如空間太少放不下箭頭等, 否則不應該將(a), (b), (c) 三種不同的尺寸標示混合來用. 例6: 機械工程繪圖-尺寸標注 (8) 零件編碼 (JIS B0001) 常用的零件編碼方式有下列兩種: (9) 圖則更新 如圖則於發出後, 尺寸或工差有所更改, 必需將圖紙更新及重新發放, 更新方法可參閱如下: 圖則更新記號更改項目姓名日期1 Dim 76 was 72BXP 19/09/98 圖紙上更改欄圖1-8圖則更新方法 一般更改方式有二. 一為直接將舊有尺寸劃去, 然後在旁寫上正確尺寸及更新記號. 二為把舊的尺寸擦去, 寫上新的尺寸並且在旁邊加上更新記號. 不管是使用第一種或第二種更改方式, 都要在圖紙的更改欄上寫上第幾次更改的符號. 更改日期, 由誰人更改等. 若使用第二種更改方法. 則更改欄上的更改項目要注明更改前的日期.1.2 公差系統 在模具零件的加工過程中, 因為機械上的誤差, 刀具損耗及機械本身的加工條件或能力所限製, 加工後的零件尺寸往往未能達至均一的. 又因為零件的本身很多時要和別的零件相配或互換, 所以公差系統的應用在模具設計及製造中擔當了很重要的角色. 公差系統可分為三大類. 它們分別是形狀公差, 位置公差及配合公差, 本文只供參考, 有關細節資料, 可參照JIS 標準(JIS B0021, B0022, B0023) (I) 形狀及位置公差 表1-3為標準使用的形狀公差符號及各稱(JIS B0021)符號名稱直線度平面度圓度圓柱度曲線輪廓度曲面輪廓度 位置公差又可分為三類: 分別是定向, 定位及跳動. 定向公差用於表示形狀之間的定向關系: 如平行及垂直等. 定位公差用於表示形狀間的位置相差值: 如同軸及同心等. 偏轉公差用於圓形物體在轉動時的公差偏離. 表1-4為標準的位置公差符號及名稱. 表1-4位置公差符號 (JIS B0021)分類符號名稱定向平行垂直度傾斜定位同軸度同心度對稱度跳動偏轉度全偏度 (a) 形狀及位置公差標注方法共有三種,如圖1-10 (1) . 公差符號 公差數值 (2) 公差符號 公差數值 基準面字母代號 (3) 基準面字母代號(第一格為主要的 基準面,第二格為次要的基準面,如此類推) 公差符號 公差數值 (b) 引線 - 公差方框與所要管製之幾何形態間用一帶有箭頭之引線相連. 有如下方法: (1)指在輪廓線或延長線上 (2)指在延長線對正尺寸線 (3)指在中心線上延長線上圖1-10引線表示方法 (c) 基準面與基準線-引線引至基準面或基準線處, 用一個實三角形表示, 三角形之底邊放法有如下方法: (1)放在輪廓線或延長線上 (2)放在延長線對正尺寸線 (3) 放在中心線上圖1-11基準面及基準線表示方法 若公差方框與基準因相距過遠而不適宜用引線相連時, 可用一個大字線加一個方框以識別之, 同時應在公差方框之第三格寫入該基準面的大寫字. (1)在基準面上的表示 (2)公差方框與距離之基準面圖1-12 基準面與公差方框距離遠之表示方法 (JIS B0021) 以下是形狀及位置公差與基準面之表示範例 (JIS B0021)名稱誤差形式文字說明示例直線度定平面內的直線度公差所標示的平面直線度誤差不大於0.1mm平面度平面度公差箭咀所標示的平面度誤差不大於0.1mm平行度平面對軸線的平行度公差所標示的平面度誤差不大於0.03mm垂直度平面對軸線的垂直度公差所標示的端面相對於A軸線面的垂直度誤差不大於0.04mm同軸度同軸度公差所標示圓柱軸線對圓柱軸線的同軸度誤差不大於0.01mm對稱度對稱度公差所標示的內槽對距離為A面的對稱度誤差不大於0.01mm位置度位置度公差所標示的圓孔軸線對 A,B,C面位置誤差不大於0.1mm圓度圓度公差所標示的圓柱切面的圓度誤差不大於0.03mm圓柱度圓柱度公差所標示的圓柱的圓度誤差不大於0.03mm線輪廓度線輪廓度公差所標示的曲線切面的線輪廓誤差不大於0.03mm曲面輪廓度線輪廓度公差所標示的曲線的輪廓誤差不大於0.03mm徑向圓跳動徑向圓跳動公差所標示的圓軸對A,B軸線的徑向圓跳動不大於0.03mm端面圓跳動端面圓跳動公差所標示的端面對A軸線的端面跳動不大於0.015mm (II) 一般的應用公差數值 在模具設計期間, 當需要標注公差於圖則上時, 必須考慮其零件之基本尺寸, 準確要求及加工技術的規限. 又當在加工期間, 如圖則上沒有特別注明公差數值時, 亦可根據零件的大小和要求來生產出合理的零件. 本文只供參考, 有關細節資料, 可參照DIN 標準 (DIN 7168). (a) 直線及角度一般的公差數值 表1-5 及1-6列出一般五金切削加工後的直線和角度公差數值. 表1-5五金切削加工後的直線公差數值公差級別由0.5至3由3至6由6至30由30至120由120至400由400至1000由1000至2000由2000至4000由4000至8000由8000至12000由12000至16000由16000至20000f(精)0.050.050.10.150.20.30.50.8-m(幼)0.10.10.20.30.50.81.223456g (中)0.150.20.50.81.22345678sg(粗)0.511.523468101212 表1-6五金切削加工後角度公差數值 (DIN 7168)公差級別10以上由10至50由50至120由120至400400以上f (精)m(幼)1O3020105g (中)103050251510sg(粗)3020103020 (b) 直線度及平直度一般的公差數值 表1-7列出五金切削加工後直線度及平直度的普遍公差數值. 直線度的數值是根據所標示平面的直線長度為準. 平面度則根據所標示平面的最長一邊或直徑來設定. 表1-7五金切削後直線度及平直度公差數值 (DIN 7168)一般直線和平面公差及工件尺寸以毫米表示公差級別6以下由6至30由30至120由120至400由400至1000由1000至2000由2000至4000由4000至80008000以上R0.0040.010.020.040.070.1-S0.0080.020.040.080.150.20.30.4-T0.0250.060.120.250.40.60.91.21.8U0.10.250.511.52.53.557 (c) 圓柱度, 平行度及垂直度 圓柱度, 平行度及垂直度都是沒有特定的普遍公差數值. 圓柱度可根據圓柱本身的直徑公差, 但在一般情況下, 數值不應高於直徑公差及偏轉公差, 平行度則可根據表1-7直線度及平直度的數值來設定. 垂直度的公差設定則可參考表1-6的角度普遍公差數值. (d)五金切削後偏轉度一般公差的數值 表1-8五金切削後一般的偏轉度公差數值 (DIN 7168)公差級別徑向和軸向之偏轉度公差以毫米表示R0.1S0.2T0.5U1 (III) 配合公差 為使模具零件得到互換性, 模具設計師應依循特定的設計標準及誤差範圍設計. 生產者需根據設計要求確保產品質量. 本文只供參考, 有關細節資料, 可參照JIS標準(JIS B0401). (a) 公差的基本概念 (1) 基本尺寸(Basic size): 設計時確定的尺寸. (2)實際尺寸(Autual size): 零件製成後實際量度得的尺寸. 實際尺寸可能大於或小 於基本尺寸. (3)極限尺寸(Limits of size): 允許零件實際尺寸變化所取兩個界限值. (4)最大極限尺寸(Maxmun limit of size): 允許實際尺寸的最大值. (5)最小極限尺寸(Minimum limit of size): 允許實際尺寸的最小值. (6)偏差(Deviation of size): 一個尺寸(實際尺寸或最大尺寸等)與基本尺寸之相差值. (7)實際偏差(Actual deviation of size): 實際尺寸與基本尺寸之相差值. (8)上偏差(Upper deviation): 最大極限尺寸與基本尺寸的相差值. (9)下偏差(Lower deviation): 最小極限尺寸與基本尺寸的相差值. (10)零線(Zero line): 代表基本尺寸. 習慣零線水平上方為正偏差, 下方為負偏差. 例: 公差配合之計算 零線 基本尺寸圖1-13 基本尺寸時: 100mm 最大極限尺寸: 100.05mm 最小極限尺寸: 99.95mm 實際尺寸: 應介於99.95-100.05mm之間為合 上偏差: 最大極限公差 - 基本尺寸 100.05-100 = 0.05 mm 下偏差: 最小極限公差 - 基本尺寸 99.95 -100 = - 0.05 mm 公差: 0.05 (b) 配合的基本概念 在基本尺寸相同, 相互結合的孔和軸的公差之間的關系, 稱為配合. 孔的尺寸減去與之相配合的軸的尺寸所得的差值為正時稱為間隙, 為負時則稱為過盈. (c) 配合的種類分為: 間隙配合, 過盈配合及過渡配合 (1) 間隙配合 具有間隙(包括最小間隙等於零)的配合. 孔的公差區在軸的公差區之上.如圖1-14. 最小極限尺寸 最大間隙 最大極限尺寸 最大間隙 孔公差區 最小間隙 最大極限尺寸 最小間隙 最小極限尺寸 軸公差區 (a)示意圖 (b)公差區圖圖1-14間隙配合 (JIS B0401) (2) 過盈配合 具有過盈(包括最小過盈等於零)的配合. 孔的公差區在軸的公差區之下. 如圖1-15所示. 最小極限尺寸 最小過盈 最大極限尺寸 最大過盈 軸公差區 最小過盈 最大極限尺寸 最大過盈 最小極限尺寸 孔公差區 (a)示意圖 (b)公差區圖圖1-15過盈配合 (JIS B0401) (3) 過渡配合 可能具有間隙或過盈的配合. 此時, 孔的公差區與軸的公差區相互交疊. 如圖1-16所示. 最小極限尺寸 最大間隙 最大極限尺寸 最大過盈 孔公差區 最大極限尺寸 最大過盈 最小極限尺寸 軸公差區 (a)示意圖 (b)公差區圖圖1-16過渡配合 ( JIS B0401) 表1-9為標準公差數值, 共分為18級, 每級根據不同的基本尺寸而有不同的數值. 等級越高, 表示尺寸越精確. IT1為最高等級而IT18為最低等級. 表1-9為加工精度數值表 (JIS B0401)基本尺寸(mm)1234567891011121314(I)15(I)16(I)17(I)18(I)由至標準公差(mm)標準公差(mm)-30.81.2234610142540600.100.140.260.400.601.001.403611.52.545812183048750.120.180.300.480.751.201.8061011.52.546915223658900.150.220.360.580.901.502.2010181.2234811182743701100.180.270.430.701.101.802.7018301.52.546913213352841300.210.330.520.841.302.103.3030501.52.54711162539621001600.250.390.621.001.602.503.905080235813193046741201900.300.460.741.201.903.004.60801202.5461015223554871402200.350.540.871.402.203.505.401201803.55812182540631001602500.400.631.001.602.504.006.301802504.571014202946721151852900.460.721.151.852.904.607.20250315681216233252811302103200.520.811.302.103.205.208.10315400791318253657891402303600.570.891.402.303.605.708.904005008101520274063971552504000.630.971.552.504.006.309.7050063091116223044701101752804400.701.101.752.804.407.0011.00630800101318253550801252003205000.801.252.003.205.008.0012.508001000111521294056901402303605600.901.402.303.605.609.0014.00100012501318243446661051652604206601.051.652.604.206.6010.5016.50125016001521294054781251953105007801.251.953.105.007.8012.5019.50160020001825354865921502303706009201.502.303.706.009.2015.0023.0020002500223041577711017528044070011001.752.804.407.0011.0017.5028.0025003150263650699313521033054086013502.103.305.408.6013.5021.0033.00 (1) 等級IT 14 - 18不應使用於1mm以下 (2) 等級IT 1 - 5 於500mm以上只適用於測試或實驗室內用 (IV) 配合基準製 公差的配合方法, 可分為基孔製及基軸製兩種. 以下是配合的有關資料, 有關細節, 可參照 JIS 標準 (JIS B0401). (a) 基孔製 將孔的公差區固定不變, 使它與不同位置的軸的公差區形成各種配合的製度, 稱為基孔製, 如圖 1-17 所示. 基孔製的孔稱為基準孔, 用英文字母大寫 H 表示. 其公差區在零線上面; 下偏差為零, 上偏差為正值. 孔的公差區 軸的公差區 基本尺寸圖1-17 基孔製的孔與軸公差區 (JIS B0401)基孔製示例: 孔: 30H8 軸: 30f7 圖1-18 基孔製示例 (JIS B0401) (b) 基軸製 將軸的公差區固定不變, 使它與不同位置的孔的公差區形成各種配合的製度, 稱為基軸製, 如圖1-19 所示. 基軸製的軸稱為基準軸, 用英文字母小寫 h表示. 其公差區在零線下面; 上偏差為零, 下偏差為正值. 基本尺寸 孔的公差區 軸的公差區圖1-19 基軸製的孔與軸公差區 (JIS B0401)基軸製示例: 孔: 30F8 軸: 30h7 圖1-20 基軸製示例 (c) 基本偏差系列圖表 基本偏差系統規定了軸, 孔各28個基本偏差, 形成基本偏差系列. 基本偏差的代號用英文字母表示, 系統按字母順序排列. 英文字母大寫為孔, 英文字母小寫為軸. 圖1-21表示出該系列的確定的軸, 孔公差區的位置. 孔 基本尺寸 軸 基本尺寸圖1-21 孔與軸各28個基本偏差系列圖 (JIS B0401) (d) 常用配合 一般常用配合會先選定以孔為基楚或以軸為基楚. 然後再決定用間隙配合或過盈配合. 表 1-10及表1-11分別列出基本尺寸在500mm以下的孔和軸的常見組合. 表1-10常用孔基準配合 (JIS B0401)軸公差分區孔基準間隙配合過渡配合過盈配合H6g5h5js5k5m5f6g6h6js6k6m6H7f6g6h6js6k6m6n6p6r6s6t6u6x6e7f7h7js7f7h7H8e8f8h8d9e9H9d8e8h8c9d9e9h9H10b9c9d9 表1-11 常用軸基準配合 (JIS B0401)孔公差分區軸基準間隙配合過渡配合過盈配合h5H6JS6K6M6N6P6F6G6H6JS6K6M6N6P6h6F7G7H7JS7K7M7N7P7R7S7T7U7V7E7F7H7h7F8H8D8E8F8H8h8D9E9H9D8E8H8h9C9D9E9H9B10C10D10 注: 有關孔及軸的基楚偏差數值表資料,可參考(JIS B0401)標準1.3 螺紋類別 (I) 螺紋的作用及形成 螺紋是在圓柱上的導紋, 作用是要將螺帽或工件接起來. 在一些工具機中, 螺紋可作為傳遞動力之用. 連接螺紋為三角形, 傳動螺紋為梯形或鋸齒形. 螺紋的作用是令工件在旋轉且有導紋的圓柱上, 作垂直於圓周連動方向與所旋轉之角度成正比例的直線連動.則圓柱轉了pd(直徑)的距離, 工件上升了L(導程)的行程. 參考圖1-22. d: 圓柱直徑 L: 導程 l: 螺旋升角 b: 螺旋角圖1-22 螺紋的概念 (II) 標準螺紋的標示方式 一般螺紋有公製與英製, 其標示方法可參考圖1-23 及表1-12. X (螺旋線數)圖1-23 螺紋的標示方式 表1-12螺紋符號及螺紋標示(JIS B0123)螺紋類別螺紋符號螺紋標示例子公製粗螺紋MM8公製幼螺紋M8 X 1英製粗螺紋UNC3/8 - 16 UNC英製幼螺紋UNF8-36 UNF 一般螺紋符號及螺紋標示例子: 例1: 公製 M10 x 4 - 6g ( 2螺紋) 2條螺紋線 M: 螺紋符號 10: 螺紋外徑 4: 螺距(mm) 6: 加工精度6級(參考表1-9) g: 加工偏差區(參考 JIS B0410軸基楚偏差數值表) 例2: 英製 10 - 32UNG - 2A - LH ( 3螺紋) 3條螺紋線 10: 螺紋外徑 32: 每英寸螺紋數32 UNG: 英製螺紋 2: 加工精度2級(參考表1-9) A: 加工偏差區(參考 JIS B0410軸基楚偏差數值表) LH: 左旋方向第二章 用於模具製造的工業標準 要製造某一種產品,必須要有一定規格標準,根據所要求的標準,才能生產出合格之產品. 因此在工業之中幾乎任何一種製造方式皆有指定的準則,熱處理是製造模具所必會遇到的加工過程.不同鋼材的製造商有不同的熱處理方式,製造商一般會有這方面的資料提供.一般熱處理有哪幾種,如何在熱處理後測量出鋼材的要求硬度,用甚麼的方式加工鋼材可得到那一種光潔範圍使表面處理為最方便, 又買某種鋼材時對於另一種標準是甚麼等級. 凡此幾中均在本章介紹.2.1 模具鋼材 製造模具所使用的模具材料很多, 慣常使用碳鋼, 合金鋼, 合金銅, 合金鋁, 矽膠或合成樹脂等等. 矽膠及合成樹脂只適合用於小批量生產或首辦之用, 在此省之. (I) 規格分類 模具鋼材大部份只用幾個標準, 而不同鋼材製造商亦只會根據幾個標準或稍為改變一些成份, 製造出一系列的模具鋼材. (a) 冷作鋼此種鋼材有良好切削性, 高含碳量提供良好耐磨性, 但韌性 低. 多用於切料, 彎曲, 壓形, 螺紋滾壓, 量度規等. (b) 熱作鋼熱作鋼材有延伸性好, 有較低的硬度, 中度抗熱軟化阻力,能乘受高工作溫度. 多用於壓鑄模, 擠壓模, 塑膠模等. (c) 注塑鋼鋼材硬度低, 易切削, 尺寸穩定, 拋光性佳, 容易加工. 多用於注塑模內模. 生產出來的注塑產品可有一定的光澤. (d) 高速鋼此類鋼材是主要用來切削其它鋼材的刀具鋼, 能耐高溫, 耐 磨耗, 高溫之下不易軟化. 表 2-1 不同鋼材的不同國家標準對照種類AISIDINJIS011.2510-冷A2-作D21.2379SKD11鋼D31.2080SKD1D61.2436-S11.2550-H10-SKD7熱H10A1.2885SKD1作H131.2344SKD61鋼H191.2678-H211.2581SKD5注P201.2311-塑P201.2738-鋼4201.2083SUS420F1/24201.2316-高M21.3343SKH51速M3:2-SKH53鋼M421.3247SKH59 (II) 主要模具鋼材生產廠商與國家標準對照 表2-2.1至2-2.2列出主要的模具鋼材生產商的產品編號及其相對之其它國家標準對照. (注: 代表相近之國家標準) 表2-2.1 不同廠商生產的鋼材與國家標準對照生產廠商型號級別AISI 編號 DIN 編號JIS 編號K100D31.2080SKD1K107D61.2436-K110D21.2379SKD11K340-BOHLERK455S11.2550-K460O11.2510-M202P201.2311-M238 ECOPLUSP201.2738-M300 ESR-4201.2316- 表2-2.2 不同廠商生產的鋼材與國家標準對照生產廠商型號級別AISI 編號 DIN 編號JIS 編號M310ESR4201.2083SUS420F1/2M310H ESR4201.2083SUS420F1/2BOHLERM390PM-W100H211.2581SKD5W108H191.2678-W320 SUPERIORH131.2344SKD63W321 SUPERIORH10A1.2885-W720-1.270