冲压模具结构知识介绍.ppt

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 10 H Hmax 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 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 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 連續模具的料帶 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2t0 8mm以下2t0 8 1 6mm1 6t0 8 1 6mm1 6t1 6mm以上1 3t1 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 2mmL之範圍SL之最小值r 2t25mm以下或1 5mmr 2 5t25 50mm或2mmr 3t50mm以上或2 5mmS0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EMIshieldingpan 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 DR8 DR10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 PHOSPHORBRONZESPRING 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LCDbracket 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 SUS301與SUS304材質硬度比較SUS301H材質硬度硬度硬度硬度SUS301HHV480 20 SUS304HHV380 20 SUS430HV200 SUS3013 4HHV380 20 SUS3043 4HHV300 20 SUS3011 2HHV300 20 SUS3041 2HHV260 20 SUS304HV200 20 材質性能SUS301 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 SUS304 不適合用彈性用途 含碳量低硬度低 軟 SUS430 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 SUS3013 4H跟SUS304H 雖然硬度相同 但是用在彈性的產品上SUS304H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 92 95NT Kg