冲压模具设计基本知识

冲压模具设计基本知识第1页，共78页，2023年，2月20日，星期日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SPCCB.引伸用脫碳沸騰鋼SPCDC.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深引伸用第2页，共78页，2023年，2月20日，星期日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.第3页，共78页，2023年，2月20日，星期日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.機械特性第4页，共78页，2023年，2月20日，星期日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,容易鍍錫第5页，共78页，2023年，2月20日，星期日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C15000第6页，共78页，2023年，2月20日，星期日1.4.2 銅及銅合金之物理性質第7页，共78页，2023年，2月20日，星期日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0.005~0.01第8页，共78页，2023年，2月20日，星期日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).連續模第9页，共78页，2023年，2月20日，星期日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.第10页，共78页，2023年，2月20日，星期日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．第11页，共78页，2023年，2月20日，星期日第12页，共78页，2023年，2月20日，星期日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.第13页，共78页，2023年，2月20日，星期日-------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第14页，共78页，2023年，2月20日，星期日-----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第15页，共78页，2023年，2月20日，星期日-------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第16页，共78页，2023年，2月20日，星期日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>3PKPK=l*t*īPK: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.第17页，共78页，2023年，2月20日，星期日（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。第18页，共78页，2023年，2月20日，星期日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第19页，共78页，2023年，2月20日，星期日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）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。第20页，共78页，2023年，2月20日，星期日第21页，共78页，2023年，2月20日，星期日第22页，共78页，2023年，2月20日，星期日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第23页，共78页，2023年，2月20日，星期日5.4先導桿用頂出銷第24页，共78页，2023年，2月20日，星期日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.如下圖第25页，共78页，2023年，2月20日，星期日第26页，共78页，2023年，2月20日，星期日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倍第27页，共78页，2023年，2月20日，星期日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.第28页，共78页，2023年，2月20日，星期日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.第29页，共78页，2023年，2月20日，星期日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/AS1為沖頭壓縮強度.A為斷面積.P為下料或沖孔壓力,P=l*t*sL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.第30页，共78页，2023年，2月20日，星期日5.6.3沖頭挫屈強度第31页，共78页，2023年，2月20日，星期日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:mm第32页，共78页，2023年，2月20日，星期日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,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第33页，共78页，2023年，2月20日，星期日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第34页，共78页，2023年，2月20日，星期日第35页，共78页，2023年，2月20日，星期日第36页，共78页，2023年，2月20日，星期日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-第37页，共78页，2023年，2月20日，星期日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--8第38页，共78页，2023年，2月20日，星期日7.4一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0.05min0.10min0.15min0.3min第39页，共78页，2023年，2月20日，星期日7.5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+/-4.5第40页，共78页，2023年，2月20日，星期日7.6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0.8t0.5t0.3t0.3t第41页，共78页，2023年，2月20日，星期日7.7孔與外形明顯變形稍微變形無變形第42页，共78页，2023年，2月20日，星期日7.8孔距W由脫料板精度及壓料力決定第43页，共78页，2023年，2月20日，星期日7.9孔槽之加工限製第44页，共78页，2023年，2月20日，星期日第45页，共78页，2023年，2月20日，星期日7.10.沖切角度形狀與毛頭銳角處易塌,造成毛頭加速發生第46页，共78页，2023年，2月20日，星期日7.11圓弧沖切毛頭良好第47页，共78页，2023年，2月20日，星期日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.第48页，共78页，2023年，2月20日，星期日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：改善母模拘束形狀。7.12第49页，共78页，2023年，2月20日，星期日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第50页，共78页，2023年，2月20日，星期日制品精度考量之彎曲工程第51页，共78页，2023年，2月20日，星期日制品精度考量之彎曲工程第52页，共78页，2023年，2月20日，星期日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第53页，共78页，2023年，2月20日，星期日第54页，共78页，2023年，2月20日，星期日a取0.5~1度上彎時自由側不會幹擾工件先將彎曲線外之周邊沖去第55页，共78页，2023年，2月20日，星期日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第56页，共78页，2023年，2月20日，星期日彎曲部鼓起彎曲側局部沖切防止回彈A=3tB=0.1~0.5t第57页，共78页，2023年，2月20日，星期日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.胚料展開第58页，共78页，2023年，2月20日，星期日胚料展開計算第59页，共78页，2023年，2月20日，星期日8.2.2彎曲工程與材料壓延方向第60页，共78页，2023年，2月20日，星期日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c..Rp大時彎曲部位之板厚減少程度較小,回彈角度大第61页，共78页，2023年，2月20日，星期日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.第62页，共78页，2023年，2月20日，星期日

U形彎曲密合深度

母模斜角

母模圓角第63页，共78页，2023年，2月20日，星期日8.4沖頭斷面寬度對制品形狀的影響第64页，共78页，2023年，2月20日，星期日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.第65页，共78页，2023年，2月20日，星期日最小彎曲半經(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。第66页，共78页，2023年，2月20日，星期日

材料狀態Rmin/t與壓延方向垂直與壓延方向垂直黃銅軟00~0.5黃銅硬1~210~12磷青銅硬1~210~13洋銀（Ni、C、Z合金）硬1.5~25~6MonelMetal(NiCu合金）硬1.56~7第67页，共78页，2023年，2月20日，星期日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