排水孔蓋沖壓模 -...
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修平科技大學日間部四技機械工程系
專題製作報告
排水孔蓋沖壓模
指導教授:蔡登茂 老師
班 級:日間部機械工程系三年丙班
組 長:吳昌達 BA99112
組 員:張庭柔 BA99122
中 華 民 國 一 0 二 年 六 月
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摘要
這次專題製作,我們以不鏽鋼 sus304排水孔蓋沖壓模
具作為主題,製作過程包括有模具加工中常見的幾種加工,
例如沖孔加工、引伸加工等,其中還介紹了一些製作模具常
要用到的製圖方式、計算公式、沖頭形式,還有應考慮到的
材料的選擇。
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目 錄
第一章 前言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
第二章 工作原理 . . . . . . . . . . . . . . . . .2
第一節 模具設計程序 . . . . . . . . . . . . . .2
第二節 模具製圖 . . . . . . . . . . . . . . . .5
第三節 沖孔加工 . . . . . . . . . . . . . . . 10
3-1 剪切衝頭的基本形式與名稱 . . . . . . . .10
3-2 衝頭切刃部設計 . . . . . . . . . . . . .11
3-3 標準圓形衝頭 . . . . . . . . . . . . . .12
3-4 剪切壓力的計算 . . . . . . . . . . . . .14
3-5 衝切所需噸數 . . . . . . . . . . . . . .16
3-6 剪切衝頭強度的考慮 . . . . . . . . . . .17
第四節 引伸加工 . . . . . . . . . . . . . . . 19
4-1 引伸成形 . . . . . . . . . . . . . . . .19
4-2 引伸加工中材料流變的過程 . . . . . . . .20
4-3 引伸成形變數與影響 . . . . . . . . . . .26
4-4 U形彎曲加工力 . . . . . . . . . . . . .28
第五節 模具材料 . . . . . . . . . . . . . . . .29
5-1 沖壓模具材料應考慮的特性 . . . . . . . .30
第三章 模具製作 . . . . . . . . . . . . . . . . 33
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3-1 成品圖面 . . . . . . . . . . . . . . . .34
3-2 料條佈置 . . . . . . . . . . . . . . . .35
3-3 衝切力學計算. . . . . . . . . . . . . . 36
3-4 衝切刃口設計 . . . . . . . . . . . . . .36
3-5 上模座板. . . . . . . . . . . . . . . . 37
3-6 上墊板 . . . . . . . . . . . . . . . . .38
3-7 上夾板(衝頭固定板) . . . . . . . . . . .39
3-8 母模. . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3-9 脫料板 . . . . . . . . . . . . . . . . .41
3-10 下夾板 . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3-11 下模座板 . . . . . . . . . . . . . . . 43
3-12 模板加工圖 . . . . . . . . . . . . . . 44
第四章 製作流程 . . . . . . . . . . . . . . . . 49
第五章 結果與討論 . . . . . . . . . . . . . . . 60
第六章 參考文獻 . . . . . . . . . . . . . . . . 61
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圖目錄
圖 2-2-1 以零件中心為基準的座標標示法 . . . . . . 6
圖 2-2-2 以基準邊為基準的座標標示法 . . . . . . . 7
圖 2-2-3 以特定孔的中心為基準的座標標示法 . . . . 7
圖 2-2-4 尺寸線標示尺寸法 . . . . . . . . . . . . 8
圖 2-2-5 螺絲在模具圖表示法 . . . . . . . . . . . 9
圖 2-2-6 彈簧的繪法 . . . . . . . . . . . . . . .10
圖 2-3-1 標準 T型衝頭 . . . . . . . . . . . . . .11
圖 2-3-2 標準 A型衝頭 . . . . . . . . . . . . . .11
圖 2-3-3 衝頭切刃部長度 . . . . . . . . . . . . .12
圖 2-3-4 標準圓形衝頭 . . . . . . . . . . . . . .13
圖 2-4-1 圓筒引伸模 . . . . . . . . . . . . . . .19
圖 2-4-2 引伸加工的金屬流動 . . . . . . . . . . .21
圖 2-4-3 彎曲現象 . . . . . . . . . . . . . . . .22
圖 2-4-4 矯直現象 . . . . . . . . . . . . . . . .23
圖 2-4-5 引伸中的擠壓線 . . . . . . . . . . . . .25
圖 2-4-6 引伸的最後階段 . . . . . . . . . . . . .25
圖 2-4-7 決定母模內圓角之線圖 . . . . . . . . . .27
圖 2-4-8 U形自由彎曲 . . . . . . . . . . . . . .29
圖 2-4-9 具脫料板之U形彎曲 . . . . . . . . . . .29
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圖 3-1 衝切模設計流程圖 . . . . . . . . . . . . .33
圖 3-2 排水孔蓋製品圖 . . . . . . . . . . . . . .34
圖 3-3 料條佈置圖 . . . . . . . . . . . . . . . .35
圖 3-4 上模座板 . . . . . . . . . . . . . . . . .37
圖 3-4-1 上模座板照片圖 . . . . . . . . . . . . .37
圖 3-5 上墊板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .38
圖 3-5-1 上墊板照片圖 . . . . . . . . . . . . . .38
圖 3-6 上夾板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
圖 3-6-1 上夾板照片圖 . . . . . . . . . . . . . .39
圖 3-7 母模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40
圖 3-7-1 母模照片圖 . . . . . . . . . . . . . . .40
圖 3-8 脫料板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
圖 3-8-1 脫料板照片圖 . . . . . . . . . . . . . .41
圖 3-9 下夾板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
圖 3-9-1 下夾板照片圖 . . . . . . . . . . . . . .42
圖 3-10 下模座板 . . . . . . . . . . . . . . . . 43
圖 3-10-1 下模座板照片圖 . . . . . . . . . . . . 43
圖 3-11 上模座板工程圖 . . . . . . . . . . . . . 44
圖 3-12 上墊板工程圖 . . . . . . . . . . . . . . 44
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圖 3-13 上夾板工程圖 . . . . . . . . . . . . . . 45
圖 3-14 母模工程圖 . . . . . . . . . . . . . . . 45
圖 3-15 脫料板工程圖 . . . . . . . . . . . . . . 46
圖 3-16 下夾板工程圖 . . . . . . . . . . . . . . 46
圖 3-17 下模座板工程圖 . . . . . . . . . . . . . 47
圖 3-18 模具組立圖 . . . . . . . . . . . . . . . 47
圖 3-19 模具爆炸圖 . . . . . . . . . . . . . . . 48
圖 4-1 模具製造流程圖 . . . . . . . . . . . . . .49
圖 4-2 鑽孔加工 . . . . . . . . . . . . . . . . .50
圖 4-3 平面研磨加工 . . . . . . . . . . . . . . .50
圖 4-4 模柄製作加工 . . . . . . . . . . . . . . .51
圖 4-5 線切割加工 . . . . . . . . . . . . . . . .51
圖 4-6 模頭 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
圖 4-7 上模座板 . . . . . . . . . . . . . . . . .52
圖 4-8 上墊板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
圖 4-9 上夾板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
圖 4-10 母模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
圖 4-11 脫料板 . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
圖 4-12 下夾板 . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
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圖 4-13 下模座板 . . . . . . . . . . . . . . . . 55
圖 4-14 所有零件與材料 . . . . . . . . . . . . . 56
圖 4-15 组立完成 . . . . . . . . . . . . . . . . 56
圖 4-16 上、下模組立完成 . . . . . . . . . . . . 57
圖 4-17 試模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
圖 4-18 取出成品 . . . . . . . . . . . . . . . . 58
圖 4-19 料條與成品 . . . . . . . . . . . . . . . 59
圖 5-1 原本的排水孔 . . . . . . . . . . . . . . .60
圖 5-2 新的排水孔 . . . . . . . . . . . . . . . .60
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表目錄
表 2-3-1 標準衝頭尺寸附表 . . . . . . . . . . . . .14
表 2-3-2 各種材料之抗剪強度,抗拉強度 . . . . . . .15
表 2-3-3 剝料壓力的常數K值 . . . . . . . . . . . .16
表 2-5-1 沖模材料的特性 . . . . . . . . . . . . . 30
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1
第一章 前言
模具為製造業不可或缺的重要關鍵工具,模具工業可稱之
為「工業產品之母」。藉由簡單的沖壓動作,配合料片的自動
與半自動進給而得到簡單乃至於複雜形狀的製品。因為大多數
工業零件及民生必需品均頇使用「模具」來製造產品,其應用
範圍從高科技之電子產品至傳統工業產品均有,不但生產能夠
自動化,而且製成品具有一致性與互換性,從一個小墊圈、家
電零件,到汽車的車殼皆可以藉由沖壓加工來製成。因此其用
途之廣泛及對工業發展之重要性由此可知。
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2
第二章 工作原理
第一節 模具設計程序
沖模設計的步驟有很多的論說,但並無確切的既定步驟,
以下是一種可做參考的沖模設計程序:
1. 研究分析製成品的圖面:
(1)製成品的形狀
是否有尖銳的邊、不良的孔距、不適當的溝
槽等,以免造成熱處理的龜裂或製作的困難。
(2)尺寸公差
尺寸公差影響模具設計非常大。製成品若沒
有註明公差及代表成品可以依照沖壓製品的一般
公差,這樣沖模設計會比較簡單。若製品有嚴格
的公差規定,這就必頇小心地安排沖壓程序、沖
模設計與基準面的選取。
(3)毛邊方向
一般沖剪製成品的表面皆有毛邊,若零件圖
面上沒有毛邊的方向要求,就不必顧慮到毛邊,
否則要考慮到毛邊的隱藏或毛邊方向。
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3
(4)纖維方向
彎曲線的方向不得與纖維方向帄行。
(5)帄面度
零件圖若有帄面度的要求,必頇特別考慮到
胚件受到剪力的彎曲程度,是否必頇有特殊的機
構設計或多一道後加工手續。
2. 決定可行的加工程序、空站與總工作站數:
此時也要考慮空站的設計,以便有足夠的空間
來安裝模具元件,或足夠結構強度來支撐模具沖壓
作業。
3. 決定胚件在料片上的佈置,此處頇考慮到一些要
素:
(1)生產量的多寡
(2)可利用的沖床
(3)模具成本
(4)料片最大使用率
(5)使用料片或料卷式進給
(6)料片或料條的尺寸
4. 決定導引定位的方式。
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4
5. 決定帶料方式:
通常半成品在連續沖模的工作間的傳遞,藉由
橋帶與邊繫帶兩種方式。橋帶位於料條中間,邊繫
帶位在料條的邊緣。所以帶料方式有單邊繫帶、雙
邊繫帶、單橋帶、雙橋帶組合等方式。
6. 決定剝料方式。
7. 決定昇料梢的設置。
8. 決定胚件或廢料的排出方式。
9. 計算製成品的尺寸,並繪製展開尺寸圖。
10.繪出每一工作站之胚件製成圖。
11.設計連續沖模:
(1)設計下料沖頭
(2)設計導引沖頭
(3)設計沖料板
(4)設計導料裝置
(5)設計剝料裝置
(6)設計母模和母模板
(7)選擇模組
12.決定所需的工具與模具附屬設備
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5
13.重新審核以上的設計
第二節 模具製圖
模具製圖與機械製圖原則上沒有太大的差異,通常模具製
圖應注意以下幾點:
1. 多利用剖面視圖:
模具圖面常較一般機械圖複雜,如果不善加利用
剖視圖的優點,往往會使圖面上虛線太多而讓製造者
感到困擾。
2. 模具圖尺寸標註:
模具圖尺寸標註方法有座標式標註法與尺寸線
標註法兩種,通常兩種標註法可以共同混合使用在同
意圖面上。
(1) 座標式標法
座標標註法是以模具或零件的中心為基
準,或零件中某特定孔的中心為基準,或是零
件相鄰兩邊為基準,並令基準點為零點,以座
標方式表示出來。如圖 2-2-1、圖 2-2-2及圖
2-2-3所示。此種標註方法圖面上只有延伸線,
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6
沒有尺寸線。
(2) 尺寸線標註法:
尺寸線標註法不以座標方式表示出尺寸,
而是以延伸線之間加以尺寸線來標示出其尺
寸大小,也是一般機械製圖之標示方法。如圖
2-2-4所示,此標註法,包含延伸線與尺寸現
在圖面上。
圖 2-2-1 以零件中心為基準的座標標示法
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7
圖 2-2-2 以基準邊為基準的座標標示法
圖 2-2-3 以特定孔的中心為基準的座標標示法
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8
圖 2-2-4 尺寸線標示尺寸法
3. 幾項異於一般機械製圖的表示方法
(1) 螺絲在模具圖上常用的表示方法。如圖 2-2-5
所示。
(2) 通常為了使定位銷、頂出銷等,不易與其他沖
頭或模具相見混淆。常使用符號來表示。就是
以中心線將原分成四個 90 ゚的扇形,其中兩對
扇形塗黑。
(3) 彈簧的表示法常如圖 2-2-6的方法表示在模具
圖上。
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9
(4) 模具圖上常註明所採用之工作機械(含規格)
及加工工程內容摘要和材料熱處理,自動化生
產之要點,模具維護保養要項等內容。
圖 2-2-5 螺絲在模具圖表示法
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10
圖 2-2-6 彈簧的繪法
第三節 沖孔加工
沖孔,雖亦常稱為開孔,但為了與切削加工等的孔加工可
明確的區別起見,採用沖孔的名稱。沖孔加工在單工程沖壓加
工時,通常採用的順序是:胚料加工→沖孔加工。
3-1 剪切衝頭基本形式與名稱
剪切衝頭一般分為兩大類:
1.T形衝頭:為單截帄直行衝頭。如圖 2-3-1所示。
2.A形衝頭:為雙截階級形衝頭。如圖 2-3-2所示。
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圖 2-3-1 標準 T型衝頭 圖 2-3-2 標準 A型衝頭
1. 切刃部:此部分與被加工材料接觸,是衝頭產生衝
壓加工的作用部分。
2. 中間部:連接刀刃與柄部,並使衝頭達到安裝時所
需的全長。
3. 安裝部;衝頭安裝於衝頭固定板內的部分。
3-2 衝頭切刃部設計
衝頭切刃部的設計考慮因素如下:
1. 切任務截面若有足夠的強度時,將切刃部、中間部
及安裝部設計為整隻截面形狀都相同的T型單截帄
直形衝頭。
2. 切刃部截面積若較小以至於強度不足,頇將中間部
及安裝部增大成為A形雙截階級形衝頭。
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3. 衝切小孔或衝頭細長比(長度與直徑之比值)較大
時,頇避免衝頭發生挫屈現象。
4. 細小衝頭或具有局部脆弱之衝頭,需輔予有效的支
撐及引導,以避免衝頭急速損耗,並確保衝頭與母
模孔穴之對準。
5. 考慮衝頭的互換性,應盡可能採用標準衝頭。以便
予衝頭損壞時可以更換,以避免生產線停止。
6. 若採用圓形衝頭,需在衝頭上加防轉設計,以防衝
頭轉動。
7. 同時衝切多孔時,為減低衝切力並減少衝頭消耗,
應將衝頭設計為有不同全長的長度差。
3-3 標準圓形衝頭
衝頭切刃部分之長度要依切刃部截面積大小而定,
一般衝頭切刃部長度約為其截面積大小的十倍。如圖
2-3-3所示。
圖 2-3-3 衝頭切刃部長度
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工業上已將圓形衝頭標準化、市售化,以降低衝模成本。
如圖 2-3-4所示為標準圓形衝頭尺寸,表 2-3-1為標準衝頭尺
寸附表,可供採購參考。
圖 2-3-4 標準圓形衝頭
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表 2-3-1 標準衝頭尺寸附表
3-4 剪切壓力的計算
計算衝切加工時所受的剪切壓力是為了選用沖床,通常選
用的沖床所具備的衝切力需大於計算出來的剪切壓力。影響剪
切力的因素很多,主要為:料片的抗剪強度、厚度、剪切輪廓
全長。
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一般帄口刀刃之衝剪壓力可依下列公式 2-1計算:
P = L × T × τ . . . . . . . . . (公式 2-1)
其中:P:最大衝剪壓力(Kg)
L:剪切輪廓之全部周長(mm)
T:料片厚度(mm)
τ:料片抗剪強度(kg/mm²)
計算衝剪壓力所需的抗剪強度,應經由材料試驗求得,表
2-3-2為常用材料之抗剪強度及抗拉強度的實驗值。若抗剪強
度未知者,可採用抗拉強度之 80%計算。
表 2-3-2 各種材料之抗剪強度,抗拉強度
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3-5 衝切所需噸數
由公式 2-1計算出衝剪壓力 P後,為了預防衝模刀刃鈍化
及衝剪到具有雜質硬一點的材料,應多預留安全係數,所以應
選擇用比 P 大的沖床噸數。
若模具有活動式壓料板,則其衝剪所需噸數除了考慮衝剪
壓力外,還需考慮壓料板的剝料壓力。公式 2-2如下:
𝑷𝒕 = 𝑷 + 𝑲𝑷
𝟏𝟎𝟎𝟎 . . . . . . . . . . . . . (公式 2-2)
其中:𝑷𝒕:沖壓噸數
P :剪切壓力
K:剝料壓力的常數
𝑷𝒕 = 𝑷 + 𝑲𝑷
𝟏𝟎𝟎𝟎 =
𝑷 + 𝑲𝑳𝑻𝛕
𝟏𝟎𝟎𝟎
上式之常數K值可由表 2-3-3查出。
表 2-3-3 剝料壓力的常數K值
材料厚度(mm) 模具形式
單工程模 連續模
1 以下 0.02~0.06 0.06~0.08
1~5 0.06~0.08 0.10~0.12
5 以上 0.08~0.10 0.12~0.15
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3-6 剪切衝頭強度的考慮
衝頭在剪切加工過程所受外力有下列三種:
1. 剪切壓力:在剪切料片時材料的剪斷抵抗力,也就是
衝頭端面所承受的壓力。
2. 側向壓力:因料片產生變形而壓迫到衝頭側邊的壓
力。
3. 側向推力:當衝頭下移,材料四周所產生不均勻缺口
的材料會對衝頭產生力矩,此力矩對衝頭產生側面的
推力。
以上三種外力,以作用在衝頭端面上的剪切壓力最重要,
因為它決定衝頭是否能剪斷料片的基本應力,計算剪切壓力最
主要變數是衝頭的截面積,尤其是設計細小衝頭時為甚。如果
在設計細小衝頭時事先計算出可衝剪的最小面積,就不會在衝
剪過程中發生因衝頭截面不足造成衝頭強度不夠而使衝頭斷
裂。
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以圓形衝頭為例,計算出可衝切的最小孔直徑:
𝛔 ≥𝑷
𝑨 ⇒ 𝛔 ≥
𝛑𝐝𝐭𝛕
𝝅𝒅²
𝟒
= 𝟒𝛕𝒕
𝒅
⇒𝒅
𝒕 ≥
𝟒𝛕
𝝈
⇒ 𝐝 ≥ 𝟒𝛕𝐭
𝝈
所以 d = 𝟒𝛕𝐭
𝝈 . . . . . . . (公式 2-3)
其中,𝛔 : 衝頭之抗壓強度
P:剪切壓力 = 𝓵 × 𝐓 × 𝛕 = 𝛑𝐝𝐭𝛕
A:衝孔面積 = 𝛑𝐝² 𝟒 ⁄
d:衝頭直徑
τ:料片抗剪強度
t:料片厚度
𝓵 :剪切面輪廓周長
由公式可知,衝頭之抗壓強度與衝頭直徑成反比,則當衝
頭之抗壓強度越大時,可衝切的圓孔孔徑越小。
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第四節 引伸加工
4-1 引伸成形
基本的圓筒引伸模如圖 2-4-1所示,由於外徑等於製品內
徑的衝頭,將金屬胚料衝壓進入與製品外徑相等的母模穴中由
壓料板將料壓緊,以減少皺褶,胚料在模穴中形成圓筒。
所以凡將金屬板在模內製成杯狀、殼狀、盒狀與其他類似
的成形品的方法稱為引伸加工。薄材料的引伸或是較深的引伸
容易發生皺褶和破裂。
一般引伸次數超過二次以上,稱之為「深引伸」;若依美
國之解釋,當胚料凹下深度 ≥ 製品最小寬度時,此種引伸加
工稱為深引伸加工。
圖 2-4-1 圓筒引伸模
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4-2 引伸成形中材料流變過程
引伸加工主要重點在金屬的流動,而不是移動。金屬的流
動是經由衝頭、母模及壓料板間的間隙,因衝頭施力於杯底而
產生引伸動作。金屬胚料在引伸過程的流動情形,可參考圖
2-12所示,把金屬片分成連續的區域。在引伸的第一階段,
衝頭與金屬胚料接觸如圖 2-4-2(b)所示,胚料予衝頭接觸就
沿著衝頭的外圓角與母模的內圓角而彎曲,如圖 2-4-2(c)所
示。衝頭繼續下行時,在母模內圓角處彎曲的金屬逐漸的被拉
直,後續金屬接著被拉過母模內圓角,而後,在衝頭逐漸下行
中,適時的被拉直。整個過程中,金屬片的外緣被拉進衝頭,
圓周長逐漸縮小造成金屬片被壓縮而變厚。胚料的邊緣越接近
衝頭,壓縮與增厚量越大。由於金屬受壓,往往易於起皺摺而
不易被壓縮,尤其在薄料片或深引伸時特別明顯,所以通常使
用壓料板以防止皺褶發生。
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圖 2-4-2 引伸加工的金屬流動
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引伸時,金屬產生流動的一些現象,敘述如下:
1. 彎曲
當衝頭下移進入母模,將陸續有幾種現象發生。
首先料片沿母模穴半徑發生彎曲,如圖 2-4-3所示,
後續的料片也將隨衝頭的下降而陸續有彎曲現象。杯
底並沒有變形發生,所以厚度一直保持一定,沒有發
生加工硬化現象,此階段的引伸過程純粹是彎曲過
程。
圖 2-4-3 彎曲現象
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2. 矯直
當衝頭在下降少許部分,此階段,杯底僅作少許
下移。料片隨衝頭下降,同時內緣隨衝頭半徑彎曲,
如圖 2-4-4所示。而其餘流入母模凹口的料片開始在
衝頭與母模窩間被矯直,而又有新的料片沿母模凹口
半徑流入,然後在被矯直。這邊有一個神奇的現象是
杯壁是由流過母模凹口半徑的料片再經矯直。
圖 2-4-4 矯直現象
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3. 摩擦力
當胚料被衝頭拉入母模時,首先必頇克服胚料與
模面、胚料與胚料壓持器間的摩擦力。胚料壓持器是
由彈簧、空氣缸等來驅動的。當克服靜摩擦力之後,
必頇有持續的力來克服動摩擦力,不過動摩擦力小於
靜摩擦力,此時壓板的壓力不得太大。潤滑油通常用
來減少摩擦力。
4. 壓縮
將胚料邊拉向母模中心,由於胚料被拉入母模窩,
其圓周長逐漸減少,所以胚料受到壓力的作用。胚料
在母模凹口所受的壓力較小,然後沿著半徑往外而增
加。對於薄胚料的引伸加工會發生起皺現象,引伸模
上的胚料壓料板可以來防止起皺。壓縮現象參考圖
2-4-5所示。圖 2-4-6為引伸最後階段的情形。
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圖 2-4-5 引伸中的擠壓線
圖 2-4-6 引伸的最後階段
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4-3 引伸成形變數與影響
1. 母模內圓角半徑
理論上母模內圓角半徑越大,金屬越容易流入
母穴中,然而太大的內圓角半徑會使金屬過早脫離
壓料板而產生皺摺﹔內圓角半徑太小將會妨礙金屬
的自由流動,導致杯壁的不均勻薄化,造成撕裂。
通常母模內圓角半徑為金屬片厚度的 4倍。對於厚
材料、不使用壓料板的引伸,可將內圓角半徑加大
到料片厚度之 6到 8倍,圖 2-4-7提供了一種選擇
母模內圓角半徑的方法。
2. 衝頭外圓角半徑
衝頭外圓角如果過於尖銳,將需較大的彎曲力
才能使金屬包附在沖頭的外圓角上,並且還可能導
致劇烈的薄化現象,甚至使沖杯底部撕裂。所以一
般沖頭外圓角半徑設計為杯料厚度的 4倍至 10倍,
以免發生過度薄化。假如成形品的外圓角半徑需小
於金屬片厚度的 4倍時,就頇先在較大的沖頭圓角
成形,然後在引伸。
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圖 2-4-7 決定母模內圓角之線圖
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4-4 U形彎曲加工力
U形彎曲加工力亦分為U形自由彎曲及具脫板之U形彎
曲。
1. U形自由彎曲:
如圖 2-4-8其彎曲加工力為:
𝑷𝒖𝟏 = 𝑪
𝟑 𝛔 𝐰𝐭 . . . . . . . . . . . .(公式 2-4)
其中:𝑷𝒖𝟏:彎曲所需加工應力 . . . . (kg)
c:修正係數 . . (一般 c值在 1.0~2.0之間)
𝛔:料片之抗拉強度 . . . . . . (kg/mm²)
w:料片之寬度 . . . . . . . . (mm)
t:料片之厚度 . . . . . . . . (mm)
2. 具脫料板之U形彎曲:
如圖 2-4-9所示,當衝頭將料片壓入母模後,脫
料板藉彈簧力將料片定位,帶彎曲成形後由頂出桿將
料片頂出。其彎曲加工公式為:
𝑷𝒖𝟐 = k𝑷𝒖𝟏 . . . . . . . . . (公式 2-5)
其中:𝑷𝒖𝟐:彎形所需加工力
𝑷𝒖𝟏:U行自由彎曲所需加工力
k:修正係數 (一般為 1.25~1.35 之間)
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圖 2-4-8 U行自由彎曲 圖 2-4-9 具脫料板之 U形彎曲
第五節 模具材料
沖壓模具材料的種類非常多,包括鐵金屬類、非鐵金屬類
與非金屬類等。要選擇適當的沖模模具材料應考慮的機械性質
有耐磨性、韌性、耐疲勞性、抗壓強度、耐熱性、成形性、熱
處理容易程度、焊接性等。衝模材料的選用除考慮以上特性外,
還要配合料片材質、成本、精密度等因素,才能選用最經濟的
模具材料。表 2-5-1說明了一些衝模材料的特性。
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表 2-5-1 沖模材料的特性
5-1 沖壓模具材料應考慮的特性
1.高耐磨耗性
沖床加工中,模具表面受到料片的壓力與滑動
的摩擦力,所以容易磨耗。如果模具發生磨耗,成
形品尺寸將逐漸喪失精確度,為了增加模具生命,
必頇使用高耐磨材料,容易遭受磨耗。通常材料越
硬,耐磨性越高。
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2.韌性
沖床模具一般會遭受到激烈衝擊,所以必頇有
高韌性,例如剪切、沖剪與鍛造加工。
3.耐疲勞性
沖壓加工作業,模具通常遭受相當次數的重複
負荷的作用,所以模具材料必頇有高耐疲勞強度來
抵抗重複負荷。
4.抗壓強度
特別是在穿孔、冷擠與壓印加工的沖頭,遭受
極大的沖壓力,其成形限度常取決於材料之抗壓強
度,所以模具材料頇具高抗壓強度。
5.耐熱性
在溫間加工或熱間加工時,模具材料必頇在高
溫維持一定的機械性質。換句話說,必頇具備良好
的耐熱性。
6.成形性
模具材料成形性好,將會使製作成本降低,一
般而言材質越好越難成形。
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7.熱處理容易程度
一般而言,模具材料必頇經過熱處理後才會得
到最佳的機械性質,所以熱處理的容易程度影響材
料的選用。
8.焊接性
焊接性好,模具修補容易。
9.成本
模具材料的選擇必頇配合生產的數量,通常大
量生產用模具材料需要越好的材質來增加其壽命。
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33
第三章 模具製作
圖 3-1 衝切模設計流程圖
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3-1 成品圖面
圖 3-2 排水孔蓋製品圖
圖 3-2 所示為一不銹鋼 sus304 製品,厚度為 0.3mm,尺
寸如圖所示。其外型輪廓為圓形,因外型無特別限制,設計尺
寸公差時取±0.15即可。
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3-2 料條佈置
1. 料條寬度:料框上下分別取 1.98mm 及 3.68mm,以便
下一次衝料,料寬為 55mm。
2. 進給行程:胚料與胚料之間取 2.06mm,進給量為
54.41mm。
3. 布置方式:成品外型為圓形輪廓,取正向排料即可,
料條圖如圖所示。
圖 3-3 料條佈置圖
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3-3 衝切力學計算
1. 衝切力計算:
(1)衝切輪廓全部長度 L = 355.31 mm
(2)查表得𝛕 = 56 kg/mm²
(3)厚度 = 0.3mm
(4)衝切力 P = L × 𝐭 × 𝛕
= 355.31 × 𝟎. 𝟑 × 56 = 5969.2 kg
2. 脫料力計算:
Ps = K × P = K × L × t × 𝛕
= 0.02 × 5969.2 = 119.4 kg
3. 沖床噸數
Pt = 𝑷+ 𝑷𝒔
𝟏𝟎𝟎𝟎=
𝑷+𝑲𝑷
𝟏𝟎𝟎𝟎
= 𝟓𝟗𝟔𝟗.𝟐 + 𝟎.𝟎𝟐 × 𝟓𝟗𝟔𝟗.𝟐
𝟏𝟎𝟎𝟎 = 6.1 噸
4. U形彎曲加工力
𝑷𝒖𝟏 = 𝒄
𝟑𝝈𝒘𝒕 =
𝟏.𝟓
𝟑 × 85 × 55 × 0.3 = 701.25 kg
𝑷𝒖𝟐 = 𝐤𝑷𝒖𝟏 = 1.3 × 701.25 = 911.6 kg
3-4 衝切刃口設計
1.衝頭與下模穴位置安排於沖模中央即可
2.衝頭與下模穴間隙取單邊 6%
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3-5 上模座板
圖 3-4 上模座板 圖 3-4-1 上模座板照相圖
其加工程序:
先以素材的左上方為原點(0,0),再以中心鑽依 序圖面
上之座標打點。換上ψ6.8 的鑽頭鑽全部之孔。接著換上ψ7.9
之鑽頭鑽定位孔 E孔,再用ψ8.0之絞刀加工。然後換上 M8
沉頭鑽,再依圖面上 A孔加工沉頭孔。中間的四方孔則頇用線
切割加工完成如圖 3-4-1。
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3-6 上墊板
圖 3-5 上墊板 圖 3-5-1 上墊板照片圖
其加工程序:
依圖面標示以左上角為原點(0,0),依座標以中心鑽打點,
A孔為鑽ψ8.6之孔,E孔為ψ8.0的定位孔,此孔為定位孔,
所以必頇先以ψ7.9 的鑽頭先加工,再換上ψ8.0的絞刀再加
工一次。H 孔為ψ5.2,可用ψ5.2之鑽頭鑽削即可。如圖
3-5-1。
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3-7 上夾板(衝頭固定板)
圖 3-6 上夾板 圖 3-6-1 上夾板照片圖
其加工程序:
以模具左上角為原點(0,0),用中心鑽依圖面上 A、F、H
之點打孔,再用ψ5.2鑽 H 孔、ψ8.6鑽 A 孔與 F孔,再來將
銑床轉速降低,換上ψ18.0的鑽頭鑽 F孔。而 E孔、I孔、K
孔需以現切割加工,以達到比要的精度。如圖 3-6-1。
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3-8 母模
圖 3-7 母模 圖 3-7-1 母模照片圖
其加工程序:
以素材左上角為原點(0,0),用中心鑽打點 A孔、A孔先
用ψ6.8鑽頭鑽削,再以 M8 之螺絲攻加工螺紋。其他孔需以
先切割加工以得到精度。如圖 3-7-1。
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3-9 脫料板
圖 3-8 脫料板 圖 3-8-1 脫料板照相圖
其加工程序:
以素材左上角為原點(0,0),用中心鑽打點 A 孔、C 孔。
換上ψ6.8 鑽頭鑽 A孔,再用 M8螺絲攻攻牙。C孔則用ψ4.10
鑽頭加工即可。其他孔需以線切割加工。如圖 3-8-1。
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3-10 下夾板
圖 3-9 下夾板 圖 3-9-1 下夾板拍照圖
其加工程序:
以素材左上角為原點(0,0),用中心鑽打點 A 點、B 點、
C點、D點。先用ψ6.8鑽頭將 A、B、C、D點鑽過一次後,A
孔需用 M8螺絲攻攻牙。B 孔再用ψ7.9鑽頭鑽過,再用ψ8.0
絞刀加工過。C孔則不加工。D孔需用ψ22.0 鑽頭加工。其餘
未加工之孔則頇用線切割加工。如圖 3-9-1。
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3-11 下模座板
圖 3-10 下模座板 圖 3-10-1 下模座板照相圖
其加工程序:
以素材左上角為原點(0,0),用中心鑽打點 A、B、C、E、
I、J。A點用ψ17.0 鑽頭加工。B點用 M8 之沉頭鑽加工。C點
先用ψ6.8 鑽頭加工後,再用 M8螺絲攻攻牙 12mm深。E點用
ψ7.9鑽頭鑽過後,再用ψ8絞刀加工。I、J點則分別以ψ5.5、
ψ6.5鑽頭加工即可。如圖 3-10-1。
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3-12 模板加工圖
圖 3-11 上模座板工程圖
圖 3-12 上墊板工程圖
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45
圖 3-13 上夾板工程圖
圖 3-14 母模工程圖
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46
圖 3-15 脫料板工程圖
圖 3-16 下夾板工程圖
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47
圖 3-17 下模座板工程圖
圖 3-18 模具組立圖
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48
圖 3-19 模具爆炸圖
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49
第四章 製作流程
銑六面(傳統床銑)
鑽孔、攻牙、銑削(CNC或傳統機器)
熱處理 研磨加工
線切割(CNC)
研磨加工
組立
圖 4-1 模具製造流程圖
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50
圖 4-2 鑽孔加工
圖 4-3 帄面研磨加工
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51
圖 4-4 模柄製作加工
圖 4-5 線切割加工
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52
圖 4-6 模頭
圖 4-7 上模座板
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53
圖 4-8 上墊板
圖 4-9 上夾板
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54
圖 4-10 母模
圖 4-11 脫料板
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55
圖 4-12 下夾板
圖 4-13 下模座板
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56
圖 4-14 所有零件與材料
圖 4-15 组立完成
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57
圖 4-16 上、下模組立完成
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58
圖 4-17 試模
圖 4-18 取出成品
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59
圖 4-19 料條與成品
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60
第五章 結果與討論
這次製作這個排水孔蓋我們覺得還蠻滿意的,不僅可以防
止小蟑螂從排水管往上爬,也可以不讓一些髒東西流入排水孔,
以防水管堵塞。我們以家裡的排水孔做測試,排水功能不輸原
本的排水孔蓋,而且水也更容易聚集於排水孔。
圖 5-1 原本的排水孔 圖 5-2 新的排水孔
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61
第六章 參考文獻
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