1、沖壓模具設(shè)計,沖壓開發(fā),1 沖壓件材料,1.1 冷軋鋼板是目前工業(yè)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,1.2 不銹鋼鋼板 一般指含Cr 量達(dá)11以上之高合金鋼，其主要特徵是耐腐蝕性及耐熱性優(yōu)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(qiáng)度高於軟鋼板之2倍 （2）熱傳導(dǎo)性不佳，熱膨脹系數(shù)大 （3）深引伸加工會產(chǎn)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(zhì),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

2、b.鐵損 c.磁應(yīng)變 d.機(jī)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(dǎo)性優(yōu),導(dǎo)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(chǎn)生脆化現(xiàn)象 e.耐蝕性優(yōu)良 f.色調(diào)亮麗,容易鍍錫,1.4.1 銅及銅合金(伸銅材)之種類,1.4.2 銅及銅合金之物理性質(zhì),2. 加工法與精度關(guān)系表,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(fù)合模 指兩個以上單工程同時加工之組合模具 (3).連續(xù)模,4. 連續(xù)沖壓模具之特點(diǎn),(1).材料利用率低 (2).工程安排比

3、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(xù)模具加工.,5. 沖壓模具元件,（5.1）模板 沖壓模具各模板的設(shè)計依模具構(gòu)造不同，通?？煞譃閮纱箢悾?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(guān)系. 沖頭背板功用在於當(dāng)沖頭施力於材料時會產(chǎn)生反作用力,而此力 若直接施於上模座則可能會產(chǎn)生局部凹陷現(xiàn)象,為 避免此一現(xiàn)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

4、其黏附於沖頭而隨之升起.保持沖頭與母模之間的精度關(guān)系.緊密地導(dǎo)引著細(xì)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(tài).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(diǎn)是: 1.模具構(gòu)造較簡易,模具構(gòu)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(xì)小孔槽用之沖頭剛性低,易產(chǎn)生破損. 3.模板完全被固定脫料板覆蓋,故沖頭之維護(hù)作業(yè)較困難.,5.1.2,-可動式脫料板,1.模具構(gòu)造較復(fù)雜,模具構(gòu)成件較多,制造較困難. 2.作為細(xì)小沖頭之導(dǎo)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(dǎo)料裝置來避免製品變形等不良現(xiàn)象.

5、 4.沖壓加工時,可動式脫料板會產(chǎn)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(cè)附有可動式脫料板,其使用場合較少,特點(diǎn)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(dǎo)作用,可兼作升料之用. 3.因已有引導(dǎo)作用,故不需或很少設(shè)計沖 頭導(dǎo)引.,5.1.2,5.1.3母模板與背板,單體沖模母模板厚度之基準(zhǔn)值H 計算公式=H0 3 PK PK=l*t* PK:下料之沖切荷重(kg) l:沖切之輪廓長度(mm) t:板厚(mm) :板材之抗剪應(yīng)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7.5M

6、M b.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(dāng)母模受力時直接施於下模座而產(chǎn)生凹陷現(xiàn)象.,（5.2）導(dǎo)柱,導(dǎo)柱之引導(dǎo)方式有平面式、滾柱式、滾珠式三種. 滾珠式引導(dǎo) 特點(diǎn)：滑動配合，合?；?轉(zhuǎn)回點(diǎn)接觸，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時導(dǎo)柱導(dǎo)套間不會發(fā)熱 膨脹 側(cè)方向抵抗力弱。,5.3 導(dǎo)料針,導(dǎo)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(bǔ)送料裝置（feeder)之精度限制。 導(dǎo)料銷的形式： 炮彈形（較常使用，市售標(biāo)準(zhǔn)件以此種形式居多。炮彈形部分之R角標(biāo)準(zhǔn)為R10,較小直經(jīng)之R角為直經(jīng)的2 3倍。） 圓錐形 導(dǎo)料銷前端直線部突出剝板面距離有所限制，一般為 0.3t X

7、 1.2t (t 為板厚）。如厚板（工作厚度）時取6080%,若薄板則取較大值。若突出剝板面太多時，即使導(dǎo)料銷與導(dǎo)料孔之間隙適當(dāng)，有時亦會發(fā)生材料被導(dǎo)料銷粘起的現(xiàn)象。,5.4先導(dǎo)桿用頂出銷,5.5 升料銷,連續(xù)沖模加工中料條若能保持水平位置,則送料長度在導(dǎo)引沖頭的導(dǎo)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(shè)升料導(dǎo)桿將料條舉起來離開下模到適當(dāng)?shù)母叨?料條在此水平面上進(jìn)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(dǎo)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(dāng). 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

8、的變形,一般採用 被加工材料厚度之23倍,5.6.沖頭設(shè)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(dān)任沖壓加工作業(yè)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(shè)計時依下列原則進(jìn)行: 1.切刃部斷面形狀較小時,為考慮沖頭的強(qiáng)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(qiáng)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(shè)計沖頭時應(yīng)考此能承

9、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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度,一般皆采用歐拉公式,此公式求得的值為靜荷重狀態(tài)下之值.,5.6.2 沖頭,沖頭的設(shè)計必須考慮其壓縮應(yīng)力及座屈問題. 5.6.1. 壓縮應(yīng)力 S1=P/A S1為沖頭壓縮強(qiáng)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(qiáng)度 5.6.2座屈的考慮 細(xì)長的沖頭一端受到的壓力達(dá)到臨界壓力時,易彎屈而折斷.,5.6.3沖頭挫屈強(qiáng)度,5.6.4沖頭刃部長度,單位:mm,6.母模構(gòu)造與形狀設(shè)計,母

10、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(diào)整部,其中前二者並稱為刃部. 鑲件是將母模的功能部分設(shè)計成塊狀,分割模塊之基本原則和注意事項(xiàng)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(diǎn)宜於角頂點(diǎn)直線與曲線之交點(diǎn). 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(shí)量測,必須設(shè)計基準(zhǔn)面. 5.各分割模塊應(yīng)能確實(shí)予以固定保持,如為多個鑲件時,各鑲件 的強(qiáng)度均采均衡設(shè)計. 6.分割模塊應(yīng)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(qū)域。 模 輥：沖切工件承受外

11、力所造的塑性變形區(qū)域 剪斷面：沖切工件承受外力低於其抗拉強(qiáng)度所形成的剪斷現(xiàn)象 破斷面：沖切工件承受外力超過其抗拉強(qiáng)度所形成的破斷現(xiàn)象,7.2 沖切性質(zhì)與模具間隙,7.3 模具間隙,7.4 一般沖壓可得之精度,7.5 沖切尺寸之精度公差 單位:mm,7.6 沖孔之最小值,7.7 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(fā)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

12、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(xù)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(xì)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(shù)個數(shù)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

13、上平衡位置處裝置踢出銷為宜。 (5)側(cè)邊沖屑上?。焊纳颇改＞惺螤?。,7.12,8. 彎曲,8.1 彎曲制品之檢討 8.1.1 依制品品質(zhì) a)毛邊方向的考慮,因毛邊方向會影響制品的品質(zhì),甚至?xí)l(fā)生裂痕. b)材料壓延方向?yàn)閺澢€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(shí)例如下圖,制品精度考量之彎曲工程,制品精度考量之彎曲工程,8.1.2 依制品形狀 彎曲部位對策實(shí)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,a取0.51度上彎時自由側(cè)不會幹?jǐn)_工件,先將彎曲線外之周邊沖去,斜邊與彎曲線夾角小於60 度時，設(shè)計有高h(yuǎn) 的直線部

14、h 2t +R,沖切時考慮使毛邊留在彎曲的內(nèi)角側(cè),彎曲部鼓起,彎曲側(cè)局部沖切,防止回彈,A=3t B=0.10.5t,8.2.1 彎曲制程之檢討,1.尺寸精度 2.加工限制(回彈現(xiàn)象的克服) 3.胚料展開,胚料展開計算,8.2.2彎曲工程與材料壓延方向,8.3 圓角半徑與模具間隙,1.沖頭圓角半徑 a.當(dāng)Rp小時彎曲部位之板厚減少程度較大,彎曲強(qiáng)度差,易裂 b.彎曲時毛邊在彎曲內(nèi)角側(cè)較佳,在外側(cè)易因承受拉應(yīng)力而發(fā)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,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

15、 c.制品彎曲線長的彎曲加工,其重合深度宜加長.,U形彎曲密合深度,母模斜角,母模圓角,8.4 沖頭斷面寬度對制品形狀的影響,8.5 回彈現(xiàn)象,彎曲加工使平板產(chǎn)生力矩作用而成形,平板內(nèi)外分別承受壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力當(dāng)其超過材料的降伏強(qiáng)度則產(chǎn)生永久的彎曲變形.當(dāng)此力矩消失后.平板在彎曲處之材料會因內(nèi)應(yīng)力之故而發(fā)生回彈而造成稍微的變形,此稱為回彈現(xiàn)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.,最小彎曲半經(jīng)(Rmin),Rmin為制品彎曲部分在一次彎曲加工下不會發(fā)生破裂之彎曲半經(jīng).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.

16、材料寬度 材料寬度越寬, Rmin越大. c. 材料端面的狀態(tài)。 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(cè)，則易導(dǎo)致彎曲破裂，此時 Rmin值應(yīng)增大。 d.材料性質(zhì)。 e.材料壓延方向。,8.6 頂出壓料設(shè)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(shè)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所示的彈性變形,當(dāng)制品頂出后會造成圖2所示的彎曲部回彈及底部彈性變形的回復(fù),使回彈總量增大,頂出彈力強(qiáng)另可減少底部彈性變形之回彈,便底部會發(fā)生撓曲現(xiàn)象.彎曲部的回彈量修正,一般是采用過彎或局部壓縮方

17、式解決之.,若U形件底部不能有撓曲現(xiàn)象產(chǎn)生時,我們可以采用底壓之方式造成材料局部之過量變形.圖3為頂出塊兩邊采高於彎曲線回弧角的方式.如此可以減少彎曲部之回彈量. 如圖4為頂出塊中央凸 起之形式.使材料的彈性變形朝相反方向,亦即當(dāng)制品頂出時彎曲部與底部之回彈現(xiàn)象將相互抵銷.,8.7 過彎設(shè)計方式,過彎設(shè)計方式最常用於克服回彈特性,使彎曲角度被修正於所要求的公差內(nèi).最好能先預(yù)知材質(zhì)的回彈量. 1.利用料條之彈性變形 2.利用模具間隙與母模逃角 3.兩次彎曲法 4.側(cè)彎法,8.8 局部壓縮與矯正法,V形局部壓縮彎曲法 圖1為外R側(cè)壓縮法, 圖2為內(nèi)R側(cè)強(qiáng)力壓縮法 圖3利用內(nèi)R沖頭角度大小於外R沖頭角度之關(guān)系施加強(qiáng)壓縮,此方法是V形局部壓縮彎曲最常見的方法.,8.9 U形局部壓縮彎曲法,8.9.1 U形局部壓縮彎曲法有在沖