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1、,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).屈服极限:材料在拉伸變形中開始產生變形的應力.強度极限: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:是材料的屈服极限與強度极限的比值.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
2、的各向異性.例板材在彎曲時.,模具闭合高度模具闭合高度是指模具处在最低点的工作位置时，上模座的上表面到下模座的下表面之间的距离。即为模具各块模板厚度之和。压力机闭合高度：是指压力机滑块在下死点时，滑块底面到压力机工作台面上平面的距离。由于多数压力机滑块高度可上下调节，当压力机连杆调至最短时的闭合高度称为压力机最大闭合高度Hmax,而当压力机连杆调至最长时的闭合高度称为最小闭合高度Hmin。为了保证模具能装在压力机上工作，模具闭合高度必须小于压力机闭合高度。最好H位于Hmin和Hmax之间，一般应满足 Hmin+10HHmax-5,三：模具闭合高度和壓力機的閉合高度,四：冷沖壓成形后板材的斷面組
3、成,1.塌角:這是沖壓開始以后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,是凸凹模擠壓并剪切板材時造成.4.毛邊:這是沖壓最后階段板材即將斷裂時形成,1).冲裁过程.冲裁过程可分三个阶段.(a).弹性变形阶段(b).塑性变形阶段(c).断裂阶段,2).切断面 切断面可分为四个部分:a).塌角 b).光亮带 c).剪裂带 d).毛刺,五：冷沖壓成形中常用工藝,1.冲裁:包括落料和冲孔两个工序。1）落料：模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为工件，其余部分为废料，设计时尺寸以模仁为准，间隙取在冲子上；2）冲孔：模具沿封闭线冲切板
4、料，冲下的部分是废料，设计时尺寸以冲子为准，间隙取在模仁上。2.剪切:用模具切断板材,切段线不封闭.3.切口:在坯料上将板材部分切开,切口部分发生弯曲.4.切边:将拉深或成形后的半成品边缘部分的多余材料切掉。5.剖切：将半成品切开成两个或几个工件，常用于成双冲压。,切口 切边 剖切,冷沖壓成形中常用工藝,6.弯曲：用模具使材料弯曲成一定形状（V型/U型/Z型弯曲）。7.卷圆：将板料端部卷圆。8.扭曲：将平板的一部分相对于一部分扭转一个角度。,弯曲 卷圆 扭曲,9.拉深：将板料压制成空心工件，壁厚基本不变。10.变薄拉深：用减小直径与壁厚，增加工件高度的方法来改变空心件的尺寸，得到要求的底厚，壁
5、薄的工件。11.孔的翻边：将板料或工件上有孔的边缘翻成竖立边缘。,拉深 变薄拉深 孔的翻边,冷沖壓成形中常用工藝,12.外缘翻边：将工件的外缘翻起圆弧或曲线状的竖立边缘。,13.整形：把形状不太准确的工件校正成形。14.校平：将毛坯或工件不平的面或弯曲予以压平。,起伏,整形 校平,15.压印：改变工件厚度，在表面上压出文字或花纹。,压印,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:,沖制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：（
6、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 來不規范（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,三类模具的优缺点比较：,沖壓模板的組成,冷冲模一般有八块模板组成
7、:上模座(TP)、上垫板(TBP)、冲头固定板(PP)、剥料背板(SBP)、剥料板(SP)、模仁固定板(DP)、下模垫板(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.下模板 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),导向零件,精确的导向是保证模具正常生产的前提条件，为了提高连续模工作的精度和稳
8、定性又常设计成双重导向：主导向和副导向。常见的导向零件有滑动导向和滚动导向两种。一 滑动导向和滚动导向的区别：,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 2t 0.8mm以下 2t 0.81.6mm 1.6t 0.81.6mm 1.6t 1.6mm以上 1.3t 1.6mm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 1.2mm L之
9、範圍 SL之最小值 r+2t 25mm 以下 或 1.5mmr+2.5t 2550mm 或 2mm r+3t 50mm 以上 或 2.5mm S0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,第一种方法(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采用淺沙拉孔成形圖二所示沙拉用于鉚拉釘之用采用深沙拉成形。在設計過程中依據如圖所示加以區分沙拉形式對其采用不同的成形方法。,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
10、三步沖沙拉過孔。由于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.,第二种方法(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，可采用先擠凸打沙拉斜面，后沖沙拉孔。第一步擠凸打沙拉斜面，如圖八和
11、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.,第三种方法(節省工程。但擠斜面時易起毛剌，沙拉孔不精确)1當工程排列緊張時，可采用預沖大孔(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0.3
12、03.20mm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
13、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
14、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EMI shielding pan,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
15、:34NT$/Kg-0.1T 一次軋延:T1 T5 材質，T1軟T5硬 二次軋延:DR8DR10 材質，DR8軟DR10硬 表面處理/符號 區分 特徵 B 光面處理 在具有細紋光滑表面之底片上，將錫層施以熔融之光澤表面。R 粗面處理 在具有一定方向的磨刀石紋表面之底片上，將錫層施以熔融處理之光澤表面。S 銀面處理 在具有較粗霧狀無光澤表面之底片上，將錫層施以熔融處理之光澤表面。M 鈍面處理 通常在無光澤表面之底片上錫後，不經熔融處理之光澤表面。4.磷青銅片(PBS)PHOSPHOR BRONZE SPRING：磷青銅係由青銅(銅錫合金)添加脫氧劑，磷(P)含量0.030.35%及其它微量元素如
16、Fe、Zn等組成。延展性、耐疲勞性均佳，可用於電氣及機械材料，且耐蝕性，材料可靠度高於一般銅合金製品，以連續熔解鑄造(板片、銅卷)方式製成，具高度之材質均勻性。導電性佳、彈性高、富耐磨耗；是電氣開關、端子等應用之彈片及導電材料，但沒有不銹鋼之強度。外觀須電鍍。故目前在 Notebook 用於EMI之需求.參考價格:195NT$/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
17、%，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LCD bracket,一般最好取1/2H為宜.參考價格:98NT$/Kg-0.5T,130NT$/Kg-0.3T,19
18、5NT$/Kg-0.2T.6.S|US301(不銹鋼)：Cr(鉻)成分比 SUS304 低，耐蝕性較差，但冷間加工能得到非常高度的拉加及硬度，其特性用途廣大，因彈性佳，故目前在Notebook常被廣泛運用在防EMI上，做彈性接觸部份，但常用厚度在 0.4T 0.07T 之間。運用上必須指定級數,以期達到設計之需求(例如彈力,強度).並須注意301材料有金屬結晶性方向性,越高級數者越是硬且脆,若成型上不注意,易造成隅角及側壁裂紋.參考價格:142NT$/Kg-0.5T,183NT$/Kg-0.3T,180NT$/Kg-0.2T.285NT$/Kg-0.1T.SUS 301 與 SUS 304 材
19、質硬度比較SUS 301 H 材質 硬度 硬度 硬度 硬度SUS 301 H HV 48020 SUS 304 H HV 38020 SUS 430 HV 200SUS 301 3/4H HV 38020 SUS 304 3/4H HV 30020SUS 301 1/2H HV 30020 SUS 304 1/2H HV 26020 SUS 304 HV20020材質性能SUS 301:適合用彈性用途,含碳量高,硬度高,不易彈性疲乏.延展性不好,不易抽伸.SUS 304:不適合用彈性用途,含碳量低硬度低(軟).SUS 430:材料含雜質較多(不純),導致硬度不穩定.,沖壓材料的認識(3/6),
20、備註:1.若兩著硬度接近 如(SUS 301 3/4H跟SUS 304 H)雖然硬度相同,但是用在彈性的產品上 SUS 304 H 較易產生彈性疲乏.2.材料厚度影響硬度公差(越厚公差越大).7.AL1050(鋁合金)：材料含鋁較純，材質輕，散熱好，材質不易加工，強度相對比較低，具有優良之成形性、熔接性、耐蝕性。故目前在Notebook上常用於散熱片等不須重負荷處.參考價格:9295NT$/Kg-0.5T.型號 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al AL1100(Si+Fe)0.95 0.05-0.2 0.05-0.10-99.0min 8.AL5052(鋁合金)：散熱好、材料較硬、強度強，成形性、熔接性、耐蝕性良好,但材質不易加工。目前廣泛用於筆記型電腦代替馬口鐵,取其質輕散熱性佳且強度較一般鋁材料為佳.可設計運用於Shielding plate,I/O bracket,Module drive 之 bracket.參考價格:96NT$/Kg-0.5T.型號 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al A5052 0.25 0.40 0.10 0.10 2.2-2.8 0.15-0.35 0.10-其餘,沖壓材料的認識(4/6),
