金属端子连续冲模之设计

金屬端子連續沖模之設計模具工業可稱之為「工業產品之母」，因為除了傳統工業產品需借助「模具」，才能快速、精確、或自動的生產外，目前的高科技產品也不例外。

連續沖模（Progressive dies）是一種模具結構名稱，基本上可解釋為：沖壓零件無法由沖孔、彎形或引伸模等，其中任一種沖壓模具在一次沖壓過程中完成成品，而必頇由多套模具或多套工程來完成沖壓時，將這多道工程，或多套模具所應具備的各種結構零件設計在同一道模具內，使這套模具在連續沖壓過程中，完成該成品謂之。

連續沖模可定義為：將兩套以上的單獨工程沖壓模具，以數學的方法計算依序排列，並配合自動化設計，使各單獨工程合而為連續且整體的模具結構。

而模具一方面在高壓下連續使用，溫度劇烈上昇，另一方面又受很大的衝擊與摩擦，因此沖床使用之模具材料，也占極重因素，應具備的條件有以下幾點：﹝1﹞﹝1﹞耐磨耗性高﹝6﹞硬度大﹝2﹞﹝2﹞韌性(耐沖擊性)大﹝7﹞脫碳少﹝3﹞﹝3﹞經熱處理變形小﹝8﹞價格低﹝4﹞﹝4﹞淬火性良好﹝9﹞熱處理簡單﹝5﹞﹝5﹞切削性良好所以連續沖模應考慮好各種因素，才能設計出一副經濟又實用的良好模子，也很適合大量生產，所以探討的比較深入，且希望能夠更了解到加工程序之佈置與發展趨勢。

一、前言以往由於模具構造較簡易，模具工廠大多依據資深人員所繪製之草圖來加工模具零件，有關模具設計、構想模具結構細節及模具組裝程序皆無完整的圖面資料和作業說明，委外加工或自行加工有問題時，幾乎完全依賴資深人員或老師傅以口頭方式加以說明。

而連續模具之採用原則有適應大量生產之需求、工程安排比較容易、具有經濟性、緩和引伸加工材料的加工硬化和具有操作安全性；連續沖模的使用限制有產品數量的考慮、產品形狀的限制、不適於製造精度公差較高之製品、不適於製造會產生殘留應變之製品、指定毛頭方向之製品有時無法加工和成品材質及適用壓床之限制。

且目前沖壓模具之構造傾向複雜化，一副模具所包含的模具元件種類和數目亦很多，假使依照舊有方式進行模具之加工及組裝，不僅在零件及組裝方面會產生嚴重的問題，而且在往後之模具維護及保養上將因缺乏正確的圖面資料以供基準而陷入動彈不得之因境。

亦即沖壓模具設計圖之要求完整性將是模具工廠的必要作業。

連續沖模的工程設計市面上使用很多連續沖模所生產的製品，例如從細小的電子、電器等零件，到中、大型的汽車及飛機上的零件。

而沖壓製品的形狀種類繁多，各種沖模加工的工程亦有差異，要想對連續沖模擬定一套標準設計步驟並非易事。

一般設計連續沖模應考慮工程設計的步驟可分為五大項目：(1)依圖樣進行瞭解、分析，並作初步規畫。

(2)依製品的需求，考慮引導定位的問題。

(3)依製品的形狀要求，考慮沖頭、模塊的設計問題。

(4)依經濟的原則，考慮製品的料條佈置。

(5)考慮各種加工的因素。

連續模具之採用原則連續模具之選用上需加以特別慎重考慮金屬加工製品之數量問題。

儘管製品形狀或要求精度會影響到產品製造難易度及模具之結構，而使適用模具之價格發生相當幅度之差異，以及機械之加工速度等因素都會左右產品數量基準。

然而在一般情況下，連續模具之採用標準通常最少都在20000件至30000件左右。

因此，在連續模具之設計、製造及訂購之計劃階段，首先應將利用連續模具施行連續作業與利用單站模具在普通壓床上進行多次加工之經濟效益做詳細分析、評估與比較，藉以做為採用的依據。

以下為連續模之採用原則：（1）適應大量生產之需求連續沖模生產速度高於其它任何作業方式及加工型態。

若以曲軸沖床每分鐘沖壓次數，其每日產量可達30000~150000件。

（2）工程安排比較容易此類模具適當分解成簡單之形狀，分別安排在不同之工作站，將可避免模具構造之脆弱部份而增長壽命。

（3）具有經濟性連續沖模的加工可以節省加工材料、減少操作管理、搬運等人工以及場地的佔用面積，故富有經濟性。

（4）緩和引伸加工材料的加工硬化在連續沖模中施行引伸加工時可將引伸率增高而增加引伸次數，以緩和材料加工硬化的程度而避免加工中半成品退火的需要。

（5）具有操作安全性連續沖模係自動化的沖模，在加工中不需要手工操作，無傷害人體之可能性。

當送料機發生故障或其他意外事件發生時，沖床可以立即停止動作，避免沖頭遭受損毀。

連續沖模的標準件連續沖模的結構絕大部分的零件均與下料沖孔、剪斷、引伸相同。

目前已經標準化的零件尚不多，有待工業界尤其是模具工業的努力儘早的統一規劃，設計更精準，用途更廣的標準化零件。

（1）標準沖頭：工業界均使用標準圓形沖頭，加以修改成所需的沖子形狀，一般使用沖子成形器（Punch former）來研磨所需形狀尺寸。

（2）標準圓孔下模導管：常用的導管是下模也已經製成標準零件。

（3）模座：模座也是標準零件，有關模座的形式可分為四種：a. BB型：兩枝導桿排列在模座的後排。

b. CB型：兩枝導桿排列在模座的中排。

c. DB型：兩枝導桿排列在模座的對角方向。

d. FB型：四枝導桿分別排列在模座的四角。

（4）模柄：模柄的功能在於方便上模模座及零件，固定在沖床沖枕下，一般的情形，約在25噸左右還可以使用模柄。

他不但方便於操作者裝換模具，而有足夠的力量將模座固定妥當，使模具在正常情形下做生產的工作。

料條使用率連續沖模的料條安排是十分重要的，尤其沖壓成品的材料成本，幾乎佔直接成本的80％情況下，如果料條佈置不妥當，可能使成品的單價提高許多，相對的利潤減少很多，如何使成本降低而且不影響沖壓過程，是設計者應特別注意的問題。

材料使用率簡單的說就是製造沖壓成品所需要的材料，能在最少的廢料情況下完成沖壓成品，也就是說以相同的材料面積或重量，利用數學計算或幾何圖形安排，使能得到更多數量的成品，可以使用下式來計算。

材料使用率=沖壓成品的總面積或總重量/材料總面積或總重量＊100％材料由捲料或板料裁成材料時，應計算材料使用率；成品在料條上的安排也應妥為計劃，成品排列方法不同，其料條使用率會有很大的出入，也會影響沖壓的成本。

料條框、料寬、橋帶及邊繫帶料條框的選擇關係料寬的尺寸，大部分成品的模具設計，其料條框的尺寸，相當於橋帶與邊繫帶。

所謂橋帶與邊繫帶，是指連續沖壓模具由多工程模具設計成整體的一套模具結構，當工程進行沖壓過程，在尚未完全完成沖壓成品，也就是未剪斷成品之前，所有工程均靠邊繫帶或橋帶來作送料；簡單的說就是連續沖模中聯繫各工程的材料部分，稱為邊繫帶或橋帶。

橋帶是指料條中間設計成送料的部分者，有單橋帶、雙橋帶等，若送料的部分設計在兩邊者稱為邊繫帶，有單邊的邊繫帶也有雙邊的邊繫帶，可能情況下應盡量以橋帶來取代邊繫帶，因為橋帶的送料較邊繫帶方式設計來的穩當，若能同時使用橋帶和邊繫帶則會更為理想。

料條框與料寬的選擇計算，關係材料送料強度、成品、沖壓過程變形問題等因素，故料框的計算也十分重要。

表2-3是料框與料寬選擇或表2-3 料寬與料寬的選擇數據表2-3中A21表示送料方向尖端應具備的距離。

A22、B22表示料框與料寬尖端應具備的距離。

t 表示厚度。

B21表示兩列或兩列以上成品並列時，料寬方向應具備的距離。

使用表2-3應注意以下幾點：（1）多列的料條佈置時應增加30～50％的寬度。

（2）對於塑膠或纖維材料應增加20％的距離。

（3）對於矽鋼片應增加50％的距離。

料片尺寸之精度沖壓成品的精度除特殊加工方法外，有一定範圍，所謂特殊加工方法是指精密下料，或者是料片沖成成品之後預留尺寸再作第二次的整修沖壓，此類方法的加工成品尺寸精度可較一般的沖壓下料來的精密，約可達一般沖壓加工公差的1/2精密度。

何以沖壓成品的尺寸精度有一定範圍?其原因除了模具本身精度無法完全控制以外，另有兩種原因：一是下料成品沖壓時在模穴中受擠壓，當成型之後脫離模穴時，料片的周圍材料會稍微向外擴張；二是模穴的側面與成品在沖壓過程中因摩擦力的關係，側面摩擦力正好與沖頭下壓力量產生力矩作用，當成品完全沖剪脫離模穴時，力矩會消失，料片會使因力矩產生稍微變形部分恢復平坦狀態，而使成品尺寸略為增大。

由於上述情形，沖壓成品的下料或沖孔尺寸，會稍有變化，孔的部分會略為變小，下料料片尺寸會略為增大，至於實際變化的大小視成品面積大小而異，面積愈大變化愈大，反之愈小，大型成品可能變化至0.05mm，而小型成品則約在0.005mm左右；沖壓理論上，沖孔的孔徑應與沖頭尺寸一樣，下料料片則與下模尺寸相同，但仍有上述變化的情形，也因此在下料沖孔的尺寸給予一定範圍的允許公差。

成品料條的佈置如何安排成品在料條上之方向要以材料之使用率，沖頭與下模之設計以及各工作站之加工因素等均為考慮的要項。

成品在料條之列數同樣地也需考慮材料之使用率外，尚頇考慮生產量以及沖模在加工中受力是否均勻，在影響模具精度與壽命。

因此，模具構造上之問題，唯料條佈置排列設計，需仰賴技術與經驗之累積，甚為重要，今就料條佈置所涉及考慮之因素加以說明：（1）決定送料長度送料長度L等於成品展開之長度P與料橋寬度A之和，L=P+A。

（2）決定料橋、邊繫帶之尺寸，以確定料條寬度連續沖模各站沖壓加工有賴於料條之傳遞，料條上設有料橋及邊繫帶，以連繫與傳遞料條上未完成之成品(半成品)。

橋帶位於料條之兩半成品中間部份，而邊繫帶位於料條之單邊或雙邊，由料橋與邊繫帶組合成料條框，料橋及邊繫帶之寬度視料條移動定位時是否會變形而定，而料條框之大小關係料寬的尺寸。

下模塊的分割下模塊分割主要的目的在於使複雜形狀的下模塊經幾何圖形的切割，或多塊簡單形狀的單純圓弧或直線，以方便於磨床，事實上因為傳統加工方式的突破，如放電加工、CNC線切割加工的發明而使下模塊使用分割方式加工的情形減到最低的程度，但線切割或放電加工的加工側面長無法達到一定的粗糙度，較精密的零件還是需要使用分割方式以研磨來完成下模塊，換句話說因為線切割或放電加工的表面較粗糙，如果需要較精細或壽命需求較嚴格的情況下，常無法達到要求。

使用下模塊分割方式還有一個優點，就是銳角成品其下模易損壞，以及應考慮加工時的方便，如前所述，應設法設計零件成為單純的圓弧或直線。

線切割加工線切割加工的原理與放電加工幾乎完全相同，就是利用火花熔蝕的原理；當電流正負極接近至一定適當的距離時，通以適當的電流使產生高熱以火花熔蝕工作物。

放電加工是使欲加工的形狀尺寸相差放電間隙的電極來加工，也就是製作形狀與被加工件相同，但尺寸略小的電極來通以電流產生火花熔蝕，並利用電子元件的功能控制被加工件單方熔蝕，而電極保持原狀的加工方法。

線切割加工的電極與放電加工的電極不同，放電加工需事先製作形狀與被加工形狀相同的電極，而線切割卻只用銅線，銅線的直徑很小約為ψ0.05mm～ψ0.20mm，通常使用ψ0.20mm者佔絕大部分。

加工的形狀是由CNC數值控制線切割加工機的床台，依加工形狀的軌跡移動切割出來的。