冲压模具设计基本知识

a
用
途
10º 中.小徑用 15º 中.小徑用 30º 中.大徑用
用於薄板及軟質材 料
用於一般高速精密 加工
低速加工用
45º 特殊用 用於短沖程之沖壓
5.4先導桿用頂出銷
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.
+/0.15
+/-0.2
315~1000以下 +/-0.3
1000~2000以下 +/-0.5
+/-0.15 +/-0.25 +/-0.4 +/-0.7 +/-1.1
+/-0.25 +/-0.45 +/-0.6 +/-1.1 +/-1.8
+/-0.4 +/-0.7 +/-1 +/-1.8 +/-3
+/-0.6 +/-1.1 +/-1.6 +/-2.8 +/-4.5
5.6.3沖頭挫屈強度
5.6.4沖頭刃部長度
D
0.3 ~ 0.5 0.5 ~ 1.0 1.0 ~ 2.0
B 有脫料板
4~6 6~8 8 ~ 13
B 無脫料板
2~3 4~5 6~8
單位:mm
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.
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
-
7.3 模具間隙
材質 軟鋼 硬鋼 矽鋼板 不銹鋼 銅 黃銅 磷青銅 銀鎳銅合金 鋁(軟) 鋁(硬) 披莫合金（permalloy）
• 滾珠式引導 特點：滑動配合，合模滑順
• 膨脹
轉回點接觸，高速運轉時導柱導套間不會發熱
•
側方向抵抗力弱。
•側向力強
•側Hale Waihona Puke Baidu力弱
•比滾珠引導之
•有燒損黏著之 •因滑動性良好,模 側向力強(約6倍)
缺點
具容易對合
•與滾珠引導效
•採用黃銅導套 •必須注意扣件之 果相同
•導套應含有固 脫落
•成本高
體潤滑材
• 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
-------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:
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/A
• S1為沖頭壓縮強度.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.
冲压模具设计基本知识
2020年5月22日星期五
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 SPCC • B.引伸用脫碳沸騰鋼 SPCD • C.深引伸用脫碳沸騰鋼 SPCE
種類及記號 SPCC SPCD SPCE
摘要 一般用 引伸用 深引伸用
•
0.3t
0.2t
0.05min
0.13min
0.10min
0.15min
1.6以上 +/-0.2 +/-0.2 +/-0.25 +/-30度 R1.0min 0.2t 0.3min 0.3min
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
30~120以下 120~315以下
•
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
1.4.1 銅及銅合金(伸銅材)之種類
大類名稱 純銅(Cu)
黃銅(Cu~Zn)
青銅(Cu-Sn) 白銅(Cu-Ni) 銀鎳侗(Cu-Ni-Zn) 熱處理銅合金
分類名稱 一般銅 磷脫酸銅
無氣銅 紅銅
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.
1.3 電磁鋼板(錫鋼板)
• 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
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
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
C4430 C4621 C3560 C3710 C5101~ C5212 C7060 C7150
含磷量0.2%,強度高之銅合金 鎳含量5~30%,鐵含量1%
C7351~C7541 C1700 C1720
鎳合量10-35%,銅含量45~75%,呈銀 色
具熱處理性
C18200
C15000
1.4.2 銅及銅合金之物理性質
•安裝較困難
•易磨損
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。
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7.5MM 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母模受力時直接施於下模 座而產生凹陷現象.
（5.2）導柱
• 導柱之引導方式有平面式、滾柱式、滾珠式三種.
0.25以下 +/-0.025 +/-0.025 +/-0.03 +/-5度 R0.13min
0.5t 0.025min 0.05min
被加工材質厚
0.6以下
1.6以下
+/-0.05
+/-0.13
+/-0.05
+/-0.13
+/-0.05
+/-0.15
+/-10度
+/-15度
R0.25min
R0.5min
• 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
-----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.
• 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
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
• 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.
• 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
黃銅 特殊黃銅
磷青銅 白銅
銀鎳銅
鈹銅 鉻銅 鋯銅
代表型號
備
註
C110
含氣量約0.01~0.06%
C1201 C1220 C1011 C1020
以磷作脫酸銅,依磷含量分為高磷及 低磷脫酸銅
氣化銅(Cu2O)不存在
C2100 C2200 C2300 C2400 C2600~2801
含鋅量5~20%,色調呈紅色 代表者之含鋅量30~40%
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
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
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.
5.1.2
------- 固定式脫料板
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
7.2 沖切性質與模具間隙
2. 加工法與精度關系表
加工法
電極放電加工 線切割放電加工 研磨 治具搪孔 治具研磨 鉆孔 絞孔 NC綜合加工 抹磨加工(lapping) 靠模切削 靠模研磨
表示符號
EDM WEDM G JG JB D RM MC GL
可能精度~經濟精度
0.02~0.05~0.1 0.005~0.01~0.02 0.005~0.01 0.002~0.005~0.01 0.002~0.01 0.05~0.1 0.01~0.05 0.01~0.02~0.03 單向拋光 0.02~0.01 0.005~0.01
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.
• 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
• 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.
5.1.3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> 3 PK PK=l*t*ī • PK:下料之沖切荷重(kg) • l:沖切之輪廓長度(mm)
續模具加工.
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．
精密 2—5 4—8 4—6 3—6 1—3 1—4 2—5 2—5 1—3 2—5 2--5
一般 6—10 9—13 7—12 7—11 4—7 5—10 6—10 6—10 4—8 6—10 6--8
7.4 一般沖壓可得之精度
加工內容
形狀精度 孔間距離 孔與外形距離 輪廓角度 輪廓最小半徑 剪斷面長度 毛頭高度 平坦度