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1、五金產(chǎn)品和模具設(shè)計 1:沖壓的基本概念 2：沖床和模具結(jié)構(gòu) 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(qiáng)加機(jī)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(jī)械性能指標(biāo) (一 ). 屈服極限 :材料在拉伸變形中開始產(chǎn)生變形的應(yīng)力 . 強(qiáng)度極限 : 材料在拉伸變形中破壞時的應(yīng)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(chǎn)生局部集中變形 (剛開始 出現(xiàn)細(xì)時 )時的延伸率 . (三 ).屈強(qiáng)比 :是材料的屈服極限與強(qiáng)度極限的比值 . 屈強(qiáng)比小 ,對沖壓

2、成形有利 . (四 ).板平面方向性 .材料在其板平面內(nèi) 物理性能的各向異性 .例板材在彎曲時 . 模具閉合高度 模具閉合高度是指模具處在最低點的工作位置時， 上模座的上表面到下模座的下表面之間的距離。即 為模具各塊範(fàn)本厚度之和。 壓力機(jī)閉合高度 ： 是指壓力機(jī)滑塊在下死點時，滑 塊底面到壓力機(jī)工作臺面上平面的距離。由於多數(shù) 壓力機(jī)滑塊高度可上下調(diào)節(jié)，當(dāng)壓力機(jī)連桿調(diào)至最 短時的閉合高度稱為壓力機(jī)最大閉合高度 Hmax,而當(dāng) 壓力機(jī)連桿調(diào)至最長時的閉合高度稱為最小閉合高 度 Hmin。 為了保證模具能裝在壓力機(jī)上工作，模具閉合高度 必須小於壓力機(jī)閉合高度。最好 H位於 Hmin和 Hmax 之間

3、，一般應(yīng)滿足 Hmin+10HHmax-5 三： 模具閉合高度 和 壓 力 機(jī) 的 閉 合 高 度 四： 冷沖壓成形後板材的斷面組成 1.塌角 :這是沖壓開始以後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 , 是凸凹模擠壓並剪切板材時造成 . 4.毛邊 :這是沖壓最後階段板材即將斷裂時形成 1).沖裁過程 . 沖裁過程可分三個階段 . (a).彈性變形階段 (b).塑性變形階段 (c).斷裂階段 2).切斷面 切斷面可分為四個部分 : a).塌角 b).光亮帶 c). 剪裂帶 d).毛刺 料厚 塌角 a 光

4、亮帶 b 剪裂帶 c 毛刺 d t 約 5 % t 約 1 / 3 t 約6 0 % t 約 ( 5 1 0 ) % t 五：冷沖壓成形中常用工藝 1.沖裁 :包括落料和沖孔兩個工序。 1）落料：模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分為工件，其餘部分為廢料，設(shè)計時 尺寸以模仁為準(zhǔn)，間隙取在衝子上； 2）沖孔：模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分是廢料，設(shè)計時尺寸以衝子為準(zhǔn)， 間隙取在模仁上。 2.剪切 :用模具切斷板材 ,切段線不封閉 . 3.切口 :在坯料上將板材部分切開 ,切口部分發(fā)生彎曲 . 4.切邊 :將拉深或成形後的半成品邊緣部分的多餘材料切掉。 5.剖切：將半成品切開成兩個或幾個工件，常用于

5、成雙衝壓。 切口 切邊 剖切 冷沖壓成形中常用工藝 6.彎曲：用模具使材料彎曲成一定形狀（ V型 /U型 /Z型彎曲）。 7.卷圓：將板料端部卷圓。 8.扭曲：將平板的一部分相對於一部分扭轉(zhuǎn)一個角度。 彎曲 卷圓 扭曲 9.拉深：將板料壓製成空心工件，壁厚基本不變。 10.變薄拉深：用減小直徑與壁厚，增加工件高度的方法來改變空心件的尺寸，得到要求的底厚，壁薄的工件。 11.孔的翻邊：將板料或工件上有孔的邊緣翻成豎立邊緣。 拉深 變薄拉深 孔的翻邊 冷沖壓成形中常用工藝 12.外緣翻邊：將工件的外緣翻起圓弧或曲線狀的豎立邊緣。 13.整形：把形狀不太準(zhǔn)確的工件校正成形。 14.校平：將毛坯或工件

6、不平的面或彎曲予以壓平。 起伏 整形 校平 15.壓印：改變工件厚度，在表面上壓出文字或花紋。 壓印 16.鉚 合 : 即對原本不連接的部分加以機(jī)械力使其連接在一起 六： 冷沖壓成形中常出現(xiàn)問題 : 沖製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：（ 1）上下間隙過小 （ 2）定位不準(zhǔn) （ 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(jié)構(gòu) 5.毛邊：（ 1）沖頭不利或刀口磨損 （ 2)間隙不準(zhǔn) （ 3）沖制力不均 （ 4）沖

7、子 長度不足 （ 5）導(dǎo)柱磨損 6.刮傷： (1)/作 來不規(guī)範(fàn) （ 2）包裝問題 7.壓傷：（ 1）模具內(nèi)有異稱 （ 2）定位不良 二 .模具結(jié)構(gòu)知識 . 1.模具的概念 ： 模具的分類 : 1)單模：壓力機(jī)一次行程只能完成一道工序的模上 2)復(fù)合模：壓力機(jī)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(xù)模：具有兩個或更多工位，材料隨壓力機(jī)行程逐次送進(jìn)一工位，從而 使工件逐步成形的模具 三類模具的優(yōu)缺點比較： 工序模 複 合模 級進(jìn) 模 結(jié)構(gòu) 簡單 較複雜 複雜 成本、 週 期 小、短 小、短 高、 長 製 造精度 低 較 高 高 材料利用率 高 高 低 生 產(chǎn) 效率 低 低 高 維

8、 修 不方便 不方便 方便 產(chǎn) 品精度 高 高 低 品 質(zhì) 低 低 高 安全性 不安全 不安全 安全 自 動 化 易於自 動 化 衝 床性能要求 低 低 高 應(yīng) 用 小批量生 產(chǎn) 大、中型零件的 衝壓試製 大批量生 產(chǎn) 內(nèi) 外形精度要求高 大批量生 產(chǎn) 中、小零件 衝壓 沖壓範(fàn)本的組成 冷沖模一般有八塊範(fàn)本組成 :上模座 (TP)、上墊板 (TBP)、沖頭固 定板 (PP)、剝料背板 (SBP)、剝料板 (SP)、模仁固定板 (DP)、下 模墊板 (DBP)、下模座 (DS)。 沖壓模具結(jié)構(gòu)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）

9、 6. 下範(fàn)本 7.下模均力背板 8. 副導(dǎo)柱 9.副導(dǎo)柱用套筒 10.先導(dǎo)桿 11.沖頭 12.副導(dǎo)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 ) 導(dǎo)向零件 精確的導(dǎo)向是保證模具正常生產(chǎn)的前提條件，為了提高連續(xù)模工 作的精度和穩(wěn)定性又常設(shè)計成雙重導(dǎo)向：主導(dǎo)向和副導(dǎo)向。 常見的導(dǎo)向零件有滑動導(dǎo)向和滾動導(dǎo)向兩種。 一 滑動導(dǎo)向和滾動導(dǎo)向的區(qū)別： 滑 動導(dǎo) 向 滾動導(dǎo) 向 組 成 導(dǎo) 柱、 導(dǎo) 套 導(dǎo) 柱、 導(dǎo) 套、 襯 套、 滾 珠等 配合 關(guān)係 間 隙配合 過 盈

10、配合 精度 低 高 可工作速度 低 高 壽 命 短 長 承受 側(cè) 向力 強(qiáng) 弱 連續(xù)模具的料帶 毛 邊 壓 料帶 W(料 帶寬 P(步距 ) 工序設(shè)計的一般原則 機(jī)構(gòu)設(shè)計實務(wù) (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(zhǔn) ): t之範(fàn)圍 S0 之最小值 t之範(fàn)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(jī)構(gòu)設(shè)計實務(wù) (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

11、r + 1.5t 或 1.2mm L之範(fàn)圍 SL之最小值 r + 2t 25mm 以下 或 1.5mm r + 2.5t 2550mm 或 2mm r + 3t 50mm 以上 或 2.5mm S0之最小值 r + t 或 2t 機(jī)構(gòu)設(shè)計實務(wù) (3/6) 機(jī)構(gòu)設(shè)計實務(wù) (4/6) 機(jī)構(gòu)設(shè)計實務(wù) (5/6) 機(jī)構(gòu)設(shè)計實務(wù) (6/6) 沙拉成形 第一種方法 ( 產(chǎn)品外觀好，精度高，穩(wěn)定。但多工程 ) 沙拉孔的分類 沙拉孔根據(jù)產(chǎn)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(chǎn)品 互相鉚接時 採用淺沙拉孔成形 圖二所示沙拉用於鉚拉釘之用 採用深沙拉 成形。在設(shè)計過程中 依據(jù)如圖所示加以區(qū)分沙拉形

12、式 對其採用不同的成形 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 三步 沖沙拉過孔。由於沙拉的形式有兩種 對于其成形過程 有特殊的要求 據(jù) 本內(nèi)容詳見下列敘述。 第一步 沖底孔 如圖三所示 在第一步?jīng)_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(yīng)優(yōu) 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 =

13、D. 第二種方法 (節(jié)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(dāng)工程排布緊時，可採用先擠凸打沙拉斜面，後沖沙拉孔。 第一步擠凸打沙拉斜面，如圖八和圖九所示 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(yīng)優(yōu)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. 第三種方法 (節(jié)省工程。但擠斜面時易起毛剌，沙拉孔不精確 ) 1當(dāng)工程排列緊張時，可採用預(yù)沖大孔 (比原沙拉孔

14、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(rèn)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 0.30 3.20mm後， 經(jīng)電解清洗、退火及調(diào)質(zhì)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(jī)械性質(zhì)及加工性良好，易於衝壓製成各種產(chǎn)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(chǎn)品依用途別可區(qū)分為下列三類： 1.一般品質(zhì)： SPCC ,適用

15、於加工程度較低的產(chǎn)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(zhì)： SPCD ,具較佳加工成型性，適用於一般品質(zhì)無法勝任的衝壓及高度成 型之零組件。 3.深衝品質(zhì)： SPCE ,具有更佳的加工成型性，適用於衝壓品質(zhì)無法勝任，須高度成 型或具時效性要求的特殊零組件加工。 因表面須電鍍，因環(huán)保問題，現(xiàn)今電腦業(yè)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(xù)電鍍鋅產(chǎn)線經(jīng)過脫脂、酸洗、 電鍍及 各種後處理之製程後，即成為電鍍鋅產(chǎn)品，此產(chǎn)品特性不但具有一般冷軋鋼片的機(jī)械性質(zhì) 及近似的加工性，且具有優(yōu)

16、越的耐蝕性及裝飾性外觀；在電子產(chǎn)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(chǎn)品依用途別可區(qū)分為下列三類： 1.一般品質(zhì)： SECC,適用於加工程度較低的產(chǎn)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(zhì)： SECD ,具較佳加工成型性，適用於一般品質(zhì)無法勝任的衝壓及高度成型之零組件。 3.深衝品質(zhì)： SECE(N) ,具有更佳的加工成型性，適用於衝壓品質(zhì)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(chǎn)品，取代 SPCC，唯一缺點，切斷面及折痕容易生銹。 沖壓材料的認(rèn)識 (2/6) 3

17、. SPTE(馬口鐵 )：是一種超薄冷軋的低碳鋼片，主要用途是供應(yīng)製罐業(yè)所使用的鍍錫、鍍鉻鐵 皮的原板。導(dǎo)電性強(qiáng)，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(shù) 越多，磁性越強(qiáng)。在 Notebook上常用於 EMI shielding pan ,非需高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)之 bracket ,plate . 該產(chǎn)品依用途別可區(qū)分為下列三類： 參考價格 : 34NT$/Kg -0.1T 一次 軋延 : T1 T5 材質(zhì)， T1軟 T5硬 二次 軋延 : DR8DR10 材質(zhì)， DR8軟 DR10硬 表面處理 / 符號 區(qū) 分 特 徵 B 光面處理 在具有細(xì)紋光滑表面之底片上，將錫層施以熔融

18、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(jīng)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 0.03 0.35%及其它微量元素如 Fe、 Zn等 組成 。延展性、耐疲勞性均佳，可用於電氣及機(jī)械材料，且耐蝕性，材料可靠度高於一般銅合金 製品 ，以連續(xù)熔解鑄造 (板片、銅卷 )方式製成，具高度之材質(zhì)均勻性。導(dǎo)電

19、性佳、彈性高、富耐磨 耗 ；是電氣開關(guān)、端子等應(yīng)用之彈片及導(dǎo)電材料，但沒有不銹鋼之強(qiáng)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(qiáng)度佳，耐蝕性好，加工性優(yōu)良，可用於高性能電氣用精密材料。 C5102： 錫含量，強(qiáng)度佳，耐蝕性好，加工性優(yōu)良，可用於高性能電氣用精密材料。 C5191： 錫含量 6%，電機(jī)材料，接著端子， IC元件等均可使用，高強(qiáng)硬度特質(zhì)。 C5212： 錫含量 8%，有良好的強(qiáng)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. SUS

20、304(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(qiáng)度，故機(jī)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(qiáng)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(yùn)用在需結(jié)構(gòu)強(qiáng)度之 Bracket ,運(yùn)用上 必須 指定級數(shù) ,以期達(dá)到設(shè)計之需求 .一般最好取 3/4H為宜 .若是須引伸抽型 ,若運(yùn)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 , 195NT$/Kg-0.2T . 6. S|US301(不銹鋼

21、 )： 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(yùn)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(yùn)用上必須指定級數(shù) ,以期達(dá)到設(shè)計之需求 (例如彈 力 ,強(qiáng)度 ).並須注意 301材料有金屬結(jié)晶性方向性 ,越高級數(shù)者越是硬且脆 ,若成型上不注意 ,易造成 隅角及側(cè)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

22、 SUS 304 材質(zhì)硬度比較 SUS 301 H 材質(zhì) 硬度 硬度 硬度 硬度 SUS 301 H HV 48020 SUS 304 H HV 38020 SUS 430 HV 200 SUS 301 3/4H HV 38020 SUS 304 3/4H HV 30020 SUS 301 1/2H HV 30020 SUS 304 1/2H HV 26020 SUS 304 HV20020 材質(zhì)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

23、料含雜質(zhì)較多 (不純 ),導(dǎo)致硬度不穩(wěn)定 . 沖壓材料的認(rèn)識 (3/6) 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(chǎn)品上 SUS 304 H 較易產(chǎn)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(zhì)輕，散熱好， 材質(zhì)不易加工 ， 強(qiáng)度相對比較低，具有優(yōu)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(fù)荷處 . 參考價格 : 9295NT$/Kg -0.5T. 型號 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al A

24、L1100 (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(qiáng)度強(qiáng)， 成形性、熔接性、耐蝕性良好 ,但材質(zhì)不易加工。 目前廣泛用於筆記型電腦代替馬口鐵 , 取其質(zhì)輕散熱性佳且強(qiáng)度較一般鋁材料為佳 . 可設(shè)計運(yùn)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(rèn)識 (4/6)