五金冲压模具设计详解

一.冲压模具分类

“冲压模具依构造可分为单工程模、复合模、连续模三大类。前两类需较多人力不符经济效益,连续模可大量生产效率高。同样,设计一套高速精密连续冲模,也要对你所生产的产品(包含所有用冲压加工出来的产品,富士康集团主要有端子、电脑机壳以及连接器上用的小五金及目前的手机零件等等)。设计连续冲模需注意各模组之间的间距、零件加工精度、组立精度、配合精度与干涉问题,以达到连续模自动化大量生产的目的。


二. 单元化设计之概念:

“冲压模具整体构造可分成二大部分:(1).共通部分(2).依制品而变动的部分。共通部分可加以标准化或规格化,依制品而变动的部分是难以规格化。


三. 模板之构成及规格

1. 模板之构成

“冲压模具之构成将依模具种类及构成及相异,有顺配置型构造与逆配置型构造二大类。前者是最常使用的构造,後者构造主要用於引伸成形模具或配合特殊模具。。

从事的主要工作包括:

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四. 模板之设计:

“连续模具之主要模板有冲头固定板、压料板、母模板等等,其构造设计依冲压制品之精度、生产数量、模具之加工设备与加工方法、模具之维护保养方式等有下列三种形式:(1)整块式,(2)轭式,(3)镶入式。。

1. 整块式

“整块式模板亦称为一体构造型,其加工形状必须是封闭的。整块式模板主要用於简单结构或精度不高的模具,其加工方式以切削加工为主(不需热处理),采用热处理之模板必须再施行线切割加工或放电加工及研磨加工。模板尺寸长(连续模具)之场合将采用两块或多块一体型并用之。。

2. 轭式

“轭式模板之中央部加工成凹沟状以组装块状品。其构造依应用要求,凹沟部可以其他模板构成之。此轭式模板构造之优点有:沟部加工容易,沟部宽度可调整之,加工精度良好等。但刚性低是其缺点。。

轭式模板之设计注意事项如下:

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3. 镶入式

“模板中加工圆形或方形之凹部,将块状部品镶合嵌入於模板中,此种模板称为镶入式构造,此构造之加工累积公差少、刚性高,分解及组立时之精度再现性良好。由於具有容易机械加工、加工精度由工作机械决定、最後调整之工程少等优点,镶入式模板构造已成为精密冲压模具之主流,但其缺点是需要高精度的孔穴加工机。。连续冲压模具采用此模板构造时,为使模板具有高刚性要求,乃设计空站。镶入式模板构造之注意事项如下所述:“(1).嵌入孔穴之加工:模板之嵌入孔穴加工使用立式铣床(或治具铣床)、综合加工机、治具镗床、治具磨床、线割放电加工机等。嵌入孔穴之加工基准,使用线割放电加工机时,为提高其加工精度乃进行二次或以上之线割加工。

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五. 单元化之设计:

1. 模具对准单元

“模具对准单元亦称为模具刃件之对合引导装置。为确实保持上模与下模之对准及缩短其准备时间,依制品精度及生产数量等条件要求,模具对准单元主要有下列五种:。

(1).无导引型:模具安装於冲床时直接进行其刃件之对合作业,不使用引导装置。

(2).外导引型:此种装置是最标准的构造,导引装置装设於上模座及下模座,不通过各模板,一般称为模座型。

(3).外导引与内导引并用型(一):此种装置是连续模具最常使用之构造,冲头固定板及压料板间装设内导引装置。模具大师微信:1828765339冲头与母模之对合利用固定销及外导引装置。内导引装置之另一作用是防止压料板倾斜及保护细小冲头。

(4).外导引与内导引并用型(二):此种装置是高精密度高速连续模具之使用构造,内导引装置贯穿冲头固定板、压料板及母模固定板等等。内导引装置本身亦有模具刃件对合及保护细小冲头作用。外导引装置之主要作用是模具分解及安装于冲床时能得到滑顺目的。

(5).内导引型:此构造不使用外导引装置,内导引装置贯穿冲头固定板、压料板及母模固定板等等,正确地保持各块板之位置关系性以保护冲头。

2. 导注及导套单元

“模具之导引方式及配件有导注及导套单元之种类有两种:(A).外导引型(模座型或称主导引),(B).内导引型(或称辅助引)。另行配合精密模具之要求,使用外导引与内导引并用型之需求性高。。

(1).外导引型:一般上使用於不要求高精密度之模具,大多与模座构成一单元贩卖之,主要作用是模具安装於冲床时之刃件对合,几乎没有冲压加工中之动态精度保持效果。

(2).内导引型:由於模具加工机之进展,最近急速普及。主要作用除了模具安装於冲床时之刃件对合外,亦有冲压加工中之动态精度保持效果。

(3).外导引与内导引并用型:一副模具同时使用外导引与内导引装置。

3. 冲头与母模单元 (圆形)

(1).冲头单元:圆形冲头单元依其形状(肩部型及平直型)、长度、维修之方便性,使用冲头单元宜与压料板导套单元配合。

(2).母模单元:圆形母模单元亦称为母模导套单元,其形式有整块式及分开式,依生产数量、使用寿命及制品或冲屑之处理性,

母模单元之组合系列有:(A).使用模板直接加工母模形状,(B).具有二段斜角之逃隙部,(C).是否要使用背板,(D).不规则母模形状必须有回转防止设计。

4. 压料螺栓与弹簧单元

(1).压料螺栓单元:

压料板螺栓之种类有:(A).外螺丝型,(B).套筒型,(C).内螺丝型。

为保持压料板於指定位置平行状态,压料螺栓之停止方法(肩部接触部位):(A).模座凹穴承受面,(B).冲头固定板顶面,(C).冲头背板顶面。

(2).压料弹簧单元:

可动式压料板压料弹簧单元可大致分为:

(A).单独使用型,(B).与压料螺栓并用型

选择压料弹簧单元时最好考虑下列要点再决定之:

(A).确保弹簧之自由长度及必要的压缩量(压缩量大之弹簧宜置于压料板凹穴)。

(B).初期的弹簧压缩量(预压缩量) 或荷重之调整有无必要。

(C).考量模具组立或维护保养之容易性。

(D).考量与冲头或压料螺栓长度之关系。

(E).考量安全性(防止弹簧断裂时之飞出)。

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5. 导引销单元 (料条送料方向之定位)

(1)..导引销单元:导引销之主要作用是连续冲压加工时得到正确的送料节距。冲压模具用导引单元有间接型(导引销单独使用)及直接型 (导引销装设於冲头内部) 两种形式。

(2).导引销之组装方式与冲孔冲头有相同(装设於冲头固定板)。利用弹簧将其受制於冲头固定板。

(3).导引销另外装设於压料板之形式,由于要求导引销突出於压料板之量达到一定及防止模具上升时之容易带上被加工材料,压料板之刚性及导引形式有必要注意之。

(4).导引销单元有直接型,其装设於冲头内,主要用于外形冲切(下料加工) 或引伸工程之切边加工,其位置定位系利用制品之孔及引伸部内径。

6. 导料单元

(1).外形冲切(下料加工) 或连续冲压加工时,为使被加工材料之宽度方向受到导引及得到正确的送料节距,乃使用导料单元。

(2).料条宽度方向之导引装置,导引方式有:(

A).固定板导引销型,(B).可动导引销型,(C).板隧道导引型 (单块板),(D).板导引型 (两块构成),(E).升料销导引型 (有可动式、固定式及两者并用之。

(3).起始停止之导引装置,其形式有:(1).滑块式,(2).可动销式等两种,主要作用是材料置于模具之最初起始位置定位。

(4).送料停止装置,可正确地决定出送料节距,主要用於人手送料之场合,其形式有:(A).固定式停止销,(B).可动式停止销,(C).边切停止方式,(D).挂钩停止机构,(E).自动停止机构。

(5).侧推式导料机构,冲压加工时材料被压向一方,可防止材料因料条宽度与导料件宽度差所产生的蛇行现象。

(6).胚料位置定位导料机构,其形式有:(A).固定销导料型(利用胚料之外形),(B).固定销导料型(利用胚料之孔穴),(C).导料板(大件部品用),(D).导料板(一体形),(E).导料板(分割形)。

7. 升料与顶料单元

(1).升料销单元:其主要作用是进行连续冲压加工时将料条升至母模上(位置高度称为送料高度,并达到顺利送料目的,其形式有:

(A).升料销型(圆形,纯粹升料用),是最普通的升料销单元。

(B).升料销型(圆形,设有导料销用孔),升料销设有导料销用孔可防止材料承受导引销之变形及使导引销确实发生作用。

(C).升料及导料销型,兼俱导料功能,连续模具之导料最常使用此形式升料销型。

(D).升料销型(方形) 如有需求设有空气吹孔。

(E).升料及导料销型(方形)。

(2).顶料单元:自动冲压加工时必须防止冲切制品或冲屑之跳於母模表面以避免模具损坏及不良冲压件之产生。

(3).顶出单元:顶出单元之主要作用是每次冲压加工时将制品或废料自母模内顶出。顶出单元之装设场所有二:

(A).逆配置型模具时装设於上模部份,

(B).顺配置型模具时装设於下模部份。

8. 固定销单元

固定销单元之形状及其尺寸依标准规格需要而设计,使用时之注意事项有:

(A).固定销孔宜为贯穿孔,不能的场合,考虑容易使用螺丝卸除之设计方法。模具大师微信:1828765339(B).固定销长度适度最好,不可大于必要的长度。

(C).固定销孔宜有必要的逃离部。

(D).置于上模部份之场合,应设计防止落下之机构以防止其掉落。

(E).采用一方压入配合一方滑动配合之场合,滑动侧之固定销孔稍微大於固定销。

(F).固定销之数量以两只为原则,尽量选择相同之尺寸。

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11. 废料切断单元

“连续冲压加工时料条(废料) 将陆续离开模具内,其处理方式有两种:(A).利用卷料机卷取之,(B).利用模具切断装置将其细化。

又后者之方式有两种:(A).利用专用废料切断机(设置於冲压机械外部),(B).装设於连续模具最後工程之切断单元。。

12. 高度停止块单元

“高度停止块单元之主要作用是正确地决定上模之下死点位置,其形式有下列两种:(A).冲压加工时亦经常接触之方式,(B).组装时才接触,冲压加工时不接触之方式。还有,当模搬运、保管时,为防止上模与下模之接触,最好于上模与下模之间置入隔块。当精度要求无必要时,其使用标准可采用螺丝调整型。

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六. 主要模具元件之设计

1. 标准部品及规格

“模具用标准规格之选择方法最好考量下列事项:(A).使用的规格内容不受限制时,最好采用最高层者。(B).原则上采用标准数。(C).模具标准部品无此尺寸时,采用最接近者再进行加工。。

2. 冲头之设计

“冲头依其功能可大致分为三大部份:(A).加工材料之刃部先端(切刃部,其形状有不规则形、方形、圆形等)。(B).与冲头固定板接触部(固定部或柄部,其断面形状有不规则形、方形、圆形等)。(C).刃部与柄部之连结部份(中间部)。。

“冲头各部份之设计基准分别从(A).切刃部长度,(B).切刃部之研磨方向,(C).冲头之固定法及柄部之形状等方面简述之。。

“(1).切刃部长度:阶段型冲头之切刃部长度之设计宜考虑加工时不会产生侧向弯曲、与压料板运动部份之间隙应适当。压料板与冲头切刃部之关系有引导型及无引导型,切刃部直段长度将有所不同。。

“(2).切刃部之研磨方向:切刃部之研磨方向有与轴部平行(上削加工) 及与轴部垂直(穿越加工) 等两种方法,为提高冲头的耐磨耗性及耐烧著性,宜采用前者。切刃部形状是凸形状时可采用穿越加工,凹凸形状时采用上削加工或穿越加工并用方式。。“(3).冲头之固定法及柄部之形状:冲头之柄部大致分为直段型与肩部型两种,其固定方式之选用因素有制品及模具之精度、冲头及冲头固定板之加工机械与加工方法、维护保养之方法等。。

“(4).柄部之尺寸及精度:冲头柄部之尺寸及精度将随冲头之固定方式而有不同要求。。

“(5).冲头长度之调整方法:冲切冲头之长度因再研磨加工而减短,为与其他工程如(弯曲、引伸等)之冲头长度保持平衡及维持冲头设计长度,有必要调整冲头之长度。。“

(6).配合冲压加工之冲头设计:为达到大量生产时冲压制品之品质安全及无不良品之产生,模具方面有必要考虑下列事项:A.冲头加工之研磨方向要同一性,表面宜施以抛光处理。B.为防止冲屑之浮上,冲头内可装设顶出销或加工空气孔。C.为减少冲切力,冲孔冲头施以斜角加工,还有大冲头附近的细小冲头宜较短些以减少受到冲击。。

“(7).配合加工法之冲头设计:冲头之形状设计与加工困难度有绝对的关系,当其过份接近时冲头固定板之加工变为困难,此时之冲头宜加以分割处理(采组合方式)。

3. 冲头固定板之设计

“冲头固定板之厚度与模具及荷重之大小有关系性,一般上为冲头长度之30~40%,还有冲头引导部长度宜高於冲头直径之1.5倍。

4. 导引销 (冲头) 之设计

导引销(冲头) 之引导部直径与材料导引孔之间隙,其尺寸及突出压料板之量依材料之厚度而设计,导引销之先端形状大致分为两种:A.炮弹形,B.圆锥形(推拔形)。

(1).炮弹形是最普通之形式,市面上亦有标准部品。

(2).圆锥形有一定的角度,很适合用於小件之高速冲压,推拔角度之决定因素有冲压行程、被加工件之材质、导引孔之大小,加工速度等。推拔角度大时较容易修正被加工材料之位置,但推拔部之长度将变长。推拔部与圆筒部连接处宜滑顺之。

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6. 冲头之侧压对策

冲压加工时冲头左右承受均等之荷重是最佳理想(即侧压为零) 状态,冲头承受侧向压力时将使上模与下模产生横方向之偏移,造成模具间隙之部份变大或变小(间隙不均匀) 及无法得到良好精度的冲压加工。有关冲头之侧压对策有下列方法:(A).改变加工方向,(B).单侧加工(冲切、弯曲、引伸等)之制品宜采两排布列方式,(C).冲头或母模装设侧压挡块,切刃之侧面设有导引部(尤其是切断及分断加工)。

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7. 压料板之设计

“压料板之功能有剥离付著於冲头之材料及导引细小冲头之作用,依功能不同其设计内容有很大的不同。压料板之厚度及选用基准依制品设计有下列两种:1.可动式压料板,2.固定式压料板。。“压料板与冲头之间隙值宜小於模具间隙之半(尤其是精密连续模具更应遵守此原则),当设计压料板时依制品的不同而有所变动必须注意下列事项:

1.压料板与冲头之间隙值及冲头导引部之长度,

2.辅助导柱与压料板之装设标准及压料板之逃部设计,

3.可动式压料板於冲压加工时为防止倾斜发生之对策,

4.固定式导料板与压料板导引销孔之尺寸关系,

5.固定式压料板之材料导引部与被加工材料宽度之关系。。

8. 背压板之设计

“冲压加工时主要作用件(冲头、压料板、母模)之後方将承受面压,当冲压力高於面压力时宜采用背压板(特别是冲头及母模模套之背面)背压板之使用方式有局部使用与全面使用两种形式。



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