圆筒件深引伸模具技术.doc

圆筒件深引伸模具技术
  发布日期：2010-6-17 [ 收藏 评论 没有找到想要的知识 ]
 深引伸加工(deep drawing)是板材冲压成形加工(sheet metal forming)之重要制程之一。在工业产品上使用比重最大者为圆筒形电池外壳，如笔记型计算机充电电池，家用的二次电池等。深引伸模具是生产此类零件之必要工具。
深引伸模具依其技术性质可分为三个阶段：à 模具设计分析，á 模具加工制造，及? 模具组立与试模。本文将就其关键技术-引伸件材料、引伸模具材料、模具设计、加工量测、试模、模具构造、高速传送冲床及国内技术瓶颈等做一些叙述。
关键词﹕深引伸
一、前言
一般圆筒引伸件，若其长度与直径的比大于1.5，则属于深引伸件，其引伸产品的长度与直径的比愈大，则所需的模具困难度就愈高。影响引伸的因素甚多，本文将就其关键技术-引伸件材料、引伸模具材料、模具设计、加工量测、试模、模具构造、高速传送冲床及国内技术瓶颈等做一些叙述。
二、圆筒件深引深模具关键技术
本文将就其关键技术--引伸件材料、引伸模具材料、模具设计、加工量测、试模、模具构造、高速传送冲床及国内技术瓶颈等叙述如下：。
引伸件材料
引伸件制品所使用的材料应具有良好的伸长率与成形性，目前最常用者有SPCD钢板、SPCE或SPCEN钢板、铝及铝合金板、不锈钢板(SUS304、SUS316或316L、SUS430等)。视制品表面之要求而定，一般是先 引伸加工后再进行电镀等表面处理工程，然而为因应环保之要求，目前已有成功上市镀镍SPCE钢板，并有多家正积极开发此类材料。采用镀镍SPCE钢板冲制引伸制品(目前主要用于电池类框体件)可省略后面的电镀工程，减少环境污染之问题。
引伸模具材料
引伸模具各组件之材料选用将随冲制产品之材质类别、尺寸精度及质量等级、生产数量(模具寿命)等要求而有不同的基准。兹将引伸模具各组件之较常使用的材料种类列示如【表1】。
表1引伸模具组件常用材料

模具组件名称
常用模具材料类别
引伸冲头
SKD11、SKH9、粉末烧结高速钢、碳化钨硬材料、陶瓷烧结材料
引伸母模
SKD11、SKH9、粉末烧结高速钢、碳化钨硬材料、陶瓷烧结材料
压料块
SKD11、SKH9
顶出件
SKD11、SKH9
模板类
合金工具钢(SK、SKS)
模座类
中碳钢、不锈钢、结构钢等
(三)模具设计
长度直径比(圆筒形引伸件之设计指标)小于等于2，其引伸模具构造以采用单工程模具或连续工程模具为主。超过上述数据之引深模具构造宜采用传送工程模具。成形难度比(K)之定义为：K＝H˙H/Rc˙Ws(H表引伸制品高度，Rc表引伸制品角部半径，Ws表引伸制品短边长度)。
目前设计上仍偏重于个人经验，CAD系统主要应用于模具图面之绘制，实用性专用的引伸模具CAD设计软件则尚未商品化。为因应模具开发时之缩短以及弥补设计人才之不易培养，使用CAD设计软件将是未来之必要工具。
深引伸模具设计阶段采用有限元素法进行引伸制程CAE分析，尚处起步阶段。目前引伸模具制作先进厂家对于此项技术已非常重视。CAE分析技术为设计方筒形引伸件、锥筒形引伸件、不规则形状引伸件等引伸模具之重要工具，国内厂家宜积极评估导入之。
(四)加工与量测方面
引伸模具之制造水平，在加工精度上大体已达到相当高的层次，模具组件之加工精度可达0.002mm等级。
引伸冲头及引伸母模R角形状及表面粗度(滑顺度)之达成必须采用抛光加工，此工作仍依赖个人经验与技巧，目前无法完全以机械取代。
此外，R部形状及表面粗度之量测及验证必须使用表面粗度量测仪及形状量测仪等。
(五)试模
引伸模具试模技术是很深奥的领域，此方面之担当人员必须具有丰富的经验与技巧方能胜任。目前具有此种能力之人才日渐稀少，而且不易培养。应用CAE仿真分技术可使设计质量达到最适化，进而减少对资深人员之依赖，并缩短试模次数及时间。
(六)模具构造要点
à 料胚尽量做成真圆，引伸之际，料胚必须在完全被正确导料状况下进行引伸。
á 在加工成形引伸模及冲头R时，重要的是必须很细心的注意，使其成同心圆形状。即使是加工机械，也必须使用能加工出同心构造的机械。
? 引伸间隙必须设定成能对板厚造成稍施引缩加工(ironing)般的效果。母模R的形状也必须注意。
? 以高速进行冲压加工时，就会直接面对工件及模具发热问题。使用传递冲床做深引伸加工、引缩加工(ironing)时，热的产生特别激烈。以单3电池的深引伸加工为例，如果以150spm运转5分钟左右，工件及模具的温度会上升至100℃以上，不能以手来触模。通常为了冷却，采用对模具施加多量水溶性加工油的方式，但必须防止其飞散及采取喷雾对策。若能使用油性引伸油，利用独特的模具及模座的冷却系统，可以用200 spm以上的速度加工单3电池的壳。
(七)高速引伸用传送冲床专用机
目前市场上使用最多的电池为单3及单4电池，此种电池壳若以深引伸的方式生产，许多是使用泛用机生产。但是，由于近年来厂商降低生产成本的压力递增，所以开始要求价廉、可高速生产的传递冲床。
高速引伸用传递冲床为了因应高速化，与传统传递冲床相异之处为：
1.驱动滑块的凸轮方面
凸轮的作用角采170O，滑块的速度则为传统传递冲床的70%(传统传递冲床的作用角为120O)。比较其加工速度，如果冲头的速度可以容许和传统的一样，则速度有可能提高至1.4倍。而且，第一站，在滑块的下死点10O停止间，藉由与上柱塞机构时序的最适配合，也可以用来做引伸加工。
2.滑块的停止(剎车的强化)方面
采用能大幅提高剎车能力的离合器、剎车器，以提高性能(为传统传递冲床剎车能力的3.7倍)。因此，即使在200spm以上的高速回转域，利用误进给检佑也可使机械在下死点前停止，防止模具破损。
3.振动对策方面
在凸轮轴上装上动态平衡器，可以100%的去除凸轮不平衡。而且，由于规格的最适化，对减轻动作部分的重量也好、振动也好都有贡献。
4.传递滑块方面
利用前述的缩短传递节距及轻量化、滑动部分采用滚动导轨等，可以因应高速化。同时，将原用于传统传递冲床上的带柄爪变更为杆式爪，消除返回过程柄部的负担，更可以做到圆滑的运动。
(八)国内技术瓶颈
国内引伸模具之技术能力，一般上仍属于生产浅引伸制品之阶段，此阶段之模具制作水平，整体而言已有相当的实绩与经验。然而深引伸模具之技术方面则甚为缺乏，与国外技术尚有很大的差距。兹将国内深引伸模具之技术瓶颈列举如下：
1.模具设计上未积极应用CAD技术以提高设计效率及缩短设计时程。
2.模具设计上仍偏重个人经验，未应用CAE 分析技术之提高模具设计质量及减少模具试模时间及次数。
3.未建立引伸模具设计数据及数据作为模具开发之依据。
4.缺乏必要的模具R部形状抛光加工工具及量测设备。
5.未积极改善模具寿命，诸如润滑剂之选用、模具冷却系统设计、引伸冲头与引伸母模之被覆处理均未重视之。
6.未将试模经验加以整理及建立引伸模具试模作业标准。
7.未采用专用性传送冲床进行深引伸件之冲制，故量产时之稳定性差。
三、结论
深引伸加工技术由于涉及材料特性，制程中不易控制材料之流动性，因此需要高层次之模具设计水平。采用单工程模具设计之技术关键点在于如何达到高引伸比或引伸率之应用。采用连续工程模具设计之技术关键点在于如何规划最适化之工程道次与料条布列，以控制材料流动及送料状态高安定性。采用传送工程模具设计之技术关键点在于如何规划最适化之工程道次与适当的传送夹爪机构，以控制半成品之稳定传送。
四、参考文献
1.冲压模具设计手册，金属工业研究发展中心，87年6月
2. 深引伸模具市场及技术分析，金属工业研究发展中心，88年2