1、五金模具设计原理一模具概述及其發展發展模具概念模具發展歷程八十年代普通的机械加工设备钳工技能起決定性作用九十年代CAD/CAM技术及数控技术的应用模具可以制造出來21世紀网络技术、计算机应用等IT技术采用模具設計信息思維及CAD/CAM技术深化应用汽车覆盖件模具发展精密精密快速快速多元化多元化新材料新材料二模具設計原理設計原理2-1工程分析原理工程分析原理2-2結構設計原理結構設計原理設計原理工程分析思路 確定功能尺寸和質量重點管制尺寸確定功能尺寸和質量重點管制尺寸.分析產品結構了解其用途及功能分析產品結構了解其用途及功能.根據公司實際情況制訂其制造流程根據公司實際情況制訂其制造流程根據以上分
2、析召開開模檢討根據以上分析召開開模檢討制訂合理的開模方案并執行制訂合理的開模方案并執行工程分析 NoteBook NoteBook 結構結構Key part:LCD(12.1”,13.3”,14.1”15,17),CPU,HDD,CD-ROM/DVD-ROM/COMBO,FDD,Glide Pad,Battery,AC Adapter,SDRAM/DDR,Keyboard,FAX Modem,LAN,Antenna etc Metal:Thermal,hinge/hinge support,FDD bracket,HDD plate/shielding,CD-ROM bracket,G/P b
3、racket,modem jack plate,I/O bracket,bottom plate etc.工程分析 2.1.1,2.1.1,沖壓金屬件成本分析沖壓金屬件成本分析2-1工程分析內容2.1.2,2.1.2,模具成本估價分析模具成本估價分析2.1.3,2.1.3,制程困難點及建議案的提制程困難點及建議案的提出出2.1.4,2.1.4,相關設備的選用相關設備的選用2.1.5,2.1.5,胚料利用率胚料利用率2.1.6,2.1.6,工序分析考量原則工序分析考量原則工程分析 2.1.1,2.1.1,沖壓金屬件成本分析沖壓金屬件成本分析原材料費用+loss 3%沖壓工程二次加工配件作業不良(
4、1%)營銷費用(1015%)*stamping cost利潤(5%)包裝費運輸費攻牙脫脂點焊鉚合拉釘烤漆印刷熱處理發線滾電平面度調整貼mylar 工程分析 2.1.2,2.1.2,模具成本估價分析模具成本估價分析客戶名稱 模具型式產品名稱 工程別/數 產品料號 沖床噸位模具編號材質/料厚SKD11素材設計硬材組立調試其他利潤率模模 具具 報報 價價 單單材料費用加工費用人工費用小計費用項目五金件費用總計費用CNC加工線切割成型研磨模板項目入塊熱處理工程分析 2.1.3,2.1.3,制程困難點及建議案的提制程困難點及建議案的提出出a.材質及毛邊方向;產品紋向b.最小沖裁邊距方孔至方孔邊方孔至方孔
5、邊ab厚材薄材(不分材質)1.3t1.5tGI.EG.SPCC.AL.不銹鋼O材等不銹鋼1/4H級以上(T0.6)0.8圓孔至圓孔邊;圓孔至方孔邊1.5tT0.30.3T0.52t0.52t圓孔至圓孔邊;圓孔至方孔邊1.8tc.沖孔最小寬度確認T0.3h0.83t不銹鋼1/4H及以上軟鋼類GI.EG.AL不銹鋼材O材T0.32t2t（圖a）（圖 b）工程分析 2.1.3,2.1.3,制程困難點及建議案的提制程困難點及建議案的提出出d.折彎容許最小高度確認e.彎曲部位至孔邊緣最小值確認 (2).當采用不銹鋼1/4H及以上材質,可考慮So值酌情加大.(1).產品材質選用軟鋼類材料,容許最小值參照表
6、三:t之範圍So之最小值0.8MM以下2t1.6t1.3t0.81.6MM1.6MM以上（圓孔靠近彎曲邊）0.10.150.20.250.30.40.5Sd最小值1.5MM0.50.50.60.70.81.01.2 說明:r0.3時,Sd之最小值可考慮包含r值大小 (1).圓孔靠近彎曲部位參照左圖形狀.請參照表四:厚材(T0.6)(不分材質)薄材(不分材質)（圓孔靠近彎曲邊）工程分析 2.1.3,2.1.3,制程困難點及建議案的提制程困難點及建議案的提出出（方孔靠近彎曲邊）(2).如方孔靠近彎曲部位時,如左圖示,請參照表五要求:50MM以上2MM3MM3.5MML之範圍 SL之最小值25MM以
7、下2550（方孔靠近彎曲邊）f.彎曲內R角值確認(1).在檢查成品圖彎曲內R角時,如Rt時,需向客戶提出可否修正R值為零,以避免R角折彎回彈不易控制.(2).當產品材質選用不銹鋼1/4H及以上時,如內R角大小成為零,可能會產生折彎后龜裂現象.g.包角成形最大允許高度確認:彎曲部分 在產品材質選用我們常用之軟鋼類材料,如GI.EG.SPCC等時,包角成形最大允許高度一般參照以下公式:HMAX=rc彎曲部分工程分析 2.1.3,2.1.3,制程困難點及建議案的提制程困難點及建議案的提出出h.其它確認事項(1).現有產品設計是否存在因凸包成形而影響產品平面度要求.是否有更優良的改善方案?會導致模具不
8、穩定的產品設計是否有建議設計修改方案?(3).產品成形不可靠部位是否有替代改善方案?(2).產品內孔及外形輪廓是否存在尖角?並考慮修成R角處理!產品開模問題點例子講解工程分析 2.1.4,2.1.4,相關設備的選用相關設備的選用沖床及輔助設備的選用 送料機的選用 安全檢知的選用 叉車的選用 夾模器的選用夾模器的選用沖床類型的選用沖床類型的選用沖床大小的選用沖床大小的選用工程分析 2.1.4.1,2.1.4.1,沖模壓力分配沖模壓力分配a.a.沖床公稱壓力是否足夠沖床公稱壓力是否足夠b.b.脫料力是否足夠及平衡脫料力是否足夠及平衡c.c.模具工藝力中心是否和沖訂壓力中心重合模具工藝力中心是否和沖
9、訂壓力中心重合工程分析 沖裁工藝力內容:2.1.4.2,2.1.4.2,沖裁工藝力計算沖裁工藝力計算沖裁力 卸料力 推件力 頂件力 F=1.3TF=1.3T*L L*t tF F卸卸=k=k*F k=0.020.08F k=0.020.08F F推推=nk=nk*F k=0.0250.10F k=0.0250.10以下頂料彈性力量計算以下頂料彈性力量計算1.31.3間隙不均刃口磨損等修正系數間隙不均刃口磨損等修正系數T T為抗剪系數為抗剪系數L L為沖裁周長為沖裁周長材料厚度材料厚度 V形彎曲件的計算:F1=0.6 KB 2b/R+t U形彎曲件的計算:F1=0.7 KB 2/R+t 式中F1
10、-自由彎曲力 B-彎曲件寬度(mm);t-彎曲件材料厚度(mm);R-彎曲內半徑(mm);b-材料抗拉強度(Mpa)K-安全因數,一般取k=0.3彎曲力 胚料的利用率主要取決于排樣工作的合理性。胚料的利用率主要取決于排樣工作的合理性。K=na/A*100%其可用其可用K值來表示值來表示:通常用沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比作為衡量排樣通常用沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比作為衡量排樣的經濟性與合理性的經濟性與合理性,一直稱為材料的利用率一直稱為材料的利用率 K-材料利用率 n-每一條料生產的工件數 a-每個工件的面積(m)A-每一條料的面積(m)2.1.5,2.1.5,胚料利用率
11、胚料利用率工程分析 工程分析 2.1.5.1,2.1.5.1,產品展開產品展開 不同的成形方法決定了不同的展開方法不同的成形方法決定了不同的展開方法.展品展開原則展品展開原則:展開修訂標准展開修訂標准:a.沖孔取公差上限的沖孔取公差上限的70%。b.落料取公差的下限。落料取公差的下限。c.折彎高度公差、位置公差取中間值折彎高度公差、位置公差取中間值(便于調整便于調整)。d.彈片加高彈片加高0.2后進行展開設計后進行展開設計圖 一展開標准展開標准:1).90 直角展開L=a+b+ka.當t0.8時，k=0.4t b.當0.8=t1.2時，k=0.43t c.當1.2=t2.5時，k=0.45t
12、d.當2.50.2厚材厚材0.3(0.5)工程分析 2.1.5.1,2.1.5.1,產品展開產品展開圓角展開圖六圖五圖四3).圓角展開圓角展開包括直角和非直角兩種形式，其展開計算方式一樣，都是以展開中 性層弧長K計算。L=a+b+為中性層弧長(其半徑為K)中性層弧長半徑K為:R/T1 1,2)K=R+t 取值為:2,3)3,4)4,5)5H5t時,也是分兩步折彎成形,第一步用山折成形,第二步最終成形,由于山折時材料基本上不 當H8t時,分兩次折彎來成形,它的展開按一般的折彎來展開.折階梯又名Z折,一般用三種方法成形,成形的方法不同,則展開的方法也不同.工程分析 2.1.5.1,2.1.5.1,
13、產品展開產品展開Z折展開0.50.80.91.01.21.51.72.03.00.50.080.80.150.080.080.080.90.300.130.130.131.00.450.180.170.150.130.120.101.20.630.350.300.250.180.160.141.50.900.600.500.400.250.220.200.180.152.01.351.050.970.900.700.400.300.250.202.51.801.501.421.351.200.800.700.400.303.02.302.001.901.801.601.301.200.800.
14、403.53.802.502.402.302.101.801.601.200.504.03.303.002.902.802.602.302.101.700.604.53.400.503.203.002.702.502.201.005.03.703.503.203.002.601.30Z之值註:一般情況下,上述計算的展開值會偏大,因此,要對計算值做一定的補償修正.當H=2.5(H=2.5)彎曲件的孔與彎曲處的最小距離彎曲件的孔與彎曲處的最小距離 設計原理2.2.2,2.2.2,工作部份設計原理二工作部份設計原理二2.2.2.3 折彎工作折彎工作彎曲的變形分析彎曲的變形分析 彎曲過程彎曲的變形特點
15、彎曲的變形特點 設計原理2.2.3,2.2.3,工作部份設計原理工作部份設計原理三三脫料設計原理脫料的三種方式脫料的三種方式:脫脫(刮刮)板脫料板脫料 頂料銷脫料頂料銷脫料 滑塊脫料滑塊脫料 圖 二 設計原理2.2.4,2.2.4,工作部份設計原理四工作部份設計原理四定位設計原理0.03M6T420.035B0.05CA=51.定位銷(塊)材質用SK3或Cr12,投外加工時熱處理 HRc50;設變由組立自行處時不需熱處理 2.後續工程必須使用前工程沖出的剪口做為精定位,並避開接刀處圓定位銷 3.盡量用固定式,情況許可下,盡量內外都要定位 4.用內孔定位時,優先選用順序:圓形-方形-異形 5.各
16、工程須使用相同的基准邊或相同之內勾孔定位.2.2.4.1 定位設計原則定位設計原則:設計原理2.2.4.2 定位銷定位銷(塊塊)選用分布設計原理選用分布設計原理1.圓形定位用於內孔定位（定位銷直經D=工件上的園孔直經減去0.04MM.）或用於粗定位 2.素材為片料的第一工程料片定位,使用固定式與活動式相結合的定位方式.注意:使用固定式定位的材料邊為產品尺寸形狀要求較高的邊,使用活動式定位的材料邊為產品尺寸要求較低的邊.3.有內定位時外定位與產品料邊間隙0.1mm;無內定位時外定位與產品料邊間隙0.02mm 模具材料分類 一冷作模具鋼 二熱作模具鋼 三塑膠模具鋼 模具材料選模具材料選用用平 碳
17、鋼低 合 金 高 強 度 鋼低 碳 鋼平 碳 鋼可 熱 處 理 鋼中 碳 鋼平 碳 鋼工 具 鋼高 碳 鋼低 合 金 鋼工 具 鋼不 銹 鋼高 合 金 鋼鋼 鐵鋼 和 鐵 的 分 別 碳含量在0.06wt%以下者稱為純鐵.碳含量在0.06wt%至2.0wt%者稱為鋼.碳含量在2.0wt%以上者稱為鑄鐵.鐵鐵-碳碳 平平 衡衡 變變 態態Ao :磁性有、無的變態.A2 :肥粒鐵+碳化鐵 波來鐵 的共析變態.A1 :肥粒鐵 的固溶飽和線.A3 :肥粒鐵 沃斯田鐵 的界限.Acm:沃斯田鐵 雪明碳鐵 的界限.鐵-碳平衡圖是將各種不同含碳量的鐵-碳合金在某一溫度下達成平衡(反應平衡)時的相呈現出來.類
18、別類別材料材料特性特性用途用途熱處理條件熱處理條件1高碳高鉻型合金鋼具較高之1高碳高鉻型合金鋼具較高之硬度及适宜之韌性並有回火硬化效硬度及适宜之韌性並有回火硬化效果為典型之風硬鋼是目前耐磨性果為典型之風硬鋼是目前耐磨性最好之合金工具鋼最好之合金工具鋼1各種冷加工用模具1各種冷加工用模具如衝壓模衝剪模深如衝壓模衝剪模深衝模等衝模等2添加鉬釩元素故兼具耐磨2添加鉬釩元素故兼具耐磨變形小耐衝擊等特性變形小耐衝擊等特性2各種冷加工用工具2各種冷加工用工具如剪切刀衝頭滾輪如剪切刀衝頭滾輪精密樣板及量規等精密樣板及量規等3經二次精煉清凈度佳晶粒微3經二次精煉清凈度佳晶粒微細細3陶瓷模P V C 耐蝕模3陶
19、瓷模P V C 耐蝕模等等1熱處理硬度高在高溫回火能得1熱處理硬度高在高溫回火能得到H RC6263之 硬度因此在強度和耐到H RC6263之 硬度因此在強度和耐磨性比S K D 11更 能 發 揮其性能磨性比S K D 11更 能 發 揮其性能2韌性好2韌性好3碳化物小可防止造成模具刀口3碳化物小可防止造成模具刀口損傷損傷SKD11SKD11大同 DC11大同 DC11美國 D2美國 D2日立 SLD日立 SLD國產 C r12MoV國產 C r12MoV大同D C 53大同D C 53淬火溫度1 0 0 0 1050淬火溫度1 0 0 0 1050高溫回火5 2 0 三次高溫回火5 2 0
20、 三次硬度H R C 5659硬度H R C 5659耐磨性較低溫回火差但韌耐磨性較低溫回火差但韌性較好性較好抗拉強度2 4 0 k g f/mm抗拉強度2 4 0 k g f/mm低溫回火2 0 0 三次低溫回火2 0 0 三次硬度H R C 5861硬度H R C 58611精密衝壓模衝剪模1精密衝壓模衝剪模2難加工材之塑性加工2難加工材之塑性加工用工具深衝加工用模用工具深衝加工用模3其他高速打坯衝頭3其他高速打坯衝頭不鏽鋼鋼板打坯衝頭不鏽鋼鋼板打坯衝頭淬火溫度1 0 2 0 1040淬火溫度1 0 2 0 1040高溫回火5 2 0 高溫回火5 2 0 硬度H R C 6163硬度H R
21、 C 6163冷作模具冷作模具鋼鋼大智模具材料性能一覽表1類別類別材料材料特性特性用途用途熱處理條件熱處理條件SK3SK3國產T 1 1A國產T 1 1A熱處理硬度較高耐磨性好加工性熱處理硬度較高耐磨性好加工性能好（易加工）能好（易加工）淬火溫度7 6 0 8 20 水 冷淬火溫度7 6 0 8 20 水 冷回火溫度1 8 0 2 00回火溫度1 8 0 2 00（硬 度H R C 5 9HRC65）（硬 度H R C 5 9HRC65）日立S K S93日立S K S93大同 Y K30大同 Y K301S K3改 良鋼種提高M n 含量及添加1S K3改 良鋼種提高M n 含量及添加微量之
22、C r 成份 而 採用油淬可避免微量之C r 成份 而 採用油淬可避免SK3水淬易造成的開裂及變形SK3水淬易造成的開裂及變形2韌性及硬化能（硬化深度）較S K 32韌性及硬化能（硬化深度）較S K 3更佳更佳淬火溫度8 1 0 8 30 油 冷淬火溫度8 1 0 8 30 油 冷回火溫度1 5 0 2 00回火溫度1 5 0 2 00（硬 度H R C 5 9HRC65）（硬 度H R C 5 9HRC65）碳素結構碳素結構鋼鋼S45CS45C國產 4 5鋼國產 4 5鋼韌性好,硬度低,切削加工性能 佳機械韌性好,硬度低,切削加工性能 佳機械性能:(1)素 材:抗拉強度性能:(1)素 材:抗
23、拉強度58kgf/mm降伏強度 3 5 k gf/mm硬 度58kgf/mm降伏強度 3 5 k gf/mm硬 度167229HB(2)熱處理后:抗拉強 度167229HB(2)熱處理后:抗拉強 度58kgf/mm降伏強度 3 5 k gf/mm硬 度58kgf/mm降伏強度 3 5 k gf/mm硬 度201269HB201269HB機械零件及構造用鋼,自機械零件及構造用鋼,自動機,治工 具動機,治工 具淬火溫度:8 2 0 870淬火溫度:8 2 0 870淬火介質:水,淬火介質:水,回火溫度:5 5 0 650 急 冷,回火溫度:5 5 0 650 急 冷,硬度:2 00HB以 上硬度:
24、2 00HB以 上低合金工低合金工具鋼具鋼SKS3SKS3大同 GOA大同 GOA國產9 C rWMo國產9 C rWMo(1)耐磨性,耐衝擊 性,被切削性能良(1)耐磨性,耐衝擊 性,被切削性能良好好(2)熱處理后穩定,變形量小(2)熱處理后穩定,變形量小(1)各種冷加工用模具如(1)各種冷加工用模具如衝模,切模,線模,螺 絲衝模,切模,線模,螺 絲模,造 型模,滾筒等模,造 型模,滾筒等(2)各種冷加工用工具,(2)各種冷加工用工具,刀具及精密樣板,量規等刀具及精密樣板,量規等預熱溫度:6 0 0 650預熱溫度:6 0 0 650淬火溫度:8 0 0 850淬火溫度:8 0 0 850淬
25、火介質:油淬火介質:油回火溫度:1 5 0 200 空 冷 回火溫度:1 5 0 200 空 冷 硬度:6 0HRC以 上硬度:6 0HRC以 上1各種冷加工用模具1各種冷加工用模具工具及刀具工具及刀具2各種需高硬度耐磨2各種需高硬度耐磨之機械元件之機械元件碳素工具碳素工具鋼鋼大智模具材料性能一覽表2類別類別材料材料特性特性用途用途熱處理條件熱處理條件高速工具高速工具鋼鋼ASP23ASP23高硬度,高韌性,熱處理穩定（但加工高硬度,高韌性,熱處理穩定（但加工難度較高）難度較高）精密連續衝模精密連續衝模淬火溫度1 1 5 0 1180 空 冷淬火溫度1 1 5 0 1180 空 冷回火溫度5 6
26、 0 三 次回火溫度5 6 0 三 次硬度H R C 6567硬度H R C 6567日立S K D61日立S K D61美國 H13美國 H13大同 D HA1大同 D HA11具高韌性,耐磨性及防 熱熔蝕性佳1具高韌性,耐磨性及防 熱熔蝕性佳2具回火硬化特性,抗高溫軟化:防2具回火硬化特性,抗高溫軟化:防高溫疲勞性良好高溫疲勞性良好(1)鎂,鋅,鋁合 金壓鑄模(1)鎂,鋅,鋁合 金壓鑄模具鋼具鋼(2)熱加工成型模具用鋼(2)熱加工成型模具用鋼(3)熱作工具,如熱作衝(3)熱作工具,如熱作衝頭,鉸 刀,軋刀,切槽刀,頭,鉸 刀,軋刀,切槽刀,剪刀等剪刀等淬火溫度:1 0 0 01050淬火溫
27、度:1 0 0 01050淬火方式:空冷,淬火方式:空冷,回火溫度5 5 0 6 50 二 次回火溫度5 5 0 6 50 二 次回火硬度H R C 4 8 54回火硬度H R C 4 8 54VIKINGVIKING1熱處理穩定性較好尺寸變化率小1熱處理穩定性較好尺寸變化率小2機械加工性佳2機械加工性佳3兼具高耐磨性與高韌性3兼具高耐磨性與高韌性塑膠模具滾輪冷鍛塑膠模具滾輪冷鍛模深抽模精密下料模深抽模精密下料衝模衝模淬火溫度1 0 3 0 空 冷淬火溫度1 0 3 0 空 冷回火溫度2 0 0 500回火溫度2 0 0 500硬度H R C 52HRC58硬度H R C 52HRC58RAM
28、AXRAMAX1.預硬不鏽鋼H R C 3 0 33 硬 度 均 勻1.預硬不鏽鋼H R C 3 0 33 硬 度 均 勻2.良好的加工性（鏡面拋光性佳）2.良好的加工性（鏡面拋光性佳）3.良好的抗腐蝕性3.良好的抗腐蝕性治工具,塑膠 模 具治工具,塑膠 模 具硬度H R C 3033硬度H R C 3033STAVAXSTAVAX1.高C r不 鏽鋼1.高C r不 鏽鋼2.良好的加工性（鏡面拋光性佳）2.良好的加工性（鏡面拋光性佳）3.良好的抗腐蝕性3.良好的抗腐蝕性4.熱處理穩定性較好4.熱處理穩定性較好5.良好的耐磨性5.良好的耐磨性治工具,塑膠 模 具及特治工具,塑膠 模 具及特殊環境要求的模具（如殊環境要求的模具（如潮濕的工作環境）潮濕的工作環境）淬火溫度1 0 2 5 油 冷淬火溫度1 0 2 5 油 冷回火溫度2 0 0 回火溫度2 0 0 硬度H R C 5254硬度H R C 5254馬氏體不馬氏體不銹 鋼銹 鋼熱作模具熱作模具鋼鋼大智模具材料性能一覽表3THANK!
