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邱先拿2005/09/01板金沖壓成形基礎目錄大綱一、沖壓加工與材料特性二、板金沖壓成形原理三、板金沖壓成形製程特徵說明邱先拿2005/09/01板金沖壓加工要素利用模具與沖壓設備(沖床、緩衝裝置)的作用力將金屬板材（捲料或片料）施以切斷或塑性成形以得到所要求的製品尺寸及形狀之加工方法。其製程類別可分為沖切加工製程、彎曲成形製程、引伸成形製程、壓縮成形製程、壓接接合製程等。沖壓加工三要素：模具沖壓機械被加工材料邱先拿2005/09/01沖壓模具分類(依站數別)依站數別有單站模具及多站模具單工程模具(單站工程模)：沖床一次行程僅完成一種製程(沖孔、下料、彎曲、引伸等)之沖壓加工。複合工程模具(單站複合模)：沖床一次行程可完成二種以上製程(沖孔、下料、彎曲、引伸等)之沖壓加工。主要形式有沖孔下料型、下料彎曲型、下料引伸型等。連續工程模具(多站連續模)：利用送料機將捲料(coil)以一定的送料節距(feedpitch)移送至下一站，逐站完成製品之加工。依其形狀及尺寸精度要求，有各種不同的工程設計。傳送工程模具(多站傳送模)：利用傳送機構以一定的送料節距(feedpitch)將胚料或半成品移送至下一站以完成製品之加工，可利用一部沖床或多部沖床。邱先拿2005/09/01沖壓機械之常用分類依機械本體之形式（frametype）分類有：（a）C形，（b）門形。前者傾向用於單工程或機器人傳送沖壓作業，但負荷大時容易產生開口變形現象。後者用於有集中負荷的沖壓加工或高負荷、高噸位的沖壓機械。邱先拿2005/09/01曲柄式沖壓機械曲軸沖床曲軸數有單點式及二點式（適用於偏心荷重強之連續沖壓加工），分別稱為單軸沖床及双軸沖床。因應高荷重沖壓加工要求，連桿式沖床之應用漸受重視。邱先拿2005/09/01沖壓加工與材料特性與沖壓成形限制有關的材料特性降伏強度、抗拉強度。剪斷強度(約為抗拉強度之80%)。硬度。伸展率。加工硬化指數（n值）。塑性變形比（r值）。與製品形狀、外觀有關的材料特性製品材料板厚之變動。結晶粒度。降伏點伸延。非金屬介在物等材料內部缺陷。邱先拿2005/09/01板金沖壓成形加工原理沖切加工原理藉由模具與沖床之作用力使金屬材料產生剪應力，當此剪應力大於材料之抗剪強度時，將開始發生剪切作用而切斷原材料。觀察切斷面狀態，其依序為模塌面（材料塑性變形）、光澤面（剪切作用）、破斷面（拉斷作用）、毛刺面。彎曲成形加工原理藉由模具與沖床之作用力使金屬板材之彎曲成形部位（彎曲半徑區域）承受介於降伏強度與抗拉強度之應力而產生永久變形。彎曲外側之材料受到抗拉應力而延展，彎曲內側之材料受到壓縮應力而擠壓，在板厚中心附近（靠近內側）承受零應力。回彈量的控制技術是重點。邱先拿2005/09/01引伸成形加工原理利用模具及沖床之作用力使金屬板材局部區域承受介於降伏強度與抗拉強度之應力，產生永久變形而得到要求形狀。胚料外緣區域受到壓縮而變小，成形中側壁材料將受到拉伸，角隅處材料受到擠壓而變薄。引伸成形是金屬沖壓中材料流動性最複雜的製程，依材料性質及製品形狀而有不同的成形製程。所謂成形加工係指金屬板材經由各種變形模式以得到製品形狀、或功能性要求。成形加工過程，由於模具形狀或加工條件之不同，金屬材料將承受不同的應力狀態，產生不同的變形模式。當成形條件不適當時，將造成成形製品之品質不良（皺摺、破裂、傷痕等），亦即成形加工之前，必須是先了解或預測其在成形過程中之變形行為，以便發生問題時能有適當的因應對策。邱先拿2005/09/01沖壓成形加工之金屬變形模式(一)成形加工過程中金屬材料變形模式有：（a）深引伸變形（b）拉伸變形（c）凸緣孔變形（d）彎曲變形。實際成形加工時很少是單一的變形模式，大多由數種模式組合而成的（視成形製品之複雜度而定）。深引伸變形:此變形模式為深引伸加工之主要行為，材料外緣部分之圓周方向承受收縮變形，而直徑方向承受伸量變形。胚料與沖頭或母模肩部之接觸部位發生主要應力應變，而其圓周方向之應變模式屬於平面應變。拉伸變形:當沖頭形狀是球形或板材中間部位之局部成形加工，與沖頭底部接觸的板材之圓周方向及直徑方向都發生伸量變形，成形部位之表面積增加及板厚變薄而達到所要求的形狀。邱先拿2005/09/01沖壓成形加工之金屬變形模式(二)凸緣孔伸量變形:又稱為擴孔變形，是板料先行沖孔後再施以擴孔（凸緣孔）加工之變形模式。凸緣孔頂面之圓周方向承受伸量變形，側壁部分則承受類似單軸引伸的變形。彎曲變形:彎曲部位（圓弧區域）之材料厚度將變薄。形成原因為外側表面（彎曲外側面）沿著彎曲方向產生伸量變形，沿著彎曲線方向產生縮量變形；材料內側表面（彎曲內側面）沿著彎曲方向產生縮量變形，沿著彎曲線方向產生伸量變形。直線區域（凸緣部及腹部）之材料則不產生變形，材料厚度不變。邱先拿2005/09/01板金沖壓成形製程分類彎曲成形製程V形彎曲成形U形彎曲成形L形彎曲成形捲緣成形凸緣成形凸緣孔成形壓凸成形成形加工整形加工縮口成形擴口成形壓平加工引伸成形製程引伸加工再引伸加工反向引伸加工引縮加工圓筒引伸加工方筒引伸加工鼓脹成形溫間成形加工壓縮成形製程擠伸加工鍛粗加工打頭成形壓印加工定形加工邱先拿2005/09/01彎曲成形製程特徵說明V形彎曲成形：利用V形沖頭及母模將板材施以V形彎曲加工。U形彎曲成形：利用U形沖頭及母模將板材施以U形彎曲加工。L形彎曲成形：利用平直沖頭及母模將板材施以直角彎曲，可視為90度V形彎曲之變型。捲緣成形：製品邊緣或圓筒件開口端施以圓形斷面之加工。凸緣成形：成品外緣之凸緣部彎曲加工，彎曲線形式有直線型與曲線型。凸緣孔成形：製品內部加工凸緣孔以配合組立等特定的需求(鉚合、攻牙、插銷等)。疊邊彎曲成形：將製品邊緣進行反邊成形(180度彎曲)以增加其強度/剛性。邱先拿2005/09/01成形加工製程特徵說明利用形狀相似之上下模具將材料局部成形，成形部分的板厚幾乎無變化，此通稱為成形加工。浮花加工：利用形狀相似之上下模使材料產生淺的凹凸形狀，成形部分的板厚幾乎無變化。壓條加工：利用上模或下模將材料施以壓條成形，目的有補強製品之剛性/強度、控制材料變形之用、或裝飾之用。板厚幾乎無變化。整形加工：將前一工程之成形形狀施以微少量的流動整形，使之達到正確的尺寸及形狀精度。縮口加工：將圓筒件開口附近部位之直徑減小之加工法。擴口加工：將圓筒件開口附近部位之直徑加大之加工法。壓平加工：將材料施以微少量之變形壓平，以提高平面度。邱先拿2005/09/01引伸成形製程特徵說明(一)引伸加工：利用引伸沖頭將平狀材料壓入下模，材料產生流動變形以得到所需的製品形狀，是一種無接縫容器的加工法。再引伸加工：為得到更深的製品深度，可施以再引伸加工。引伸方向與前引伸工程之方向相同。反向引伸加工：為得到更深的製品深度，可施以反向再引伸加工。引伸方向與前引伸工程相反。引縮加工：製品之側壁厚度變薄，可得到均勻性壁厚，提高製品真圓度及表面光滑度。圓筒引伸加工：利用引伸沖頭將平狀材料壓入，材料流動變形而得到所需的圓筒件，視其深度可進行單次或多次引伸加工。邱先拿2005/09/01引伸成形製程特徵說明(二)方筒引伸加工：利用引伸沖頭將平狀材料壓入下模，材料流動變形以得到所需的圓筒件，視其深度可進行單次或多次引伸加工。異形引伸成形：利用不同形狀之沖頭將平狀材料壓入下模，材料流動變形以得到所需的圓筒件，視其不規則度或深度差距，進行單次或多次成形加工。鼓脹成形：筒狀製品中間部施加內壓力而產生突起狀，宜採用液壓或橡膠等軟性材料作為母模，藉由成形沖頭施壓成形之。溫間成形：難成形材料(A系不銹鋼、鎂合金)之成形可利用加熱降低被加工材料的抗拉強度及改變材料的流動特性(利用成形沖頭與母模的溫度梯度)而提高加工性，此製程稱為溫間成形。液壓成形：以液壓室充當母模功能，利用成形沖頭及靜液壓作用力將材料成形得到所要的形狀及尺寸。邱先拿2005/09/01壓縮成形製程特徵說明擠伸加工：利用沖頭將金屬材料強壓進入下模，材料產生流動變形，經由模具間隙或開口部得到半成品或製品形狀及尺寸。鍛粗加工：塊狀材料長度方向壓縮變短，材料流向與長度方向垂直而使斷面變大。打頭成形：圓棒狀材料端部施以鍛粗加工，用於螺絲、鉚釘等部品之頭部成形。壓印加工：利用密閉型模具使金屬板材表面產生與模具底部凹凸形狀對稱的形狀，但材料另一表面仍保持平坦狀態。定形加工：利用模具將部品全部或局部施加強壓力，使部品材料產生少量的流動變形，亦即藉由壓縮加工提高部品之平面度。