「數位化模具技術」 連續沖壓模具 自動化設計系統開發

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1 「數位化模具技術」 連續沖壓模具 自動化設計系統開發
論文發表研討會暨論壇 連續沖壓模具 自動化設計系統開發 報 告 者：郭 峻 志 中華民國 100 年 05 月 20 日

2 報告綱要 研究動機與目的 文獻探討 3D電腦輔助連續沖壓模具設計 自動化系統設計與建立 實例驗證 結果與討論

3 研究動機與目的

4 研究動機 產品開發週期越來越短，在模具加工及製作上 難以縮短開發時程。 連續模具結構複雜，零件繁多。
電腦輔助設計軟體著重繪圖功能，缺乏設計內 涵。

5 研究目的 本研究針對連續沖壓模具，建構自動化設計系統，使其可自動完成模具結構設計、標準零件裝配、零件圖出圖及材料表匯出，以縮短連續模具設計之時間、成本與品質。 現在產品的開發週期越來越短，開發週期越短騎競爭性越強，但由於在加工及生產上的技術以相當卓越，難以從這方面在縮短時間。 因此本研究針對連續模具，藉由自動化的設計來完成模具結構設計、標準零件裝配、零件圖出圖及材料表匯出，以縮短產品開發中之設計時間。

6 研究架構

7 研究流程

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9 文獻探討（1/2） 一般連續沖壓模具自動化設計系統為2D圖形架構，較適合沖剪加工或彎形加工。
Kumar等人，將連續模設計導入低成本的知識庫系統，以AUTOCAD上面使用AUTOLISP程式語言，自動產生主體零件並可將其自動組裝完成。 S. Kumar and R. Singh,2007,An intelligent system for automatic modeling of progressive die, Journal of Materials Processing Technology,Vol.194,pp.176–183.

10 文獻探討（2/2） 近年來，3D實體輔助設計軟體逐漸被沖壓模具業應用，使得沖壓模具設計自動化有其必要性。
Lin等人建構汽車鈑金引伸模具3D參數設計系統，系統架構於PRO/E WILDFIRE，以Pro/PROGRAM開發設計系統，讓模具設計工程師透過人機械面，僅需輸入成品分割線、板件素材尺寸、機械床台資模具合模高度、模具型面等資料後，可達到模具自動化設計之目的。 Bor-Tsuen Lin, Chian-Kun Chan,Jung-Ching Wang, 2008, A knowledge-based parametric design system for drawing dies, Int J Adv Manuf Technol, Vol.36,pp.671–680.

11 3D電腦輔助連續沖壓模具設計

12 連續模具結構 上模座 剪切及彎緣工程 下料工程 引伸工程 凸輪工程 提昇器 下模座 3D電腦輔助連續沖壓模具設計 ╚連續沖壓模具設計
連續模具的工程主要可以分為下料工程、引伸工程、剪切及沖孔工程、彎緣工程、凸輪工程等…，其中上下模座是將上面所說的工程全部結合之承座，提昇器有將料條與模面分離與定位之功用。

13 引伸模 下模 胚料支持器 上模板 上模 3D電腦輔助連續沖壓模具設計 ╚連續沖壓模具設計
引伸模是將板材拉伸出一杯狀的外型。在引伸模的結構上面，主要分為下模、胚料支持器、下模板及上模。

14 剪切模 切刀背板 切刀 壓料板 下模 定位銷 螺栓 等高螺栓 3D電腦輔助連續沖壓模具設計 ╚連續沖壓模具設計
剪切模主要是在進行外型剪切及沖孔的工作，其結構可以分為切刀背板、切刀、壓料板、下模等主體零件，而標準零件常用到的有定位銷、螺栓、等高螺栓等標準零件。 螺栓 等高螺栓

15 彎緣模 彎緣刀 彎緣刀背板 板厚 壓料板 下模 彎緣處 沖孔刀 3D電腦輔助連續沖壓模具設計 ╚連續沖壓模具設計
彎緣模的結構有彎緣刀、切刀背板、壓料板及下模，其中彎緣刀與切刀的設計方法相同，差別在於彎緣刀之長度較切刀長，且有R角來進行板金的彎曲。還有一個不同就是彎緣刀會有一個板厚的距離，其用處為防止材料被剪斷。

16 凸輪模（1/2） 凸輪切刀 從動凸輪 主動凸輪 凸輪承座 凸輪擋板 切刀背板 壓料板 下模 3D電腦輔助連續沖壓模具設計 ╚連續沖壓模具設計
而凸輪模的結構有凸輪切刀、從動凸輪、主動凸輪、凸輪承座、凸輪擋板、切刀背板、壓料板及下模，凸輪的沖頭行進方向與沖床作動方向不同。 壓料板 下模

17 凸輪模（2/2） 傾斜凸輪 水平凸輪 3D電腦輔助連續沖壓模具設計 ╚連續沖壓模具設計

18 連續模具設計流程 3D電腦輔助連續沖壓模具設計 ╚連續沖壓模具設計
在模具設計流程中，首先進行下料及沖孔模，第二則是設計引伸模，第三則是設計剪切、沖孔，將廢料切除，之後第四項才能進行凸輪模之建立，第五項則是進行上下模座的建構，第六項則是將標準零件裝配上去，第七項則是進行零件圖繪製，最後在製作材料表。確定模具的建構流程後一此來進行程式的流程建構。

19 自動化系統設計與建立

20 料條前處理 手機外殼 Op70-cam-1-1 Op70-cam-1-2 Op70-cam-2 Op60-cam-1-1
Op30-cut-1 Op30-cut-2 Op30-cut-3 Op30-cut-4 Op30-cut-5 Op30-cut-6 Op30-cut-7 Op30-cut-8 Op50-cut-1 Op50-cut-2 Op50-cut-3 Op10-cut-1 Op10-cut-2 Op10-cut-3 Op10-cut-4 Op10-cut-5 Op40-cut-1 Op40-cut-2 Op40-cut-3 Op40-cut-4 Op40-cut-5 Op40-fla-1 Op40-fla-2 Op40-fla-3 Op40-fla-4 Op40-fla-5 Op40-fla-6 進行連續模具自動化設計前，必須將料條作前處理，以手機外殼為例。 第一工程僅進行沖孔之動作，而第二工程為引伸，由型面及沖頭分割線來建構，第三工程也為沖孔，第四工程則有沖孔及彎緣，第五工程沖孔，第六及第七工程則進行凸輪沖切。

21 系統架構 1 主體結構自動設計 2 標準零件自動裝配 3 零件圖自動出圖 4 材料表自動匯出
系統主要有分為三大部份，第一大部份為主體結構設計及出圖，第二部份為標準零件裝配，第三部份為材料表匯出。首先來解說第一部份，主體結構自動設計與出圖。此部份主要是在進行主體結構的建構及零件圖的出圖。 材料表自動匯出 4

22 模具結構分析 模具結構複雜，且其細部結構各具功能性，故自動化系統包含模具細部結構及其準則與規範。 自動化系統設計與建立 ╚主體結構自動設計
連續沖壓模具的結構相當複雜，每樣結構皆有其功能性存在，因此在建構系統前，應先將連續模之結構拆解，並將其設計準則及規範加以歸類。

23 設計流程標準化 自動化系統設計與建立 ╚主體結構自動設計 連續模具建構流程 程式建構流程
左邊為一般進行連續模具之設計過程，本系統之設計流程也是依照一般模具之設計流程來進行模具自動化建立。 連續模具建構流程 程式建構流程

24 結構自動建構 1.設計規範 4.建構完成 3.特徵建立 2.判斷法則及建構程式 自動化系統設計與建立 ╚主體結構自動設計
本系統之建構方法是將設計準則及規範建立成判斷法則及程式，讓程式依照判斷法則來進行模具設計，進而完成結構設計。

25 自動化系統設計與建立 ╚主體結構自動設計 動畫 主體結構自動設計 主體結構自動設計

26 系統架構 1 主體結構自動設計 2 標準零件自動裝配 3 零件圖自動出圖 4 材料表自動匯出
接著來解說第二部份，標準零件自動裝配。此部份主要是將螺栓、定位銷、導柱、襯套等標準零件的自動裝配到模具上面，以縮短模具裝配的時間。 材料表自動匯出 4

27 標準零件 自動化系統設計與建立 ╚標準零件自動裝配 連續模具 Progressive die 沖切加工製程 Blacking
彎曲成形加工製程 Bending 引伸成形加工製程 Drawing 模座 Die set 沖 頭 固 定 模 具 固 定 提 升 系 統 定 位 系 統 引 導 系 統 彎 刀 固 定 模 具 固 定 提 升 系 統 定 位 系 統 引 導 系 統 模 具 固 定 提 升 系 統 定 位 系 統 模 具 固 定 模 具 下 止 點 引 導 系 統 定 位 系 統 a g a c e b c d e f a g a c e b c d e f a c e b a c d e f b 將連續模具常用之主體零件作拆解，以沖切加工來說，可以分為沖頭固定、模具固定、提昇系統、定位系統、引導系統，其中，沖頭固定所使用到之標準零件有固定螺栓、沖頭固定鍵，模具固定所使用到之標準零件有固定螺栓，提昇系統所使用到之標準零件有等高螺栓、襯套，定位系統所使用到之標準零件有定位銷，引導系統所使用到之標準零件有等高螺栓、剝料板導銷、襯套、導柱。彎曲加工來說，又與沖切家沖相同，而引伸模及模座所使用到之標準零件也都在下面的標準零件中。 h a. 固定螺絲 b. 定位銷 c. 等高螺栓 d. 剝料板導銷 e. 襯套 f. g. 導柱 沖頭固定鍵 h. 停止塊

28 判斷準則 將標準零件參數建立判斷 準則，用於判斷孔位所需 裝配之標準零件。 自動化系統設計與建立 ╚標準零件自動裝配
本系統之標準零件判斷主要是利用模具結構上面的孔來進行判斷，以固定螺栓為例，當d1=t1時，程式及判斷該孔插入標準零件，當d4=t4時t4的距離等於30mm，則判定為定位銷，其他標準零件之判斷也是像定位銷一樣。

29 自動化系統設計與建立 ╚標準零件自動裝配 標準零件自動裝配

30 標準零件裝配 裝配後 裝配前 自動化系統設計與建立 ╚標準零件自動裝配 導柱 固定螺栓 停止塊 襯套 等高螺栓 定位銷
右邊為裝配後之模具，以往以手動裝配標準零件是耗時的，但現在以程式自動裝配，可在數分鐘內即可完成模具之標準零件裝配。 導柱 固定螺栓 停止塊 襯套 等高螺栓 定位銷

31 自動化系統設計與建立 ╚標準零件自動裝配 動畫 標準零件自動裝配

32 系統架構 主體結構自動設計 1 標準零件自動裝配 2 零件圖自動出圖 3 接著進行講解程式的第三部份。 材料表自動匯出 4

33 出圖模組 自動化系統設計與建立 ╚零件圖自動出圖
在出圖模組中，將主視窗中所預先輸入好之資訊自動匯入圖框中，其餘資訊由系統自動判斷並加以匯入，省去繪圖時還要在輸入圖框資訊的時間，並將三視圖放置於圖框中央，程式依照零件大小將自動放置於A3或A4之圖紙上，讓使用者可以快速作編排。出圖設定視窗中另外提供BOM表同步功能，可讓出圖設定與bom表之輸出設定一致。 高雄第一科技大學 高 雄 第 一 科 技 大 學 S45C 1 1:1 王大明 Op10-die

34 自動化系統設計與建立 ╚零件圖自動出圖 動畫 零件圖自動出圖

35 系統架構 1 主體結構自動設計 2 標準零件自動裝配 3 零件圖自動出圖 4 材料表自動匯出
最後來講解第三部份，材料表自動匯出。此部份主要是將設計完成之主體結構及標準零件，自動匯出到材料表上，並計算數量、大小、金額等，以縮短製作材料表之時間。 材料表自動匯出 4

36 材料性質 中文名稱：op20-上模 材質：SKD11 檔案名稱：op20-die 規格大小：29x150x124mm 自動輸入 手動輸入
自動化系統設計與建立 ╚材料表自動匯出 材料性質 手動輸入 中文名稱：op20-上模 自動輸入 材質：SKD11 檔案名稱：op20-die 在系統介面上，可輸入使用者所想要之板塊材質及沖頭材質，完成後系統會自動將資訊匯入零件性質中，其他中文名稱、檔案名稱、規格大小將由程式自動進行編排及計算。 規格大小：29x150x124mm

37 CATIA內建材料表製作功能，可自動匯出Excel，
自動化系統設計與建立 ╚材料表自動匯出 CATIA材料表匯出 數量 名稱 材質 規格 材料表自動匯出是利用catia內建之功能來進行系統建構，catia可將材料表匯出成excel格式，在由catia匯出之材料表轉貼到規定格式之材料表中。 CATIA內建材料表製作功能，可自動匯出Excel， 可匯出名稱、數量、材質、規格等資訊。

38 材料表匯出 名稱 數量 材質 規格 價格 MISUMI 自動化系統設計與建立 ╚材料表自動匯出
之後在將catia建構完成之材料表轉貼到客製化表單上，匯入包含名稱、…金額，其中金額的部份有將標準零件廠商之價格表建構成資料庫，以供程式計算金額時使用，最後在貼上材料表資訊。

39 自動化系統設計與建立 ╚材料表自動匯出 動畫 材料表自動匯出

40 結果與討論

41 結果與討論（1/2） 結構自動設計 建立連續模具設計知識庫並與參數設計結合，將程式模組化，輸入之料條可經由模組之判斷，可快速自動設計出不同結構之連續沖壓模具。 標準零件自動裝配 建立標準零件判斷準則，讓程式自動判斷孔位型式，並迅速裝配標準零件於連續沖壓模具上。 零件圖自動出圖 依照零件大小自動判斷選用A3或A4圖紙，將零件之三視圖放至於圖框中，並自動匯入圖框資訊，縮短出圖流程。 材料表自動匯出 將CATIA自動匯出之材料表，轉貼至客製化表單上，並標示名稱、數量、規格、金額等資訊表單上，縮短編排材料表之時間。

42 ※程式執行時間之差異會因為各型面複雜度不同而不同
結果與討論（2/2） 本研究之自動化系統，與手繪模具相比，可由47小時之工時縮短為2小時內，可有效的縮短設計時間。 手繪設計 自動化設計 連續沖壓模具結構設計 24至32小時 1小時內 標準零件裝配 12小時 10分鐘內 零件圖出圖 2小時 材料表匯出 1小時 ※程式執行時間之差異會因為各型面複雜度不同而不同

43 報告結束