材料與加工 授課者：郭鶴琳 班級：工設四日二A -103下 104/3/30.

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1 材料與加工 授課者：郭鶴琳 班級：工設四日二A -103下 104/3/30

2 成型技術 熔模鑄造 金屬沖壓成型 沖孔與沖裁 第05週

3 熔模鑄造 熔模鑄造是一種昂貴的金屬鑄造程序，但有時使用的時機比成本重要，因此製程的應用亟為廣泛。在此製程中金屬熔湯在非永久性陶殼模內成形為複雜且精密的形狀。有時亦稱為脫蠟鑄造。 第05週

4 熔模鑄造 什麼是熔模鑄造? 在第一階段將消耗性的蠟型成型，並組成中央進料的系統。 在第二階段，將蠟樹浸入陶漿後再噴覆上細粒的耐火材料。
第三階段，蠟型和流道在壓熱鍋中熔化流出後將殼模加熱至1095˚C (2003˚F) 。 在第四階段，將熔融金屬倒入殼模。一旦金屬鑄件凝固冷卻後，打破殼模取出鑄件 第一階段： 第二階段： 第三階段： 第四階段： 組蠟型成樹形 組樹沾陶泥 倒出溶蠟並燒陶殼模 金屬倒入加熱的殼模 第05週

5 熔模鑄造 熔模鑄造製程 射臘>> 組樹(心型)>> 沾漿+淋砂>> 脫蠟>>
燒成>> 澆鑄>> 脫殼>> 分解>>粗胚>>研磨+熱處理…… >>成品 第05週

6 熔模鑄造 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 熔模鑄造能生產優良治金性能及高完整性的金屬件。金屬表面品質通常很好 材料 最常用的鑄造材料為碳鋼、不鏽鋼、鋁、鈦、鋅、銅合金及貴重金屬。並包括鎳、鈷及磁性合金。 一般應用 應用實例包括齒輸、外殼、電子托架、加肋外蓋、引擎件、渦輪葉片、醫療用植体、支架、控製桿和把手。 成本與生產速度 模具及射蠟的成本為一般。生產週期很長通常為24小時甚至更多。勞工費用可能很高 環境衝擊 大多製程產生物皆能回收。但熔模鑄造是耗能源的製程 第05週

7 熔模鑄造 熔模鑄造件(如上圖) 蠟型(樣型)(如下圖 為快速成型法)
熔模鑄造件沒有像其他鑄造法有形狀的限制，因此可以鑄造倒勾形狀以及其他液態成型工法不能成型的不等肉厚鑄件。因此可免除昂貴的後製程。 蠟型(樣型)(如下圖 為快速成型法) 射蠟(注臘) 是最常用的樣型材料。 其他常見的脫蠟鑄造材料和技術包括1)快速成形蠟(thermojet) ； 2)可塑模型(quickcast) ；3)壓克力、聚苯乙烯等之加工成型品等。事實上，任何可燒掉而且具低熱膨脹係數的材料都適合作為樣型。 第05週

8 熔模鑄造 Case Study 案例研究 這是一個消費性電子產品外殼（圖一）
消費性電子產品外殼熔模鑄造 提供廠商PCI Castings 這是一個消費性電子產品外殼（圖一） 產生消耗性樣型的為射蠟模（圖二），模穴比最終成形件要大一點以容許收縮後的誤差。 (圖1) (圖2) 第05週

9 熔模鑄造 樣型組合在流道系統後浸入水溶性的鋯陶溶液（圖三）。 表面覆蓋層的厚度由層數決定。蠟型在壓熱鍋中熔化流出（圖四）。 第05週
(圖3) (圖4) 第05週

10 熔模鑄造 中空殼模在窯中加熱至1095˚C (2003˚F) 以硬化並去除殘蠟。熔融金屬倒入熱殼模（圖五）。
一旦金屬鑄件冷卻後，打破殼模取出凝固鑄件（圖六）。 (圖5) (圖6) 第05週

11 金屬沖壓成型 在此金屬板成形過程中，以沖壓的方式強制使金屬平板形成接近模具的形狀用以形成製品。不深的工件是以沖壓的方式成形，而很深的輪廓可以使用連續模，以所謂的深抽的方式成型。 第05週

12 金屬沖壓成型 什麼是金屬沖壓成型? 金屬沖壓是由沖床所完成。 沖頭和匹配模為專用的，並且由單一的成型或衝壓的操作方式所完成。
在操作過程中，將金屬毛胚進料至剝離器上。 而後沖頭夾住工件後以一次衝程成型。 成形後剝離器升高後將工件頂出並移除。有時候工件是在連續板材上成型，然後在後續的製程中完成板金製程。 這是高量產的標準製程。 第一階段：進料 第二階段：衝壓 第三階段：脫模 液壓油缸 衝頭 剝離環 模具 金屬毛胚 工件架 金屬工件預熱 聚乙烯(PVC) 凝膠塗覆工件 液態聚乙烯溶膠 料槽 第05週

13 金屬沖壓成型 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 板成型的輪廓結合金屬材料的延展性及強度可呈現兼具改善的剛性及輕量化的特性。表面品質通常很好。 材料 淺輪廓件可用成型的材料包括碳鋼，不鏽鋼，鋁，鎂，鈦，銅，黃銅和鋅。深輪廓件取決於金屬的成型性和抗薄化的性質。最常用的材料包括鋼，鋅，銅和鋁合金。 一般應用 廣泛地應用在各領域產品，包括相机本体，手机，廚房用品，辨公設備，廚房水槽和汽車及航太工業。 成本與生產速度 模具由於精密度要求高，因此模具費用亟高。生產複雜或特別深的工件必須使用連續模。也因此會增加不少費用。生產週期快，每分鐘生產從1到100件。 環境衝擊 製程沖不需加熱而且廢料都可以回收 第05週

14 金屬沖壓成型 產品特點 阿雷希地中海碗(Alessi Mediterraneo bowl)具複雜輪廓，並在成型前先切割(沖切)。
地中海碗是由艾瑪西爾韋斯特里斯(Emma Silvestris) 在2005所設計，此設計使用雷射切割，非常大量製作並傾向使用沖壓及沖裁。 不鏽鋼沖切之鋼板厚度一般介於0.4mm到2mm。有可能沖壓達厚6mm，但太厚會影 響成型。 第05週

15 金屬沖壓成型 Case Study 案例研究 阿雷希托盤沖壓 Metal Stamping the Alessi Serving Tray
提供廠商 阿雷希是使用最高品質沖壓件製造商的實例。在此實例中食物托盤是使用不鏽鋼。產品為賈斯珀莫里森(Jasper Morrison)在2000年所設計(圖一)。 (圖1) 第05週

16 金屬沖壓成型 Case Study 案例研究 毛胚在模具上進料並成型(圖二至四)。
阿雷希托盤沖壓 Metal Stamping the Alessi Serving Tray 提供廠商 毛胚在模具上進料並成型(圖二至四)。 這件製程相當快，只需幾秒完成。工件由剝離器移開後(圖五) 再進行去毛邊及拋光。 (圖2) (圖3) (圖4) (圖5) 第05週

17 金屬沖壓成型 什麼是深抽? 深抽的製程是以不同的方式實施–製程方式取決於形狀的複雜性，深抽的深度，材料以及厚度。 第05週 沖頭 金屬胚料
第一階段： 第二階段： 第三階段： 第四階段： 進料 抽 反抽 工件完成 沖頭 金屬胚料 壓料板 下模 第一抽形狀 沖頭向下行進 金屬自 身拉回 沖頭抽回 完成件頂出 第05週

18 金屬沖壓成型 深抽製程 在第一階段，金屬板胚料進料後由液壓机中並由壓料板夾緊。第二階段壓料板向下壓使材料流向下模具邊緣並形成對稱的杯狀。第三階段沖頭向下迫使材料通過下模具的另一向。這動作被稱為反深抽。第四階段將工作頂出。 第一階段： 第二階段： 第三階段： 第四階段： 進料 抽 反抽 工件完成 沖頭 金屬胚料 壓料板 下模 第一抽形狀 沖頭向下行進 金屬自 身拉回 沖頭抽回 完成件頂出 第05週

19 金屬沖壓成型 工件架 相關製程：連續模大量生產 需要多次成型和裁切的大產量的工件需使用連續模。當一個工件成型時前一個成型的工件亦同時在第二道製程同步進行，並依此類推。此工件可能需五個或更多的製程在工作站的數目上可以反應出來。這個過程是完全自動化的，而各工作站之間使用傳送軛來移動工件。 第05週

20 金屬沖壓成型 Case Study 案例研究 深抽範例 Cribbio置物桶 提供廠商 此Rexite Cribbio是碳鋼包覆環氧基樹脂(圖一)。最初為厚0.8mm的圓形金屬胚料(圖二)。經過抽料的過程最終工件壁厚為0.7mm。使用500噸的壓力使金屬流經下模(圖三)。拉抽過的工件進料到第二個連續模。沖頭迫使材料流入下模使工件由內向外翻轉並形成最終輪廓(圖四)。表面修飾包括去毛邊沖孔(圖五)和包覆環氧基樹脂。 (圖1) (圖2) (圖3) (圖5) (圖4) 第05週

21 沖孔與沖裁 在此製程中使用硬化鋼沖頭從板材上切出圓形、正方型或特別輪廓的孔。使用的模具可以為專用模或可更換模，取決於幾合形狀和設計的複雜度。
第05週

22 沖孔與沖裁 什麼是沖孔與沖裁(剪)? 使用沖頭可以沖出單孔，或同時沖出多孔，或以相同的沖頭沖出許多孔。
在第一階段，工作進料到輥道上。在第二階段剝離器和模具將工件夾持。硬化的沖頭沖過工件，造成沖頭週邊和模具之間的材料斷裂。完成沖裁後沖頭退出時剝離器可確保沖頭自由退出。沖頭沖出或其週圍的材料是否是殘料，取決於是沖或裁的操作程序。以上兩種狀況下之殘料都會收集後回收。 輥道 液壓油缸或 手動壓機 殘料或工件 工作 沖頭 剝離器 模具 切削刃 反側及毛邊 第一階段：進料 第二階段：沖壓 工件架 聚乙烯(PVC) 凝膠塗覆工件 液態聚乙烯溶膠 料槽 第05週

23 沖孔與沖裁 Notes for Designers 給設計師的提醒
品質 剪切的動作相當精密且重複性高。沖孔通常為了在金屬件上增加功能，如穿孔或固定點。也可用於裝飾的應用，因為設計師可以選用任何形狀的孔。 一般應用 一些代表性產品包括廚房用具如漏勺，碗或盤，消費性電子產品外殼，泛用性金屬製品及汽車件。 成本與生產速度 一般中小型模具並不貴。專用和三維立体模具比較貴。週期相當快，每分鐘可沖約1到100下。 材料 幾乎所有的金屬材料都可以沖裁，包括碳鋼，不鏽鋼和鋁和銅合金。其他材料包括皮革，織布，塑膠，厚紙都可以沖裁。沖孔在這種情況下被稱為模切。 環境衝擊 工件可以在平板上有效率地排列以減少殘料。任何殘料都收集分類後回收，所以材料很少被浪費掉。 第05週

24 沖孔與沖裁 產品特點(範例) 阿雷西字母的裁切
沖孔和裁切基本上是一樣的，但在名稱上顯示不同的用途：沖模表示將內部的形狀切掉而裁切表示將外部的形狀一次切掉。舉例而言這些圖案是由阿雷西不銹鋼產品上裁切下來的，也是在產品上沖出一樣形狀的孔。 第05週

25 沖孔與沖裁 Case Study 案例研究 阿雷希tralcio武藤托盤 (Punching the Alessi Tralcio Muto Tray ) 提供廠商 這個案例為花邊造型圓盤的生產過程的一個階段。此花邊造型圓盤是由瑪塔桑索尼在2000年為阿雷西所設計的。此圓盤，是以不銹鋼沖壓成型，邊緣經修裁、去毛邊和滾軋。 (圖1) (圖2) (圖3) (圖4) 第05週

26 沖孔與沖裁 Case Study 案例研究 阿雷希tralcio武藤托盤 (Punching the Alessi Tralcio Muto Tray ) 提供廠商 工件被覆上一薄層油(圖一) 並一次進料到專用模具中(圖二)。此設計是由兩階段沖模所完成。第一次沖模後(圖三) 工件旋轉90度再沖一次以產生完整的花樣。 (圖1) (圖2) (圖3) (圖4) 第05週

27 Alessi 產品 ALESSI產品特色 第05週

28 Alessi 產品 ALESSI產品特色 第05週

29 Alessi 產品 ALESSI產品特色 第05週

30 THE END 感謝您的聆聽!!