1 前 言

     今日之世界（jiè）可謂是電子化產品無（wú）所不在的世界,從計算機、手機、光驅、數字相機、攝影機、投影機等皆與民眾生活息息相關, 其數量以千萬計, 內（nèi）部之（zhī）金屬零件更以數十倍計, 其（qí）製造工（gōng）藝大多（duō）為衝壓加工成形, 當形狀較為複雜（zá）時, 便以鑄造、焊接、粉末燒結甚至塑料射出成形以達到尺寸（cùn）或功能的要（yào）求。究其原因乃（nǎi）在於衝壓工藝僅能（néng）對板材進行衝切（qiē）、彎曲或（huò）拉伸等工藝, 無法施以材料厚度上變化之塑性成形工藝, 因此所能成形（xíng）之產品（pǐn）在形狀上便受到限製（zhì）。

      從金屬（shǔ）塑性成形加（jiā）工技術之發展及3C 產（chǎn）品內部（bù）零（líng）件的變化可以發現, 越來越多的零件在體（tǐ）積小型化、重量輕量化、節省組裝及加工成本等趨勢要求下, 逐漸將2~ 3 個零件合而為一, 並由單一工藝生產出來, 此工藝便是由日本所開發出來之板材衝鍛複合成形工藝（yì）, 亦可稱為冷鍛連（lián）續模工藝。其主要特點在於將冷鍛工（gōng）序與衝壓連續模結合, 使此工（gōng）藝可以在連續模內進行衝壓及鍛造成形, 使產品在外形及厚度上可以產生極大之變化, 達到零件結合或（huò）進而取代原本需鑄造、燒結、焊接或機械加工之（zhī）工藝。相應地, 為了達到零件之精度要求, 亦需特殊成形設備及高（gāo）精度模具加（jiā）工組裝之（zhī）配合。由於此工藝（yì）尚未（wèi）為大家所（suǒ）熟知, 因此作了如上述較多之說明。圖1 中顯示此工藝可成形零（líng）件（jiàn）之形狀特征、尺寸及精度。

      衝鍛複合（hé）成形工藝所涵蓋之塑性加工技術種類（lèi）極多, 諸如精密衝切、彎曲、引伸( draw ing) 及本身就（jiù）具多樣變化之鍛造工程: 如引縮( Ironing) 、壓扁( upset ting ) 、擠（jǐ）伸( ex trusion) 或利用毛邊之閉模鍛（duàn）等。本研究開發介紹（shào）之案例為封（fēng）裝用的銅散熱片及光驅主軸馬（mǎ）達之一體型（xíng）承載盤, 如圖2 所示,以下僅就其所包含之成形工序加（jiā）以說明, 並對其工藝條（tiáo）件、研究（jiū）過程及結果作一討論。

2 工藝規劃及模（mó）具設計

     首先就本研究產品的外形分析其在鍛造成形時,成形工藝之（zhī）種類、材料流動之特性以及精度要求對模具設計之影響作一先期之判斷, 以（yǐ）利後續的成形工藝規劃及（jí）模具設計。

     就銅散熱片而言, 主要工序為壓扁及厚度精整,圖3 為此零件的成形加工圖, 圖中（zhōng）列出了主（zhǔ）要尺（chǐ）寸精度, 平麵度及平行（háng）度（dù）之要求皆為0.02mm, 厚度壓（yā）縮比( T min/ T max ) 達30% , 散熱片材（cái）料采用純銅C1100, 此材（cái）料的成（chéng）形性及厚度精度的控製是此產品（pǐn）在設計過程中的關鍵。

     另（lìng）一產品) ) ) 光驅主軸馬達的一體型承載（zǎi）盤,為結合原承載盤及盤（pán）片（piàn）對心機構（gòu）的二合一組件, 采用鋁（lǚ）合金5052 材料; 從（cóng）圖2 及圖4 中之剖（pōu）麵可以了

      解此零件在鍛造過程中（zhōng）材料流（liú）動的複雜性, 如何合理分配材（cái）料體積, 使鍛造過程在較低成形負荷下能順利成形（xíng）各處尺寸成為主要關鍵, 主要成形（xíng）工序為鍛造及壓扁; 另外, 此零件對於同心度及偏擺度之要求（qiú）, 亦成為模具設計時需注意之處。

     以下針對工藝規劃及模（mó）具設計作一討論:

     1) 銅散熱片

      銅材之前後向擠伸比（bǐ）其它材料較為（wéi）容易（yì）, 因此外圍壓扁工藝之前之料條厚度需（xū）小於（yú）零件最厚處 ( 1.36mm) 。

      外圍材料之壓扁及厚度（dù）精整工（gōng）藝在材料厚度精度控製上, 需考慮模（mó）麵應力（lì）分布曲（qǔ）線產生之（zhī）模具變形對其平麵度及平行度（dù）之影響。其克服方式有（yǒu）降低接觸麵之摩（mó）擦（cā）係數, 包含模（mó）麵拋光及潤滑劑之（zhī）使用;高剛性（xìng）模具的采用如采用WC 材料或設置衝頭壓力板以分散降低應（yīng）力; 另外, 材料（liào）之分流控（kòng）製亦可有效降低成形負荷及模麵應力, 即在外圍材料受到壓扁時, 材（cái）料在往內及往外兩方向上皆可自由流動,如此（cǐ）可使中性麵( 材料不流動之斷麵) 往外（wài）圍之中央移動, 可（kě）有效降低模麵應力峰值（zhí）, 以獲（huò）得良好的（de）平（píng）麵度, 如圖（tú）5 所示。

      2) 主軸馬達-體型承（chéng）載盤

      適當的材料厚度選用與鍛造工藝規（guī）劃相互之搭配影響整體設計的成敗, 為了確保連續（xù）模的成功開發, 可進行單一工藝的試驗模及計算機輔助仿真。圖6 為此零件鍛造成形的工藝規劃, 首先利用外圍毛（máo）邊拘束將厚度2mm 的坯料進行體積分配, 接著進行外（wài）圍承（chéng）載麵的（de）成形、對心機（jī）構之成形及中孔擠伸後的衝孔, 在這些過程中, 對（duì）體積的控製必須預留可調整之空間及工（gōng）位, 以（yǐ）確（què）保成形至要求之尺（chǐ）寸。

      對軸孔真圓度（dù）及表麵精度的要求, 可利用衝孔工藝配（pèi）合1~ 2 次刮料工序, 再配合表麵精度0.2Lm之心（xīn）軸進行光整精修。

     軸（zhóu）孔與（yǔ）對心機構外徑（jìng）之同心度要求小至0.01mm, 若分別進行成（chéng）形, 則料帶之定位（wèi）孔及模具保持間隙之定位累積誤（wù）差將超出此精度要求, 因此為了達到此（cǐ）同心度要求, 必須將對（duì）心機構之整形工藝與軸孔之最後刮料工藝於同一道次進行, 並配合（hé）模具加工之（zhī）高同心度要求及零間隙配合條件方（fāng）可達成（chéng）。模具結構示意見圖7 所示。

      偏擺度的精度要求為0102mm, 成形機構原理和同心度成形機構相同, 利用軸孔定位後整平承載平麵, 此時模具之平麵度、平行度及垂直度要求極為重要（yào）。

     3) 成形設備及模具（jù）加工條件

     由前述對此衝鍛複合成形工藝可（kě）生產產品的精度可達0.02mm 來看, 其模具之精度需求必須達（dá）±2μm, 模具零件（jiàn）的配合產生之累計公差亦需控製在合理範圍內。而欲維持模塊在高速及（jí）高成形負荷下（xià）能保持其精（jīng）度, 則與其匹配之成形（xíng）設備必須具備（bèi）足夠之精度及剛性, 非一（yī）般傳統的衝壓壓床所能勝任。

      另外, 為了使產（chǎn）品在厚度（dù）方向尺寸能達到高精度,而且在產量上具備穩定性, 要求壓床的驅動係統采用特殊設計之多連杆機構, 具備在（zài）下死點前約30b至40b齒輪角度範圍內, 上滑塊隻前（qián）進約0105mm,幾近停止之狀態。

      如（rú）此搭配所代表的意義為: 當製造（zào）一高精度產品時, 必須建立一係統技術（shù）, 包含材料品質、模具設計（jì）加工組裝、生產及外圍設備、潤滑及檢測等,方能達成（chéng）目標。

3 研究結果（guǒ）

     經由前述鍛造工藝之規（guī）劃, 再加入定位孔、係帶橋帶、內外型衝切等連續模工序完成連續模之料條布列設計（jì）。圖8 顯（xiǎn）示（shì）此兩種產（chǎn）品的料條布列圖。銅散熱片（piàn）連續模（mó）包含11 道（dào）次成形工序, 成形負荷147t, 送料節距42mm。產品（pǐn）外觀如圖2 所示,幾何平麵度（dù）01012mm、平行度01016mm、尺寸公差0101mm~ 0102mm。主軸馬達) 體型承載盤連續模（mó）共15 道次成形工序（xù）, 成形負荷120t , 送料節距44mm, 產品（pǐn）及剖麵如圖2 所示。

     在設計及量產製造上有幾點必須加以（yǐ）考慮:

      1) 衝鍛連續模中包（bāo）含鍛造工序, 其成形（xíng）負荷遠大於一般衝切, 尤其以壓扁及有毛邊鍛造為甚, 因此極易引起模座受到偏（piān）心負荷而造成模座傾斜或衝頭折斷等不良影響, 因此可以加入空站或在適當（dāng）位置輔以壓（yā）扁（biǎn）工序以求得（dé）較（jiào）為平（píng）衡之負荷分布, 另外亦可以下死點檔塊防止傾斜。

      2) 大變形量鍛造產生之（zhī）變形熱必須加以適當排出, 否則以（yǐ）連續模之生產速度( 40spm~ 60spm) 將（jiāng）

 

       累積可觀之熱量於成形模具（jù）之上, 造成模具尺（chǐ）寸變大變長, 強度（dù）減弱, 最終造成模具破損及產（chǎn）品尺寸變化等影響, 因此必須對鍛（duàn）造工（gōng）序施以（yǐ）良好冷卻,方能確保量產之順利。

     3) 鍛造的高壓及成形新生麵的（de）產生, 皆需（xū）求良好（hǎo）抗壓之潤滑劑（jì）, 為了提升模具壽命、得到良好工件表麵品質, 確保量產性, 必須選（xuǎn）擇適當之潤滑劑及潤滑方式。

4 結 論

     本研究旨在於實際（jì）產品之開發, 建立（lì）衝鍛複合成形連續模之設計及係（xì）統技術。由（yóu）此可以得（dé）知未（wèi）來可應用產（chǎn）品的尺寸（cùn）變化多樣性, 是以往一般衝壓工藝（yì）無法達成的, 而冷鍛不具成本競爭效益, 因此（cǐ）,需要大量穩（wěn）定（dìng）量產（chǎn）而具（jù）低成本需求的產品, 可由此工藝技術獲得解決。如前所述, 世界（jiè）的（de）電子化將促使更多的產品對此技術之需（xū）求, 值（zhí）得在此技術（shù）領域的工作者投入相關之研究, 本文僅在此作一拋磚引玉之舉。