1 前 言

     今日之世界可謂（wèi）是電子化（huà）產品無所不在的世界（jiè）,從計算機、手機、光驅、數字相（xiàng）機、攝影（yǐng）機、投影機等皆與民眾生活息息相關, 其數量以千萬計, 內部之金屬（shǔ）零件更以數十倍計, 其製造工藝大（dà）多為衝（chōng）壓加工（gōng）成形, 當形（xíng）狀較為複雜時, 便以鑄造、焊接、粉末燒結甚至塑料（liào）射（shè）出成形以達到（dào）尺寸或功能的要求。究其原因乃在於衝（chōng）壓工藝僅能對（duì）板材進行衝切（qiē）、彎曲或拉伸等工藝, 無法施（shī）以材料厚度上變（biàn）化之塑性成形工藝（yì）, 因此所能成形之產品在形狀上便受（shòu）到限製。

      從金屬塑性成形加工（gōng）技術之發展及3C 產品內部零件的變化可以發現, 越來越多的零件在體積小型化、重量輕量化、節省組裝及加工成本等趨勢（shì）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（bǎn）材衝鍛複合成（chéng）形工藝, 亦可稱為冷鍛連續模工藝（yì）。其主要特點在於將冷鍛工序與（yǔ）衝壓連續模結（jié）合, 使此（cǐ）工藝可以在連續模（mó）內進（jìn）行衝壓（yā）及鍛造成形, 使產品在（zài）外形及厚度（dù）上（shàng）可以產生（shēng）極大之變化, 達（dá）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精度模具加（jiā）工組裝之配合。由於此工藝（yì）尚未為大家所熟知, 因此作了如上述較多之說明。圖1 中顯示此工藝可成形零件之形狀特征、尺寸及精度。

      衝鍛複合成形工藝所涵蓋（gài）之塑性加工技術種類極多（duō）, 諸如（rú）精密（mì）衝（chōng）切、彎（wān）曲、引伸( draw ing) 及本身（shēn）就具多樣變化（huà）之鍛造工程: 如引縮( Ironing) 、壓扁( upset ting ) 、擠伸( ex trusion) 或利用毛邊（biān）之閉模鍛等。本研究開發介紹之案例為封裝用的銅散熱片（piàn）及光驅主軸（zhóu）馬達之一體型承載盤, 如圖2 所示,以下（xià）僅就（jiù）其所包（bāo）含之成形工序加以說明（míng）, 並對其工藝條件、研究過程及結果作一討論。

2 工（gōng）藝規劃及模（mó）具設計

     首先就本研究產品的（de）外形分析其在（zài）鍛造成形時,成形工藝之種類、材料流（liú）動（dòng）之特性以及精度要求對模具設計（jì）之影響（xiǎng）作一先期之判斷, 以利後續的成（chéng）形工藝規劃及模具設計。

     就（jiù）銅散熱片而言, 主要工序為壓扁及厚度精整,圖3 為此（cǐ）零件的成形加工圖, 圖中（zhōng）列出了主要尺（chǐ）寸精度, 平麵度及平（píng）行度之（zhī）要求皆為0.02mm, 厚度壓縮比( T min/ T max ) 達30% , 散（sàn）熱片材料采用純銅C1100, 此（cǐ）材料的成形性及厚度精度的控（kòng）製是此產品在設（shè）計過程中的關鍵。

     另一產品) ) ) 光驅主軸馬達的一體型承載盤,為（wéi）結（jié）合原承載盤（pán）及盤片對心機構的二（èr）合一組件, 采用鋁合金5052 材料（liào）; 從圖（tú）2 及（jí）圖4 中之（zhī）剖（pōu）麵可以了

      解（jiě）此零件在鍛造過程中材料流動的（de）複雜（zá）性, 如何合理（lǐ）分配材料體積, 使鍛造過（guò）程在較低成形（xíng）負荷下能順（shùn）利成形各（gè）處尺寸成（chéng）為主（zhǔ）要（yào）關鍵（jiàn）, 主（zhǔ）要成形工序為鍛造及壓扁; 另外, 此零件對於同心度及（jí）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（gōng）藝規劃及模具設計作一討（tǎo）論:

     1) 銅散熱片

      銅材之前後向擠伸比（bǐ）其它材料較為容易, 因此外圍壓扁工藝之（zhī）前之料條厚度需小於零件最厚處 ( 1.36mm) 。

      外圍材（cái）料之壓扁及厚（hòu）度（dù）精（jīng）整工藝在材料厚度精度控製上, 需考慮模麵應力分布曲線產生之模具變形對其平麵度及平行度之影響。其克服方式有降低接觸麵之摩擦係數, 包含模麵拋（pāo）光（guāng）及潤滑劑之使用;高剛（gāng）性模（mó）具的采用如采用WC 材料或設置衝頭（tóu）壓力板以分散降低應力; 另外, 材料之分流控製亦可有效降低成形（xíng）負荷（hé）及模麵應力, 即在外圍材料（liào）受到壓扁時, 材料在往（wǎng）內及往外兩（liǎng）方向（xiàng）上皆可（kě）自由流動,如此可使中性麵( 材料不流（liú）動之（zhī）斷（duàn）麵) 往（wǎng）外（wài）圍（wéi）之中央移動, 可有效降低模麵應力峰值, 以獲得良好的平（píng）麵度, 如圖5 所示（shì）。

      2) 主軸馬達（dá）-體（tǐ）型承載盤

      適當的材料厚度選用與鍛造工藝規（guī）劃相互之搭配影響（xiǎng）整體設計的（de）成敗, 為了確保連續模的成功開發, 可進（jìn）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（zào）成形的工藝規劃, 首先利用外圍毛邊拘束將（jiāng）厚度2mm 的坯料進行體積分配, 接著進行外圍承（chéng）載麵的成形、對心機構之成形及中孔擠伸後的衝孔, 在這些過程中, 對體積的（de）控製必須（xū）預留可調整之空間及（jí）工位, 以確保成形（xíng）至要求之尺寸。

      對軸孔真（zhēn）圓（yuán）度及表麵精度的要求, 可利用衝孔工藝配合1~ 2 次刮料工序, 再配合（hé）表麵精度0.2Lm之心軸進（jìn）行光整精修。

     軸孔與對心機構外徑之同心度要求小至（zhì）0.01mm, 若分別進行成形, 則料帶之定位孔及模具保（bǎo）持間隙之定位累積誤差將超出此精度要求（qiú）, 因此為了達到（dào）此同心度要求, 必須將對心機（jī）構之整形工藝與軸孔之最（zuì）後刮料工藝於同一道次進行（háng）, 並配合模具加工之高同心度要求及零間隙配合條件方可達成。模具結構示（shì）意見圖7 所示。

      偏擺度的精度要求（qiú）為0102mm, 成（chéng）形機構原理和同心（xīn）度成形機構相同, 利用軸（zhóu）孔定位（wèi）後整平承載平麵, 此時模具之平麵度、平行（háng）度（dù）及垂直（zhí）度（dù）要求（qiú）極（jí）為（wéi）重要。

     3) 成形設備及模具加工條件

     由前述對此衝鍛複合成形工藝可（kě）生產產品的精度可達（dá）0.02mm 來看（kàn）, 其模具之精度需（xū）求必須達±2μm, 模具零件的配合產生之累計（jì）公差（chà）亦需控製在合理範（fàn）圍內。而欲維持模塊在高速及高成（chéng）形負（fù）荷下能保持其精度, 則與其匹配之成形（xíng）設備必須（xū）具備足夠（gòu）之精度及剛（gāng）性, 非一般傳統的衝壓壓床所能勝任。

      另外, 為了使產品在厚度方向尺寸能達到高精度,而（ér）且在（zài）產量上具備穩定性, 要求壓床（chuáng）的驅動係統采用特殊設計之多連杆機（jī）構, 具（jù）備在下死點前約（yuē）30b至40b齒輪角度範圍內, 上滑（huá）塊隻（zhī）前進約0105mm,幾近停止之狀態。

      如此搭配所代表的意義為: 當製造一高精（jīng）度產品時, 必須建立一係統技術, 包含材料品質（zhì）、模（mó）具設計加工組裝、生產及外圍設備、潤滑及檢測等,方能達成目（mù）標。

3 研究結果

     經由前述鍛（duàn）造（zào）工藝之規劃（huá）, 再加入定位孔、係帶橋帶、內外（wài）型（xíng）衝切等連續模工序完成連續模之料條（tiáo）布列設計。圖8 顯示此兩種產品的料條布列圖（tú）。銅散（sàn）熱（rè）片連續模包含11 道次成形（xíng）工序, 成（chéng）形負荷147t, 送料節距42mm。產品外觀（guān）如圖（tú）2 所示（shì）,幾何平麵度01012mm、平行度01016mm、尺寸公差0101mm~ 0102mm。主軸馬達（dá）) 體型承載盤連續模共15 道次成形工（gōng）序, 成（chéng）形（xíng）負荷120t , 送料節距44mm, 產品及剖麵如（rú）圖2 所（suǒ）示。

     在設計及量產（chǎn）製造上有（yǒu）幾（jǐ）點必須加以考慮:

      1) 衝（chōng）鍛連續模中包含鍛造工（gōng）序（xù）, 其成形負荷遠大於一（yī）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心負荷而造成模（mó）座傾斜或衝頭折斷等（děng）不良影響, 因此（cǐ）可以加（jiā）入空站或在適當位置輔以（yǐ）壓（yā）扁工序以求得較為平衡（héng）之負（fù）荷分布, 另外亦可以下死（sǐ）點檔塊防止傾斜。

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

 

       累積可觀之（zhī）熱量於成形模具之上, 造（zào）成模具尺寸（cùn）變大（dà）變長, 強度減弱, 最終造成模具破損及產品尺寸變化（huà）等影響, 因此必須對鍛造工序施以良好冷卻,方能確保（bǎo）量產之順利。

     3) 鍛造（zào）的高壓及成形新生麵的產生, 皆（jiē）需求良好抗壓之潤滑（huá）劑, 為了提升模具壽命、得到良好工件表麵品質, 確保（bǎo）量產性, 必須選擇適當之（zhī）潤滑劑及潤滑方式。

4 結 論

     本研究旨在於實際產品之開發, 建立衝鍛複合成形連續模之設計及係統技（jì）術。由此可以得知未來可應用產品的尺寸變化（huà）多樣性, 是以往（wǎng）一般衝壓工藝無法（fǎ）達（dá）成的, 而冷鍛不具成本競爭（zhēng）效益, 因此,需要大量穩定量產而具低成本需求的（de）產品（pǐn）, 可由（yóu）此工藝技術獲得解決。如前所述, 世界的電子化將促使更多的產品對此技術之需求, 值得在此技術（shù）領域的（de）工作者投入（rù）相關之研（yán）究, 本文僅在此作一拋磚引玉之舉。