修平科技大學日間部四技機械工程系

專題製作報告

排水孔蓋沖壓模

指導教授：蔡登茂 老師

班 級：日間部機械工程系三年丙班

組 長：吳昌達 BA99112

組 員：張庭柔 BA99122

中 華 民 國 一 ０ 二 年 六 月

摘要

這次專題製作，我們以不鏽鋼 sus304排水孔蓋沖壓模

具作為主題，製作過程包括有模具加工中常見的幾種加工，

例如沖孔加工、引伸加工等，其中還介紹了一些製作模具常

要用到的製圖方式、計算公式、沖頭形式，還有應考慮到的

材料的選擇。

目 錄

第一章 前言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1

第二章 工作原理 . . . . . . . . . . . . . . . . .2

第一節 模具設計程序 . . . . . . . . . . . . . .2

第二節 模具製圖 . . . . . . . . . . . . . . . .5

第三節 沖孔加工 . . . . . . . . . . . . . . . 10

3-1 剪切衝頭的基本形式與名稱 . . . . . . . .10

3-2 衝頭切刃部設計 . . . . . . . . . . . . .11

3-3 標準圓形衝頭 . . . . . . . . . . . . . .12

3-4 剪切壓力的計算 . . . . . . . . . . . . .14

3-5 衝切所需噸數 . . . . . . . . . . . . . .16

3-6 剪切衝頭強度的考慮 . . . . . . . . . . .17

第四節 引伸加工 . . . . . . . . . . . . . . . 19

4-1 引伸成形 . . . . . . . . . . . . . . . .19

4-2 引伸加工中材料流變的過程 . . . . . . . .20

4-3 引伸成形變數與影響 . . . . . . . . . . .26

4-4 Ｕ形彎曲加工力 . . . . . . . . . . . . .28

第五節 模具材料 . . . . . . . . . . . . . . . .29

5-1 沖壓模具材料應考慮的特性 . . . . . . . .30

第三章 模具製作 . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3-1 成品圖面 . . . . . . . . . . . . . . . .34

3-2 料條佈置 . . . . . . . . . . . . . . . .35

3-3 衝切力學計算. . . . . . . . . . . . . . 36

3-4 衝切刃口設計 . . . . . . . . . . . . . .36

3-5 上模座板. . . . . . . . . . . . . . . . 37

3-6 上墊板 . . . . . . . . . . . . . . . . .38

3-7 上夾板(衝頭固定板) . . . . . . . . . . .39

3-8 母模. . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3-9 脫料板 . . . . . . . . . . . . . . . . .41

3-10 下夾板 . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3-11 下模座板 . . . . . . . . . . . . . . . 43

3-12 模板加工圖 . . . . . . . . . . . . . . 44

第四章 製作流程 . . . . . . . . . . . . . . . . 49

第五章 結果與討論 . . . . . . . . . . . . . . . 60

第六章 參考文獻 . . . . . . . . . . . . . . . . 61

圖目錄

圖 2-2-1 以零件中心為基準的座標標示法 . . . . . . 6

圖 2-2-2 以基準邊為基準的座標標示法 . . . . . . . 7

圖 2-2-3 以特定孔的中心為基準的座標標示法 . . . . 7

圖 2-2-4 尺寸線標示尺寸法 . . . . . . . . . . . . 8

圖 2-2-5 螺絲在模具圖表示法 . . . . . . . . . . . 9

圖 2-2-6 彈簧的繪法 . . . . . . . . . . . . . . .10

圖 2-3-1 標準 T型衝頭 . . . . . . . . . . . . . .11

圖 2-3-2 標準 A型衝頭 . . . . . . . . . . . . . .11

圖 2-3-3 衝頭切刃部長度 . . . . . . . . . . . . .12

圖 2-3-4 標準圓形衝頭 . . . . . . . . . . . . . .13

圖 2-4-1 圓筒引伸模 . . . . . . . . . . . . . . .19

圖 2-4-2 引伸加工的金屬流動 . . . . . . . . . . .21

圖 2-4-3 彎曲現象 . . . . . . . . . . . . . . . .22

圖 2-4-4 矯直現象 . . . . . . . . . . . . . . . .23

圖 2-4-5 引伸中的擠壓線 . . . . . . . . . . . . .25

圖 2-4-6 引伸的最後階段 . . . . . . . . . . . . .25

圖 2-4-7 決定母模內圓角之線圖 . . . . . . . . . .27

圖 2-4-8 Ｕ形自由彎曲 . . . . . . . . . . . . . .29

圖 2-4-9 具脫料板之Ｕ形彎曲 . . . . . . . . . . .29

圖 3-1 衝切模設計流程圖 . . . . . . . . . . . . .33

圖 3-2 排水孔蓋製品圖 . . . . . . . . . . . . . .34

圖 3-3 料條佈置圖 . . . . . . . . . . . . . . . .35

圖 3-4 上模座板 . . . . . . . . . . . . . . . . .37

圖 3-4-1 上模座板照片圖 . . . . . . . . . . . . .37

圖 3-5 上墊板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .38

圖 3-5-1 上墊板照片圖 . . . . . . . . . . . . . .38

圖 3-6 上夾板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

圖 3-6-1 上夾板照片圖 . . . . . . . . . . . . . .39

圖 3-7 母模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40

圖 3-7-1 母模照片圖 . . . . . . . . . . . . . . .40

圖 3-8 脫料板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .41

圖 3-8-1 脫料板照片圖 . . . . . . . . . . . . . .41

圖 3-9 下夾板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .42

圖 3-9-1 下夾板照片圖 . . . . . . . . . . . . . .42

圖 3-10 下模座板 . . . . . . . . . . . . . . . . 43

圖 3-10-1 下模座板照片圖 . . . . . . . . . . . . 43

圖 3-11 上模座板工程圖 . . . . . . . . . . . . . 44

圖 3-12 上墊板工程圖 . . . . . . . . . . . . . . 44

圖 3-13 上夾板工程圖 . . . . . . . . . . . . . . 45

圖 3-14 母模工程圖 . . . . . . . . . . . . . . . 45

圖 3-15 脫料板工程圖 . . . . . . . . . . . . . . 46

圖 3-16 下夾板工程圖 . . . . . . . . . . . . . . 46

圖 3-17 下模座板工程圖 . . . . . . . . . . . . . 47

圖 3-18 模具組立圖 . . . . . . . . . . . . . . . 47

圖 3-19 模具爆炸圖 . . . . . . . . . . . . . . . 48

圖 4-1 模具製造流程圖 . . . . . . . . . . . . . .49

圖 4-2 鑽孔加工 . . . . . . . . . . . . . . . . .50

圖 4-3 平面研磨加工 . . . . . . . . . . . . . . .50

圖 4-4 模柄製作加工 . . . . . . . . . . . . . . .51

圖 4-5 線切割加工 . . . . . . . . . . . . . . . .51

圖 4-6 模頭 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52

圖 4-7 上模座板 . . . . . . . . . . . . . . . . .52

圖 4-8 上墊板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

圖 4-9 上夾板 . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

圖 4-10 母模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

圖 4-11 脫料板 . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

圖 4-12 下夾板 . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

圖 4-13 下模座板 . . . . . . . . . . . . . . . . 55

圖 4-14 所有零件與材料 . . . . . . . . . . . . . 56

圖 4-15 组立完成 . . . . . . . . . . . . . . . . 56

圖 4-16 上、下模組立完成 . . . . . . . . . . . . 57

圖 4-17 試模 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

圖 4-18 取出成品 . . . . . . . . . . . . . . . . 58

圖 4-19 料條與成品 . . . . . . . . . . . . . . . 59

圖 5-1 原本的排水孔 . . . . . . . . . . . . . . .60

圖 5-2 新的排水孔 . . . . . . . . . . . . . . . .60

表目錄

表 2-3-1 標準衝頭尺寸附表 . . . . . . . . . . . . .14

表 2-3-2 各種材料之抗剪強度，抗拉強度 . . . . . . .15

表 2-3-3 剝料壓力的常數Ｋ值 . . . . . . . . . . . .16

表 2-5-1 沖模材料的特性 . . . . . . . . . . . . . 30

1

第一章 前言

模具為製造業不可或缺的重要關鍵工具，模具工業可稱之

為「工業產品之母」。藉由簡單的沖壓動作，配合料片的自動

與半自動進給而得到簡單乃至於複雜形狀的製品。因為大多數

工業零件及民生必需品均頇使用「模具」來製造產品，其應用

範圍從高科技之電子產品至傳統工業產品均有，不但生產能夠

自動化，而且製成品具有一致性與互換性，從一個小墊圈、家

電零件，到汽車的車殼皆可以藉由沖壓加工來製成。因此其用

途之廣泛及對工業發展之重要性由此可知。

2

第二章 工作原理

第一節 模具設計程序

沖模設計的步驟有很多的論說，但並無確切的既定步驟，

以下是一種可做參考的沖模設計程序：

1. 研究分析製成品的圖面：

(1)製成品的形狀

是否有尖銳的邊、不良的孔距、不適當的溝

槽等，以免造成熱處理的龜裂或製作的困難。

(2)尺寸公差

尺寸公差影響模具設計非常大。製成品若沒

有註明公差及代表成品可以依照沖壓製品的一般

公差，這樣沖模設計會比較簡單。若製品有嚴格

的公差規定，這就必頇小心地安排沖壓程序、沖

模設計與基準面的選取。

(3)毛邊方向

一般沖剪製成品的表面皆有毛邊，若零件圖

面上沒有毛邊的方向要求，就不必顧慮到毛邊，

否則要考慮到毛邊的隱藏或毛邊方向。

3

(4)纖維方向

彎曲線的方向不得與纖維方向帄行。

(5)帄面度

零件圖若有帄面度的要求，必頇特別考慮到

胚件受到剪力的彎曲程度，是否必頇有特殊的機

構設計或多一道後加工手續。

2. 決定可行的加工程序、空站與總工作站數：

此時也要考慮空站的設計，以便有足夠的空間

來安裝模具元件，或足夠結構強度來支撐模具沖壓

作業。

3. 決定胚件在料片上的佈置，此處頇考慮到一些要

素：

(1)生產量的多寡

(2)可利用的沖床

(3)模具成本

(4)料片最大使用率

(5)使用料片或料卷式進給

(6)料片或料條的尺寸

4. 決定導引定位的方式。

4

5. 決定帶料方式：

通常半成品在連續沖模的工作間的傳遞，藉由

橋帶與邊繫帶兩種方式。橋帶位於料條中間，邊繫

帶位在料條的邊緣。所以帶料方式有單邊繫帶、雙

邊繫帶、單橋帶、雙橋帶組合等方式。

6. 決定剝料方式。

7. 決定昇料梢的設置。

8. 決定胚件或廢料的排出方式。

9. 計算製成品的尺寸，並繪製展開尺寸圖。

10.繪出每一工作站之胚件製成圖。

11.設計連續沖模：

(1)設計下料沖頭

(2)設計導引沖頭

(3)設計沖料板

(4)設計導料裝置

(5)設計剝料裝置

(6)設計母模和母模板

(7)選擇模組

12.決定所需的工具與模具附屬設備

5

13.重新審核以上的設計

第二節 模具製圖

模具製圖與機械製圖原則上沒有太大的差異，通常模具製

圖應注意以下幾點：

1. 多利用剖面視圖：

模具圖面常較一般機械圖複雜，如果不善加利用

剖視圖的優點，往往會使圖面上虛線太多而讓製造者

感到困擾。

2. 模具圖尺寸標註：

模具圖尺寸標註方法有座標式標註法與尺寸線

標註法兩種，通常兩種標註法可以共同混合使用在同

意圖面上。

(1) 座標式標法

座標標註法是以模具或零件的中心為基

準，或零件中某特定孔的中心為基準，或是零

件相鄰兩邊為基準，並令基準點為零點，以座

標方式表示出來。如圖 2-2-1、圖 2-2-2及圖

2-2-3所示。此種標註方法圖面上只有延伸線，

6

沒有尺寸線。

(2) 尺寸線標註法：

尺寸線標註法不以座標方式表示出尺寸，

而是以延伸線之間加以尺寸線來標示出其尺

寸大小，也是一般機械製圖之標示方法。如圖

2-2-4所示，此標註法，包含延伸線與尺寸現

在圖面上。

圖 2-2-1 以零件中心為基準的座標標示法

7

圖 2-2-2 以基準邊為基準的座標標示法

圖 2-2-3 以特定孔的中心為基準的座標標示法

8

圖 2-2-4 尺寸線標示尺寸法

3. 幾項異於一般機械製圖的表示方法

(1) 螺絲在模具圖上常用的表示方法。如圖 2-2-5

所示。

(2) 通常為了使定位銷、頂出銷等，不易與其他沖

頭或模具相見混淆。常使用符號來表示。就是

以中心線將原分成四個 90 ﾟ的扇形，其中兩對

扇形塗黑。

(3) 彈簧的表示法常如圖 2-2-6的方法表示在模具

圖上。

9

(4) 模具圖上常註明所採用之工作機械(含規格)

及加工工程內容摘要和材料熱處理，自動化生

產之要點，模具維護保養要項等內容。

圖 2-2-5 螺絲在模具圖表示法

10

圖 2-2-6 彈簧的繪法

第三節 沖孔加工

沖孔，雖亦常稱為開孔，但為了與切削加工等的孔加工可

明確的區別起見，採用沖孔的名稱。沖孔加工在單工程沖壓加

工時，通常採用的順序是:胚料加工→沖孔加工。

3-1 剪切衝頭基本形式與名稱

剪切衝頭一般分為兩大類:

1.Ｔ形衝頭：為單截帄直行衝頭。如圖 2-3-1所示。

2.Ａ形衝頭：為雙截階級形衝頭。如圖 2-3-2所示。

11

圖 2-3-1 標準 T型衝頭 圖 2-3-2 標準 A型衝頭

1. 切刃部：此部分與被加工材料接觸，是衝頭產生衝

壓加工的作用部分。

2. 中間部：連接刀刃與柄部，並使衝頭達到安裝時所

需的全長。

3. 安裝部；衝頭安裝於衝頭固定板內的部分。

3-2 衝頭切刃部設計

衝頭切刃部的設計考慮因素如下：

1. 切任務截面若有足夠的強度時，將切刃部、中間部

及安裝部設計為整隻截面形狀都相同的Ｔ型單截帄

直形衝頭。

2. 切刃部截面積若較小以至於強度不足，頇將中間部

及安裝部增大成為Ａ形雙截階級形衝頭。

12

3. 衝切小孔或衝頭細長比（長度與直徑之比值）較大

時，頇避免衝頭發生挫屈現象。

4. 細小衝頭或具有局部脆弱之衝頭，需輔予有效的支

撐及引導，以避免衝頭急速損耗，並確保衝頭與母

模孔穴之對準。

5. 考慮衝頭的互換性，應盡可能採用標準衝頭。以便

予衝頭損壞時可以更換，以避免生產線停止。

6. 若採用圓形衝頭，需在衝頭上加防轉設計，以防衝

頭轉動。

7. 同時衝切多孔時，為減低衝切力並減少衝頭消耗，

應將衝頭設計為有不同全長的長度差。

3-3 標準圓形衝頭

衝頭切刃部分之長度要依切刃部截面積大小而定，

一般衝頭切刃部長度約為其截面積大小的十倍。如圖

2-3-3所示。

圖 2-3-3 衝頭切刃部長度

13

工業上已將圓形衝頭標準化、市售化，以降低衝模成本。

如圖 2-3-4所示為標準圓形衝頭尺寸，表 2-3-1為標準衝頭尺

寸附表，可供採購參考。

圖 2-3-4 標準圓形衝頭

14

表 2-3-1 標準衝頭尺寸附表

3-4 剪切壓力的計算

計算衝切加工時所受的剪切壓力是為了選用沖床，通常選

用的沖床所具備的衝切力需大於計算出來的剪切壓力。影響剪

切力的因素很多，主要為：料片的抗剪強度、厚度、剪切輪廓

全長。

15

一般帄口刀刃之衝剪壓力可依下列公式 2-1計算：

Ｐ = Ｌ × Ｔ × τ . . . . . . . . . (公式 2-1)

其中：Ｐ：最大衝剪壓力(Kg)

Ｌ：剪切輪廓之全部周長(mm)

Ｔ：料片厚度(mm)

τ：料片抗剪強度(kg/mm²)

計算衝剪壓力所需的抗剪強度，應經由材料試驗求得，表

2-3-2為常用材料之抗剪強度及抗拉強度的實驗值。若抗剪強

度未知者，可採用抗拉強度之 80%計算。

表 2-3-2 各種材料之抗剪強度，抗拉強度

16

3-5 衝切所需噸數

由公式 2-1計算出衝剪壓力 P後，為了預防衝模刀刃鈍化

及衝剪到具有雜質硬一點的材料，應多預留安全係數，所以應

選擇用比 P 大的沖床噸數。

若模具有活動式壓料板，則其衝剪所需噸數除了考慮衝剪

壓力外，還需考慮壓料板的剝料壓力。公式 2-2如下:

𝑷𝒕 = 𝑷 + 𝑲𝑷

𝟏𝟎𝟎𝟎 . . . . . . . . . . . . . (公式 2-2)

其中：𝑷𝒕：沖壓噸數

P ：剪切壓力

K：剝料壓力的常數

𝑷𝒕 = 𝑷 + 𝑲𝑷

𝟏𝟎𝟎𝟎 =

𝑷 + 𝑲𝑳𝑻𝛕

𝟏𝟎𝟎𝟎

上式之常數Ｋ值可由表 2-3-3查出。

表 2-3-3 剝料壓力的常數Ｋ值

材料厚度(mm) 模具形式

單工程模 連續模

1 以下 0.02～0.06 0.06～0.08

1～5 0.06～0.08 0.10～0.12

5 以上 0.08～0.10 0.12～0.15

17

3-6 剪切衝頭強度的考慮

衝頭在剪切加工過程所受外力有下列三種:

1. 剪切壓力：在剪切料片時材料的剪斷抵抗力，也就是

衝頭端面所承受的壓力。

2. 側向壓力：因料片產生變形而壓迫到衝頭側邊的壓

力。

3. 側向推力：當衝頭下移，材料四周所產生不均勻缺口

的材料會對衝頭產生力矩，此力矩對衝頭產生側面的

推力。

以上三種外力，以作用在衝頭端面上的剪切壓力最重要，

因為它決定衝頭是否能剪斷料片的基本應力，計算剪切壓力最

主要變數是衝頭的截面積，尤其是設計細小衝頭時為甚。如果

在設計細小衝頭時事先計算出可衝剪的最小面積，就不會在衝

剪過程中發生因衝頭截面不足造成衝頭強度不夠而使衝頭斷

裂。

18

以圓形衝頭為例，計算出可衝切的最小孔直徑：

𝛔 ≥𝑷

𝑨 ⇒ 𝛔 ≥

𝛑𝐝𝐭𝛕

𝝅𝒅²

𝟒

= 𝟒𝛕𝒕

𝒅

⇒𝒅

𝒕 ≥

𝟒𝛕

𝝈

⇒ 𝐝 ≥ 𝟒𝛕𝐭

𝝈

所以 d = 𝟒𝛕𝐭

𝝈 . . . . . . . (公式 2-3)

其中，𝛔 : 衝頭之抗壓強度

Ｐ：剪切壓力 = 𝓵 × 𝐓 × 𝛕 = 𝛑𝐝𝐭𝛕

Ａ：衝孔面積 = 𝛑𝐝² 𝟒 ⁄

ｄ：衝頭直徑

τ：料片抗剪強度

ｔ：料片厚度

𝓵 ：剪切面輪廓周長

由公式可知，衝頭之抗壓強度與衝頭直徑成反比，則當衝

頭之抗壓強度越大時，可衝切的圓孔孔徑越小。

19

第四節 引伸加工

4-1 引伸成形

基本的圓筒引伸模如圖 2-4-1所示，由於外徑等於製品內

徑的衝頭，將金屬胚料衝壓進入與製品外徑相等的母模穴中由

壓料板將料壓緊，以減少皺褶，胚料在模穴中形成圓筒。

所以凡將金屬板在模內製成杯狀、殼狀、盒狀與其他類似

的成形品的方法稱為引伸加工。薄材料的引伸或是較深的引伸

容易發生皺褶和破裂。

一般引伸次數超過二次以上，稱之為「深引伸」；若依美

國之解釋，當胚料凹下深度 ≥ 製品最小寬度時，此種引伸加

工稱為深引伸加工。

圖 2-4-1 圓筒引伸模

20

4-2 引伸成形中材料流變過程

引伸加工主要重點在金屬的流動，而不是移動。金屬的流

動是經由衝頭、母模及壓料板間的間隙，因衝頭施力於杯底而

產生引伸動作。金屬胚料在引伸過程的流動情形，可參考圖

2-12所示，把金屬片分成連續的區域。在引伸的第一階段，

衝頭與金屬胚料接觸如圖 2-4-2(b)所示，胚料予衝頭接觸就

沿著衝頭的外圓角與母模的內圓角而彎曲，如圖 2-4-2(c)所

示。衝頭繼續下行時，在母模內圓角處彎曲的金屬逐漸的被拉

直，後續金屬接著被拉過母模內圓角，而後，在衝頭逐漸下行

中，適時的被拉直。整個過程中，金屬片的外緣被拉進衝頭，

圓周長逐漸縮小造成金屬片被壓縮而變厚。胚料的邊緣越接近

衝頭，壓縮與增厚量越大。由於金屬受壓，往往易於起皺摺而

不易被壓縮，尤其在薄料片或深引伸時特別明顯，所以通常使

用壓料板以防止皺褶發生。

21

圖 2-4-2 引伸加工的金屬流動

22

引伸時，金屬產生流動的一些現象，敘述如下：

1. 彎曲

當衝頭下移進入母模，將陸續有幾種現象發生。

首先料片沿母模穴半徑發生彎曲，如圖 2-4-3所示，

後續的料片也將隨衝頭的下降而陸續有彎曲現象。杯

底並沒有變形發生，所以厚度一直保持一定，沒有發

生加工硬化現象，此階段的引伸過程純粹是彎曲過

程。

圖 2-4-3 彎曲現象

23

2. 矯直

當衝頭在下降少許部分，此階段，杯底僅作少許

下移。料片隨衝頭下降，同時內緣隨衝頭半徑彎曲，

如圖 2-4-4所示。而其餘流入母模凹口的料片開始在

衝頭與母模窩間被矯直，而又有新的料片沿母模凹口

半徑流入，然後在被矯直。這邊有一個神奇的現象是

杯壁是由流過母模凹口半徑的料片再經矯直。

圖 2-4-4 矯直現象

24

3. 摩擦力

當胚料被衝頭拉入母模時，首先必頇克服胚料與

模面、胚料與胚料壓持器間的摩擦力。胚料壓持器是

由彈簧、空氣缸等來驅動的。當克服靜摩擦力之後，

必頇有持續的力來克服動摩擦力，不過動摩擦力小於

靜摩擦力，此時壓板的壓力不得太大。潤滑油通常用

來減少摩擦力。

4. 壓縮

將胚料邊拉向母模中心，由於胚料被拉入母模窩，

其圓周長逐漸減少，所以胚料受到壓力的作用。胚料

在母模凹口所受的壓力較小，然後沿著半徑往外而增

加。對於薄胚料的引伸加工會發生起皺現象，引伸模

上的胚料壓料板可以來防止起皺。壓縮現象參考圖

2-4-5所示。圖 2-4-6為引伸最後階段的情形。

25

圖 2-4-5 引伸中的擠壓線

圖 2-4-6 引伸的最後階段

26

4-3 引伸成形變數與影響

1. 母模內圓角半徑

理論上母模內圓角半徑越大，金屬越容易流入

母穴中，然而太大的內圓角半徑會使金屬過早脫離

壓料板而產生皺摺﹔內圓角半徑太小將會妨礙金屬

的自由流動，導致杯壁的不均勻薄化，造成撕裂。

通常母模內圓角半徑為金屬片厚度的 4倍。對於厚

材料、不使用壓料板的引伸，可將內圓角半徑加大

到料片厚度之 6到 8倍，圖 2-4-7提供了一種選擇

母模內圓角半徑的方法。

2. 衝頭外圓角半徑

衝頭外圓角如果過於尖銳，將需較大的彎曲力

才能使金屬包附在沖頭的外圓角上，並且還可能導

致劇烈的薄化現象，甚至使沖杯底部撕裂。所以一

般沖頭外圓角半徑設計為杯料厚度的 4倍至 10倍，

以免發生過度薄化。假如成形品的外圓角半徑需小

於金屬片厚度的 4倍時，就頇先在較大的沖頭圓角

成形，然後在引伸。

27

圖 2-4-7 決定母模內圓角之線圖

28

4-4 Ｕ形彎曲加工力

Ｕ形彎曲加工力亦分為Ｕ形自由彎曲及具脫板之Ｕ形彎

曲。

1. Ｕ形自由彎曲：

如圖 2-4-8其彎曲加工力為：

𝑷𝒖𝟏 = 𝑪

𝟑 𝛔 𝐰𝐭 . . . . . . . . . . . .(公式 2-4)

其中：𝑷𝒖𝟏：彎曲所需加工應力 . . . . (kg)

c：修正係數 . . (一般 c值在 1.0～2.0之間)

𝛔：料片之抗拉強度 . . . . . . (kg/mm²)

w：料片之寬度 . . . . . . . . (mm)

t：料片之厚度 . . . . . . . . (mm)

2. 具脫料板之Ｕ形彎曲：

如圖 2-4-9所示，當衝頭將料片壓入母模後，脫

料板藉彈簧力將料片定位，帶彎曲成形後由頂出桿將

料片頂出。其彎曲加工公式為：

𝑷𝒖𝟐 = k𝑷𝒖𝟏 . . . . . . . . . (公式 2-5)

其中：𝑷𝒖𝟐：彎形所需加工力

𝑷𝒖𝟏：Ｕ行自由彎曲所需加工力

k：修正係數 (一般為 1.25～1.35 之間)

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圖 2-4-8 Ｕ行自由彎曲 圖 2-4-9 具脫料板之 U形彎曲

第五節 模具材料

沖壓模具材料的種類非常多，包括鐵金屬類、非鐵金屬類

與非金屬類等。要選擇適當的沖模模具材料應考慮的機械性質

有耐磨性、韌性、耐疲勞性、抗壓強度、耐熱性、成形性、熱

處理容易程度、焊接性等。衝模材料的選用除考慮以上特性外，

還要配合料片材質、成本、精密度等因素，才能選用最經濟的

模具材料。表 2-5-1說明了一些衝模材料的特性。

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表 2-5-1 沖模材料的特性

5-1 沖壓模具材料應考慮的特性

1.高耐磨耗性

沖床加工中，模具表面受到料片的壓力與滑動

的摩擦力，所以容易磨耗。如果模具發生磨耗，成

形品尺寸將逐漸喪失精確度，為了增加模具生命，

必頇使用高耐磨材料，容易遭受磨耗。通常材料越

硬，耐磨性越高。

31

2.韌性

沖床模具一般會遭受到激烈衝擊，所以必頇有

高韌性，例如剪切、沖剪與鍛造加工。

3.耐疲勞性

沖壓加工作業，模具通常遭受相當次數的重複

負荷的作用，所以模具材料必頇有高耐疲勞強度來

抵抗重複負荷。

4.抗壓強度

特別是在穿孔、冷擠與壓印加工的沖頭，遭受

極大的沖壓力，其成形限度常取決於材料之抗壓強

度，所以模具材料頇具高抗壓強度。

5.耐熱性

在溫間加工或熱間加工時，模具材料必頇在高

溫維持一定的機械性質。換句話說，必頇具備良好

的耐熱性。

6.成形性

模具材料成形性好，將會使製作成本降低，一

般而言材質越好越難成形。

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7.熱處理容易程度

一般而言，模具材料必頇經過熱處理後才會得

到最佳的機械性質，所以熱處理的容易程度影響材

料的選用。

8.焊接性

焊接性好，模具修補容易。

9.成本

模具材料的選擇必頇配合生產的數量，通常大

量生產用模具材料需要越好的材質來增加其壽命。

33

第三章 模具製作

圖 3-1 衝切模設計流程圖

34

3-1 成品圖面

圖 3-2 排水孔蓋製品圖

圖 3-2 所示為一不銹鋼 sus304 製品，厚度為 0.3mm，尺

寸如圖所示。其外型輪廓為圓形，因外型無特別限制，設計尺

寸公差時取±0.15即可。

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3-2 料條佈置

1. 料條寬度：料框上下分別取 1.98mm 及 3.68mm，以便

下一次衝料，料寬為 55mm。

2. 進給行程：胚料與胚料之間取 2.06mm，進給量為

54.41mm。

3. 布置方式：成品外型為圓形輪廓，取正向排料即可，

料條圖如圖所示。

圖 3-3 料條佈置圖

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3-3 衝切力學計算

1. 衝切力計算：

(1)衝切輪廓全部長度 L = 355.31 mm

(2)查表得𝛕 = 56 kg/mm²

(3)厚度 = 0.3mm

(4)衝切力 P = L × 𝐭 × 𝛕

= 355.31 × 𝟎. 𝟑 × 56 = 5969.2 kg

2. 脫料力計算：

Ps = K × P = K × L × t × 𝛕

= 0.02 × 5969.2 = 119.4 kg

3. 沖床噸數

Pt = 𝑷+ 𝑷𝒔

𝟏𝟎𝟎𝟎=

𝑷+𝑲𝑷

𝟏𝟎𝟎𝟎

= 𝟓𝟗𝟔𝟗.𝟐 + 𝟎.𝟎𝟐 × 𝟓𝟗𝟔𝟗.𝟐

𝟏𝟎𝟎𝟎 = 6.1 噸

4. Ｕ形彎曲加工力

𝑷𝒖𝟏 = 𝒄

𝟑𝝈𝒘𝒕 =

𝟏.𝟓

𝟑 × 85 × 55 × 0.3 = 701.25 kg

𝑷𝒖𝟐 = 𝐤𝑷𝒖𝟏 = 1.3 × 701.25 = 911.6 kg

3-4 衝切刃口設計

1.衝頭與下模穴位置安排於沖模中央即可

2.衝頭與下模穴間隙取單邊 6%

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3-5 上模座板

圖 3-4 上模座板 圖 3-4-1 上模座板照相圖

其加工程序：

先以素材的左上方為原點(0，0)，再以中心鑽依 序圖面

上之座標打點。換上ψ6.8 的鑽頭鑽全部之孔。接著換上ψ7.9

之鑽頭鑽定位孔 E孔，再用ψ8.0之絞刀加工。然後換上 M8

沉頭鑽，再依圖面上 A孔加工沉頭孔。中間的四方孔則頇用線

切割加工完成如圖 3-4-1。

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3-6 上墊板

圖 3-5 上墊板 圖 3-5-1 上墊板照片圖

其加工程序：

依圖面標示以左上角為原點(0，0)，依座標以中心鑽打點，

A孔為鑽ψ8.6之孔，E孔為ψ8.0的定位孔，此孔為定位孔，

所以必頇先以ψ7.9 的鑽頭先加工，再換上ψ8.0的絞刀再加

工一次。H 孔為ψ5.2，可用ψ5.2之鑽頭鑽削即可。如圖

3-5-1。

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3-7 上夾板(衝頭固定板)

圖 3-6 上夾板 圖 3-6-1 上夾板照片圖

其加工程序：

以模具左上角為原點(0，0)，用中心鑽依圖面上 A、F、H

之點打孔，再用ψ5.2鑽 H 孔、ψ8.6鑽 A 孔與 F孔，再來將

銑床轉速降低，換上ψ18.0的鑽頭鑽 F孔。而 E孔、I孔、K

孔需以現切割加工，以達到比要的精度。如圖 3-6-1。

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3-8 母模

圖 3-7 母模 圖 3-7-1 母模照片圖

其加工程序：

以素材左上角為原點(0，0)，用中心鑽打點 A孔、A孔先

用ψ6.8鑽頭鑽削，再以 M8 之螺絲攻加工螺紋。其他孔需以

先切割加工以得到精度。如圖 3-7-1。

41

3-9 脫料板

圖 3-8 脫料板 圖 3-8-1 脫料板照相圖

其加工程序：

以素材左上角為原點(0，0)，用中心鑽打點 A 孔、C 孔。

換上ψ6.8 鑽頭鑽 A孔，再用 M8螺絲攻攻牙。C孔則用ψ4.10

鑽頭加工即可。其他孔需以線切割加工。如圖 3-8-1。

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3-10 下夾板

圖 3-9 下夾板 圖 3-9-1 下夾板拍照圖

其加工程序：

以素材左上角為原點(0，0)，用中心鑽打點 A 點、B 點、

C點、D點。先用ψ6.8鑽頭將 A、B、C、D點鑽過一次後，A

孔需用 M8螺絲攻攻牙。B 孔再用ψ7.9鑽頭鑽過，再用ψ8.0

絞刀加工過。C孔則不加工。D孔需用ψ22.0 鑽頭加工。其餘

未加工之孔則頇用線切割加工。如圖 3-9-1。

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3-11 下模座板

圖 3-10 下模座板 圖 3-10-1 下模座板照相圖

其加工程序：

以素材左上角為原點(0，0)，用中心鑽打點 A、B、C、E、

I、J。A點用ψ17.0 鑽頭加工。B點用 M8 之沉頭鑽加工。C點

先用ψ6.8 鑽頭加工後，再用 M8螺絲攻攻牙 12mm深。E點用

ψ7.9鑽頭鑽過後，再用ψ8絞刀加工。I、J點則分別以ψ5.5、

ψ6.5鑽頭加工即可。如圖 3-10-1。

44

3-12 模板加工圖

圖 3-11 上模座板工程圖

圖 3-12 上墊板工程圖

45

圖 3-13 上夾板工程圖

圖 3-14 母模工程圖

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圖 3-15 脫料板工程圖

圖 3-16 下夾板工程圖

47

圖 3-17 下模座板工程圖

圖 3-18 模具組立圖

48

圖 3-19 模具爆炸圖

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第四章 製作流程

銑六面(傳統床銑)

鑽孔、攻牙、銑削(CNC或傳統機器)

熱處理 研磨加工

線切割(CNC)

研磨加工

組立

圖 4-1 模具製造流程圖

50

圖 4-2 鑽孔加工

圖 4-3 帄面研磨加工

51

圖 4-4 模柄製作加工

圖 4-5 線切割加工

52

圖 4-6 模頭

圖 4-7 上模座板

53

圖 4-8 上墊板

圖 4-9 上夾板

54

圖 4-10 母模

圖 4-11 脫料板

55

圖 4-12 下夾板

圖 4-13 下模座板

56

圖 4-14 所有零件與材料

圖 4-15 组立完成

57

圖 4-16 上、下模組立完成

58

圖 4-17 試模

圖 4-18 取出成品

59

圖 4-19 料條與成品

60

第五章 結果與討論

這次製作這個排水孔蓋我們覺得還蠻滿意的，不僅可以防

止小蟑螂從排水管往上爬，也可以不讓一些髒東西流入排水孔，

以防水管堵塞。我們以家裡的排水孔做測試，排水功能不輸原

本的排水孔蓋，而且水也更容易聚集於排水孔。

圖 5-1 原本的排水孔 圖 5-2 新的排水孔

61

第六章 參考文獻

湯志龍 編著：模具設計與製圖 全華科技圖書股份有限

公司 民國 92年 9月

邱來發、王總守、陳德禎 編著：模具製作的基礎知識 全

華科技圖書股份有限公司 民國 88年 4月

顏凱堂 編著：模具基礎實習 全華科技圖書股份有限公

司 民國 92年 4月

吳俊煌 編著：沖床與衝模設計 復文圖書 民國 88 年

2月

劉福興、鄭偉盛 編著：沖壓模具設計 新文京開發出版

有限公司 民國 91年 9月

山口 文雄 原著、陳玉心 編譯：連續沖壓模具設計之

基礎與應用 全華科技圖書股份有限公司 民國 92年