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機械工業雜誌

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板材尺寸設計及伺服沖壓曲線類型對於圓杯引伸成形性能之影響

作者 陳奕誠,楊智傑,許富銓,林志浩

刊登日期:2025/11/25

摘要

本研究探討了板材尺寸和沖壓運動曲線對圓杯引伸成形品質的影響,並著重於先進伺服沖壓製程的應用。首先,評估了板材直徑的影響,結果表明,在15 mm的引伸深度下,60 mm直徑的板材可提供最佳成形效果,起皺最小且無破裂。進一步地實驗結果指出,將板材厚度從0.8 mm增加到1.0 mm可顯著減少法蘭區域起皺,尤其是在成形速度為2、4和8(SPM)時。隨後,在相同的材料條件下,比較了三種沖壓運動曲線(傳統曲柄運動曲線、伺服振盪曲線和連桿持壓運動曲線)。結果表明,連桿持壓運動曲線產生的變薄量最大,其次是伺服振盪曲線和曲柄運動曲線。儘管伺服技術具有節能和減少回彈等顯著優勢,但不合適的模具設計參數可能會阻礙材料流動並導致變薄量增加。本研究強調了適當的板材設計和伺服曲線控制策略對於引伸成形性和產品品質的重要性。

Abstract

This study investigates the influence of sheet dimensions and stamping motion profiles on the forming quality of round cup deep drawing, with a focus on applications in advanced servo stamping processes. Initially, the effect of sheet diameter was assessed, showing that a 60 mm diameter provided the best forming outcome with minimal wrinkling and no fractures under a 15 mm drawing depth. Further analysis revealed that increasing sheet thickness from 0.8 mm to 1.0 mm significantly reduced flange wrinkling, particularly at forming speeds between 2 and 8 strokes per minute (SPM). Subsequently, three stamping motion profiles—conventional crank motion, servo oscillation curve, and link motion with dwell—were compared under consistent material conditions. Results demonstrated that the link motion with dwell produced the most thinning, followed by the servo oscillation and crank motion. Although servo technology offers clear benefits such as energy savings and reduced springback, improper die design parameters may hinder material flow and lead to increased thinning. The study highlights the importance of integrating proper sheet design and servo control strategies to optimize formability and product quality in deep drawing operations.

前言

在現代製造業中,沖壓成形技術發揮不可或缺的作用,尤其是在金屬塑性變形領域[1]。其中,圓杯殼件引伸成形是關鍵製程之一,廣泛應用於馬達、電子、軍用國防和民生消費品等產業,例如:馬達外殼、子彈殼和鋼杯等[2]。引伸區域的厚度分布直接影響最終產品的機械性能和安全可靠性[3]。隨著自動化和智慧製造的進步,伺服沖壓技術憑藉其精度高、可程式控制和節能等優勢,逐漸成為業界關注的焦點,並逐漸取代傳統的機械沖壓機[4][5]。然而,伺服沖壓曲線設計對於圓杯殼件引伸之板材成形極限、材料流動行為和成形品質,仍有待充分研究[6]。本研究主要探討板材尺寸設計、引伸深度及伺服沖壓運動曲線類型對於圓杯殼件成形品質之影響,透過引伸成形實驗驗證,旨在闡明伺服沖壓參數(如變速度連桿運動曲線和伺服振盪曲線)與傳統曲軸曲線壓力機相比,與拉深極限、壁厚分布和缺陷形成等關鍵成形結果之間的關係。

實驗方法

本研究為了探討 (1) 模具與板材面積設計之引伸成形性、(2) 板材厚度與引伸深度對成形品質之影響,以及 (3) 伺服沖壓曲線參數設計對於成形變薄率之影響,採用SUS316L不銹鋼板材作為圓杯殼件引伸試驗坯料,透過圓杯引伸模具與伺服沖壓設備(協易機械,SD2-400)試模,進行參數驗證,模具設計圖,如圖1(a)(b)圖2表1

10.30256/JIM.202512_(513).0006

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