多冲模螺絲成形機調模方法之研究

前言

傳統螺絲都以鍛造（Forging）為主要加工模式，而鍛造加工是一種以壓力使金屬產生塑性變形的方法，在不改變其質量及內部性質下使其外觀達到生產需求的形狀，而鍛造過後的工件因內部受壓力改變使其內部的結晶構造更加細緻，因此而擁有更佳的強度、耐冲擊及抗疲勞等機械性質，進而製造出可用於汽車、航太等高強度用途之製品及零組件。而在螺絲成形製程中因成形機不斷的反覆鍛打，會使模具在長時間的震動、壓力等作用的影響下，造成固定於螺絲成形機模座上的公模與母模發生偏移，使鍛打出的螺絲產生偏心，進而產出大量不良品使成本增加，而當發生此問題時常需將機器停止，並僅能依靠現場師傅依照經驗調整，但依經驗判斷則須調整一次試打一次，不斷由試打出的螺絲來判斷並增減調整量，整個調模過程將會停機過久且耗費大量時間，此因成形機模座調整功能之設計使偏心分量交互影響，故儘管可以利用光學量測儀器透過設計方法量得螺絲偏心分量，但由於分量間的交互影響導致仍無法降低調模誤差，因此本文將著重在如何能有系統地進行調模且降低螺絲模座偏心之調模誤差。

針對在機台未對準、模具偏心、成形鍛造等問題已有許多相關研究。Yang [1] 等人分析了在加工滾珠螺桿等精密機械元件時各種誤差的影響，例如中心之間的未對準、主軸跳動以及中心與中心孔之間的不當接觸條件，通過分析發現中心的錯位是一個產生重要誤差的原因，並對此製造了一種二維任意定位的自動調整中心裝置以消除兩中心支撐加工工件的對位誤差。金屬材料在形變的過程中會對成形機造成傾斜負載，因此K. Chodnikiewicz [2] 等人將成形機所承受之負載分為垂直和水平分量的負荷，再利用位移感測器組測量成形機的平移和旋轉偏轉，並從測量系統中提取有關成形力和模具位置的資訊後，以柔度矩陣的形式來計算各軸向之偏轉及偏移進行金屬成形機的校準。C. McCormack [3] 等人發現在進行六角形螺栓頭鍛造時容易因應力過載或疲勞而導致模具失效，因此利用有限元分析來預測在標準修整模具中鍛造應力的水平，並在可能的情況下找到可延長工具壽命的最佳操作條件。V. Krušič [4] 等人對壓力機和多道次鍛造系統進行有限元素數值建模，以評估整個系統的工具載荷、位移和旋轉，再將壓力機柔性矩陣與模型相結合，預測其合力的演變以提高多道次冷鍛工藝中的產品精度。洪[5] 針對凸緣徑較大的螺帽等變形量較大的零件的凸緣外圍裂痕情形進行成形模工具改善，使用有限元素分析軟體探討在同樣材料、機械與環境條件下，預成形模組必須以何種形式才能減少或消除凸緣螺帽成形時常於凸緣最外處出現裂痕的問題。其結果顯示三模底必須圓順，其凹底R角與深度必須相近，可將裂痕出現比例降於0.16 %。因設備精度和可重複性是製造零件的最重要的考慮因素之一，因此Gu [6] 等人利用加工零件的測量值開發全局偏移補償方法快速識別和評估準靜態和動態機器誤差，並應用相應的誤差模型進行補償尺寸之間的計算偏差。H. Jaafar [7] 等人發現小間隙沖孔具有高強度鋼板剪切邊質量高的優點，但因間隙小因此不容易使模具與冲頭同心，因此開發了一種在低延展性模淬鋼板的小間隙冲孔中使用移動模具自動校正模具與冲頭偏心的方法，可以有效防止拉伸強度為1500 MPa的模具淬火鋼板冷沖壓時的工具失效和延遲斷裂。Gräler [8] 等人提出了一種方法來補償在沖壓彎曲中材料厚度、溫度、潤滑或工具磨損的偏差等不可預測但可測量的干擾。並引入了一種基於傳統統計方法並結合機器學習方法的架構，通過手動調整調整螺釘來不斷優化工具的設置過程。R.Hashemi [9] 等人分析了矩形銅型材柔性彎曲的進給速度、模具與型材之間的間隙、偏移量、導向圓角半徑、定模和動模之間的距離等關鍵參數，並基於一種新方法設計了柔性折彎機。Wang [10] 等人對芯棒鍛造中內孔偏心的變形均勻性和控制措施進行了研究，提出了一種對稱翻轉型芯棒鍛造工藝來替代現有的順序車削工藝以及兩種孔偏心校正方法，利用不同的初始鍛造位置及翻轉方式來有效地校正芯棒鍛造過程中的孔偏心。

在上述文獻中發現，鮮少研究聚焦於金屬扣件成形機模座對應模具的調校分析，並獲取系統性的調模資訊，因此本文將針對螺絲鍛造成形機的成形模座及整頭模座進行解析，了解模座間位移關係並對應模座調整分量進行解偶，再將所提模座調模計算方法進行量測驗證。

DOI:10.30256/JIM.202512_（513）.0008