三段模組化複動冷鍛模具設計-這就要鍛造、沖壓的同業才看得懂了!

前段時間有接到一個1008低碳鋼冷鍛件的開發案，是音響用的某個零件，這鍛件在內部底端有個高4mm、寬2mm的凹槽，很明顯這凹槽如果直接鍛壓出來，沖模應該就會直接斷給你看，原本業者是鍛出一個厚底後再CNC車出凹槽溝，可是因為刀刃過小、特徵比例上屬於深孔、逃屑不易，車削速度快一點刀刃就容易斷裂，所以只好慢慢車，直到業者發現這樣下去不是辦法，才來開發這個專案。

其他特徵公差其實都沒什麼問題，就是這凹槽要求要一體鍛造出來不能加工，內部直徑從上端到凹槽底端要確保同心，公差就訂了一個CNC加工才做得到數值，或許有人會覺得±0.025mm冷鍛的公差很大了，確實單點來看是一個還算合理的鍛造公差，但它是一個桶狀件，上下要保持同心，這就有點困擾了，因為上下端各有一個凸緣和底厚要分開成形，在桶徑會有斜度產生，這就慘了，每個單點都在公差內，差別上端是負公差，底端是正公差，業者另外要求要用塞規測試通過才算合格，這案子大約3個月就開發出Prototype，但就為了這鍛件同心治具要順利通過，多搞了8~9個月，光鍛壓模具的壓料模組滑動公差就0.02mm，因此在模具的彈性變形和選用內琢磨非常久，但是最終還是開發出來了，只是比預計多了1~2個道次，當然這都是成本，只能說鍛造製程中，要省下模具成形道次就需要多一些機械加工，要節省加工成本就要多些成形道次，不過老闆們能不能接受就是另外一回事了。

但這都不是這篇文章的重點，主要想和大家分享一下，在開發過程中模具機構的設計，因為在業者的鍛機上沒有上頂出機構，而在這杯型鍛件有一環型凹槽，因此在鍛壓上凸緣的時候需要有一壓料環深入凹槽內，確保鍛壓上凸緣時不會因上端材料往下流動導致環徑尺寸變異，而在上凸緣成形後鍛件需要脫離凹槽壓料環，所以需要有一中心退料的機構，因此會有壓料、成形、退料三段機構的設計，需要透過兩個彈簧與三段滑動來達成，底端模具就比較單純，只有一個頂心孔需要成形，以環型頂出設計就可以，只是要確保成形模仁的支撐性，我弄了一個梅花狀的滑動孔，而不是單純大直孔，既可減少模仁因懸空受力變形的可能，也確保環型頂出機構可以正常做動。

實際開發驗證後，這套模組設計還不錯用，只是在鍛造過程中要一直去補償模具受力變形所損失的鍛件尺寸。