｜精微沖床設計分析探討

摘要：精微沖床乃屬於連續沖擊式加工設備，因應3C產業發展蓬勃，如光電及數位硬體相關的零件，其精細複雜形狀的金屬零件需求日增，尺寸精度與特徵精度要求將伴隨提高至微米等級以上，其設計與組裝方式要求都有別於傳統中大型沖床。由於精微沖床精度好壞，將直接影響模具使用壽命、產品精度及產線成本等，如何提高精微沖床設備之精度與性能，將是未來發展精微成形領域主要關鍵技術之一。影響精微沖床的主要因素可概括為動態精度與靜態精度，靜態精度高低對於設備承受負載力時，其機身受力產生之彈性變形量的大小，其影響因素主要取決於沖床機身、滑塊、傳動連桿及台盤等剛性值，其剛性值可參考JIS沖床規範；動剛性精度高低在於設備進行動態加工時，其滑塊下死點精度重覆性之可能，影響主因大多為機身震動或是當沖床運動件受負載時的彈性變形量等。

一般而言，沖壓產品精度程度，不外乎採用具有高精度等級的沖床，並取決於模具的加工精密程度，因此，精度要求更佳的精微成形來說，除高精密模具設計與加工影響外，沖床能否相對應達到高剛性需求、抗偏心負荷能力、提高機態作動平衡特性及動態剛性等，將顯得極為重要，於本文中，將以欲開發之四點式連桿沖床進行設計與相關分析評估。

Abstract: The size of 3C product such as digital hardware or optic- electric parts is continuously minimizing. Accordingly, the precision of micro die and accuracy of press is required to upgrade. The life of micro die, precision of parts and producing cost are usually influenced by the accuracy of micro press. Hence, the design and assembling method of micro press machine is different from traditional press. On JIS specification, the static accuracy and dynamic accuracy decided to the grade of press. The static accuracy of press machine is affected by rigidness and strength. The press components such as frame or slider were impacted in the process of press working. The deflection generated by working impact can essentially fit the static accuracy grade. As the dynamic accuracy is less, the vibration of micro press is generated. Due to the vibration, the repeatability of Bottom Dead Center (BDC) gets worse, and the precision of micro parts is not accurately controlled. In the study, the components of press are preliminary established. Then, the accuracy of the 20tons press is analysis by simulation and mechanics.

關鍵詞：精微成形、沖床精度、剛性分析、運動分析、電腦輔助設計與工程

Keywords：Micro-Forming, Press Accuracy, Stiffness Analysis, Motion Analysis,
Computer Aid-Design/Engineering

前言
受惠於國內於3C產業的興盛，現有許多關鍵的零件都是屬於輕、薄、短、小的尺寸要求，加上至90年代以來，3C產業相關產品，已逐漸由大量多樣轉型成是多量、多樣的產品，依產品生產形式要求改變，具有快速因應現在趨勢的精微成形製造系統，將是未來近年開發重點。

一件零件產品的成形，最根本的工具是由單一成形機械（如機械沖床等）搭配一組專屬模具，而決定零件產品的精度，端賴成形機械與模具的精度，現今金屬成形而言，沖壓機械是最常被應用的，其靜態精度、動態精度往往是決定該沖床精度等級，依據JIS沖床規範定義可分為特級、1級及2級，當沖床精度等級越高，可適用於較高精度需求的成形製程，倘若沖床精度等級不高，容易因為剛性不足或是總合間隙過大等，使得成形過程中，沖頭垂直精度不佳與母模模穴中心位置對位不精準，間接影響零件的尺寸精度或是形狀精度不佳，更嚴重者，直接造成模具壽命大幅減低，提高了生產成本與維護成本。

對於精微成形（Micro-Forming）而言，由於其特徵尺寸精度要求高，相對於沖床精度等級往往多為特級要求，要達到特級精度要求，仍需從靜態精度與動態精度的改善著手，在靜態精度方面，先從關鍵受負載構件進行較高剛性設計；受負載構件主要為滑塊（在此指上台盤）、下台盤、機身及曲軸四個部位，其中，滑塊往往是裝載模具進行上下運動沖壓的構件，亦會影響總合間隙與下死點精度，在本文欲以CAE分析進行設計探討；在動態精度方面，先行由向量回路法求得沖床的位置、速度及加速度，從中得知與曲柄角度相對關係，並以CAE軟體模擬比較其差異，除可作為伺服沖床控制曲線的參數方程式，並提供評估因運動加速度所產生慣性作用力等。