樹脂複材快速模具於汽車板金成形之研究

摘要：本研究建立國產高強度樹脂複合材料之快速板金模具技術並應用於汽車底盤轉動軸之塵封蓋板金零件之快速試作開發流程上，經過模具設計與電腦模擬分析結果顯示傳統製程需要3道次以上才能成形之零件，本研究採用寸進成形法之樹脂模具工法成功完成108件成品之取樣，由少批量生產之樹脂模具與成品之掃描量測與誤差分析顯示模具無破裂損壞，少批量生產之模具磨耗之誤差為0.12 mm，成品掃描資料與原始設計圖誤差分析平均誤差為0.21 mm，顯示樹脂快速模具之可成形模次（壽命）與成形之成品精度皆符合試作之品質需求。

本研究樹脂模具之試作實務應用案例，樹脂模具製作時程為傳統模具製作時程的30 %，樹脂模具製作成本與傳統模具鋼製造的模具成本比較約減少30 %；經由少批量生產之試作模具與成品誤差分析顯示，樹脂快速模具在產品試作驗證階段可以達到快速與經濟之目的，在我國車身開發應用案例日益增多之際，樹脂模具提供汽車整車業與汽車零組件業之板金先期開發試作之重要途徑。

Abstract: This study aims to develop materials of composite resin and applications in chassis rotational shaft dust cove using rapid resin sheet forming tooling. The analysis of computer aided engineering (CAE) shows that the target needs at least three forming processes in order to complete sheet forming successfully. A manual short step forming processing was applied and 108 pieces of product were manufactured by resin tooling. The distance error of the surface of tooling was 0.12 mm and the distance error of the surface of the product was 0.21 mm calculated from the compared distance difference of scanning data and the original CAD data. The results of this study showed that the tooling life and forming quality are fit for trial manufacturing process of developing new sheet parts.

In this research, the cost of resin tooling is 30% of the cost of traditional metal tool, and the processing time is about 30% of the processing time of traditional methods. The results of a real case study revealed that the resin tooling became an important tool in the product developing process, especially today as new automobile development cases are increasing in Taiwan.

關鍵詞：樹脂模具、快速模具、板金成形

Keywords：Resin Tooling, Rapid Tooling, Sheet Metal Forming

前言
在政府推動整車自主能力建置政策下，裕隆旗下的華創公司執行業界科專整車計畫有成，華創公司自有品牌LUXGEN成功推出台灣第一台MPV造成狂賣後，陸續開發新車，並行銷國際市場，台灣整車新品牌LUXGEN 成功推出創造板金試作新需求。傳統板金模具皆為永久性鋼模，其製程繁瑣且造價昂貴，模具粗胚經下料、粗加工、應力釋除、細加工、線切割、放電、研磨加工、拋光到表面處理等工程道次始得進入量產時程，開發過程冗長且模具造價高昂[1]，因此，新車測試或維修備品件等具有少量多樣之零件產品，國外業界常選擇簡易模具（如樹脂模具、低熔點合金等）取代永久性之鋼模。根據華創資深試作工程師表示:因應一台新車開發約有500付大大小小的板金模具需求，因應我國新車板金試作成形需求，建立快速模具成型技術將是縮短新車開發時程，降低開發成本與提升新車創新開發的重要技術。

AFTER MARKET （AM）指售後維修市場，其產品來源為整車廠設計元件或替代件，其特性為少量多類且無交運時效限制，具有市場廣、品牌多之特性。根據我國最大AM板金生產廠東陽集團資料顯示：AM板金需要備有足夠之產品種類才能滿足顧客之需求，開發一副模具成本大約花費新台幣數百萬元，一副模具開發時間估計須要 6個月以上，因此，縮短鈑金件的開發時程與降低模具開發成本一直是AM廠商追求的目標,快速模具工法成為AM廠商快速開發新工法。

歐洲地區汽車產業高度發展，新車開發零件市場需求大，因為人工與加工成本高昂，因此，簡易模具之應用已行之數十年[2-3]；德國習慣應用低熔點合金模具，低熔點合金沖壓模具解決新車開發的少量多樣模具之特性需求，德國以外的歐洲國家則較常應用樹脂模具，由於樹脂模具擁有極佳表面複製性且製作時程較快，亞洲地區以日本新車型開發需求較大，日本較習慣應用鋅合金於快速模具材料[4]，其加入特殊元素之鋅合金之加工性質佳且加工後之表面品質非常好。歐、美、日受惠於大廠新車開發的需求，簡易模具之市場呈成長趨勢。然而，近年來歐美地區因人事與加工成本太高，紛紛轉移至亞太地區尋求商源，帶動大中華圈新產品開發與快速模具市場商機。

綜上所述，本研究乃基於國內整車板金試作開發與AM少量多樣產品快速板金成形之模具材料與製程缺口等相關議題之解決，藉由串連產業之上游（樹脂複合材料）、中游（快速模具/成形分析）、下游（沖壓產品）之專業廠家，進行高強度高韌性樹脂且低成本樹脂背襯材料、快速模具之設計與製造、快速模具成形模擬、樹脂模具複合材料板金關鍵成形製程技術之研發，以支援及維持國內板金試作與少量多樣生產等產業之市場需求與國際競爭力。