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研究生:孫暉功
研究生(外文):Hui-Kung Sun
論文名稱:沖壓成形模具價格之計算與分析
論文名稱(外文):Calculation and Analysis of Mold Price for Stamping Mold
指導教授:陳夏宗陳夏宗引用關係
指導教授(外文):Shia-Chung Chen
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:沖壓加工、模具估價、成本函數、價格分析
外文關鍵詞:stamping、tooling evaluate、cost function、cost analyze
相關次數:
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中文摘要
沖壓成品與模具的價格與品質存在著相對的關係,若成品與模具要有較佳的品質及可靠度,在模具工程分解、模具設計、模具鋼材的選用與製造加工方式則是重要關鍵。所以成品與模具價格也會相對的提高。模具價格的不透明,導致模具廠在接單時必須兢兢業業的詳細分析,否則不僅沒有獲利,甚至傷及成本。而發包單位亦因不瞭解模具廠的估價方式,就一直不斷表達價格太高或要求無償提升模具品質與壽命。進而造成部分模具廠無法生存而外移;發包單位亦得不到所要求的品質或花費更多在產品生產上。
本研究是以標準化的模具設計與製程,讓模具製造商與發包單位有一共同且可接受的標準。模具廠可以快速且準確的預算模具成本,將模具廠的設計與製程標準化,避免發包單位的不合理殺價;發包單位可透過標準化的模具設計與製程可以快速掌握模具成本,確認產品品質水準,維持模具廠的合理利潤與減少產品過度設計造成的浪費。
研究顯示如何將產品需求,利用產品精度與預估產量來做為模具基本架構的設計與材質的選擇。將模具的基本架構轉換為模具製作的標準製程,進而快速計算出模具成本,讓模具廠與發包單位有互信和討論的基礎,進而提升雙方利益。


Stamping die is associated with the tooling cost and quality. The tooling engineering, design, material selection and process methods are crucial to the quality and reliability of the finish goods as well as the tooling. Therefore, better liability is related to higher tooling and product cost.
However, the interests of tooling purchasers and providers often clash with each other in reality during the process of negotiation between the tooling providers and the purchasers; besides the design concepts and engineering requirements, the tooling cost has always been the point of conflicts for the two parties. The in transparency of tooling cost often results in potential risks of money loss if detailed production cost analysis is not conducted. Whilst the purchasers may not realize tooling providers’ cost structure and consistently troubled by the production cost or demands acquisition of higher tooling and prolonged tooling lifespan without relevant compensations. These factors consequently lead to tooling providers’ migrations, yet the purchaser could not receive the required tooling quality and face raising production cost.
The purpose of this research is to standardize tooling design and the manufacturing process, in terms of providing a universal standard accepted by both tooling manufacturers and purchasers. Base on this model, tooling manufacturers can predict precise tooling cost in a speedy manner while using standardized design and molding process to avoid irrational price demands from the purchasers. On the other hand, purchasers could have better understanding of tooling quality through standardized tooling design and process, for reserving manufacturers’ sufficient profits and reduce wastes caused by over-designing.
The result of the research shown how to use finish goods’ quality and production volume as the references for tooling design and material selection; then translate the basic structure of tooling into molding manufacturing process, hence calculate the production cost. The research result will be served as the benchmark between the manufacturers and purchasers and enhance mutual communication and trust, which is beneficial for both parties in the long term.



目錄
中文摘要...............................................Ⅰ
Abstract.................................................Ⅱ
致謝...................................................Ⅳ
目錄...................................................Ⅴ
表目錄 ................................................Ⅷ
圖目錄 ................................................Ⅸ
第一章 緒論
1.1 前言...........................................1
1.2 沖壓製程.......................................2
1.2.1 沖壓製程種類.............................2
1.2.2 沖壓模具介紹.............................3
1.2.2.1 沖剪模具介紹.......................3
1.2.2.2 彎曲模具介紹.......................6
1.2.3 沖壓製程的優缺點.....................8
1.3 研究動機與目的.................................9
1.4 文獻回顧.......................................9
1.5 本文架構.......................................12
第二章 模具估算理論
2.1 沖壓成品估價理論.............................25
2.2 沖壓模具估價理論.............................26
2.2.1 材料費用...............................26
2.2.2 加工費用...............................28
2.2.3 組配費用...............................32
第三章 模具估價系統方法
3.1 系統架構.....................................37
3.2 資料庫.......................................38
3.2.1 沖壓模具資料庫.........................38
3.2.2 沖壓成品資料庫.........................40
3.3 操作介面.....................................41
3.4模具價格計算流程.............................41
3.4.1產品規格書.............................42
3.4.2模具規格書.............................42
3.5資料的串聯與計算.........................42
第四章 模具估價系統步驟與案例
4.1 實際案例驗證.................................59
4.1.1 案例一.................................59
4.1.2 案例二.................................62
4.2 其它案例.................................64
第五章 結論與發展方向
5.1 結論.........................................70
5.2 未來發展.....................................72
參考文獻...............................................77作者簡歷














表目錄
表 1-1輪廓長度修正係數...................................14
表 1-2彎曲係數...........................................14
表 1-3適用模具選擇的標準.................................15
表 2-1固定板厚度與沖頭和沖模長度之關係...................34
表 3-1模具基本結構與材質.................................45
表 3-2模具鋼材用途.......................................46
表 3-3模板厚度安全係數...................................46
表 3-4沖壓材料...........................................47
表3-5 沖壓機台費率.......................................47
表3-6 人工費率...........................................48
表3-7 產品規格書.........................................48
表3-8 模具規格書.........................................51
表4-1 案例一 成本架構....................................65
表4-2 案例二 成本架構....................................65
表4-3 全部分析案例.......................................66
表 5-1全部案例與實際報價誤差.............................75


圖目錄
圖 1-1沖剪加工...........................................16
圖 1-2沖剪模示意.........................................17
圖 1-3沖剪模具...........................................18
圖 1-4材料沖剪面積.......................................19
圖 1-5 V形自由彎曲.......................................20
圖 1-6 V形底壓彎曲.......................................20
圖 1-7 L形彎曲...........................................21
圖 1-8 U形彎曲...........................................22
圖 1-9 Z形彎曲...........................................23
圖 1-10預測成本的方法....................................24
圖 2-1沖壓下料素材展開尺寸...............................34
圖 2-2彎曲展開...........................................35
圖 2-3線切割加工.........................................36
圖 3-1模具價格計算流程圖.................................54
圖 3-2順配置.............................................54
圖 3-3逆配置.............................................55
圖 3-4複合配置模具.......................................55
圖3-5 產品規格書.........................................56
圖 3-6模具規格書.........................................57
圖 3-7機械加工費用計算...................................58
圖 3-8預估價格...........................................58
圖 4-1模具估價系統流程圖.................................67
圖 4-2案例一Spring Battery.................................67
圖 4-3案例一材料費用計算.................................68
圖 4-4案例一加工費用計算.................................68
圖 4-5案例二 隔離罩(Shielding Case)........................68
圖 4-6案例二 材料費用計算................................69
圖 4-7案例二 加工費用計算................................69
圖 5-1 OSD Sheet Metal Data................................76

第一章 緒論
1.1 前言
隨著產業的持續發展,對產品與零件的精度與外觀要求亦提高。而對做為主要加工方式的沖壓成型品的需求也相對提高,而產品之外觀造型與尺寸精度也在比以往更加的要求之下,生產製程與模具的加工就顯得更加重要,然而成品與模具的價格與品質存在著相對的關係,若成品與模具要有較佳的品質及可靠度,在模具工程分解、模具設計、模具鋼材的選用與製造加工方式則是重要關鍵。所以成品與模具價格也會相對的提高。然而客戶在模具的發包與模具廠商接單的同時,都有著各自的需求;客戶要有合理價格與品質良好的成品與模具,而模具廠商希望合理的利潤及易於開發的模具。但要如何在客戶及沖壓模具廠商之間取得平衡點,使雙方都能得到合理的價格則是關鍵,亦是本研究所探討的重點。
本研究是以標準化的模具設計與製程,讓模具製造商與發包單位有一共同且可接受的標準。模具廠可以快速且準確的預算模具成本,將模具廠的設計與製程標準化,避免發包單位的不合理殺價;發包單位亦可透過標準化的模具設計與製程可以快速掌握模具成本,確認產品的品質水準,維持模具廠的合理利潤與減少產品過度設計所造成的浪費。
1.2 沖壓製程
沖壓加工製程是利用沖壓機械設備及模具將被加工材施以部分或全部區域之沖切或塑性變形,以便達到所設計的外形及尺寸。模具的製作並非收到製品圖時立即開始執行,通常都需要經過評估後才開始模具設計、檢討、加工到組立完成。而沖壓製品大都需要數種不同的加工製程組合,方能完成。然而各種不同的加工製程,其模具構造亦不盡相同;因此,在討論沖壓製品時,必須提及是通過何種加工製程方可決定模具型式,以便選擇適當的模具構造。

1.2.1 沖壓製程種類
沖壓加工製程種類依照加工方式與特徵可大致分為沖剪加工、彎曲加工(成型加工)及引伸加工。沖剪工藉著沖床施加能量於模具,進而將板材加以分離而得到所需的輪廓與尺寸。施加於板材的作用力稱為剪力(Shear Stress)。板料產生剪力作用相反的力則稱為抗剪強度(Tension Strength)。
彎曲加工則是藉著沖床施加能量於模具,進而將材料之成形區域承受一個超過倍加工材料的彈性限度及降伏強度,但低於抗剪強度之應力。使板材產生永久變形,得到所要求之尺寸與形狀。彎曲加工的特性是受應力區域是局部的,而其他部分則無應力存在。
引伸加工是藉著沖床施加能量於模具,進而將沖頭的形狀使材料經由拉伸,使材料變形成需要的尺寸與形狀。有關引伸成形之金屬流動理論頗為複雜,經由理論分析或模擬所得的狀態與實際操作情形存在著相當的差異,目前還是主要靠經驗與嘗試錯誤的方式來操作。

1.2.2 沖壓模具介紹
沖壓加工的要求各有不同,對應不同的要求需有加工出該要求的模具與構造。在此,針對不同要求所對應的模具與構造加以介紹。一般的加工要求,可大致分為沖剪加工與彎曲加工。

1.2.2.1 沖剪模具介紹
沖剪加工常被用來做出製品的輪廓形狀,或是沖孔、沖缺口等的加工。而由材料沖剪出的輪廓,有時就是所要的成品;也有的是彎曲製程或抽引製程的素材。
沖剪加工的動作如圖 1-1所示,將製品從材料上沖剪下來。而所需要將材料沖剪出來的工具,稱為沖頭(Punch),而對應承受側的工具稱為沖模(Die)。這類的工具為專用零件;由於沖頭與沖模需具備硬度與耐磨耗,故多採用工具鋼(SKD11、SKS、SKH等)經熱處理(焠火硬度:HRc58°以上)後使用。如圖1-2 所示。
經沖剪後的製品穿過沖模掉下來,而被下料的材料則因拉伸、壓縮等作用而留在沖頭上。此時則須採用脫料板,其目的就是將材料由沖頭上取下。在進行加工時,沖頭先穿過脫料板對材料進行沖剪,沖剪後附在沖頭上的材料則會被脫料板阻擋而取下。如脫料板之類,並非沒有即無法加工的零件,稱為間接零件。
由於脫料板有時亦會做為壓料板使用,在與材料直接接觸與多次使用後,仍有磨耗及變形的產生,在一般的小量生產時會使用構造用鋼(SS41、S50C等);若為大量生產或沖剪高硬度材料時,則會使用工具鋼且做需做熱處理。
將待加工的材料置入模具內時,若因材料放置偏差則會發生加工偏差或材料浪費。因此導引材料的定位裝置則是必須存在的。
將先前所介紹的零件組合起來,再加上零件的固定與導引配件則為常見的下料/沖剪模具型式。如圖1-3
沖剪下料或沖孔(缺口)時所需的力P,為材料的抗拉強度σ乘上0.8(抗剪強度)再乘上沖剪面積。其公式(1-1)如下; P=0.8×σ×L×t (1-1)
P : 沖剪力
L : 周長
t : 料厚
σ : 抗拉強度
如圖1-4 所示 ; 材料為冷壓鋼板(SPCC),其抗拉強度為28 Kg-f/mm2;厚度t=2 mm;因此沖壓力計算如下;
周長= 20+40+36+40+76=212 mm;料厚=2 mm
沖剪面積等於=212×2=424 mm2
P= 0.8×28×424=9497.6 Kg
沖頭的設計除硬度與破壞強度都要比被沖切材料大以外,還需考慮是否能夠承受橫向變形。在計算時,一般都採用歐拉公式,此公式(1-2)所表現的為徑荷重狀態下之值。 L=nπ²EI/P (1-2)
L : 橫向變形強度
n=1 ,無脫料板 ; n=2 ,有脫料板
E : 楊氏系數
I : 斷面慣性矩
P : 沖切力
沖模之模板,其有效直段部的長度與下接的逃料角是重要的設計因素。直段部的長度關係著模具的壽命,但是,直斷部愈長,容易造成被加工材料的磨擦造成壽命簡短。所以直段部的長度一般取被加工材料厚度的2~3倍。
其沖切力與沖模厚度可用下面公式(1-3)計算; H=C×∛P (1-3) H : 模板厚 mm
P : 沖剪力
C : 輪廓長度修正係數 如表 1-1

1.2.2.2 彎曲模具介紹
彎曲加工是沖壓加工之重要製程。加工材料經過沖剪製程將輪廓沖製下來,而後經過彎曲製程不僅可以完成製品形狀,亦可因彎曲部而增加製品的結構強度。彎曲加工之模具型式有下列四種基本彎曲型式; V形彎曲、L形彎曲、U形彎曲及側向彎曲。
彎曲加工的型式可大致分為V形彎曲、L形彎曲、U形彎曲及Z形彎曲等四種。而各種彎曲加工所需之力亦會因模具是否有加裝壓板或緩衝器而有所差異,一般而言,彎曲變形力公式(1-4)為 P=C×(B×t^2×σ)/L (1-4)其中
P = 彎曲加工力
C = 彎曲係數 表1-2
B = 彎曲長度
t = 材料厚度
σ = 材料抗拉強度
L = 沖頭寬度
而彎曲加工的沖頭和沖模所需的強度計算,模板的厚度計算和間接零件的設計,亦可參照沖剪加工的計算公式與方式。
V形彎曲大致可分為自由彎曲,圖1-5;底壓彎曲,圖 1-6 兩種;而V形彎曲是彎曲加工中最精準的。
L型彎曲是將製品與衝模壓住後,用沖頭進行彎曲的加工方法,製品以沖模肩部R角為支撐點,以沖頭沖壓製品產生彎曲變形。完成彎曲工程,此時之沖頭與沖模需有間隙,而此間隙稱為彎曲餘隙,如圖1-7
U型彎曲是靠衝頭及壓板將材料夾住後,用衝模兩端為支點。沖頭衝壓製品向衝模方向前進,而完成U型彎曲。在衝壓距離與彎曲餘隙方面與L型彎曲相同,而壓板於彎曲完成後亦可將製品從沖頭中撥離,因此亦稱壓板為脫料板。圖1-8。
Z形彎曲的變形過程與上述三種型式不同。被加工材料被壓板壓住後,沖頭往沖模方向運動時,被加工材料以沖模為作用點進行彎曲。由於沖頭與沖模限制住被加工材料,因此Z形彎曲的垂直部分受到強迫作用,造成彎曲部分的材料伸長與板厚減少。圖 1-9。


1.2.3 沖壓製程的優缺點
沖壓加工製程係一近代適合大量生產的製程,將板材透過一連串的下料、彎曲、抽引及成形的工序完成產品,為近代主要生產方式之一。
沖壓加工製程與其他加工製程比較,其優點為1. 適合大量生產;一般沖床的行程從每分鐘10多次到上千次都有,且每一次行程即可完成一個產品的生產。2. 品質穩定;沖壓製程較無如塑膠射射出或壓鑄等的成形條件限制;每次沖壓皆能做到幾乎”一模一樣”的產品。3. 操作簡單;由於沖壓加工製程沒有所謂的成形條件限制,且品質穩定;因此作業員不需具備太多技能或短時間的訓練即可操作。4. 節省材料;沖壓加工所需的板材皆經過面積最大利用率計算,可使廢料降至最少;更有甚者,可將較大的廢料用來製作較小的產品。
沖壓加工製程與其他加工製程比較,其缺點為1. 模具設計製作不易;沖壓加工的產品需要下料、沖孔、折彎、預折、抽引及成型的製程來完成;因此,工站的安排、先後次序及工站的數量都需有經驗的資深設計師來執行。模板間的強度、送料的順暢與否,都關聯著模具製作時的精度。2. 不適合小量生產;由於設計與製作模具相當不易,且模具費用高;因此小批量較適合使用切割與折彎機製做,費用較低。3. 加工限制;基本上沖壓加工大多以板材為主,太厚或厚度不均的材料則無法加工。形狀複雜且有倒扣者,則較難連續加工,需送至線外加工。

1.3 研究動機與目的
在產業的持續發展,沖壓成型品的需求也相對提高,而產品之外觀造型與尺寸精度也在比以往更加的要求之下,生產製程與模具的加工就顯得更加重要;然而成品與模具的價格與品質存在著相對的關係,造成了發包單位與模具廠間的互相拉扯。發包單位在不清楚模具廠的設計方式、加工方法…等的情況下,對模具的價格結構搞不清楚。
本研究針對成品與模具價格的不透明化之現況,提出成品與模具結構設計標準化後的優點與好處。讓發包單位及模具廠有一共通的標準,亦讓發包單位了解到模具廠是依據發包單位的需求來設計及製造模具。讓模具價格透過此一系統使雙方有共識,而不會有誤會的產生。

1.4 文獻回顧
模具的製作在目前的產業已發展到成熟階段,工作母機及各種新型加工機,如高速CNC、CAM等的應用亦相當純熟。但是,模具品質的優劣亦深深影響到後續的生產。張英[1]在「虛擬實體模具廠遠距監控管理平台之建置」中提到模具廠管理者的煩惱是:
1. 對模具開發進度即成本控制的盲點。
2. 模具品質的保證依加工師傅及機器精度而定。
3. 無法將已開發模具的資料提供給所有員工再利用,無法達到累積模具開發經驗及提升模具研發的品質。
因此,為因應多變的產品外觀與結構,模具設計製作的標準化已是必然的方式。而此標準化的設計與製作,能讓模具廠及發包單位做為一個溝通的平台。在符合預算的價格內,設計製作出適合的模具。
模具估價從現有文獻來看,如Georg Menges [2] 提到有兩種評估模具價格的方法;成本函數法與成本類比法,圖1-10。
成本函數法
首先設定模具成本和外部特徵存在某種依存關係,而這種關係以數學函數法來表示。特徵是決定價格的獨立變數和交互影響的變數。
二 、 成本類比法
設定新模具的特徵與既有模具的特徵比對,依照相似程度做類比式的成本增減,以產生新的模具價格。
在塑料模具技術手冊[3]文中指出,影響模具價格的主要因素為:
1. 生產成本 。
2. 供貨周期 。
3. 高技術成分 。
4. 模具壽命 。
並將模具價格分為簡易及詳細估算兩種方式;簡易估算法分為1. 經驗估算法。2. 材料費估算法。3. 類比法。
而詳細估算則是將模具的材料、加工、管銷及利潤做細部的分割並對每一細部做估價,再將各細部估價總合為估算總價。
邱在「沖壓模具設計手冊」[4]指出,模具構造之群組化設計與模具精度等級、生產數量有關。
由參考文獻 [2],[3] ,[4]得知;如欲得到較為精確的模具估價不能只靠老師傅經驗對相類似的模具做判斷,而是蒐集過去的模具開發經驗,將已知的資料分類整理做為新設計模具的基本資料。進而將模具設計知識化、系統化及標準化。即1. 將產品的需求與特徵製訂出規格。2. 依據規格來設定模具材質與特徵。3. 按照每一特徵估算模具價格。
歐陽渭城[5]提出模具製作是依照生產規模,加工難易度和目的來決定模具構造、方式、模具壽命和模具材料等,進而製作出模具選用標準,如表 1-3。依據模具選用標準配合產品特徵,來估算模具價格,可建立一套發包單位與模具廠皆可接受的合理估價原則。
1.5 本文架構
本文主要內容共分五個章節,以下將對本文做一簡明敘述 :
緒論
本章節是從介紹沖壓製程的方式進而對沖壓模具做一初步的簡介。並對相關文獻探討與研究,找出學界與業界可以共同接受的模具型式,進而進行估價。
第二章 模具估算理論
模具價格是由模具材料、模具加工及模具組配所組合而成。在本章節則介紹標準化零件與依照沖壓成品特徵來製作的變動零件的加工方式與費用計算,及組配加工費用之計算。
模具估價系統方法
制定產品規格,依據產品規格選用模具結構與模組,再將產品的特徵參數輸入,以便計算加工方法與數量,最後綜合各結構與模組的材質、加工、人力等資訊,計算模具的費用。而管銷與利潤則是以另外加成計算外加上去。
模具估價系統步驟與案例
沖壓模具的結構設計端視沖壓件的規格需求、生產數量及精密度做為基礎而加以設計規畫而得。而模具費用的估算再根據所設定的模具加工流程與項目,加以計算與加總。運用上述之估價理論對A公司案例做探討與分析,與模具廠的報價做比對,找出其計價差異,建立一套對A公司與模具廠皆可接受的計價方式。
第五章 結論與發展方向
價格計算的準確與否,將是本系統最大的挑戰。而影響價格準確的原因有很多,而以資料的串聯及計算與操作介面為主要的問題點;至於資料的更新與準確性則可定期審閱與檢討即可達到一定的及時與準確。
未來研究的方向偏重在參數化繪圖軟體的智慧化、資料庫與知識庫的更新與分析、操作介面的簡易化。參數化軟體的選用、設計標準規格化、知識庫整理、CAM軟體的串及資料庫的更新是未來發展的方向。









表 1-1輪廓長度修正係數
長度mm 50~75 75~150 150~300 300~500 500以上
C 係數 1.12 1.25 1.37 1.5 1.6

表 1-2 彎曲係數










表 1-3 適用模具選擇的標準
項目 次項目 1級 2級 3級 4級
成品性質和生產量 生產規模 大量生產 大量生產
中量生產 中量生產
少量生產 少量生產
短期生產+試製
穩定度 形狀變化小 形狀變化小 形狀變化大 形狀變化大
短期生產
月生產量 100000 以上 30000~100000 1000~30000 1000
沖壓加工難易度 非常困難 困難 普通 簡單
模具 製造目的 合理化為至上目的 要求尺寸穩定,也考慮合理化 以低製造費用,短期交貨為目的 以低製造費用,短期交貨為目的
構造 非常複雜 複雜 普通 簡單
模具壽命 400 萬 以上 200 萬 以上 5 萬 以上 5 萬 以下
材料與熱處理 SKD1、SKD11、SKH9、超硬合金
HRC 60以上 SKD 3、SKD 11
HRC 58以上 SKS 3、SKS 5
HRC 58以上









圖 1-1 沖剪加工

圖1-2沖剪模示意




圖 1-3 沖剪模具



圖 1-4 材料沖剪面積











圖 1-5 V形自由彎曲


圖 1-6 V形底壓彎曲



圖 1-7 L形彎曲









圖1-8 U形彎曲












圖 1-9 Z形彎曲











圖 1-10 預測成本的方法









第二章 模具估算理論
2.1 沖壓成品估價理論
沖壓成品的成本組成分為直接費用與間接費用兩種。間接費用則由a.企管費用,b.利潤,c.資金利息,d.間接人力等所組成。由於間接費用各公司的規模大小不一,會計系統不同;因此較難有一標準計算方式,故在此不納入成本計算。
直接費用由A.材料費用,B.機台費用,C.人工費用,D.運輸包裝,所組成。
材料費用:將沖壓成品根據形狀尺寸,將其展開成一長方型平板;缺口或凸出部分必須將其補齊成一長方形。如圖2-1,沖壓素材之尺寸尚需加支撐材料(廢邊)之尺寸才是完整的素材尺寸。
彎曲部分解成未受彎曲變形的直線部分及受到彎曲變形的彎曲部,求出個別部分的長度做為計算的輔助,圖2-2。
取材料展開後的最大長度與寬度,再加上邊框或送料帶的寬度,一般單邊為2.0 mm,即為素材最大尺寸;素材長度×寬度×厚度×素材密度=素材重量,公式(2-1),由素材重量參考購料單價即可得材料費用。
機台費用:(機台的平均分攤日費用+消耗動力費用為機台費用)/日生產量。機台的平均分攤日費用=〔(機台設備的購入價格/年分攤)+年貸款利息+年維修費用〕/250(工作日) 公式(2-2)。消耗動力費用為機台及周邊設備所消耗之動力費用。
人工費用:直接操作人員費用+間接操作人員費用。
運輸包裝:運送路程、運送車種、運送數量、運送人員…等費用。包裝材料及包裝人員費用。

2.2 沖壓模具估價理論
模具的成本價格;有材料費用、加工費用及組配費用所組成的。因此,從產品需求來設計模具,就可以決定各模板的需要與否、材質及熱處理需求硬度。而機械加工部分所需計算的加工時間或加工面積則從產品素材展開尺寸可以推導出所需模板的長度;加上預留導柱、定位銷與夾持空間可以推導出模板寬度;依據沖壓強度再計算模板材質所能承受沖壓強度的厚度。機械加工部分則需再填入推估的詳細資訊,如鑽孔數及細孔放電數。

2.2.1 材料費用
沖壓模具的材料分為標準化零件及變動零件(依照製品)。標準化之零件;如,模座、圓形沖頭、定為銷、導柱、導套等。變動零件;如,模板、異形沖頭、凸輪結構、沖模等。
標準化零件根據模具設計需求計算出需求數量,再收集市面上的標準零件供應商的產品目錄,然後按其分類選擇適用的零件。將所需的規格與尺寸購買進來即可,惟尚需注意材質與硬度是否符合需求。若無直接符合規格尺寸者,亦可購買相近之產品,自行再加工至所需之尺寸形狀即可
變動零件則需先計算沖壓強度後再計算變動零件材質所能承受沖壓強度的厚度,再加上四邊所需預留的定位銷、導柱及夾持的空間,即為所需的尺寸。根據此尺寸即可計算模板材料價格。沖頭和沖模固定板的主要功能是保持沖頭和沖模的垂直度與位置精度。因此其厚度與沖頭與沖模的形狀與尺寸有相對關係。如表2-1。
模板除具備將加工材料脫離模具的基本機能外,亦須擔任沖頭的導引或壓住製品的功能,需注意沖模與沖頭凸出部位的逃逸處理。模板的板厚計算如下,公式(2-3):
H≥∛Pk;
Pk=l×t×τ (2-3)
H : 板厚
Pk : 沖剪荷重
l : 沖剪輪廓長度
t : 材料厚度
τ: 材料的抗剪強度

2.2.2 加工費用
沖壓模具的加工一般可分為面加工與內部加工兩種。面加工是指模座、固定板、脫料板、沖頭與沖模等的表面面切削,使用如車床、铣床、磨床等工作母機,使零件之平面度、平行度、垂直度及需要的模板高度尺寸達到需求。內部加工則是指完成面加工後的零件,以鑽床、铣床、放電加工、線切割、深孔放電等工具機分別加工槽、孔、異形沖頭、沖模等功能零件的加工。以下將針對各種加工的計費方式做一說明。
數值控制中心加工機:傳統之數值控制(NC),若增加了電腦控制的功能,即成為電腦數值控制(Computer NC)。中心加工機(Machining Center; MC)是在NC工具機上附加兩種機能。一為刀具自動交換機能,另一為自動指度(index)工作兩個以上的機能。其計費方式為加工所花費的時間。如果要精確的計算加工所需的時間,利用3D Model 模擬CAM,利用CAM預測加工所需花費時間。但是這需要具備專業技能的人員方能進行,所以使用簡單的公式來計算是比較容易達成的。其公式是以加工所需移除的體積除以每分鐘設定刀具能移除的體積,就可以得到加工所需的時間。刀具的直徑M(mm),乘上刀具進給速度V(mm/Min),再乘上,刀具切削深度d(mm);即可得每分鐘可以移除的體積。模板預計移除的體積除以每分鐘可以移除的體積就是加工所需的時間。不管是粗加工或細加工,再乘上安全係數,都可以預先知道加工所需時間。由於沖壓模板大都是訂製品,尺寸都很接近成品,所以只有铣削平面使各面之間垂直,讓後續加工有加工基準面。因此,另一種計價的方式則是以加工面積來計算。
放電加工(EDM)亦稱火花腐蝕加工,顯名思義,此方法是利用放電產生的火花,侵蝕且揮發微量的金屬工件而得出所需求的大小與形狀。
EDM 系統是由加工成所須形狀的電極、工件、直流電源供應器以及裝有非導電介質(dielectric)的容器所組成。
電源接通後,即進行充電過程,待電容器充電到適當程度時,升高的電壓達至足以克服電極與工件間的電阻,即進行放電過程。此時,由於間隙最小處的電流密度最高,因而會在該處產生放電火花,它沖蝕並揮發掉工件上的金屬微粒。放電速率約在50 kHz到500 kHz之間。
非導電介質的功用:
當作絕緣體,直到電壓足夠高時,方轉成導體。
沖走間隙中的侵蝕金屬顆粒。
當作冷卻介質。
由於電極與工件間的間隙對於放電加工性能十分重要,因而可用伺服機構控制著電極的向下進給,以維持定值的間隙。大多數的機器都設有頻率選擇器,用以控制電極和工件間的電火花頻率。若放電的頻率增加,每次放電的能量就會相形地減少,每次放電所侵蝕的金屬也就減少,因而可增進工件的表面光平度。
電極即為工具,它與工件中所欲切除的形狀相同,雖然並不承受大量的熱,但必須有較高的熔點與良好的導電性,通常使用銅、黃銅、石墨、碳化鎢、銅鎢合金,和鋅合金等。而工件材料只須具有良好的導電性即可。
此種方法的主要用途計有硬化鏌具中的鏌穴加工、加工小徑的深孔、窄槽、渦輪葉片,亦可用於沖蝕斷裂在孔中的絲攻。在粗放電加工中,其表面粗度(Ra)由12.5到1.6 μm,公差±125~25×10-3 mm。而細放電加工時,則為6.3~0.4 μm,公差為±30~8×10-3 mm,切除速率約0.15 cm3/min。
沖壓模具用到放電加工的大多是用在線切割前的細孔加工用。50 mm以下的模板其費用計算是以孔計算,而50 mm以上厚度的模板則以加工時間計算。
線切割放電加工法(Wire Electrical Discharge Machining;簡稱WEDM),加工原理與雕模放電加工法大致相同,不同的是使用細線為電極。通常線材為銅、黃銅、鎢等,以線鋸式加工工件因此線切割機可給予如下之定義:係利用連續送出之細線為電極,而將工件置於CNC 控制之XY 工作台上,以放電法高精度加工成任意輪廓形狀之數控工具機,至於加工速度主要因工件材質,厚度及銅線直徑而有變化,以工件厚度而言,工件越薄則加工速度越快,反之則越慢,而加工速度之計算係以每分鐘所能切割之最大工件截面積為基準。線切割加工的計價方式是以線長+厚度作為計價單位(元/mm)。依據精密度或粗糙度要求不同,線切割加工單價亦不相同,例:割一修一、割一修三…,線切割加工修的次數越多,加工單價越高。圖2-3。
熱處理:沖壓模具會承受相當大的壓力,因此沖壓模具需經過熱處理來提高模具的硬度、耐磨性、耐沖擊性等特性。為提高硬度通常會施以焠火處理,一般沖壓用的工具鋼,如SKD11、SKS等,在經過焠火處理後,硬度可達HRc58度以上。為提高耐衝擊性,在經過焠火處理後,再施以回火及深冷處理,以消除因焠火處理而產生的應力及中與殘留應力;深冷處理則以增加麻田散鐵,消除殘留沃斯田鐵,以增加模具的耐衝擊性。模具的熱處理價格則是以熱處理的種類與重量來計價。不同種類的熱處理會有不同的價格。
研磨:模板在經過線切割後在交線處會留下切削段差,以及在熱處理後所產生的模板變形;一般都是經過研磨加工來消除段差與變形並且增加沖模的銳利,在前加工時即預留了研磨的預留量。大面積的平面研磨需使用平面磨床。其計價方式以研磨面積計算;研磨面積乘上加工單價元/mm2,公式(2-4)。

2.2.3 組配費用
鉗工裝配是以手工修整或機械切削來對零件加工,使其達到所要的尺寸及測量零件與配合組裝零件。裝配零件有模板、沖模、沖頭、沖頭固定、定位銷、彈簧、引導件、崁合件等的裝配。各零件的整修、對合、研磨作業完成後,亦需對模具的各滑動件的做動做確認。
由於組配鉗工大都屬於人工作業,因此其費用之計算亦以人工費用為主。以每日能完成組裝多少模具來計算;一般小型模具由於重量輕(30 ㎏以下),零件較少;一個人可以獨立組配,一天可以組配2~3付模具。中大型模具由於重量較重,個人無法搬動,一般皆需靠起重設備輔助。模具較大,零件亦相對較多。一般每組需配置2~3人。一天可以組配1~2付模具。











表 2-1 固定板厚度與沖頭和沖模長度之關係


圖 2-1 沖壓下料速才展開尺寸






圖2-2 彎曲展開









圖2-3 線切割加工










第三章 模具估價系統方法
模具的成本是必須有競爭力的,廉價的模具在生產中未必就是廉價的。模具的價格是與成品價格共同評價的。少量的產品,簡單的模具外導引與模板材質都不必太考究,表現也可能是令人滿意的。但對於高產量的產品,就必須考究到模具的每一結構與零件是否足夠應對。雖然模具價格比廉價模具高,然而每件產品所分擔的模具成本卻是相差不大。因此模具的價格所反映的是對產品要求,產品的產量及精密度就決定了模具大部分的材質與結構。

3.1系統架構
本模具價格計算的流程圖如圖3-1所示;先制定產品規格,依據產品規格選用模具結構與模組,再將產品的特徵參數輸入,以便計算加工方法與數量,最後綜合各結構與模組的材質、加工、人力等資訊,計算模具的費用。而管銷與利潤則是以另外加成計算外加上去。模具的成本價格如前文所示;有素材費用、加工費用及組配費用所合成的。因此,從產品規格書與模具規格書可以決定各模板的需要與否、材質及熱處理需求硬度。而機械加工部分所需計算的加工時間或加工面積則從產品素材展開尺寸可以推導出所需模板的長度、寬度與厚度。機械加工部分則需再填入推估的詳細資訊,如鑽孔數及細孔放電數,其餘的部分可以依據素材展開尺寸來計算。

3.2資料庫
資料庫分為兩大部分;一為沖壓模具資料庫,另一為沖壓品資料庫。沖壓模具資料庫內,除模板、沖頭及五金零件外,還包含加工用的工作母機與人工的加工費率及單位時間加工量。沖壓成品資料庫,內含各種沖壓機台的衝壓能力,衝壓行程,衝壓速度及周邊設備,如空壓機、油壓泵等。

3.2.1沖壓模具資料庫
沖壓模具的基本構造分類可依照沖頭或沖模的配置來分類成順配置型及逆配置型二種。順配置型為沖頭在上,沖模在下;逆配置則反之,沖頭在下,沖模在上,如圖3-2、圖3-3。但在許多狀況下,為節省模具套數,常將順配置及逆配置混裝設置,稱之為複合配置模具,圖3-4。而無論順配置、逆配置或複合配置的模具,其基本模具結構皆相似,只是裝置的位置不同。因此在模具資料庫內並不會因配置不同而有所增減,而是以沖壓件的需求規格為主。其模具基本結構如表3-1。
可應用於沖壓模具的材料種類繁多,本文將依用途不同將材料概分為中碳鋼、工具鋼、高速工具鋼及超硬合金。如表 3-2。
模板的厚度基於數量與精度的考量,會給于一個安全係數,以保障模具壽命與精度,確保沖壓件的品質。如表 3-3。
沖壓模具加工的形式有許多種,各種加工的方式,計價方式亦不相同下列將常用的加工形式計算方式說明如下:
銑銷:一般運用在備料加工,常說的 ”銑六研二”_”銑六"_銑銷六面,銑銷的計價基礎是以面積作為計價基礎元/in2,但是面積的單位為「英吋」(in2)。一般計算公式如(3-1):
((厚度+長度)×(厚度+寬度)×2/645×加工單價) (3-1)
平面研磨:平面研磨計價單位也是以面積為計價基礎元/in2,面積是以英吋 ( in2 )作為計價單位。計價公式如(3-2):
((寬度×長度)×2/645)×加工單價 (3-2)3. 鑽孔:鑽孔計價方式是以孔徑、數量與盲孔作為計價基礎元 / 孔 ,一般是以ψ25 mm作為區隔,單價略有差異;
鑽孔數量×鑽孔單價 = 鑽孔加工費用 (3-3)
4. 熱處理:熱處理是以重量計價,重量的單位為元/公斤。熱處理會有不同的處理方式,不同的處理方式,其處理單價亦不同。
5. 線切割加工:線切割加工的計價方式是以線長X厚度作為計價單位,元/mm。此外,依據精密度或粗糙度要求不同,線切割加工單價亦不相同,例:割一修一、割一修三…,線切割加工修的次數越多,加工單價越高。
6. CNC加工:一般CNC加工是以時間作為計價單位,元/hour。使用特殊刀具時,則需另外考量刀具損耗費用。
7. 放電加工:放電加工是以時間作為計價單位,元/hour。電極製作費用另計,使用深孔放電時,則以孔數量作為計價基礎。

3.2.2衝壓成品資料庫
沖壓成品的價格組成是由材料費用、機台費率、操作人工、二次加工、包裝運輸及管銷利潤所組成。二次加工要視產品需求何種加工才能決定價格;管銷利潤需視各家公司的規模大小與所訂定的本益比而定,因此上述兩項沒有可以遵循的計算方式和固定比例,故不列入計算,由各工廠自行按比例加總。
沖壓成品資料庫,內含各種材質的抗剪強度、單價、比重及沖壓機台與周邊設備如空壓機、油壓泵等的資料,以及機台費率。
沖壓材料之種類非常多,有金屬材料與非金屬材料兩大類。在此僅選擇業界常用的幾種金屬材料納入本文之研究。表3-4 。
沖壓件的成本計算,除了上述的材料成本外,再者就是加工費用了。加工費用的組成有機台費率及人工費用。本文僅對案例研究的公司所提供的機台費率與人工費用的資料,分析成計算加工成本之資料庫計算。表3-5為沖壓機台費率。表3-6為人工費率。

3.3操作介面
本文所使用的軟體是Microsoft Excel。系統分為4部分,分別為;規格書,工程衝壓模具估價單,連續衝壓模具估價單及DATA(資料庫)。首先是規格書;需輸入產品資訊;素材展開尺寸的長、寬、厚度、材質、產量、模具型式(若為工程模則需加填「工站數」)及精密等級,如圖3-5。系統則會彙整上述資訊,選擇出較佳的模具結構規格,圖3-6。
依據所選擇的模具型式,進入工程沖壓件模具估價單或連續沖壓件模具估價單中,填入產品的特徵孔數;如鑽孔、細孔放電及放電加工,圖3-7。
而所有輸入的資訊皆會與DATA中的資料比對與計算;而此資料是可以依據不同的計價方式而隨時修改。當所有資料都填入後則會在規格書之頁面的「預估模具費」及「預估加工費」欄中出現預估價格,圖3-8。

3.4 模具價格計算流程
如同3.1所介紹之系統架構;先制定產品規格,依據產品規格選用模具結構與模組,再將產品的特徵參數輸入,以便計算加工方法與數量,最後綜合各結構與模組的材質、加工、人力等資訊,計算模具的費用
3.4.1 產品規格書
產品規格書是由發包單位針對沖壓產品的需求所填寫,內容如表3-7。
產品規格書不僅記錄沖壓產品的加工精度要求,也對下料方向、外觀要求及二次加工的要求加以規範。同時後續針對模具完成後對沖壓成品的檢查與驗證是否有達到當初所設定的需求。模具廠亦能從產品規格書中的要求,來規劃、設計與合理的模具結構。
3.4.2 模具規格書
模具規格書是不需要填寫而直接依據規格書所述的產品加工要求,利用資料庫的串聯與計算,推導出如何的模具材質與模組結構可以達到產品的加工要求。表3.8。例如根據精度與產量可以在資料庫中找出適當的模板材質與熱處理硬度。

3.5資料的串聯與計算
沖壓件的規格有材質、材料展開尺寸、預估產量與精命度。這些資料會與模具的結構設計與材質選擇有相對的關係。
模具的結構設計大致上會先依循事先設定的預估產量與精度來決定。
模板的長度與寬度必需大於沖壓件的展開尺寸,因此就必須先計算沖壓件的展開尺寸。展開尺寸需再加支撐邊之尺寸,單邊3 mm之後才是真正素材的尺寸。圖3-5中,黃色欄位為自行填入之資料;其中素材尺寸就是根據材料展開尺寸運算之結果。
根據素材尺寸再加模板的所需的強度、導柱或其他零件的所需空間,可以計算出模板的長度與寬度。在本系統中在計算模板長度與寬度時會自動去聯結沖壓件的素材尺寸而加以計算。一般而言,模座上會安裝外導柱,而外導柱之尺寸一般選用ψ50 mm,其導柱座約155 mm寬;故模板尺寸會再加大20 mm做為安全邊,所以模板長度與寬度單邊尺寸會在加175 mm,兩邊共加350 mm。
模板的厚度計算則與沖壓件的抗剪強度與沖壓周長有關,模板厚度必須足以承受其沖擊力與抗凹,因此在計算模板厚度前先計算最大沖壓強度。
如1.2.2.1 沖剪模具介紹中所提,沖剪下料或沖孔(缺口)時所需的力P,為材料的抗拉強度σ乘上0.8(抗剪強度)再乘上沖剪面積。公式如(3-4)
P=σ×0.8×A (3-4)
依據表3-4 沖壓材料可以找出對應沖壓材料的抗剪強度,而按照展開尺寸可以算出被沖剪面積,如此可以算出沖剪力,再參照1.2.2.1 沖剪模具介紹中所提之沖切力與沖模厚度可用下面公式(3-5)計算;即可算出模板厚度。
H=∛P (3-5)
H : 模板厚 mm
P : 沖剪力
計算出模板之長度、寬度與厚度後即可以參照各模板材質之比重計算出重量,即可得材料費用。
模板尺寸帶入加工費用計算的程式,可以導出各種加工的費用。例如銑削與平面研磨與模板表面積相關,線切割則與沖壓件展開尺寸有關。而要精細計算細孔放電與鑽孔數量則需完整的模具圖完成後方可施行,可是在估價時是不可能有詳細的模具圖的;所以本文使用一經驗公式亦即每150 mm需要一個螺絲孔的基本要求下,由面積來換算共需要多少孔。
五金零件費用與組配費用則是依照上述之模具材料費用加模具加工費用的一定比例來計算;模具愈大,五金零件一定會增多,組配人工亦會增加。一般其比例由10 %~25 %。
表 3-1 模具基本結構與材質
名稱 材質
上模座 鑄鋼(SC)
上模背板 SKD11熱處理HRc58以上
沖頭固定板 SKD11熱處理HRc58以上
沖頭挾板 SK2-SK5
壓板(脫料板) SK2-SK5
沖頭 SKD11熱處理HRc58以上
沖模(母模) SKD11熱處理HRc58以上
沖模固定板 SKD11熱處理HRc58以上
沖模背板 SKD11熱處理HRc58以上
下模座 鑄鋼(SC)












表 3-2 模具鋼材用途
種類 名稱 用途
中碳鋼 鑄鋼(SC) 用於不直接受力部分如:模座、導料塊、定位銷等。
預硬化鋼
SS 41
工具鋼 SK2-SK5 用於間接受力部分,如:脫料板、夾持板、背板等。
SKS 3
高速工具鋼 SKD11熱處理HRc58以上 用於直接受力部分,如:沖頭、沖模等。
粉末高速鋼
超硬合金 SKH9熱處理HRc60以上 用於硬材質或耐磨耗之直接受力部分
超硬合金

表 3-3模板厚度安全係數
安全係數 FS 低 中 高
5萬以下 1 1.2 1.4
5萬~60萬 1.2 1.4 1.6
60萬以上 1.4 1.6 1.8
表 3-4 沖壓材料
材質表 比重 抗剪強度 單價
SECC(鍍鋅鋼鈑) 7.85 28 33
SPCC(光鈑;無表面處理) 7.85 28 30
SPCE(抽引用光鈑) 7.85 28 33
SPTE(馬口鐵) 7.85 28 45
SK(工具鋼) 7.85 50 100
SS*(一般構造用鋼) 7.85 28 30
SUS(不鏽鋼) 7.9 130 160
BRASS(黃銅) 8.9 28 160
CuP(磷青銅) 8.6 50 180
CuBi(鈹銅) 8.6 100 1000
AL-*(鋁合金) 2.7 12 180

表3-5 沖壓機台費率
機台噸數 機台價格 保固期(年) 機台每SEC費用
35T $ 500,000 5 $0.0127
45T $ 700,000 5 $0.0177
60T $ 800,000 5 $0.0203
80T $ 1,200,000 5 $0.0303
110T $ 1,500,000 5 $0.0380
160T $ 2,300,000 5 $0.0583
200T $ 3,300,000 5 $0.0836
250T $ 4,300,000 5 $0.1090
300T $ 4,800,000 5 $0.1217
350T $ 5,300,000 5 $0.1343
400T $ 6,300,000 5 $0.1597
攻牙機 $ 60,000 5 $0.0015
鉚釘機 $ 80,000 5 $0.0020
點焊機 $ 120,000 5 $0.0030
電子秤 $ 6,000 5 $0.0002
貨車 $ 500,000 5 $0.0127

表3-6 人工費率
人工費 計算方式:日薪/8hr/60min=人工每分鐘成本          
人員 日薪 8hr 60min 人工每分鐘成本 人工每秒鐘成本
師傅 2000 8 60 4.17 0.0694
作業員 1200 8 60 2.50 0.0417

表 3-7 產品規格書
產品規格書
料號   品名  
零件材質   材料供應商  
預估總產量   模具形式  
材料展開尺寸 mm 長 寬 厚度
     
工序數   精密等級  
圖面 設計Check List 說明
壓延方向定義 與送料方向相同 鏌具設計進料方向與圖面一致 是  
毛邊方向 無定義 鏌具設計下料方向與圖面一致 是  
毛邊處理方式
(毛邊高度<t/10) 無定義 毛邊處理方式與圖面一致 是  
折彎外觀處理方式 不允許脫料痕 折彎外觀處理方式 滾輪  
重點尺寸標註 有定義 與重要尺寸相關的孔與平面是否在同一工序或相鄰的工序加工(成形) 是  
    在需要的場合,成型前是否有預壓線? 是  
    料帶與成品切斷位置與型式是否合理 否  
    模具的排樣圖是否在適當位置提供了空工位 否  
    治具之設計 是  
彈性件之R角標註
R≧5t 有定義 R角形成方式會造成加工硬化及斷裂嗎? 是  
攻牙 無定義 如為連續鏌加工,是否需另加工程鏌成型 否  
焊接 共____處(標註於圖面);□ 點焊;□抗剪強度_____Kgf ; □抗拉強度_____Kgf 治具之設計 是  
         
鉚接 種類:抽孔鉚,共____處(標註於圖面);□抗拉強度_____Kgf;□抗扭強度____Kgf 治具之設計 是  
鉚釘(螺柱) □其他___;規格(螺柱)_______;铆釘規格(標註於圖面);□抗拉強度_____Kgf;□抗扭強度____Kgf 治具之設計 否  
熱處理 □回火;回火前硬度_____;回火後硬度______ 熱處理後是否允許表面變色 是  
    熱處理曲線(Temperature - Time)是否合理 是  
    熱處理時之擺放方式是否適當 否  
表面處理 □電著;電著顏色________;電著厚度__________ 表面處理之擺放方式及其他要求是否適當 是  
    電鍍,烤漆等作業方式,是否允許孔內電鍍不佳(盲孔);吊掛痕跡或溢漆 是  
表 3-8 模具規格書
鏌具結構規格
  鏌具規格 Check List 說明



造 鏌座 可以不要 在已知的壓力下,是否有足夠厚度的模板能防止變形 是  
材質 鑄鋼(SC) 鏌座之材料選擇與強度是否足夠 是  
外導柱裝置形式 複合型 鏌具是否有足夠尺寸的外導柱跟導套來對齊模具 是  
導引裝置規格 滾珠 是否有足夠強度來應對側向力 是  
備註  

鈑 衝鏌固定版 一體 在已知的壓力下,是否有足夠厚度的模板能防止變形 是  
脫料鈑 一體 在已知的壓力下,是否有足夠厚度的模板能防止變形 是  
衝頭固定鈑 一體 在已知的壓力下,是否有足夠厚度的模板能防止變形 是  
衝頭固定方式 帶肩衝置入      
鏌鈑材質 SKD11熱處理HRc58以上 鏌鈑之材料選擇與強度是否足夠 是  
    以硬度計測試硬度是否達到圖面要求 否(No)  
    鏌鈑分割是否適當 否(No)  
備註  

鏌 沖頭(Punch)材質 SKD11熱處理HRc58以上 沖頭之材料選擇與強度是否足夠 否(No)  
    沖頭是否能獨立裝卸 ? 否(No)  
沖鏌(Die)材質 SKD11熱處理HRc58以上 沖鏌之材料選擇與強度是否足夠 否(No)  
衝鏌型式 一體 衝鏌鑲塊大小是否適當? 否(No)  
衝頭固定鈑材質 SKD11熱處理HRc58以上 衝鏌鑲塊是否能獨立裝卸 ? 否(No)  
衝頭夾板 SK2-SK5 鏌鈑分割是否適當 否(No)  
壓鈑(脫料鈑) SK2-SK5 以硬度計測試硬度是否達到圖面要求 是  
備註  



件 內導引裝置(輔助導引) 可以不要 內導柱強度是否適當 否(No)  
內導引裝置(輔助導引)形式 複合型 內導柱位置是否適當 否(No)  
內導引裝置(輔助導引)導套 要      
限位塊 要 限位塊是否有效限制鏌具高度 是(Yes)  
    脫料(壓)鈑所用彈簧位置與力量是否足夠 是(Yes)  
         



式 上鏌 夾頭或壓板 大型鏌具的上下鏌鈑是否有預留挾持用溝槽?與預先設定機台是否相同 是(Yes)  
下鏌 夾頭或壓板 大型鏌具的上下鏌鈑是否有預留挾持用溝槽?與預先設定機台是否相同 是(Yes)  


圖3-1 模具價格計算流程圖










圖 3-2 順配置

圖 3-3 逆配置


圖 3-4 複合配置模具


圖3-5 產品規格書




圖3-6模具規格書


圖3-7 機械加工費用計算


圖 3-8 預估價格






第四章 模具估價系統步驟與案例
沖壓模具的結構設計端視沖壓件的規格需求、生產數量及精密度做為基礎而加以設計規畫而得。而模具費用的估算再根據所設定的模具加工流程與項目,加以計算與加總。其流程圖如圖4-1。

4.1 實際案例驗證
此次實際案例研究將運用由第二章的模具估價理論以成本函數法為方式,配合第三章之沖壓模具的估價系統來計算A公司之案例。沖壓零件的用途種類繁多,今選擇事務機裡面常用的7個沖壓零件來探討分析;本文僅詳述其中兩個零件的計算方式與步驟,其餘5個沖壓零件則顯示其估價結果,與詳述之兩個零件共同整理成資料,運用成本類比法的觀念,檢視與實際成本之差異處,做為改進本文所探討分析之方式的改進,進而提高模具估價的準確性。

4.2.1 案例一
本案例為事務機之電池接觸彈片(Spring Battery)如圖4-2,分析方式將使用第三章沖壓模具的估價系統來對此零件進行模具估價,如下所示:
1. 產品規格輸入
此產品之外觀展開尺寸(Outline Dimension)為15.86 mm(長)× 6.82 mm(寬)×0.3 mm(厚度),材質: C5191磷青銅(Phosphor Bronze) 。
2. 模具規格輸入
本模具預估壽命在5萬~60萬模次,模具型式為連續模,精度為中等,預估工站數量為9個工站。
3. 模具規格輸出
模板厚度 : 在1與2輸入後,由系統經由公式(2-3)計算出模板厚度為29.3 mm,系統自動取其整數成為30.0 mm。
模板長度 : 如4-1節所提模座上會安裝外導柱,而外導柱之尺寸一般選用ψ50 mm,其導柱座約155 mm寬;故模板尺寸會再加大20 mm做為安全邊,所以模板長度與寬度單邊尺寸會再加175 mm,兩邊共加350 mm。再乘上工站數,因此長度為574 mm。
模板寬度 : 方式如b所提;寬度為213 mm。
4. 費用估算
材料費用計算: 由3.計算出模板的長、寬、厚,再帶入公式2-1計算出各模板重量;再乘上各模板的每公斤價格即可得知各模板的材料費。如圖4-3。
加工費用計算 :
铣床費用: 各模板的6個面皆加工;價格為 NTD $5930.0。
平面磨床費用 : 各模板的厚度方向的兩個面皆加工;價格為 NTD $1569.95。
鑽孔費用 : 2+(模板長度/150 mm)+(模板寬度/150 mm) = 74孔;每孔30元;價格為 NTD $2220.0。
熱處理 : 模板重量 × 處理費用;價格為 NTD $11166.0。
線切割 : 素材輪廓長 × 模板厚度 × 線切費用;全線長=2427.6 mm3;價格為 NTD $3885.0。
以上如圖4-4。
c. 模具零配件與組配費用 : 零配件包含導柱、彈簧、螺絲等;本文是以模具材料加模具加工費用的20%計算。價格為 NTD $13937.0。
D . 管銷費用 : 本文是以模具成本的20% 為費用;價格為 NTD $9524.0。
5. 模具總價格
綜合並歸納上述之價格,在不計算利潤下,其總價為NTD $103,540.0。而A公司的報價為NTD $108,520;誤差為-5.22%。其材料成本、加工成本、五金零件成本、管銷成本四個項目,如表4-1案例一 成本架構,及所佔百分比。
4.2.2 案例 二
本案例為事務機PCBA之隔離罩(Shielding Case)如圖4-5,分析方式亦使用第三章 沖壓模具的估價系統來對此零件進行模具估價,如下所示:
1. 產品規格輸入
此產品之外觀展開尺寸(Outline Dimension)為36.8 mm(長) X 30.4 mm(寬) X 0.2 mm(厚度),材質 : 馬口鐵 SPTE。
2. 模具規格輸入
本模具預估壽命在60萬模次以上,模具型式為連續模,精度為中等,預估工站數量為5個工站。
3. 模具規格輸出
a. 模板厚度 : 在1與2輸入後,由系統經由公式(2-3)計算出模板厚度為28.8 mm,系統自動取其整數成為30.0 mm。
b. 模板長度 : 如4-1節所提模座上會安裝外導柱,而外導柱之尺寸一般選用ψ50 mm,其導柱座約155 mm寬;故模板尺寸會再加大20 mm做為安全邊,所以模板長度與寬度單邊尺寸會再加175 mm,兩邊共加350 mm。再乘上工站數,因此長度為525 mm。
c. 模板寬度 : 方式如b所提;寬度為363 mm。

4. 費用估算
a. 材料費用計算: 由(3)計算出模板的長、寬、厚,再帶入公式2-1計算出各模板重量;在乘上各模板的每公斤價格即可得知各模板的材料費。如圖4-6。
b. 加工費用計算 :
铣床費用: 各模板的6個面皆加工;價格為 NTD $4738.0。
平面磨床費用 : 各模板的厚度方向的兩個面皆加工;價格為 NTD $1273.37。
鑽孔費用 : 2+(模板長度/150 mm)+(模板寬度/150 mm) = 64孔;每孔30元;價格為 NTD $1920.0。
熱處理 : 模板重量 X 處理費用;價格為 NTD $49,727.0。
線切割 : 素材輪廓長 X 模板厚度 X 線切費用;全線長=16,646 mm3;價格為 NTD $3,330.0。
以上如圖4-7。
c. 模具零配件與組配費用 : 零配件包含導柱、彈簧、螺絲等;本文是以模具材料加模具加工費用的25%計算。價格為 NTD $25,531.0。
d. 管銷費用 : 本文是以模具成本的25% 為費用;價格為 NTD $31,914.0。
5. 模具總價格
綜合並歸納上述之價格,在不計算利潤下,其總價為NTD $159,572。而A公司的報價為NTD $168,562;誤差為-5.3%。其材料成本、加工成本、五金零件成本、管銷成本四個項目,如表4-2案例二 成本架構,及所佔百分比。

4.3.其他案例
除4.2.1 及 4.2.2 所做之案例外,另外又做五個沖壓零件的估算與分析。依照種類分別為連續模二套,工程模三套。全部零件如表4-3 全部案例。其主要目的為多做幾組案例以驗證本估價系統之精確性;次要目的為驗證連續模與工程模是否皆適用本估價系統。
工程模之案例皆為A4 Size事務機之本體結構件,屬於中型零件,需要110噸的沖壓機台才能加工。連續模之案例亦為A4 Size事務機之零件,屬於小型零件,25噸以上的沖壓機台即可加工。以此對大小不同的零件做比對分析,以期求出模具種類與模具大小對本系統的的差異。



表4-1 案例一 成本架構
Item 價格構成要項 價格 比重 %
1 材料成本 $41,617 40.19%
2 加工成本 $33,412 32.27%
3 五金零件成本 $11,254 10.87%
4 管銷成本 $17,257 16.67%
5 利潤 $0 0.00%
6 總價格 $103,540 100.00%

表4-2 案例二 成本架構
Item 價格構成要項 價格 比重 %
1 材料成本 $29,617 18.56%
2 加工成本 $72,509 45.44%
3 五金零件成本 $25,531 16.00%
4 管銷成本 $31,914 20.00%
5 利潤 $0 0.00%
6 總價格 $159,572 100.00%



















表 4-3全部分析案例
item Part Name picture material thickness mold type 工站數
1 Spring Battery
磷青銅 0.3mm 連續模 9
2 Shielding Case
SPTE 1.2mm 連續模 5
3 Pully Gear
SECC 1.6mm 連續模 5
4 Gear Support
SECC 1.2mm 連續模 6
5 STICT PLATE
磷青銅 0.2mm 工程模 4
6 BASE PLATE
SECC 0.8mm 工程模 5
7 Support Left Plate
SGCC 1.2mm 工程模 4


圖 4-1 模具估價系統流程圖



圖4-2 案例一 Spring Battery


圖 4-3案例一 材料費用計算




圖4-4案例一 加工費用計算



圖 4-5案例二 隔離罩(Shielding Case)


圖 4-6材料費用計算


圖 4-7加工費用計算









第五章 結論與發展方向
價格計算的準確與否,將是本系統最大的挑戰。而影響價格準確的原因有很多,而以資料的串聯及計算與操作介面為主要的問題點;至於資料的更新與準確性則可定期審閱與檢討即可達到一定的及時與準確。

5.1 結論
成本函數法之模具估價計算,可將模具各特徵之價格明確計算出來,減少發包單位與廠商間的不必要的困擾,如發包單位的任意殺價及廠商的提高報價。在本文中之計算公式除價格計算外,亦將模板強度與模具壽命以力學的公式推導及一併計算。可以將模具品質與壽命有一定的品質保障,並可以依照不同的模具型式做成本結構分析,解決以往廠商與發包單位之間的誤解及經驗上的錯誤認知。無論是在任何情況下,都能有一共同的標準來遵守;而且系統內的參數可隨不同的廠商計價標準與物價、薪資的波動而有所調整。
除本文探討分析的兩個案例外,亦以本文之系統去計算另外五個沖壓件。總共分析了7個案例,連續模4個;工程模3個。其分析結果如表 5-1 全部案例分析結果。
由第四章的案例一中所分析出之模具價格為NTD$103,540元,而模具廠商的報價為NTD$108,942元,價差為NTD$5,402元,約4.96%。案例二所分析出之模具價格為NTD$159,572元,而模具廠商的報價為NTD$168,562元,價差為NTD$8,990元,約5.33%。兩個案例的模具型式、精度、模具壽命差異不大;而其分析後之差異亦很接近。分析其中產生價差的原因有:
1. 本文未計算利潤;廠商一般皆視利潤為機密或談判籌碼,故本文不于計算。
2. 模具廠商實際購料成本的波動。
3. 模具廠商的加工設備及攤提的差異。
4. 模具材料的厚度不同,造成材料成本及加工成本的差異。
5. 連續模的設計,因考量進料方向與沖壓方向需一致的情況;沖壓方式與工站數較工程模準確。
再綜合其他5件分析的沖壓件一起分析其差異原因有:
6. 工程模在折彎工程的設計中,沖模可以不必涵蓋全部成品大小尺寸而僅設計成加工區域的大小尺寸,而本分析軟體採取全區域尺寸計算,故差異較大。
7. 工程模由於可以在同一工站做不同沖壓方向,因此工站數量的差異較大,進而影響價差。
8. 彎曲成型因受內應力之影響,產生回彈現象,造成尺寸的不精確。需要增加工站來校正成型角度。反之,若無回彈現象,則增加的工站及模具則會影響價格。
由上述得知,使用成本函數法可對已知的模具型式與加工方法做較為準確的模具估價;而成本類比法則因知識與經驗的涵蓋範圍的多寡而有所限制。並由案例一到案例七得到以下結論:
1. 利用成本函數法並以材料力學之基礎所計算之模具型式與結果較為能模具廠商與發包單位所接受,同時對模具品質與壽命亦有保證。
2. 利用成本函數法所建立之系統可以大大節省使用類比成本法的時間並且增加估價的準確度;又可同時對不同的模具型式與結構快速的進行價格比對,尋找出最適合的模具型式與價格。
3. 利用估價系統所建立之模具規格書,可以快速有效的與廠商取得共識並可做為對內的評估與教育訓練使用。

5.2 未來發展
本文所使用的估價系統是待成品圖完成後才與模具廠討論其模具結構與價格。如果在先期管理的概念下,此一方式無法適時的協助設計者瞭解如何設計才能得到最佳品質對應且價格合理的模具。因此,在沖壓零件設計時就能適時的反應出對應的模具結構與價格,是未來發展的重要項目之一。模具的設計和加工工藝技術,常依靠個別工程師與加工師傅經驗與習慣;設計的標準、材質的選用及加工流程並無一個標準作業程序,項目控制相對的不嚴謹,易受人員異動的影響。而本文所做的軟體則增加產品規格書及模具規格書做為模具設計的規範與標準。可以加速設計效率與精準度,建立標準模具設計與製造流程。未來研究的方向偏重在參數化繪圖軟體的智慧化、資料庫與知識庫的更新與分析、操作介面的簡易化。參數化軟體的選用、設計標準規格化、知識庫整理、CAM軟體的串及資料庫的更新是未來發展的方向。
參數化繪圖軟體能將沖壓產品設計的相關參數能夠直接的被擷取出來,讓其他軟體使用,如CAM。而且可以導入知識庫的相關資料在繪圖軟體中,讓初學者亦有一遵循的規則。
知識庫與資料庫的建立與串聯,是能讓模具設計變成系統化及標準化。在設計沖壓件時讓知識庫成為一個設計導引的作用,自動導引或以對話框的方式使設計者能夠以對話的方式逐一完成特徵設計,最終完成成品設計。模具設計者亦能擷取成品特徵的資訊做為模具設計的基本參數資料。如繪圖軟體One Space Designer中的Sheet Metal Module中就提供產品設計者所使用的產品材料的相關資訊,如常用厚度、抗拉強度、最小彎曲半徑、密度及顏色,如圖5-1。而這些資訊能讓模具設計者精準計算沖壓材料的展開尺寸及沖壓力計算。如此,模具的設計能夠更快速與準確。而這些資訊若能與軟體業者共同開發或提供外掛程式來編輯,亦能擴充知識庫與資料庫的串聯。
繪圖軟體的資料在匯入模具設計後,再來就是與CAM的串聯了。在設計後的每一個模板都依其材質與尺寸形狀的要求,進入加工階段。而CAM就能安排加工程序與預測加工時間,如此便能精準的計算加工費用與加工時間。
如果能將上述的知識庫、CAD、CAM都能串連與銜接,無論是成品與模具的估價,能更快速與精準的提供給企業做為報價給客戶的基準,亦能有效的控制成本與掌控開發進度。更能使產品的開發成功率提升,讓後續的生產管理、品質管理更有效率。










表 5-1 全部案例分析結果













圖 5-1 OSD 軟體 Sheet Metal Data

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