冲压材料之用途

主要沖壓材料之用途各種金屬材料沖壓加工性質的優良與否，主要受到材料的熱傳導率、熱脹係數及彈性率的影響【表一】為室溫下主要純金屬與鋼材物理性質比較。本章將說明鐵材料、鋁及銅等主要沖壓用材料的特性、用途及市場現況。表１主要純金屬與鋼材物理性質比較種類熱傳導率熱膨脹係數彈性率(W/cm°C)(10–6/°C)(Gpa)碳鋼0.50312.0205.8SUS(304)0.16817.2195.1鋁2.3823.570.3鈦0.1558.9115.7鐵0.73312.1199.9鎳0.88213.3205.8銅3.9417.0129.4第一節鋼鐵材料一、普通鋼板片【表二】為沖壓加工用鋼板片的規格、特徵及主要用途，其中熱軋鋼片可用於沖壓加工者，主要有SPHC、SPHD、SPHE。熱軋鋼品是以加熱扁鋼胚，經粗軋機及精軋機軋延而成。當鋼帶離開最後一座精軋機並通過輸出台時，層流冷卻系統即予噴水，將其冷卻至適當溫度，再由盤捲機捲成粗鋼捲，並送至熱軋精整工廠，經必要的調質、剪切、檢驗、稱重、包裝、標記等作業後，即成為成品。由於熱軋鋼品具有多種優越性，諸如強度足、韌性佳、容易加工成各種形狀複雜的零組件，其焊接性良好，易與其他金屬構架組合，因此廣泛應用於車架、橋樑、建築、道路護欄、鋼管、壓力容器及園藝工具等產品之原料。而冷軋鋼品是以酸洗後的熱軋鋼捲，於冷軋工廠常溫軋延至0.30~3.20mm後，經電解清洗、退火及調質等過程製造而成。冷軋鋼品因厚度薄、尺寸精確表面粗度分級多，容易塗漆及電鍍、且機械性質及加工性良好，易於衝壓製成各種產品，故大量使用冷軋鋼品做為加工材料。冷軋鋼板片產品依用途別可區分下列三類：１．一般品質(SPCC)：適用於加工程度較低的產品，例如供作彎曲、淺度衝壓成型及焊接等加工之零組件。冰箱、櫥櫃、鋼製傢俱及鐵筒等等，即以該品級為加工原料。２．衝壓品質(SPCD)：具較佳加工成型性，適用於一般品質無法勝任的衝壓及高度成型之零組件，如汽車底盤、車頂等。３．深衝品質(SPCE)：具有更佳的加工成型性，適用於衝壓品質無法勝任須高度成型或具時效性要求的特殊零組件加工。表２沖壓加工用鋼板規格、特徵及用途種類、規格記號特徵用途SPCCSPCCT（一般用）表面美觀，使用量最多，適於彎曲加工及簡單的衝壓加工。冰箱門板，汽車緩衝部品，鋼製傢俱，配電盤、五金零件。SPCD（衝壓用）僅次於SPCE，具有優良沖壓性。汽車門板，車頂蓋。SPCE（深衝用）僅次於SPCEN，具有深衝性，晶粒調整，表面美觀。汽車檔泥板（Fender），前嵌板(Frontpanel)等。CNSG3195JIS冷軋鋼板及鋼帶（JISG3141）SPCEN（非時效性深衝用）深衝性特優，不發生伸張應變。汽車內板(Innerparts)，燈座(Lampbody)，輪蓋(Wheelcab)等。低降伏點軟鋼板降伏點及降伏比較低，衝壓時形狀性及拉伸剛性優良。汽車內板(Innerparts)，管帽(Bonnet)，車箱蓋(Trucklid)。冷軋鋼板片與JIS規格同等的冷軋鋼板（鋼廠自訂）超深衝用鋼板深衝性與JIS板同等或較優者。汽車內板(Innerparts)，油壼(Oilpen)等。SPHC（一般用）適用於一般成型、彎曲、熔接。無強度要求零件、蓋板、撐架。CNSG3109SPHD（衝壓用）較高成形性用途。自行車用珠碗、把手接頭、五通管等。JISG3113SAPH310、370、440490、590適用汽車零件用料，鋼品內部品質要求嚴格場合。汽車鋼輪圈、懸吊系統零件、底盤車樑、煞車背板等。熱軋鋼板片中碳鋼S35CS45CS50C此類鋼料加工成零件後，常經淬火、回火等熱處理，以提高工件的硬度與強度。常使用園藝工具、鏈片、手拉器、綑綁器。表２沖壓加工用鋼板規格、特徵及用途（續）種類、規格記號特徵用途琺瑯用鋼板（JISG3133）適用於所有琺瑯產品。各種煤氣、電機、石油器具、建築工業用具、食器、浴槽。潤滑鋼板（鋼廠自訂）鋼板塗上金屬肥皂後經低溫乾燥者，於沖壓時不需潤滑油，提高作業效率。汽車零件、電器零件。低合金耐蝕耐候性鋼板(JISG3125)因合金元素的作用，產生細密而堅固的氧化膜，防止腐蝕。防塵罩、建築器材。塗裝鋼板(JISG3312)鋼板或鍍面鋼板塗有各種油漆，以達防鏽及裝飾之目的。建築內外裝飾、容器、玩具。藍化鋼板（鋼廠自訂）表面經特殊熱處理，具有美麗的氧化膜。煙囪、火爐等等。浮彫鋼板（鋼廠自訂）表面有浮彫、美觀。汽車內裝板飾品、家電、傢俱、建材、裝飾品等。電磁鋼片（JISC2552）具有適當電性及磁性的鋼板，較矽鋼價廉。家電用品、電動機、螢光燈安定器、繼電器等。特殊軋鋼板片高強度鋼板（JISG3135）具有良好加工性及較高拉伸強度。汽車內外裝安全部品。鍍錫鋼片鍍錫用食品罐頭用。而電磁鋼片捲是以0.50mm或0.65mm低碳低矽的冷軋鋼捲，經連續塗覆線塗膜產製而成。主要規格為(JISC255250A1300)，適合衝製成各種馬達的轉子、靜子、壓變器與安定器等使用的E.I.片，是電工產品的主要原料。隨著高級產品需求的日益殷切，將促使電磁鋼捲必然朝高精密度及高磁氣性質方面發展。目前國內中鋼可供應尺寸厚度為0.50mm，寬度為1200mm。為配合國內工業結構轉型與機械自動化普及的發展，中鋼公司正持續開發低鐵損的電磁鋼捲(JISC255250A600)，以符合精密工業發展的需要。在表面處理鋼板片方面，鋼鐵表面被覆是目前防銹使用重要方法之一，由於它具有易施工、效果良好且具美觀、耐用的特點，從一被發明後很快地就被業者廣泛地採用。目前在鋼鐵被覆方面，使用最多的是：鍍鋅、鍍錫、鍍鋁鋅、鍍鉻、鍍鋁、鍍銅、著色、薄膜、複合鋼板等，其中用量最大，使用最廣的仍是以鍍鋅鋼板居第一位；以下就熱浸鍍、電鍍、塗裝等三類表面處理鋼片的生產方式、性質及用途說明如下：熱浸鍍鋼板片是將鋼捲(帶、片)經過前處理，退火後浸入熔融的被覆液(鋅、錫、鉻等)，再經化學處理與乾燥後，剪切成鋼捲或鋼片。電鍍鋼板片則是將熱軋或冷軋鋼捲送入電解液槽中（硫酸鋅、氯化鋅等），經電化學作用，以鉛、鋅等金屬板為陽極；鋼板為陰極通電後鍍上鋅、錫、鉻等覆面層。而塗裝鋼片是以0.15~1.20mm的冷軋或鍍鋅鋼片為底材，表面經磷酸鹽皮膜處理後，再以合成樹脂作雙層精密烤漆製作而成。表面處理鋼板的性質及用途，受覆面層的材質影響很大，主要表面處理鋼板片的性質及用途如【表3】所示。二、不銹鋼板片【表4】為沖壓用不銹鋼板片的規格、特性及主用途。不銹鋼具有美觀、耐蝕及良好的加工性、抗氧化性、低熱傳導等特性，適合各種用途，可製成各種型狀，因此被廣泛使用，從家庭廚房用具到國防工業之飛彈、火箭等，都需要使用不銹鋼。表３表面處理鋼板片的性質及用途性質用途鍍鋅由於鋅易與酸、鹼起作用，在潮濕空氣中會與H2O及CO2生成緻密鹼式碳酸鋅之白粉狀白銹，而電鍍的鍍鋅層比熱浸法之鋅層較具延性，熱浸之鍍鋅層在鍍層界面處會形成硬脆的鋅和鐵金屬間化合物。鐵捲門、遮陽天篷、室內裝飾、導管、通氣管、車體配板、空氣淨化器、油濾化器、油箱、公路隔音牆、照明器具、洗衣機、乾燥機、冷凍器、自動販賣機、熱水器、爐子、冰箱、冷凍室、工具箱、傢俱及事務機器設備、娛樂機器。鍍錫錫是一種兩性金屬，與酸和鹼均會作用，但其對中性或近中性媒質，則具相當的抵抗性，故常用於輸送蒸餾水；鍍錫鐵又叫馬口鐵因錫鹽不具毒性，並能防止鋼生銹，所廣被用於製造罐頭，玩具及各種容器上。電池頂蓋、油漆桶、墊圈、食品與飲料罐、空氣及油過濾器、特殊容器、建築材料。罐底：（螺絲）、壓著封底、油漆罐蓋、焊接及抽伸罐、化粧品容器、把手、螺絲帽、噴霧劑罐、玩具、供應托盤、汽車零件、建築材料、家用品容器、閉封及帽子。塗裝塗裝鋼片係將軋鍍面鋼片經塗裝，烘烤、印刷或、壓花或貼皮等表面處理後所製成之色彩豐富，花紋多樣化之耐蝕鍍鋼片。冰箱面板、自動販賣機外殼、燈具、音響外殼、空調設備面板、廚房設備、冷氣機外殼、洗衣機、電視機、錄影機、冷凍商品陳列櫥、洗碗機、乾燥機、隔音牆、標示牌、屋頂、牆板（浪板）、金屬瓦、輕鋼骨架外包、倉庫、鐵捲門、樓梯面板、淨化室、辦公室之隔間面板、天花板、外部裝修、門板、排水、通風道。表４常見不銹鋼之特性及用途ISIJIS特性用途沃斯田體系301301加工硬化率高、高強度彈簧、鋼構、車輪蓋、門板等。304304具優良成形性、耐蝕。容器、餐具、傢俱、欄杆、醫療器材。304L304L低碳故更耐蝕、易熱處理。適用焊接及不易熱處理之產品。309S309S具多量鉻、鎳，故耐熱、抗氧化性佳。熱交換器、鍋爐零組件、噴射引擎。310S310S含最多量鉻、鎳，故耐熱，抗氧化性最佳。熱交換器、鍋爐零組件、噴射引擎。316316含鉬，耐化學腐蝕性佳。化學、海邊等易腐蝕環境、船舶裝配。316L316L低碳故更耐蝕、易熱處理。化學加工設備、焊接後不易熱處理之設備。321321添加安定化元素鈦，適於焊接。需焊接及不易熱處理設備。347347添加安定化元素鈮，適於焊接。需焊接及不易熱處理設備。肥粒體系409添加安定化元素鈦，適於焊接，較低。汽車排氣管。430430成形性優良、具磁性。扣、餐具、家具用品、廚具。434434含鉬故耐蝕性較430優良。餐具、雨刷、汽車裝璜。麻田散體系410410硬度、強度佳，但耐蝕性稍差。餐具刀、水果刀、菜刀。420420J1含較高碳，硬度、強度更高。餐具刀、水果刀、菜刀。300系與400系的區分在前者屬鎳系不銹鋼（但成份中也含鉻），後者屬於鉻系不銹鋼（不含鎳）。300系除了裝飾用途外，因成型性佳，也大量用於建材、廚具及部份工業用途；而400系則因在冷軋後並不進行退火處理，因此材質較硬，通常直接做為裝飾用途或製成不銹鋼刀、叉等餐具或機械零件。最常見的不銹鋼應屬300系不銹鋼，又其中以304系最被廣泛使用。國內300系用量高達85%，先進國家也有75%~80%；其餘為400系。304系為最具代表性的不銹鋼，其良好的耐蝕性、抗氧化性、加工性與焊接性，對防止空氣銹蝕及工業用化學用品侵蝕之性能極佳，沖壓成型性亦佳，在高溫中也有較佳的變形強度及優良的耐酸性。廣泛用於建築材料、廚房用具、汽車裝飾及煉油、化學製紙和食品加工等行業。而加鉬的316不銹鋼，對化學品、鹽、酸及海洋等腐蝕環境的耐蝕性較佳，在海水及含鹵素元素溶液之抗孔蝕性甚高，高溫中也有較高的變形強度。除用於製紙、紡織與化學工業外也用於醫療器材及人工關節，為優良的抗孔蝕材料。因為較304耐海水侵蝕，所以適用於海邊建築物、船舶裝置、核電、化學與食品設備。第二節銅合金材料銅有良好的強度、展性、抗腐蝕性，對電和熱的導電性佳，此一特性使它被大量使用於電工業，銅長久以來即用於繼電器、開關、連結器、導線架等電子機械產品的零件中。銅的導電性僅次於銀，而銅的高導熱也僅次於銀，如電冰箱、蒸發器、加熱線圈等皆利用其導熱性。銅於低溫時仍保有其延展性，就算是已經接近絕對零度時也是一樣，這個特性很重要，因為如此可在銅的加工過程中不用加熱處理。另一個重要的性質為抗腐蝕性，而且銅管用於運送自來水時，管壁內不會沉積礦物質，這是鐵管所遠不能及之處，所以高級衛浴設備中的送水配件大量使用銅。【表5】為沖壓加工用銅板片的規格、特徵及主要用途，目前國內連接器製造業界，接頭（contact）若是屬於“母”的端子(socket,receptacle…….)，多採用磷青銅片(phosphorbronze)作原料。而“公”的端子，則多採用青銅(Brass),，而考慮其加工性或其它方面的話，也有少部份採用鈹銅合金(Beryllium)。這些銅板片經過機械加工後，都先鍍上至少50microinches的鎳底(Nickel)，再在接觸面鍍上一層的金；而在焊錫腳端(soldertail)則是鍍上錫鉛合金(Tin/Lead)，一般是100microinches。青銅為銅－錫(Cu-Sn)系合金，其歷史相當悠久，古代許多家具、裝飾品、武器等常用青銅，青銅的耐蝕性優於黃銅，耐磨性良好，但由於含有較昂貴的錫，成本較黃銅高，青銅亦常用沖壓加工上。磷青銅為銅－錫(C