臺灣博碩士論文加值系統

超微型射頻連接器的信號接收觸點，目前是採用銅合金板料，以微引伸連續模具來進行沖壓生產，然而在微引伸後，角隅部分常常出現壁厚薄化的現象，導致了接點的機械強度不足，以及訊號傳遞品質下降的問題。
本文探討了三種成形工法：傳統引伸法、無壓料板引伸法、同動引伸法，對於微成形角隅薄化現象的影響，並應用「凸環浮壓局部增厚法」之板材鍛造的工法，來補償此角隅薄化的現象。使用銅合金板料C2680R-O材與1/2H硬化材，厚度0.1 mm，並以DEFORM-2D軟體，進行模擬分析；實驗方面，則是以厚度1 mm的C2680R-O銅合金板料，進行介觀尺度的模具成形驗證。
模擬分析顯示，無壓料板引伸法的角隅薄化現象最嚴重，傳統引伸法次之，而同動引伸工法的角隅薄化現象最緩和，這是因為本案例的引伸筒高度較低，導致沖頭的引伸深度不足，板料殘留在凸緣部過多，而使後續的再引伸比過大，因此不適合採用傳統引伸法，而必須採取類似漸增成形的同動引伸工法，而使用C2680R-1/2H硬化材則會使薄化現象更明顯。實驗結果顯示，各種工法中，只有同動引伸工法可在第三道次成功引伸；在應用了凸環浮壓局部增厚工法後，胚料的厚度增加了10%，而在引伸角隅處的改善程度約為6%。

關鍵字：超微型射頻連接器、微成形、微引伸、連續模、板材鍛造

The signal receiving contacts of ultra-miniature RF connectors currently employ copper alloy sheet material, which is produced through stamping with micro progressive dies. However, after micro stretching, there is often a phenomenon of thinning at the corners, leading to insufficient mechanical strength of the contacts and a decrease in signal transmission quality.

This study explores three forming methods: traditional stretching, pressureless plate stretching, and simultaneous stretching, on the phenomenon of corner thinning in microforming, and applies the method of "convex ring floating pressure local thickening" using sheet metal forging to compensate for this corner thinning phenomenon. Copper alloy sheet material C2680R-O and 1/2H hardened material with a thickness of 0.1 mm were used, and simulation analysis was performed using DEFORM-2D software; for experimentation, C2680R-O copper alloy sheet material with a thickness of 1 mm was used for mesoscale mold forming verification.

Simulation analysis shows that the corner thinning phenomenon is most severe with the pressureless plate stretching method, followed by traditional stretching, while the corner thinning phenomenon with simultaneous stretching is most mitigated. This is because the height of the stretching tube in this case is relatively low, resulting in insufficient stretching depth of the punch, excessive residual plate material in the convex edge, and excessive subsequent re-stretching ratio, making the traditional stretching method unsuitable and necessitating a similar progressive forming method like simultaneous stretching. Using C2680R-1/2H hardened material will make the thinning phenomenon more apparent. Experimental results show that only simultaneous stretching method succeeded in the third pass; after applying the convex ring floating pressure local thickening method, the thickness of the blank increased by 10%, and the improvement at the stretching corner was approximately 6%.

Keywords: Ultra-Miniature RF Connectors, Microforming, Micro Stretching, Continuous Mold, Plate Forging

摘要 i
ABSTRACT ii
致謝 iv
目錄 v
圖目錄 vii
表目錄 x
一、緒論 11
1.1前言 11
1.2文獻回顧 14
1.3研究動機與目的 24
1.4論文架構 28
二、基礎理論 29
2.1引伸成形 29
2.1.1料片特性 30
2.1.2引伸比與引伸率 33
2.1.3引伸加工時之引伸力 34
2.1.4引伸加工時之壓料力 35
2.1.5引伸加工時之沖頭圓角與母模圓角 36
2.2塑性成形與材料機械性質理論 37
2.2.1材料機械性質理論 38
2.3有限元素法 40
2.3.1有限元素分析軟體介紹 40
2.3.2前處理(Pre-Processor) 40
2.3.3分析處理(Simulator) 41
2.3.4後處理(Post-Processor)42
三、研究方法 43
3.1模擬材料參數 43
3.1.1材料參數設定 43
3.1.2引伸工法三道次參數設定 44
3.2研究工法動機 46
3.3各式引伸工法介紹 47
3.3.1傳統引伸工法(有使用壓料板) 47
3.3.2傳統引伸工法(未使用壓料板) 47
3.3.3同動引伸工法(沖頭與壓料板同時作動) 47
3.4硬化板材對微引伸成形性的影響 50
3.5改善對策(凸環浮壓局部增厚工法) 51
3.6實驗方法與設備 53
3.6.1模具設計 53
3.6.2實驗材料 55
3.6.3實驗設備 56
3.6.4實驗流程 58

四、結果與討論 60
4.1各式工法有限元素模擬分析 60
4.1.1各式引伸工法第一道次之角隅部厚度比較 60
4.1.2 各式引伸工法第二三道次之角隅部厚度比較 60
4.1.3 各式引伸工法之應變比較 61
4.1.4 各式引伸工法之等效應力比較 61
4.1.5 各式引伸工法之水平及垂直應力比較 62
4.1.6 各式引伸工法之平均應力比較 62
4.1.7 各式引伸工法之速度場比較 63
4.2硬化板材對微引伸成形性的影響 63
4.2.1 硬化板材對微引伸成形性的影響-角隅厚度模擬結果 63
4.2.2 硬化板材對微引伸成形性的影響-等效應變分布之分析結果64
4.2.3 硬化板材對微引伸成形性的影響-厚度趨勢之分析結果64
4.3凸環浮壓局部增厚工法 65
4.3.1 凸環浮壓局部增厚工法-沖頭行程之模擬厚度分布65
4.3.2 凸環浮壓局部增厚工法-沖頭直徑之模擬厚度分布67
4.3.3 凸環浮壓局部增厚工法-引伸加工之模擬厚度分布69
4.4實驗結果 71
4.4.1 各式引伸工法第一道次外觀71
4.4.2各式引伸工法第二道次外觀 71
4.4.3各式引伸工法第三道次外觀72
4.4.4各式引伸工法之第二道次厚度實驗結果74
4.4.5各式引伸工法之第三道次厚度實驗結果76
4.5凸環浮壓局部增厚工法實驗結果80
4.5.1凸環浮壓局部增厚工法外觀示意圖80
4.5.2 凸環浮壓局部增厚工法之基礎案例與改善案例比較81
五、結論 83
六、未來展望 84
參考文獻 85
附錄 87

圖目錄
圖1- 1手機的超微型射頻連接器佈列[1] 11
圖1- 2極細同軸纜線射頻連接器[2] 12
圖1- 3電路板端的射頻連接器[3] 12
圖1- 4射頻連接器接合狀態之剖視圖[2] 12
圖1- 5 iphone手機信號接收觸點尺寸圖 13
圖1- 6信號接收觸點微引伸之剖視圖 13
圖1- 7 反向引伸第三道次等效應變分佈圖(左:基礎案例、右:反向引伸工法) [4] 14
圖1- 8 基礎案例與凸環浮壓案例的模擬結果[4] 14
圖1- 9不同退火材料引伸實驗照片[5] 15
圖1- 10 SUS304-H不銹鋼薄板微引伸實驗照片[6] 16
圖1- 11尺寸效應對微擠伸的影響[7] 17
圖1- 12前棒後杯複合微擠伸的充填缺陷[7]. 17
圖1- 13板材的微軸件擠伸的晶粒尺寸影響評估[11] 18
圖1- 14以板材進行微軸件擠伸加工[12] 18
圖1- 15微軸件擠出樣品[12] 18
圖1- 16二道次方式擠出微階梯軸件[12] 19
圖1- 17沖頭徑較大時擠出效率較佳，但是底部會形成淺凸台[13,14] 19
圖1- 18使用加工硬化的(a)A1050-h24，擠出效率較(b)A1050-O為佳 [13,14] 19
圖1- 19板材局部增厚技術[15] 20
圖1- 20板材局部增厚之方筒引伸的角隅薄化破裂改善[16] 20
圖1- 21. 引伸角隅薄化部預壓成型[17] 21
圖1- 22預壓成形之引伸改善現象[17] 21
圖1- 23階梯沖頭之擠壓成形工法[18] 22
圖1- 24透過控制沖頭與母模間隙，可控制擠出筒件的壁厚與筒深[18] 22
圖1- 25極限引伸率成型之薄化程度影響[19] 23
圖1- 26 C1100圓錐圓柱杯的微引伸[20] 23
圖1- 27 微成形時側繫帶與橋帶過寬，影響工件材料流動控制 24
圖1- 28射頻連接器的微小化發展歷程[21] 25
圖1- 29 Molex公司對射頻連接器的尺寸定義[22] 26
圖1- 30 本論文研究流程 27
圖2- 1各式引伸成形產品[24] 29
圖2- 2材料引伸時的變化過程[24] 31
圖2- 3引伸時應力分佈與料片厚度之情況[24] 32
圖2- 4應力應變曲線圖[25] 37
圖3- 1 C2680R-O塑流應力曲線 43
圖3- 2 DEFORM 2D/3D模擬示意圖 45
圖3- 3 零件特殊要求橋帶部分保留 46

圖3- 4傳統圓筒引伸 46
圖3- 5漸進式圓筒引伸 47
圖3- 6傳統引伸工法(有使用壓料板)示意圖 48
圖3- 7 傳統引伸工法(未使用壓料板)示意圖 48
圖3- 8同動引伸工法示意圖 49
圖3- 9原始O材與1/2硬化材塑流應力示意圖 50
圖3- 10板材局部增厚技術[22] 51
圖3- 11板材凸環浮壓局部增厚法，應用於多道次微引伸的薄化缺陷改善 51
圖3- 12多道次引伸成形模具2D設計圖 53
圖3- 13 模具組立之照片 54
圖3- 14 胚料定位情況 54
圖3- 15 實驗材料之照片 55
圖3- 16 50 kN高速精密伺服沖床 56
圖3-17 模具放置於伺服沖床床台之照片 57
圖3-18 變焦立體顯微鏡 57
圖3-19胚料定位在模具實際狀態 58
圖3-20 完成的引伸胚料 58
圖3-21 對胚料進行中心切割再進行量測 59
圖4- 1各式引伸工法第一道次之角隅部厚度比較 60
圖4- 2各式引伸工法第二三道次之角隅部厚度比較 60
圖4- 3各式引伸工法之應變比較 61
圖4- 4各式引伸工法之等效應力比較 61
圖4- 5各式引伸工法水平及垂直應力比較 62
圖4- 6各式引伸工法之平均應力比較 62
圖4- 7各式引伸工法之速度場比較 63
圖4- 8硬化板材對微引伸成形性的影響-角隅厚度模擬結果 63
圖4- 9硬化材與退火材之等效應變分佈圖 64
圖4- 10硬化材與退火材厚度分佈之趨勢分析 65
圖4- 11回壓行程之厚度分佈圖 66
圖4- 12回壓行程之等效應變分佈圖 66
圖4- 13回壓形成之厚度分佈圖分佈趨勢分析 67
圖4- 14增厚沖頭之厚度分佈圖 68
圖4- 15增厚沖頭之等效應變分佈圖 68
圖4- 16引伸料片厚度比較之分佈趨勢分析 69
圖4- 17第一道次厚度分布之比較 69
圖4- 18第二道次厚度分布之比較 70
圖4- 19第三道次厚度分布之比較 70
圖4- 20第一道次外觀 71
圖4- 21傳統引伸引伸工法(有使用壓料板)(左:實驗；右:模擬) 71
圖4- 22傳統引伸引伸工法(未使用壓料板)(左:實驗；右:模擬) 72
圖4- 23同動引伸工法(左:實驗；右:模擬) 72
圖4-24.傳統引伸引伸工法(有使用壓料板)(左:實驗；右:模擬) 72
圖4- 25傳統引伸引伸工法(未使用壓料板)(左:實驗；右:模擬) 73
圖4- 26 同動引伸工法(左:實驗；右:模擬) 73
圖4- 27 各式引伸工法第二道次剖視圖 75
圖4- 28 各式引伸工法第二道次厚度分析 76
圖4- 29 各式引伸工法第三道次剖視圖 78
圖4- 30 各式引伸工法第三道次厚度分析 79
圖4- 31 凸環浮壓局部增厚外觀示意圖 80
圖4- 32 凸環浮壓局部增厚剖視圖 80
圖4- 33 基礎案例與改善案例第三道次剖視圖 81
圖4- 34 基礎案例與改善案例厚度分析比較 82

表目錄
表2- 1常見板材之極限引伸率[24] 33
表2- 2成品相對厚度之引伸率[24] 34
表2- 3常見材料之單位面積壓料力[24] 35
表2- 4摩擦因子 41
表3- 1 C2680R-O之機械性質 43
表3- 2 DEFORM-2D模擬參數設定44
表3- 3凸環浮壓局部增厚法之模擬設定參數52
表4- 1各式引伸工法第二道次引伸過後所量測到的厚度尺寸75
表4- 2各式引伸工法第三道次引伸過後所量測到的厚度尺寸78
表4- 3基礎案例與改善案例引伸過後所量測到的厚度尺寸82

 

[1]https://x0.ifengimg.com/res/2021/038CBD45FD26594E5F44F8120EFD2E271F7E3CEF_size845_w1308_h812.png
[2]https://www.i-pex.com/zh-tw/library/article/i-fit-technology
[3]https://101.noonspace.com/w73/fit/image/Products/Spec/Spec/KFM110Z-1002-7F.pdf
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[22]http://www.literature.molex.com/SQLImages/kelmscott/Molex/PDF_Images/987651-0139.pdf
[23]邱先拿，廖振昇，蔡添吉，魏江銘，1998，“沖壓模具設計手冊”，金屬工業研究發展中心。
[24]李瀧杲，王書恒，徐岩，2008，“金屬板料成形有限元素模擬基礎”：PAMSTAMP2G”，北京航空航天大學出版社。