級進沖壓工藝與模具

1、多工位級進模的設(shè)計 多工位級進模是在普通級進模的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高精度、高效率、長壽命的模具，是技術(shù)密集型模具的重要代表，是沖模發(fā)展方向之一。這種模具除進行沖孔落料工作外，還可根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的特點和成形性質(zhì)，完成壓筋、沖窩、彎曲、拉深等成形工序，甚至還可以在模具中完成裝配工序。沖壓時，將帶料或條料由模具入口端送進后，在嚴格控制步距精度的條件下，按照成形工藝安排的順序，通過各工位的連續(xù)沖壓，在最后工位經(jīng)沖裁或切斷后，便可沖制出符合產(chǎn)品要求的沖壓件。為保證多工位級進模的正常工作，模具必須具有高精度的導(dǎo)向和準(zhǔn)確的定距系統(tǒng)，配備有自動送料、自動出件、安全檢測等裝置。 多工位級進模比普通沖模復(fù)雜，具有

2、如下特點： 1、 在一副模具中，可以完成多道沖壓工序；減少了使用多副模具的周轉(zhuǎn)和重復(fù)定位過程，顯著提高了勞動生產(chǎn)率和設(shè)備利用率。 2、 由于在級進模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在復(fù)合?！白钚”诤瘛眴栴}，設(shè)計時還可根據(jù)模具強度和模具的裝配需要留出空工位，從而保證模具的強度和裝配空間。 3、 多工位級進模通常具有高精度內(nèi)、外導(dǎo)向（除模架導(dǎo)向精度要求高外，還必須對細小凸模實施內(nèi)導(dǎo)向保護）和準(zhǔn)確定距系統(tǒng)，以保證產(chǎn)品零件精度和模具壽命。 4、 多工位級進模常采用高速沖床生產(chǎn)沖壓件，模具采用了自動送料、自動出件、安全檢測等自動化裝置，操作安全，具有較高的生產(chǎn)效率。目前，世界上最先進的多工位級進模工

3、位數(shù)多達50多個，沖壓速度達1000次分以上。 5、 多工位級進模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高，給模具的制造、調(diào)試及維修帶來一定的難度。同時要求模具零件具有互換性，在模具零件磨損或損壞后要求更換迅速，方便，可靠。所以模具工作零件選材必須好（常采用高強度的高合金工具鋼、高速鋼或硬質(zhì)合金等材料），必須應(yīng)用慢走絲線切割加工、成型磨削、坐標(biāo)鏜、坐標(biāo)磨等先進加工方法制造模具。 6、 多工位級進模主要用于沖制厚度較?。ㄒ话悴怀^2mm)、產(chǎn)量大，形狀復(fù)雜、精度要求較高的中、小型零件。用這種模具沖制的零件，精度可達IT10級。一、多工位級進模的排樣設(shè)計排樣圖的優(yōu)化與否，不僅關(guān)系到材料的利用率，工

4、件的精度，模具制造的難易程度和使用壽命等，而且關(guān)系到模具各工位的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定。沖壓件在帶料上的排樣必須保證完成各沖壓工序，準(zhǔn)確送進，實現(xiàn)級進沖壓；同時還應(yīng)便于模具的加工、裝配和維修。 排樣設(shè)計是在零件沖壓工藝分析的基礎(chǔ)之上進行的。確定排樣圖時，首先要根據(jù)沖壓件圖紙計算出展開尺寸，然后進行各種方式的排樣。 在確定排樣方式時，還必須對工件的沖壓方向、變形次數(shù)、變形工藝類型、相應(yīng)的變形程度及模具結(jié)構(gòu)的可能性、模具加工工藝性、企業(yè)實際加工能力等進行綜合分析判斷。同時全面考慮工件精度和能否順利進行級進沖壓生產(chǎn)后，從幾種排樣方式中選擇一種最佳方案。完整的排樣圖應(yīng)給出工位的布置、載體結(jié)構(gòu)形式和相關(guān)尺寸等。當(dāng)帶

5、料排樣圖設(shè)計完成后，模具的工位數(shù)及各工位的內(nèi)容；被沖制工件各工序的安排及先后順序，工件的排列方式；模具的送料步距、條料的寬度和材料的利用率；導(dǎo)料方式，彈頂器的設(shè)置和導(dǎo)正銷的安排；模具的基本結(jié)構(gòu)等就基本確定（一）排樣設(shè)計的原則 1、先制作沖壓件展開毛坯樣板（35個），在圖面上反復(fù)試排，待初步方案確定后，在排樣圖的開始端安排沖孔、切口、切廢料等分離工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排工件和載體分離。在安排工位時，要盡量避免沖小半孔，以防凸模受力不均而折斷。 2、第一工位一般安排沖孔和沖工藝導(dǎo)正孔。第二工位設(shè)置導(dǎo)正銷對帶料導(dǎo)正，在以后的工位中，視其工位數(shù)和易發(fā)生竄動的的工位設(shè)置導(dǎo)正銷，也可在以

6、后的工位中每隔23個工位設(shè)置導(dǎo)正銷。第三工位可根據(jù)沖壓條料的定位精度，設(shè)置送料步距的誤差檢測裝置。 3、沖壓件上孔的數(shù)量較多，且孔的位置太近時，可分布在不同工位上沖出孔，但孔不能因后續(xù)成形工序的影響而變形。對有相對位置精度要求的多孔，應(yīng)考慮同步?jīng)_出。因模具強度的限制不能同步?jīng)_出時， 應(yīng)有措施保證它們的相對位置精度。復(fù)雜的型孔可分解為若干簡單形孔分步?jīng)_出。4、成形方向選擇（向上或向下）要有利于模具的設(shè)計和制造，有利于送料的順暢。若成形方向與沖壓方向不同，可采用斜滑塊、杠桿和擺塊等機構(gòu)來轉(zhuǎn)換成形方向。    5、為提高凹模鑲塊，卸料板和固定板的強度，保證各成

7、形零件安裝位置不發(fā)生干涉，可在排樣中設(shè)置空工位，空工位的數(shù)量根據(jù)模具結(jié)構(gòu)的要求而定。6、對彎曲和拉深成形件，每一工位的變形程度不宜過大，變形程度較大的沖壓件可分幾次成形。這樣既有利于質(zhì)量的保證，又有利于模具的調(diào)試修整。對精度要求較高的成形件，應(yīng)設(shè)置整形工位。為避免U形彎曲件變形區(qū)材料的拉伸，應(yīng)考慮先彎曲45度，再彎成90°。7、在級進拉深排樣中，可應(yīng)用拉深前切口，切槽等技術(shù)，以便材料流動。8、當(dāng)局部有壓筋時，一般應(yīng)安排在沖孔前，防止由于壓筋造成孔的變形。突包時，若突包的中央有孔，為有利于材料的流動，可先沖一小孔，壓突后再沖到要求的孔徑。9、當(dāng)級進成形工位數(shù)不是很多，工件的精度要求較高

8、時，可采用“復(fù)位”技術(shù)，即在成形工位前，先將工件毛坯沿其規(guī)定的輪廓進行沖切，但不與帶料分離，當(dāng)凸模切入材料的20%35%后，模具中的復(fù)位機構(gòu)將作用反向力使被切工件壓回條料內(nèi)，再送到后續(xù)加工工位進行成形。（二）載體和搭口的設(shè)計 搭邊在多工位級進模中有著特殊的作用，它是將坯件傳遞到各工位進行沖裁和成形加工，并且使坯件在動態(tài)送料過程中保持穩(wěn)定準(zhǔn)確的定位。因此，在多工位級進模的設(shè)計中把搭邊稱為載體。載體是運送坯件的物體，載體與坯件或坯件和坯件的連接部分稱為搭口。 1載體形式 （1）邊料載體（圖）邊料載體是利用材料搭邊或余料沖出導(dǎo)正孔而形成的載體, 此種載體送料剛性較好，省料，簡單。使用該載體時，在彎曲

9、或成形部位，往往先切出展開形狀，再進行成形，后工位落料以整體落料為主。 可采用多件排列，提高了材料的利用率。（2）雙邊載體（圖）雙邊載體實質(zhì)是一種增大了條料兩側(cè)搭邊的寬度，以供沖導(dǎo)正工藝孔需要的載體，一般可分為等寬雙邊載體（圖）和不等寬雙邊載體（即主載體和輔助載體，圖）。雙邊載體增加邊料可保證送料的剛度和精度，這種載體主要用于薄料（t0.2mm），工件精度較高的場合 ，但材料的利用率有所降低，往往是單件排列。 圖 圖（3）單邊載體（圖） 單邊載體主要用于彎曲件。此方法在不參與成形的合適位置留出載體的搭口，采用切廢料工藝將搭口留在載體上，最后切斷搭口得到制件，它適用于t0.4mm的彎曲件的排樣。

10、在圖中，圖a和圖b在裁切工序分解形狀和數(shù)量上不一樣，圖a第一工位的形狀比圖b復(fù)雜，并且細頸處模具鑲塊易開裂，分解為圖b后的鑲塊便于加工，且壽命得到提高。圖c是一種加了輔助載體的單邊載體。（4）中間載體 中間載體常用于一些對稱彎曲成形件，利用材料不變形的區(qū)域與載體連接，成形結(jié)束后切除載體。中載體可分為單中載體和雙中載體。中載體在成形過程中平衡性較好。圖所示是同一個零件選擇中載體時不同的排樣方法。 圖是單件排列，圖是可提高生產(chǎn)效率一倍的雙排排樣。 圖所示零件要進行兩側(cè)以相反方向卷曲的成形，選用單中載體難以保證成形件成形后的精度要求，而選用可延伸連接的雙中載體既可保證成形件的質(zhì)量。此方法缺點是載體寬

11、度較大，會降低材料的利用率。 中載體常用于材料厚度大于0.2mm的對稱彎曲成形件。（5）載體的其他形式 加強載體加強載體是載體的一種加強形式，在料厚t0.1mm薄料沖壓中，載體因剛性較差而變形造成送料失穩(wěn)，使沖壓件幾何形狀產(chǎn)生誤差，為保證沖壓精度，對載體局部采取的壓筋、翻邊等提高載體剛度的加強措施，而形成的載體形式，如圖。 自動送料載體有時為了自動送料的需要，可在載體的導(dǎo)正孔之間沖出與鉤式自動送料裝置匹配的長方孔，送料鉤鉤住該孔，拉動載體送進的。 （三）排樣圖中各沖壓工位的設(shè)計要點1級進模沖裁工位的設(shè)計要點 （1）在級進沖壓中，沖裁工序常安排在前工序和最后工序，前工序主要完成切邊（切出制件外形

12、）和沖孔。最后工序安排切斷或落料，將載體與工件分離。（2）對復(fù)雜形狀的凸模和凹模，為了使凸模、凹模形狀簡化，便于凸模，凹模的制造和保證凸模、凹模的強度，可將復(fù)雜的制件分解成為一些簡單的幾何形狀多增加一些沖裁工位。（3）對于孔邊距很小的工件，為防止落料時引起離工件邊緣很近的孔產(chǎn)生變形，可將孔旁的外緣以沖孔方式先于內(nèi)孔沖出，即沖外緣工位在前，沖內(nèi)孔工位在后。 對有嚴格相對位置要求的局部內(nèi)，外形，應(yīng)考慮盡可能在同一工位上沖出，以保證工件的位置精度。 2多工位級進彎曲工位的設(shè)計要點 （1）沖壓彎曲方向 在多工位級進模中，如果工件要求向不同方向彎曲，則會給級進加工造成困難。彎曲方向是向上，還是

13、向下，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計是不同的。（2）分解彎曲成形 零件在作彎曲和卷邊成形時，可以按工件的形狀和精度要求將一個復(fù)雜和難以一次彎曲成形的形狀分解為幾個簡單形狀的彎曲，最終加工出零件形狀。 圖是4個向上彎曲的分解沖壓工序。在級進彎曲時，被加工材料的一個表面必須和凹模表面保持平行，且被加工零件由頂料板和卸料板在凹模面上保持靜止，只有成形的部分材料可以活動。 圖a為先向下預(yù)彎后再在下一工位向上進行直角彎曲。其目的是減少材料的回彈和防止因材料厚度不同而出現(xiàn)的偏差。圖b是將卷邊成形分為3次彎曲的情況。圖c是將接觸線夾的接合面從兩側(cè)水平彎曲加工的示例，沖裁在圓角帶在內(nèi)側(cè)，分3次彎曲。圖d是帶有彎曲，卷邊的工件示

14、例，分4次彎曲成形。（3）彎曲時坯料的滑移 如果對坯料進行彎曲和卷邊，應(yīng)防止成形過程中材料的移位造成零件誤差。采取的措施是先對加工材料進行導(dǎo)正定位，當(dāng)卸料板、材料與凹模三者接觸并壓緊后，再作彎曲動作。 3多工位級進拉深成形工位的設(shè)計要點 在進行多工位級進拉深成形時，不像單工序拉深那樣以散件形式單個送進坯料，它是通過帶料以載體、搭邊和坯件連在一起組件形式連續(xù)送進，級進拉深成形。如圖所示。 但由于級進拉深時不能進行中間退火，故要求材料應(yīng)具有較高的塑性。又由于級進拉深過程中工件間的相互制約，因此，每一工位拉深的變形程度不能太大。由于零件間留有較多的工藝廢料，材料的利用率有所降低。要保證級進拉深工位的

15、布置滿足成形的要求，應(yīng)根據(jù)制件的尺寸及拉深所需要的次數(shù)等工藝參數(shù)，用簡易臨時模具試拉深，根據(jù)試拉深的工藝情況和成形過程的穩(wěn)定性，來進行工位數(shù)量和工藝參數(shù)的修正，插入中間工位或增加空工位等，反復(fù)試制到加工穩(wěn)定為止。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，還可根據(jù)成形過程的要求，工位的數(shù)量，模具的制造組成單元式模具。級進拉深按材料變形區(qū)與條料分離情況，可分為無工藝切口和有工藝切口兩種工藝方法。無切口的級進拉深，即是在整體帶料上拉深。由于相鄰兩個拉深工序件之間相互約束，材料在縱向流動較困難，變形程度大時就容易拉裂。所以每道工序的變形程度不可能大，因而工位數(shù)較多。這種方法的優(yōu)點是節(jié)省材料。 由于材料縱向流動比較困難 ，它只適用

16、于拉深有較大的相對厚度（t/D）×100>1，凸緣相對直徑較?。╠t /d=1.11.5）和相對高度h/d較低的拉深件。 有切口的級進拉深是在零件的相鄰處切開一切口或切縫（圖）。相鄰兩工序件相互影響和約束較小，此時的拉深與單個毛坯的拉深相似。因此，每道工序的拉深系數(shù)可小些，即拉深次數(shù)可以少些，且模具較簡單。但毛坯材料消耗較多。這種拉深一般用于拉深較困難，即零件的相對厚度較小，凸緣相對直徑較大和相對高度較大的拉深件。關(guān)于級進拉深的工序計算可詳細參考有關(guān)沖壓設(shè)計手冊4. 條料的定位精度 條料的定位精度直接影響到工件的加工精度,特別是對工位數(shù)比較多的排樣,應(yīng)特別注意條料的定位精度。排

17、樣時，一般應(yīng)在第一工位沖導(dǎo)正工藝孔，緊接著第二工位設(shè)置導(dǎo)正銷導(dǎo)正，以該導(dǎo)正銷矯正自動送料的步距誤差。在模具加工設(shè)備精度一定的條件下，可通過設(shè)計不同型式的載體和不同數(shù)量的導(dǎo)正銷，達到條料所要求的定位精度。條料定位精度可按下列經(jīng)驗公式計算：條料的定位精度是確定凹模、固定板和卸料板等零件型孔位置精度的依據(jù)。為了減少多工位級進模各工位之間步距的積累誤差，在標(biāo)注凹模、固定板和卸料板等零件與步距有關(guān)的孔位尺寸時，均以第一工位為尺寸基準(zhǔn)向后標(biāo)注，不論距離多大，均以對稱偏差標(biāo)注型孔位置公差，以保證孔位制造精度。圖是圖所示沖件的凹模板與步距有關(guān)的孔位尺寸標(biāo)注示例。 5.  排樣設(shè)計后的檢查 排樣設(shè)計后

18、必須認真檢查，以改進設(shè)計，糾正錯誤。不同工件的排樣其檢查重點和內(nèi)容也不相同，一般的檢查項目可歸納為以下幾點：1材料利用率 檢查是否為最佳利用率方案。2模具結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性 級進模結(jié)構(gòu)多為整體式，分段式或子模組拼式等，模具結(jié)構(gòu)型式確定后應(yīng)檢查排樣是否適應(yīng)其要求。3有無不必要空位 在滿足凹模強度和裝配位置要求的條件下，應(yīng)盡量減少空工位。4工件尺寸精度能否保證。由于條料送料精度，定位精度和模具精度都會影響到制件關(guān)聯(lián)尺寸的偏差，對于工件精度高的關(guān)聯(lián)尺寸，應(yīng)在同一工位上成形，否則應(yīng)考慮保證工件精度的其它措施。如對工件平整度和垂直度有要求時，除在模具結(jié)構(gòu)上要注意外，還應(yīng)增加必要的工序（如整形，校平等）來保證。5彎曲、拉深等成形工序成形時，由于材料的流動，會引起材料流動區(qū)的孔和外形產(chǎn)生變形，因此材料流動區(qū)的孔和外形的加工應(yīng)安排在成形工序之后。6此外，還應(yīng)從載體強度是否可靠，工件已成形部位對送料有無影響，毛刺方向是否有利于彎曲變形，彎曲件的彎曲線與材料纖維方向是否合理等方面進行分析檢查。排樣設(shè)計經(jīng)檢查無誤后，應(yīng)正