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1、多工位级进模的设计(基础知识) 1 概述多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种高精度、高效率、长寿命的模具，是技术密集型模具的重要代表，是冲模发展方向之一。这种模具除进行冲孔落料工作外，还可根据零件结构的特点和成形性质，完成压筋、冲窝、弯曲、拉深等成形工序，甚至还可以在模具中完成装配工序。冲压时，将带料或条料由模具入口端送进后，在严格控制步距精度的条件下，按照成形工艺安排的顺序，通过各工位的连续冲压，在最后工位经冲裁或切断后，便可冲制出符合产品要求的冲压件。为保证多工位级进模的正常工作，模具必须具有高精度的导向和准确的定距系统，配备有自动送料、自动出件、安全检测等装置。所以多工位级进
2、模与普通冲模相比要复杂，具有如下特点：（1） 在一副模具中，可以完成包括冲裁，弯曲，拉深和成形等多道冲压工序；减少了使用多副模具的周转和重复定位过程，显著提高了劳动生产率和设备利用率。 （2） 由于在级进模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在复合模的“最小壁厚”问题，设计时还可根据模具强度和模具的装配需要留出空工位，从而保证模具的强度和装配空间。 （3） 多工位级进模通常具有高精度的内、外导向（除模架导向精度要求高外，还必须对细小凸模实施内导向保护）和准确的定距系统，以保证产品零件的加工精度和模具寿命。 （4） 多工位级进模常采用高速冲床生产冲压件，模具采用了自动送料、自动出件、安全检测等自
3、动化装置，操作安全，具有较高的生产效率。目前，世界上最先进的多工位级进模工位数多达50多个，冲压速度达1000次分以上。 （5） 多工位级进模结构复杂，镶块较多，模具制造精度要求很高，给模具的制造、调试及维修带来一定的难度。同时要求模具零件具有互换性，在模具零件磨损或损坏后要求更换迅速，方便，可靠。所以模具工作零件选材必须好（常采用高强度的高合金工具钢、高速钢或硬质合金等材料），必须应用慢走丝线切割加工、成型磨削、坐标镗、坐标磨等先进加工方法制造模具。 （6） 多工位级进模主要用于冲制厚度较薄（一般不超过2mm)、产量大，形状复杂、精度要求较高的中、小型零件。用这种模具冲制的零件，精度可达IT
4、10级。 由上可知，多工位级进模的结构比较复杂，模具设计和制造技术要求较高，同时对冲压设备、原材料也有相应的要求，模具的成本高。因此，在模具设计前必须对工件进行全面分析，然后合理确定该工件的冲压成形工艺方案，正确设计模具结构和模具零件的加工工艺规程，以获得最佳的技术经济效益。显然，采用多工位级进模进行冲压成形与采用普通冲模进行冲压成形在冲压成形工艺、模具结构设计及模具加工等方面存在许多不同，本章将重点介绍它们在冲压工艺与模具设计上的不同之处。2. 多工位级进模的排样设计排样设计是多工位级进模设计的关键之一。排样图的优化与否，不仅关系到材料的利用率，工件的精度，模具制造的难易程度和使用寿命等，而
5、且关系到模具各工位的协调与稳定。冲压件在带料上的排样必须保证完成各冲压工序，准确送进，实现级进冲压；同时还应便于模具的加工、装配和维修。冲压件的形状是千变万化的，要设计出合理的排样图，必须从大量的参考资料中学习研究，并积累实践经验，才能顺利地完成设计任务。排样设计是在零件冲压工艺分析的基础之上进行的。确定排样图时，首先要根据冲压件图纸计算出展开尺寸，然后进行各种方式的排样。在确定排样方式时，还必须对工件的冲压方向、变形次数、变形工艺类型、相应的变形程度及模具结构的可能性、模具加工工艺性、企业实际加工能力等进行综合分析判断。同时全面考虑工件精度和能否顺利进行级进冲压生产后，从几种排样方式中选择一
6、种最佳方案。完整的排样图应给出工位的布置、载体结构形式和相关尺寸等。当带料排样图设计完成后，模具的工位数及各工位的内容；被冲制工件各工序的安排及先后顺序，工件的排列方式；模具的送料步距、条料的宽度和材料的利用率；导料方式，弹顶器的设置和导正销的安排；模具的基本结构等就基本确定。所以排样设计是多工位级进模设计的重要内容，是模具结构设计的依据之一，是决定多工位级进模设计优劣的主要因素之一。2.1 排样设计的原则多工位级进模的排样，除了遵守普通冲模的排样原则外，还应考虑如下几点：（1）先制作冲压件展开毛坯样板（35个），在图面上反复试排，待初步方案确定后，在排样图的开始端安排冲孔、切口、切废料等分离
7、工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排工件和载体分离。在安排工位时，要尽量避免冲小半孔，以防凸模受力不均而折断。 （2）第一工位一般安排冲孔和冲工艺导正孔。第二工位设置导正销对带料导正，在以后的工位中，视其工位数和易发生窜动的的工位设置导正销，也可在以后的工位中每隔23个工位设置导正销。第三工位可根据冲压条料的定位精度，设置送料步距的误差检测装置。 （3）冲压件上孔的数量较多，且孔的位置太近时，可分布在不同工位上冲出孔，但孔不能因后续成形工序的影响而变形。对有相对位置精度要求的多孔，应考虑同步冲出。因模具强度的限制不能同步冲出时， 应有措施保证它们的相对位置精度。复杂的型孔可分解为若干简单
8、形孔分步冲出。（4）成形方向的选择（向上或向下）要有利于模具的设计和制造，有利于送料的顺畅。若成形方向与冲压方向不同，可采用斜滑块、杠杆和摆块等机构来转换成形方向。（5）为提高凹模镶块，卸料板和固定板的强度，保证各成形零件安装位置不发生干涉，可在排样中设置空工位，空工位的数量根据模具结构的要求而定。（6）对弯曲和拉深成形件，每一工位的变形程度不宜过大，变形程度较大的冲压件可分几次成形。这样既有利于质量的保证，又有利于模具的调试修整。对精度要求较高的成形件，应设置整形工位。为避免U形弯曲件变形区材料的拉伸，应考虑先弯曲45度，再弯成90。（7）在级进拉深排样中，可应用拉深前切口，切槽等技术，以便
9、材料的流动。（8）当局部有压筋时，一般应安排在冲孔前，防止由于压筋造成孔的变形。突包时，若突包的中央有孔，为有利于材料的流动，可先冲一小孔，压突后再冲到要求的孔径。（9）当级进成形工位数不是很多，工件的精度要求较高时，可采用“复位”技术，即在成形工位前，先将工件毛坯沿其规定的轮廓进行冲切，但不与带料分离，当凸模切入材料的20%35%后，模具中的复位机构将作用反向力使被切工件压回条料内，再送到后续加工工位进行成形。2.2 载体和搭口的设计搭边在多工位级进模中有着特殊的作用，它是将坯件传递到各工位进行冲裁和成形加工，并且使坯件在动态送料过程中保持稳定准确的定位。因此，在多工位级进模的设计中把搭边称
10、为载体。载体是运送坯件的物体，载体与坯件或坯件和坯件的连接部分称为搭口。1载体形式载体形式一般可分为如下几种。（1）边料载体（图6.2.1）边料载体是利用材料搭边或余料冲出导正孔而形成的载体, 此种载体送料刚性较好，省料，简单。使用该载体时，在弯曲或成形部位，往往先切出展开形状，再进行成形，后工位落料以整体落料为主。 可采用多件排列，提高了材料的利用率。此主题相关图片如下：（2）双边载体（图6.2.2）双边载体实质是一种增大了条料两侧搭边的宽度，以供冲导正工艺孔需要的载体，一般可分为等宽双边载体（图6.2.2a）和不等宽双边载体（即主载体和辅助载体，图6.2.2b）。双边载体增加边料可保证送料
11、的刚度和精度，这种载体主要用于薄料（t0.2mm），工件精度较高的场合 ，但材料的利用率有所降低，往往是单件排列。（3）单边载体（图6.2.3）单边载体主要用于弯曲件。此方法在不参与成形的合适位置留出载体的搭口，采用切废料工艺将搭口留在载体上，最后切断搭口得到制件，它适用于t0.4mm的弯曲件的排样。在图6.2.3中，图a和图b在裁切工序分解形状和数量上不一样，图a第一工位的形状比图b复杂，并且细颈处模具镶块易开裂，分解为图b后的镶块便于加工，且寿命得到提高。图c是一种加了辅助载体的单边载体。此主题相关图片如下：此主题相关图片如下：此主题相关图片如下：（4）中间载体中间载体常用于一些对称弯曲成
12、形件，利用材料不变形的区域与载体连接，成形结束后切除载体。中载体可分为单中载体和双中载体。中载体在成形过程中平衡性较好。图6.2.4所示是同一个零件选择中载体时不同的排样方法。图6.2.4a是单件排列，图6.2.4b是可提高生产效率一倍的双排排样。图6.2.5所示零件要进行两侧以相反方向卷曲的成形，选用单中载体难以保证成形件成形后的精度要求，而选用可延伸连接的双中载体既可保证成形件的质量。此方法的缺点是载体宽度较大，会降低材料的利用率。中载体常用于材料厚度大于0.2mm的对称弯曲成形件。（5）载体的其他形式有时为了下一工序的需要,可在上述载体中采取一些工艺措施。 加强载体加强载体是载体的一种加
13、强形式，在料厚t0.1mm薄料冲压中，载体因刚性较差而变形造成送料失稳，使冲压件几何形状产生误差，为保证冲压精度，对载体局部采取的压筋、翻边等提高载体刚度的加强措施，而形成的载体形式，如图6.2.6。 自动送料载体有时为了自动送料的需要，可在载体的导正孔之间冲出与钩式自动送料装置匹配的长方孔，送料钩钩住该孔，拉动载体送进的。此主题相关图片如下：此主题相关图片如下：此主题相关图片如下：2.3 排样图中各冲压工位的设计要点冲裁，弯曲和拉深等都有自身的成形特点，在多工位级进模的排样设计中其工位的设计必须与成形特点相适应。 1级进模冲裁工位的设计要点 （1）在级进冲压中，冲裁工序常安排在前工序和最后工
14、序，前工序主要完成切边（切出制件外形）和冲孔。最后工序安排切断或落料，将载体与工件分离。（2）对复杂形状的凸模和凹模，为了使凸模、凹模形状简化，便于凸模，凹模的制造和保证凸模、凹模的强度，可将复杂的制件分解成为一些简单的几何形状多增加一些冲裁工位。（3）对于孔边距很小的工件，为防止落料时引起离工件边缘很近的孔产生变形，可将孔旁的外缘以冲孔方式先于内孔冲出，即冲外缘工位在前，冲内孔工位在后。 对有严格相对位置要求的局部内，外形，应考虑尽可能在同一工位上冲出，以保证工件的位置精度。 2多工位级进弯曲工位的设计要点 （1）冲压弯曲方向 在多工位级进模中，如果工件要求向不同方向弯曲，则会给级进加工造成
15、困难。弯曲方向是向上，还是向下，模具结构设计是不同的。如果向上弯曲，则要求在下模中设计有冲压方向转换机构（如滑块、摆块）；若进行多次卷边或弯曲，这时必须考虑在模具上设置足够的空工位，以便给滑动模块留出活动的余地和安装空间。若向下弯曲，虽不存在弯曲方向的转换，但要考虑弯曲后送料顺畅。若有障碍则必须设置抬料装置。 （2）分解弯曲成形 零件在作弯曲和卷边成形时，可以按工件的形状和精度要求将一个复杂和难以一次弯曲成形的形状分解为几个简单形状的弯曲，最终加工出零件形状。图6.2.8是4个向上弯曲的分解冲压工序。在级进弯曲时，被加工材料的一个表面必须和凹模表面保持平行，且被加工零件由顶料板和卸料板在凹模面上保持静止，只有成形的部分材料可以活动。 图a为先向下预弯后再在下一工位向上进行直角弯曲。其目的是减少材料的回弹和防止因材料厚度不同而出现的偏差。图b是将卷边成形分为3次弯曲的情况。图c是将接触线夹的接合面从两侧水平弯曲加工的示例，冲裁在圆角带在内侧，分3次弯曲。图d是带有弯曲，卷边的工件示例，分4次弯曲成形。可见，在分步弯曲成形时，不变形部分的材料被压紧在模具表面上，变形部分的材料在模具成形零件的加压下进行弯曲，加压的方向需根据弯曲要求而定，常使用斜滑块和摆
