模具初级资料2.docx

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模具初级资料2

9.2多工位精密级进模的排样设计

   多工位精密自动级进模排样的设计是多工位自动级进模设计的关键。

排样图的优化与否，不仅关系到材料的利用率、制件的精度、模具制造的难易程度和使用寿命等，而且直接关系到模具各工位加工的协调与稳定。

   冲压件在带料上的排样必须保证冲压件上需加工的部位，能以稳定的自动级进冲压形式，在模具的相应部位上加工。

在未到达最终冲压工位之前，不能产生任何偏差和障碍。

冲压件的形状是千变万化的，要确定合理的排样图，必须从大量的参考资料中学习研究，并积累实践经验，才能顺利地完成多工位级进模的设计任务。

   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，还必须将制件的冲压方向，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、模具加工工艺性综合分析判断。

同时在全面地考虑工件精度和能否顺利进行自动级进冲压生产后，从几种排样方式中选择一种最佳方案。

完整的排样图应包括：

工位的布置、载体类型的选择和相应尺寸的确定。

工位的布置应包括冲裁工位、弯曲工位、拉深等工位的设计内容。

   当带料排样图设计完成，也就确定了以下内容：

1）模具的工位数及各工位的内容；

2）被冲制工件各工序的安排及先后顺序，工件的排列方式；

3）模具的送料步距、条料的宽度和材料的利用率；

4）导料方式，弹顶器的设置和导正销安排；

5）基本上确定了模具结构。

9.2.1排样设计应遵循的原则

   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）可制作冲压件展开毛坯样板（3～5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、切废料等分离工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排制件和载体分离。

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工位设置导正销，也可在以后的工位中每隔2～3个工位设置导正销。

第三工位根据冲压条料的定位精度，可设置送料步距的误送检测装置。

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。

对相对位置精度有较高要求的多孔，应考虑同步冲出，因模具强度的限制不能同步冲出时，后续冲孔应采取保证孔相对位置精度要求的措施。

复杂的型孔，可分解为若干简单型孔分步冲出。

4）为提高凹模镶块、卸料板和固定板的强度和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。

5）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。

若有不同于冲床滑块冲程方向的冲压成形动作，可采用斜滑块、杠杆和摆块等机构来转换成形方向。

6）对弯曲和拉深成形件，每一工位变形程度不宜过大，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。

7）为避免U形弯曲件变形区材料的拉伸，应考虑先弯成45°，再弯成90°。

8）在级进拉深排样中，可应用拉深前切口、切槽等技术，以便材料的流动。

9）压筋一般安排在冲孔前，在凸包的中央有孔时，可先冲一小孔，压凸后再冲到要求的孔径，这样有利于材料的流动。

10）当级进成形工位数不是很多，制件的精度要求较高时，可采用压回条料的技术，即将凸模切入料厚的20～35%后，模具中的机构将被切制件反向压入条料内，再送到下一工位加工，但不能将制件完全脱离带料后再压入。

11）在级进冲压过程中，各工位分断切除余料后，形成完整的外形，此时一个重要的问题是如何使各段冲裁的连接部位平直或圆滑，以免出现毛刺、错位、尖角等。

因此应考虑分断切除的搭接方法。

搭接如图9.2.1所示，a）为搭接，第一次冲出A、B两区，第二次冲出C区，搭接区是冲载C区凸模的扩大部分，搭接量应大于0.5倍材料厚。

b）为平接，除了必须如此排样时，应尽量避免。

平接时在平接附近要设置导正销，如果工件允许，第二次冲裁宽度适当增加一些，凸模修出微小的斜角（一般取3°～５°）。

图9.2.1 搭接方法

二、带料的载体设计

   由于搭边在多工位级进模中的特殊作用，在级进模的设计中，把搭边称为载体。

载体是运送坯件的物体，载体与坯件或坯件与坯件的连接部分称搭口。

载体的主要作用是连载坯件到各工位进行各种冲裁和成形加工。

因此要求载体能够在带料的动态送进中，使坯件保持送进稳定、定位准确，才能顺利地加工出合格制件。

载体型式一般可分为如下几种。

（一）边料载体

   边料载体是利用材料搭边而形成的载体，载体上可冲导正工艺孔，如图9.2.2所示。

此种载体送料刚性较好，省料、简单。

其主要应用范围是：

1）料厚t≥0.2mm，步距可大于20mm；

2）可多件排例，尤其圆形件能提高材料利用率；

3）可用于在载体上有冲导正工艺孔的带料或条料。

图9.2.2 边料载体

（二）双载体

   双载体实质是一种增大条料两侧搭边的宽度，以供冲导正工艺孔需要的载体。

特别是所冲带料较薄时，增加边料可保证送料刚度和精度。

这种载体主要用于薄料、制件精度较高的场合（图9.2.3），但材料利用有所降低。

这种载体主要应用范围是：

料厚t可小于0.2；往往是单件排列。

图9.2.3  弯曲成形件双载体

（三）中载体

   中载体常用于一些对称弯曲成形件，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，如图7—4所示。

中载体在成形过程中平衡性较好。

图9.2.4所示是同一个零件选择中载体时，不同的排样方法。

a）图是单件排列，b）图是可提高生产效率一倍的双排排样。

图9.2.4 单中载体

   图.9.2.5零件要进行两侧以相反方向卷曲的成形弯曲，选用单中载体难保证成形件形状成形后的精度要求，选用可延伸连接的双中载体可保证成形件的质量。

缺点是载体宽度较大，材料的利用率降低。

中载体常用于材料厚度大于0.2mm的对称弯曲成形件。

图9.2.5双中载体

（四）单边载体

   单边载体主要用在弯曲件。

在不参与成形的合适位置留出载体的搭口，采用切废料工艺将制件留在载体上，最后切断搭口得到制件（如图7—6）。

它可适用在t＜0.4mm的弯曲件的排样。

a）图和b）图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，并且细颈处易开裂，分解后的镶块便于加工，且寿命得到提高。

图9.2.6单边载体

（五）载体的其它型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。

1.加强载体

   该载体是为了使t≤0.1mm的薄料送进平稳，保证冲压精度，对载体采取压筋、翻边等提高载体刚度的加强措施，而形成的载体形式。

2.自动送料载体

   有时为了自动送料，可在载体的导正孔之间冲出匹配钩式自动送料装置拉动载体送进的长方孔。

   在多工位精密级进模排样设计中，要涉及冲裁、弯曲和拉深等成形工位的设计。

各种成形方法有自身的成形特点，其工位的设计必须与成形特点相适应。

（一）级进冲裁工位设计要点

 1.对复杂形状的凸模，宁可多增加一个冲裁工位，也要使凸模形状简单，以便凸、凹模加工和保证凸模、凹模的强度。

 2.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。

 3.对有严格相对位置要求的局部内、外形，应考虑近可能在同一工位上冲出，以保证工件的位置精度。

 4.为增加凹模强度，应考虑在模具上适当安排空工位。

（二）多工位级进弯曲工位的设计要点

1.冲压与弯曲方向

   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困难。

弯曲方向是向上，还是向下，模具结构是不同的。

如果向上弯曲，要求下模采用滑块的模具结构或摆块的模具结构；若进行多重卷边弯曲，则要几处模块滑动。

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，要考虑弯曲后送料顺畅。

若有障碍，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组成分解加工的工位进行冲压。

图9.2.7是四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面保持平行，且被加工零件由顶料板和卸料板压在凹模面上保持静止，只有成形的部分材料可以活动。

a）图为向上的直角弯曲，为求得弯曲的精度，先预弯后再在下一工位进行直角弯曲。

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。

b）图是将卷边成形分为三次弯曲。

c）图是将接触线夹的接合面从两侧弯曲加工的示例，冲裁的圆角带在内侧，分三次弯曲。

d）图是带有弯曲、卷边接合面的工件加工示例，分四次弯曲成形。

   从上述四例可见，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，常使用斜滑块和摆动块技术进行力或运动的方向转换。

如要求从两侧水平加压时，需采用水平滑动模块，将冲床滑块的垂直运动，转变为模块的水平运动。

图9.2.7弯曲分解冲压工序

3．弯曲时坯料的滑移

   如果对坯料进行弯曲和卷边，应防止成形过程中材料的移位造成零件误差。

采取的对策是先对加工材料进行导正定位，在卸料板与凹模接触并压紧后，再作弯曲动作。

（三）多工位级进拉深成形工位的设计要点

   在多工位级进拉深成形时，不象单工序拉深模那样以散件形式单个送进，它是通过带料以组件形式级进送进，如图9.2.8。

通过载体、搭边和坯件连在一起的组件，便于稳定作业，成形效果良好。

但由于级进拉深时，不能进行中间退火，故要求材料应具有较高的塑性；又由于级进拉深过程中，工件间的相互制约，因此，每一工位拉深的变形程度不可能太大，且零件间还留有较多的工艺废料，材料的利用率有所降低。

图9.2.8 带料级进拉深

a）无切口带料拉深；b）有切口带料拉深

   要保证级进拉深工位布置满足成形的要求，应根据制件的尺寸及拉深所需要的次数等工艺参数，用简易临时模具试拉深，根据是否拉裂或成形过程的稳定性，来进行工位数量和工艺参数的修正或插入中间工位，增加空工位等，反复试制到加工稳定为止。

在结构设计上，还可根据成形过程的要求、工位的数量、模具的制造和装配组成单元式模具。

1.级进拉深工艺的尺寸计算

   拉深零件的形状繁多，但就其级进拉深工艺尺寸的计算，可分为无工艺切口和有工艺切口两种情况。

它们的带料宽度和步距尺寸，可参考表9.2.1和9.2.2。

表9.2.1无工艺切口的料宽和布距计算

表9.2.2有工艺切口的料宽和布距计算

2.级进拉深变形参数的设计

   无工艺切口的级进拉深时，可根据表9.2.3查出一次拉深所能达到的最大相对高度h１／d１，并与计算出所要成形工件的h１／d１的值进行比较，确定能否用一次拉深成形。

若工件的h１/d１小于表中所列值，则可一次拉深成形，否则需多次拉深。

有工艺切口的拉深所能达到的最大相对高度见表4.2.7。

表9.2.3无工艺切口第一次拉深系数m1和最大相对高度h１/d１（08钢、10钢）

   级进拉深时，应审查不进行中间退火所能达到的总拉深系数：

m总＝d/D。

还应确定拉深次数和各次拉深的拉深系数。

按有切口和无切口两种分别由表9.2.3～表9.2.6查出各次拉深系数，并计算出使m１·m2·m3……·mn＜m总成立的mn的n就是拉深次数。

   在调整拉深系数时，经调整确定的拉深系数m1、m2，……可比表中所列的数值大。

表9.2.4无切口工艺的以后各次拉深系数（08钢、10钢）拉深系数

表9.2.5有切口工艺的第一次拉深系数m１

表9.2.6有切口工艺的以后各次拉深系数m1

3.级进拉深工序直径计算

   计算各工序拉深直径时，使用调整后的各次拉深系数。

计算方法与单个毛坯的拉深相同，即：

   d1＝m1D，d２＝m２d1，……，dn＝mndn－１。