第七章-----级进模..ppt

1、,第一节 级进模设计基础 第二节 级进模设计示范,第一节 级进模设计基础,一、概述 级进模，又称：多工位级进模、连续模、跳步模，它是在一副模具内，按所加工的工件为若干等距离的工位，在每个工位上设置一个或几个基本冲压工序，来完成冲压工件某部分的加工。 被加工材料，事先加工成一定宽度的条料，采用某种送进方法，每次送进一个步距。经逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压工件。在一副级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉深、成形等工序。 一般来说，无论冲压零件形状怎样复杂，冲压工序怎样多，均可用一副级进模冲制完成。 用于级进模的材料，都是长条状的板材。材料较厚、生产批量较小时，可剪成条料；生产批量大时，应选

2、择卷料。卷料可以自动送料，自动收料，可是用高速冲床自动冲压。 级进模对材料的厚度和宽度都有严格的要求。宽度过大，条料不能进入模具的导料板或通行不畅；宽度过小则影响定位精度，还容易损坏侧刃、凸模等零件。,送料：级进模在冲压过程中，压力机每次行程完成一个（或几个）工件的冲压。条料要及时地向前送进一个步距。 送料的方法（三种）： 手工送料：一般用于小批量生产； 自动送料器送料：所用的材料，一般是成卷的条料； 在模具上附设自制的送料装置。常用斜楔、小滑块驱动，在级进模中应用较少。 注：要求冲床有足够的刚度，模具有相应的精度； 冲床的行程不易过大，最好选用行程可调的偏心 冲床或高速冲床。 设计模具和选用

3、冲床时要注意工作台面的有效安 装尺寸。,级进模的特点：,1）提高劳动生产率和设备利用率。有些复杂的小型零件，若不采用级进模几乎是不能生产的。 2）提高生产效率、降低成本。还具有操作安全的显著特点。 3）采用级进模也受到一定的限制：工件的大小，太大的工件，工位数较多，模具大，此时要考虑模具与冲床工作台面的匹配性。 由于级进模要采用条料，对形状复杂的工件产生的废料较多，在选用级进模时要注意材料利用率。一般级进模材料的利用率偏低。 一般级进模生产的工件精度较低。,二、步距与定距方式,步距的基本尺寸就是两相邻工位的中心距。级进模任何两相邻工位的中心距必须相等。对于单排列的排样，布局等于冲件的外轮廓尺寸

4、与搭边余量之和。搭边值的大小可参照冲裁排样的搭边数值。 定距的方式： 1、挡料销定距：适用于手工送料的简单级进模，利用工件落料后的废料孔与凹模上的定位钉实现定位。 模具上必须设有导正销将料导正，实现精确定位。 挡料销的形状可结合废料型孔的形状设计成圆形、扇形、钩形等。 2、测刃定距：适用于0.11.5mm厚的板料。太薄的板料用挡块定位时因板料易产生变形而影响定位精度；太厚的板料则不适于侧刃冲切。 3、自动送料器定距：自动冲床必须采用自动送料器送料。自动送料器有定型产品可以选购。,三、排样图设计,设计级进模，首先要设计条料排样图。 条料排样图设计完成，也就确定了以下内容： 1）模距的工位数和各工

5、位的工序内容。 2）被冲制工件各工序的安排及先后顺序。 3）工件的排列方式。 4）模具的步距、条料的宽度和材料利用率。 5）导料的方式、弹顶器的设置和导正销的安排。 6）基本上确定了模具结构。,排样图设计的好坏，对模具设计的影响很大，因此要反复思考，设计多个方案，加以比较。,设计排样图时要考虑的问题： （1）工序安排 各工序的顺序关系除一些常规考虑外，级进模的工序安排还要注意以下内容： 1）冲裁工序尽量避免一次完成复杂形状的冲裁，复杂工件的外形可通过多次局部冲裁，最后完成工件的外形要求。对于冲孔落料件，应先冲孔，在逐步完成外形的冲裁。 2）对于冲裁弯曲类的工件，应在切除弯曲部位周边的废料后进行

6、弯曲，然后再切除其余废料。 对于有冲孔的弯曲件，弯曲工序可能影响孔的位置精度，应考虑先弯曲后冲孔。 3）对于有拉深又有弯曲和其他工序的工件，应当先进行拉深，再安排其他工序。 4）由严格要求的局部内、外形及成组的孔，应考虑在同一工位上冲出，以保证位置精度。 5）对于复杂的弯曲件，为保证弯曲角度，有利于消除回弹，可以分成几次进行弯曲。,（2）侧刃与导正孔的安排,侧刃常安排在第一工位，也可安排在第二工位。如果侧刃靠后，将打乱条料的冲压顺序，使冲压无法进行。侧刃必须靠后时，在前几步可安装使用定位销定位。由于侧刃安排在后边有利于将最后的条料尾部冲压完成，而减少废料，因此在一些模具上常采用双侧刃结构，即在

7、第一工位上，条料的两侧设一个侧刃，这样安排的缺点是侧刃废料增大，冲裁力增大，应综合考虑。 导正销是各种定距模具中普遍采用的精确定位方法。采用自动送料器的级进模，在条料排样的第一工位就要冲出工艺性的导正销孔，在第二工位及以后每相隔24工位的相应位置设置导正销。如果借用工件本身的孔作为导正孔，应注意控制孔和导正销之间的配合精度，已满足定位的要求。同时也应注意，被借用的孔经导正销导正后，会损坏孔的精度，甚至使孔有所变形。 对于简单级进模上体积较大的凸模，常在凸模上安装导正销，在凸模工作之前自行导正，故导正孔可设专用的，也可把工件自身的孔用作导正孔。 对某些圆形拉深件的级进模，可以不设导正销，因为各工

8、位的拉深凸模本身就具有导正的作用。,（3）载体在级进模内，条料送进过程中，不断的被切除余料，但是各工件之间到达最后工位以前，总要保留一些材料将其连接起来，这部分材料就是载体。,限于被加工工件的形状和工序的要求，其载体的形式也各不相同。 理想的载体是双侧载体，即到最后一个工位前条料的两侧仍保持有完整的外形，这对于送进、定位和导正都十分有利。 对于一些有弯曲工序的工件，很难形成双侧载体，往往只能保持条料的一侧有完整的外形，这样的载体称为单侧载体。此时导正销放在单侧载体上，对条料导正和定位都造成一些困难，为此在设计中应予认真考虑。 载体的强度很重要，载体发生变形将使冲压无法进行，甚至损坏模具，因此在

9、排样设计中，在工件排列形式和选择条料宽度以及其他方面等，都要使载体具有足够的强度。,（4）分段切除中的搭接 级进模在冲压过程中，各工步分断切除余料后，形成工件完整的外形，此时一个重要的问题就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。搭接方法可分为搭接和平接。,搭接如右图a所示，若第一次冲出A、B两区，第二次冲出C区，图示的搭接区是冲裁C区凸模的扩大部分，搭接量应大于0.5倍材料厚，如果不受位置的限制可以增大至12.5倍材料厚度。 平接如图b所示，这种连接方式容易出现上述各种缺陷，排样设计是应尽量避免。若必须如此排样时，要在平接附近安置导正销，如果工件允许，第二次冲裁宽度

10、适当增加一些，凸模修出微小的斜角（一般取3 5）。,（5）其他因数,对于有弯曲工序的工件还要考虑材料纤维的方向。 对于有倒冲和切断、切口的部位，应注意毛刺方向，因为倒冲时毛刺留在上表面，切断和切口时，被切开工件的毛刺一边在上面，一边在下面。排样时应考虑毛刺方向是否影响工件使用。 对每个排样方案都要计算出材料利用率，并进行经济效率分析。,四、级进模常用装置,1、卸料装置 级进模上的卸料装置，常用的是弹压卸料板。卸料板在级进模中要求卸料平稳，有足够的卸料力。 级进模中卸料板的另一个重要作用是保护细小的凸模。由于工件形状的要求，形状多种多样，有圆形的、有异形的、也有很薄的。有的凸模厚度不足0.5mm

11、，这些小凸模在高速连续的冲压中应确保有足够的使用周期，则主要依靠卸料板对小凸模的保护。故级进模中经常要使用细小的凸模。另外，在卸料板上还可以安装一些小凸模、导正销等工作部件。 在复杂的级进模中，卸料板常用镶拼结构。在整体的卸料板基体上，根据各工位的需要镶拼卸料板镶块，镶拼块用螺钉、销钉固定在基体上。,由于卸料板的用途，特别是保护小凸模的作用，要求卸料板有很高的运动精度，为此在卸料板与上模座之间经常采用增设小导柱、导套的结构，其常用结构形式如图所示。,图a、b两种是在固定板与卸料板之间导向，图c、d是将上模板、固定板、卸料板、下模板都连接在一起。导柱、导套的设计要参阅有关标准。 若对运动精度要求

12、有更高的要求，例如，当冲压的材料厚度0.3mm，工位较多及精度要求高时，应选用滚珠导向的导柱、导套，并且有标准件可供选用。 实践证明，冲裁间隙在0.05mm以内的级进模，普遍采用滚珠导向的模架，并在卸料板上采用滚珠导向的小导柱。,卸料板各工作型孔应与凹模型孔、凸模固定板的型孔保持同轴，很多制造厂家采用慢走丝数控线切割机床加工上述工件，以确保同轴度的要求。,另外，卸料板各型孔与对应凸模的配合间隙值，应当是凸模与凹模间隙的1/31/4才能起到对凸模的导向和保护作用。 在设计卸料板时，其型孔的表面粗糙度应为Ra0.4 0.8m，卸料板要有必要的强度和硬度。 弹压卸料板在模具上深入到两导料板之间，所以

13、要设计成反凸台形，凸台与导料板之间应有适当的间隙。 卸料螺钉的工作长度在一副模具内必须相等，否则会因卸料板偏斜，而损坏凸模。,二、浮料装置,级进模中存在拉深，弯曲等工序，条 料的下面就必然不平整，送进就会有障 碍。对此有两条措施：一是在凹模上开 槽，二是每次冲压后都用弹顶器将条料 抬高，使条料在浮顶器上松劲，从而避 免障碍。 对于第一种措施，只能在最后几个工步采用，重要措施是采用弹顶器。 弹顶器结构如上图（这是标准弹顶器）。 在级进模中也大量使用带导向槽的弹顶器，它既有弹顶作用，也有取代导料板导向的作用。 使用导向槽弹顶器，可减少送进阻力。选择这种弹顶器应在模具进料端或进、出料两端加局部导料板

14、配合使用。,三、限位装置,级进模结构比较复杂，凸模较多，在存放、搬运、试模过程中，若凸模过多地进入凹模，容易损伤模具，为此在级进模中应安装限位装置。如左图所示。 限位装置由限位柱和限位垫块、限位套组成，在冲床上安装模具时把限位垫装上，此时模具处于闭合状态。在冲床上固定好模具，取下限位垫块，模具就可工作，对安装模具十分方便。从冲床上拆下模具前，将限位套放在限位柱上，模具处于开启状态，便于搬运和存放。,五、连续模拉深的尺寸计算,级进模中的拉深工序，有的可以一次拉深成形，而更多的情况是需要经多次拉深才能完成工件所需的形状。级进模中的连续拉深是在条料上进行的，不允许进行中间退火，也不便于增加润滑剂，在

15、设计和计算上与单工序模的拉深有所不同。 适合级进模进行连续拉深的工件外形尺寸一般小于50mm，材料厚度小于2mm，最好在1.2mm以下。工件材料的塑性要好，常用于连续拉深的材料有黄铜、纯铜、低碳钢、软铅、可伐合金等。 与单工序模的拉深相比，级进模拉深的毛坯是条料，比所需要的毛坯总要大一些，因此材料来源充足，但流动阻力加大。相邻的两个拉深件在同一条料上相互影响、相互约束，给拉深中材料流动增加了困难。材料的流动使条料变窄，给导正和送进增加了难度。因此，在条料上各工位区域之间冲裁出切口，使其相对分离，有利于材料的流动，,常用切口形式如图7-5所示： 图a所示的切口适用于材料厚度小于1mm，直径大于5

16、mm的圆形件浅拉深，这种切口的缺点是拉深后侧搭边区产生变形。 图b所示的切口用于材料厚度大于0.5mm的圆形小工件，应用较广，不易起皱，拉深中带料会缩小，这种切口形式较为费料。 图c所示的切口，带料的宽度及送进步距在拉深过程中不改变，可用于有导正销的场合，但是模具制造比较困难，比较费料。 图d、e所示的切口适用于矩形拉深件，图f所示的切口用于单排或双排的单头焊片。,返回,无切口工艺或整体拉深： 在工件拉深变形较小 的情况下可以不在带料上切口。,无切口工艺一般适用于： 材料相对厚度较大（t/D毛1001）、 凸缘相对直径较小（d凸/d=1.11.5）、 相对高度较小（h/d=2.5）的拉深件。

17、其中： D毛为毛坯直径， d凸为工件凸缘直径，d为工件拉深成形直径，h为工件拉深高度。 拉深的设计计算按下述顺序进行。,连续拉深的计算步骤：,1）按照单工序模的计算方法及工件的尺寸计算所需毛坯的直径D1，查表7-1得出修边余量1， D1与1之和为后面计算所使用的毛坯直径D。 2）根据相对厚度t/D100及凸缘相对直径d凸/d，由表7-2查出一次拉深所能达到的最大相对高度h1/d1，并计算出所要加工工件的h1/d1值与其比较，确实能否用一次拉深成形。如工件的h/d小于表中所列的值，则可一次拉深成形，否则需多次拉深。,3）计算总拉深因数m总，即： m总=d/ D毛,4）确定拉深次数和各工序的拉深因

18、数，按有切口和无切口两种情况分别由表7-3表7-6查出拉深因数m1，m2，mn，试计算，使m1m2m3，mnm总成立的最小的n就是拉深次数。,在调整拉深因数时，经调整确定的拉深因数m1，m2，可以比表中所列的数值大。,5）当计算各工序的拉深直径时，使用调整后的拉深因数，计算各工序的拉深直径，即：,6）确定凸、凹模圆角半径。 确定首次拉深凸、凹模圆角半径。即： 凸模： 凹模： 中间各次拉深，r凸与r凹逐次递减，最后达到规定的工件圆角半径，如果工件的圆角半径与凹模接触部位的圆角半径小于t，与凸模接触部位的圆角半径小于2t，则应考虑增加校正工位，通过校正的方法，使圆角半径符合工件的要求。 确定最后成

19、形拉深凸、凹模圆角半径。即： 凸模： 凹模： 在设计模具时圆角半径应取消的允许值，试模调整时可再适当增大。,7）计算各工序的拉深高度。 拉深高度的计算原则： 根据一定的毛坯直径D来计算最 后一道工序的凸缘直径，这一直径应 该是固定值，即从第一道工序到最后 的拉深工序都保持不变。 根据毛坯和凸缘的直径，用一般 方法计算各工序的拉深高度，每一工序的拉深面积应与毛坯面积相等。 每工序拉深高度可按式（7-1）、式（7-2）计算，有关符号的意义参照图7-6。 直壁部分的高度为： （7-1） 各工序拉深总高度为： （7-2）,8）确定凸、凹模的间隙。 连续拉深的凸、凹模间隙，在前几步取值可较大，以后逐渐减

20、小，整形工步的凸、凹模单面间隙取值小于材料厚度t，具体数值按表7-7选取。,第二节 级进模设计示范,一、落料、冲孔级进模 工件名称：手柄 生产批量：小批量 材料：Q235-A，料厚1.2mm 工件简图：如右图 1、工艺分析 此工件只有落料和冲孔两个工序。将外形视为落料，则需要冲的孔共有6个，一个8mm的孔和5个5mm的孔。大端4个5mm的孔与R16mm外圆及8mm孔之间只有3.5mm的距离。如果设计复合模，模具制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度。因此，选用及进模更为合理。,2、排样图的设计,设计多工位级进模，首先要设计条 料排样图。手柄的形状具有一头大一

21、头小 的特点，按右图所示排列，可显著减少废 料，但凸模和凹模都要制成两套，从而增 加模具成本，所以设计成隔位冲压。条料 完成冲压以后，将条料水平方向旋转180， 再冲第二遍，在第一次冲裁的间隔中冲裁 出第二部分工件。搭边值取2.5mm和3.5mm，条料宽度为135mm。 此工件的尺寸在级进模中是较大的，只有2个工位，又是小批量生产，因此采用挡料销定位。送料时废料孔与挡料销作为粗定距，在大凸模上安装两个导正销，利用条料上5mm和8mm孔作导正销孔进行导正，以此作为条料送进的经确定距。操作时完成第一步冲压后，把条料抬起向前移动，用落料孔套在挡料销上，并向前推紧，冲压时凸模上的导正销再作精确定距。挡

22、料销位置的设定比理想的几何位置向前偏移0.2mm，冲压过程中粗定位完成后，当用导正销作精确定位时，由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2mm而完成精确定位。 用这种方法定居，精度可达到0.02mm。,3、模具总体结构 模具采用中间导柱模架，模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。上模部分共有7个凸模，如图79所示。 下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。,4、主要计算,1）冲裁力的计算 冲裁力用式（2-6）计算。取=300MPa，板料厚t=1.2mm，L值为6个孔的总周长与工件外轮廓线周长之和，经

23、计算得出L=370mm ，则冲裁力为：F0=Lt=370mm 1.2mm300MPa=133200N 选择压力机时，再将冲裁力乘以安全因数，其值一般取1.3，则用于冲裁的总压力应大于173kN。 2）弹性橡胶板的计算 本模具中橡胶板的工作行程由以下几个部分组成：凸模修模量5mm；凸模凹进卸料板1mm；工件厚度1.2mm；凸模冲裁后进入凹模2mm。以上4项长度之和就是橡胶板的工作行程s工作，即： s工作=（5+1+1.2+2）mm=9.2mm 取压缩量为自由高度的0.25，则橡胶板的自由高度为： 由式（2-11）计算卸料板的卸料力， 即： 预压缩量取15%，由图1-17可查出p=05MPa，此时

24、橡胶板应具有足够的卸料力，其卸料力的大小用式（1-2）计算橡胶板所需的面积，则： 结合模具的实际结构，将橡胶板分成若干块安装。 橡胶板高度H自由与直径D之比需要满足：,3）模具压力中心的计算 冲裁模压力中心就是冲裁合力作用点，冲压时模具的压力中心一定要与冲床滑块中心重合。故设计模具时，要使模具的压力中心通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心和冲床滑块中心重合。,计算压力中心时，应首先画出凹模 型口图（如右图）。在图中将xOy坐标 建立在图示的对称中心线上，在图中 将冲裁线按几何图形分成L1L6共6组 线段，每组线段都要计算出线段总长 度、力的作用点到x轴的距离及到y轴 的距离。 L1是半圆弧，其

25、力在x方向 的作用点可从有关手册中查出，位于 距圆心2R/处； L4也是半圆弧，计算方法同上； L2、 L3是直线，力的作用点位于直线中间； L6由4个5mm的圆和1个8mm的圆组成，力的作用点位于8mm的圆心。 L2和L3的长度按勾股定理计算出为95.34mm，有关数据计算结果列于表7-8中。,将表中数据代入式（2-28）计算，则：,计算出的压力中心是图7-10所注的C点。,4）冲裁间隙 已知工件材料为低碳钢，取型截面，由表2-11查出Z/2t=9%。其中z为间隙值，t为板料厚度，则单面间隙为：,5、主要零部件的设计,设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件用什么方法加工制造及总体装配的方法。

26、结合模具的特点，本模具适宜采用线切割机床加工凸模固定板、卸料板、凹模以及外形凸模。这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。 下面分别介绍各个零部件的设计方法。,1）外形凸模的设计,外形凸模用线切割机床加工直通凸模，用 2个M8螺钉固定在垫板上，与凸模固定板的配 合按H6/m5。外形凸模的高度是凸模固定板 （厚20mm）、卸料板（厚14mm）、橡胶板（厚31mm）的总和再减去凸模凹入卸料板的1mm，则凸模高是以上四项的代数和，为64mm。外形凸模下部设置两个导正销。导正销的尺寸见上图所示。导头的直线部分应为（0.50.8）t，取0.8mm。导正销伸入定位孔时，板料应处于自由状

27、态。在手工送料时，板料已由挡料销粗定位，导正销将工件导正的过程是将板料向后拉回约0.2mm。一般凸模应进入卸料板0.82.5mm，此值定为1mm。必须在卸料板压紧板料之前完成导正，所以导正销直线部分的长度为0.8mm+1mm=1.8mm。 在外型凸模的底部钻孔安装导正销，采用H7/r6配合，为防止其脱落，在凸模上打横向孔，用销钉固定导正销，如图7-9所示。,返回,1）外形凸模的设计（续）,5个5mm的圆形凸模，采用尾部带台阶的固定方法。尾部台阶直径为6.5mm，与固定板接触的中部直径6mm。因其直径较小易损坏，故按常拆结构设计，与固定板的配合取H6/m5。 冲8mm孔的凸模设计成台阶状，与固定

28、板接触部分为10mm，尾部没有台阶，用M5的螺钉固定在垫板上，其与固定板的配合采用H7/m6。 弹性卸料板应对小凸模具有保护作用，故凸模与卸料板的间隙选择应小一点，使外形凸模对卸料板起导向作用。级进模中卸料板与凸模的间隙见表7-9。凸模与卸料板的间隙选为0.025mm，凸模材料选用Cr2MoV。,2）凹模设计,凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安装凹模在模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。选择凹模壁厚为45mm，凹模宽度是刃口外界距离与两个凹模壁厚之和。刃口外界为127mm，则凹模宽度为127mm。凹模的长度要考虑以下因素： 保证有足够安装橡胶板的面积。 便于导尺发挥作用，保证送料粗定位精度。 选取凹模边界尺寸为195mm217mm。凹模材料选用Cr12制造，热处理硬度为5862H