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第五章 其它沖壓模具設(shè)計,5.1 級進(jìn)模 5.2 成型模 習(xí)題,5.1級進(jìn)模,5.1.1概述 多工位級進(jìn)模是一種在一副模具內(nèi)將制件加工成所需工件的沖壓工藝,它將一副模具分成若干個等距離工位,在每個工位上設(shè)置—定的沖壓工序,完成零件的某部分沖制工作,經(jīng)多道工序沖制完成所需要的沖壓件。 多工位級進(jìn)模是高精密、高效率、高壽命的先進(jìn)模具(俗稱“三高”模具),具有生產(chǎn)率高,質(zhì)量可靠,操作安全,節(jié)省模具、機(jī)床和勞動力,經(jīng)濟(jì)效益好的特點。,1.按沖壓工序性質(zhì)分 1)沖裁多工位級進(jìn)模 有沖落形式級進(jìn)模和切斷形式級進(jìn)模。沖落形式級進(jìn)模完成多道沖孔工序后落料;切斷形式級進(jìn)模完成沖孔等沖裁工位后切斷。 2)成型工序多工位級進(jìn)模 (1)以沖裁為主,且分別包括彎曲、拉深、成型某一工序或某兩個工序的有:沖裁彎曲多工位級進(jìn)模、沖裁拉深多工位級進(jìn)模、沖裁成型多工位級進(jìn)模、沖裁彎曲拉深多工位級進(jìn)模、沖裁彎曲成型多工位級進(jìn)模和沖裁拉深成型多工位級進(jìn)模等。 (2)由幾種沖壓工藝結(jié)合在一起的沖裁、彎曲、拉深、成型多工位級進(jìn)模。,2.按級進(jìn)模的設(shè)計方法分 1)封閉形孔連續(xù)式級進(jìn)模 這種級進(jìn)模的各個工作形孔(除定距側(cè)刃形孔外)與被沖零件的各個孔及制件外形(彎件指展開外形)的形狀一致,并把它們分別設(shè)置在一定的工位上,材料沿各工位經(jīng)過連續(xù)沖壓,最后獲得所需沖件。用這種方法設(shè)計的級進(jìn)模稱封閉形孔連續(xù)式級進(jìn)模。如圖5-1所示為沖制制件及其展開圖和排樣圖。,圖5-1沖壓件、展開圖和排樣圖 (a)沖壓件;(b)展開圖;(c)排樣圖,2)分?jǐn)嗲谐喽问郊夁M(jìn)模 這種級進(jìn)模對沖壓零件的復(fù)雜異形孔和零件的整個外形采用分段切除多余廢料的方式進(jìn)行,即在前一工位先切除一部分廢料,在以后工位再切除一部分廢料,經(jīng)過逐個工位的連續(xù)沖制,就能獲得一個完整的零件或半成品。對于零件上的簡單形孔,模具上相應(yīng)的形孔可與零件上的形孔做成一樣。 圖5-1所示零件,采用分?jǐn)嗲谐喽问郊夁M(jìn)模時其排樣圖如圖5-２所示,共分八個工位:,第一工位:沖導(dǎo)正釘孔。 第二工位:沖2×?1.8孔。 第三工位:空位。 第四工位:沖切兩端局部廢料。 第五工位:沖兩工件間的分?jǐn)嗖蹚U料。 第六工位:彎曲。 第七工位:沖中部3×12長方孔。 第八工位:切載體。,圖5-2分?jǐn)嗲谐喽问郊夁M(jìn)模條料排樣圖,分?jǐn)嗲谐喽问郊夁M(jìn)模的特點:分?jǐn)嗲谐喽问郊夁M(jìn)模其工位數(shù)比封閉形連續(xù)級進(jìn)模多;在分?jǐn)嗲谐龔U料過程中可以進(jìn)行彎曲、拉深、成型等工藝,一般采用全自動連續(xù)沖壓。這種模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造精度高;由于能沖出完整零件,因此生產(chǎn)率和沖件的精度都很高。 在設(shè)計多工位級進(jìn)模時,還應(yīng)根據(jù)實際生產(chǎn)中的問題,將這兩種設(shè)計方法結(jié)合起來,靈活運用。,5.1.2多工位級進(jìn)模的設(shè)計步驟 多工位級進(jìn)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、高速沖壓,造價高,制造周期長,所以設(shè)計多工位級進(jìn)模時,應(yīng)十分細(xì)致、全面地考慮問題。一般主要按以下步驟進(jìn)行: (1)接受設(shè)計任務(wù),研究原始資料,收集有關(guān)數(shù)據(jù)。 ①沖壓產(chǎn)品制件圖和模具設(shè)計任務(wù)書各一份。 ②沖壓產(chǎn)品制件試制生產(chǎn)的技術(shù)數(shù)據(jù)與樣件。例如彎曲件的展開尺寸、彎曲過程的各工序零件圖;拉深件的坯料尺寸,拉深次數(shù)及工序件尺寸等。,(2)進(jìn)行工藝計算, 將收集的數(shù)據(jù)及資料,根據(jù)多工位級進(jìn)模中的受力狀態(tài)進(jìn)行工藝計算,并修改有關(guān)數(shù)據(jù)。 (3)繪制零件展開圖,設(shè)計條料排樣圖并進(jìn)行工藝會審。 (4)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計,并繪制裝配草圖。 (5)繪制模具裝配圖、零件圖,編寫模具使用維修說明書。 說明書內(nèi)容:選用的壓力機(jī)、模具閉合高度、輪廓尺寸、規(guī)定行程范圍及每分鐘沖壓次數(shù)等;選用自動送料機(jī)構(gòu)類型,送料步距及公差,安裝調(diào)整要點;模具刃磨和維修注意點(哪些凸?；虬寄Ｐ璨鹣氯心?刃磨后如何調(diào)整各工作部分高度差值)。對易損件及備件應(yīng)有零件明細(xì)表。,5.1.3多工位級進(jìn)模的總體設(shè)計 1.排樣圖設(shè)計 多工位級進(jìn)模設(shè)計中,排樣圖的合理及正確與否,直接影響到制件精度與能否順利地進(jìn)行沖壓生產(chǎn),并且關(guān)系到材料的利用率。因此,排樣圖是多工位級進(jìn)模設(shè)計的依據(jù),也是關(guān)鍵工作之一。 根據(jù)制件圖樣尺寸,計算制件的展開尺寸,進(jìn)行排樣,并計算各種排樣方式的材料利用率,分析制件精度是否能達(dá)到圖樣要求,能否在模具中順利地進(jìn)行自動連續(xù)沖壓。將各種方案比較,選用最佳方案。,1)排樣圖設(shè)計原則 (1)合理確定工位數(shù)。在不影響凹模強(qiáng)度的原則下,工位數(shù)選得越少越好。 (2)適當(dāng)設(shè)置空工位。有時為了提高凹模強(qiáng)度或便于安裝凸模,在排樣圖上設(shè)置空工位,在空位上不對條料進(jìn)行沖壓加工。 (3)考慮材料的利用率,盡量按少、無廢料排樣,以便降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。多排或雙排排樣比單排排樣要節(jié)省材料,但模具制造困難,給操作也帶來不便。 (4)合理確定沖裁位置。凹?？仔途嚯x太近影響其強(qiáng)度,太遠(yuǎn)又會增大模具外形,浪費材料,且降低沖裁精度。 (5)為保證條料送進(jìn)步距的精度,必須設(shè)置導(dǎo)正孔,其位置盡可能設(shè)置在廢料上,這樣可增大導(dǎo)正直徑,使工作更為可靠。,(6)有沖孔與落料工序時,沖孔在前,有時可以將以沖孔作為導(dǎo)正孔。若工件上沒有孔,則可在第一工位上設(shè)置工藝孔,以做導(dǎo)正孔用。 (7)制件上的孔位置精度要求高時,在不影響凹模強(qiáng)度的前提下,盡量在同一工位中沖出,以保證質(zhì)量。 (8)在工位較多時,一般將分離工序安排在前,接著安排成型工序。對精度要求高的拉深件和彎曲件,應(yīng)在成型工序后再安排整形工序,最后安排切斷或落料工序。 (9)沖制不同形狀及尺寸的多孔工序時,盡量把大孔和小孔分開安排在不同工位,以便修磨時能保證孔距精度。 (10)在沖裁形狀復(fù)雜的制件時,可用分段切除方法,以提高凹模強(qiáng)度并便于模具加工與制造。,2)排樣圖設(shè)計時應(yīng)考慮的問題 (1)多工位級進(jìn)模的送料方式:在高速沖床上用自動送料機(jī)構(gòu),以導(dǎo)正銷精確定位。 (2)零件形狀: 分析沖壓零件形狀,抓作零件的主要特點,分析研究,找出工位之間關(guān)系,保證沖壓過程順利進(jìn)行。特別對形狀異常復(fù)雜、精度要求高、含有多種沖壓工序的零件,應(yīng)根據(jù)變形理論分析,采取必要措施給予保證。,(3)沖裁力的平衡:力求壓力中心與模具中心重合,其最大偏移量不超過模具長度的1/6(或?qū)挾鹊?/6)。由于多工位級進(jìn)模往往在沖壓過程中產(chǎn)生側(cè)向力,因此,必須分析側(cè)向力產(chǎn)生部位、大小和方向,采取一定措施,力求抵消側(cè)向力。 (4)模具結(jié)構(gòu): 結(jié)構(gòu)盡量簡單,制造工藝性好,便于裝配、維修和刃磨。 (5)被加工材料:多工位級進(jìn)模對被加工材料有嚴(yán)格要求。在設(shè)計條料排樣圖時,對材料的供料狀態(tài),被加工材料的物理力學(xué)性能、材料厚度、纖維方向及材料利用率等均要全面考慮。,①材料供料狀態(tài):設(shè)計條料排樣圖時,應(yīng)明確說明是成卷帶料還是板料剪切成的條料供料。多工位級進(jìn)模常用成卷帶料供料,這樣便于進(jìn)行連續(xù)、自動、高速沖壓。否則,自動送料、高速沖壓難以實現(xiàn)。 ②加工材料的物理力學(xué)性能:設(shè)計條料排樣圖時,必須說明材料的牌號,料厚公差、料寬公差。被選材料既要能夠充分滿足沖壓工藝要求,又要有適應(yīng)連續(xù)高速沖壓加工變形的物理力學(xué)性能。,③纖維方向:彎曲線應(yīng)該與材料纖維方向垂直。但對于成卷帶料,其纖維方向是固定的,因此在多工位級進(jìn)模設(shè)計排樣圖時,由排樣方位來解決。有時零件上要進(jìn)行幾個方向上的彎曲,可利用斜排使彎曲線與纖維方向成α角。當(dāng)不便于斜排時,征得產(chǎn)品設(shè)計人員同意,適當(dāng)加大彎曲零件的內(nèi)圓半徑。 ④材料利用率: 多工位級進(jìn)模材料利用率較低,所以在設(shè)計條料排樣圖時應(yīng)盡量大努力使廢料最少。多排排樣能提高材料利用率,但給模具設(shè)計、制造帶來很大因難。對形狀復(fù)雜的、貴重金屬材料的沖壓零件,采用雙排或多排排樣還是經(jīng)濟(jì)的。,(6)沖壓件的毛刺方向:沖壓零件經(jīng)凸、凹模沖切后,其斷面有毛刺。在設(shè)計多工位級進(jìn)模條料排樣圖時,應(yīng)注意毛刺的方向。原則是: ①當(dāng)沖件圖樣提出毛刺方向要求時,無論條料排樣圖是雙排還是多排,應(yīng)保證多排沖出的零件毛刺方向一致,絕不允許一副模具沖出的零件的毛刺方向有正有反。 ②帶有彎曲工藝的沖壓件,設(shè)計條料排樣圖時,應(yīng)當(dāng)使毛刺面在彎曲件的內(nèi)側(cè)。這樣既使零件外形美觀,又不會使彎曲部位出現(xiàn)邊緣裂紋。 ③如果采用分段切除廢料的方法,則不允許出現(xiàn)一個沖壓件的周邊毛刺方向不一致的情況,這點應(yīng)十分注意。,(7)正確設(shè)置側(cè)刃位置與導(dǎo)正孔：側(cè)刃是用來保證送料步距的,所以,側(cè)刃一般設(shè)置在第一工位(特殊情況可在第二工位)。若僅以側(cè)刀定距的多工位級進(jìn)模,又是以剪切的條料供料時,應(yīng)設(shè)計成雙側(cè)刃定距,即在第一工位設(shè)置一側(cè)刃,在最后工位再設(shè)置一個。 導(dǎo)正孔與導(dǎo)正銷的位置設(shè)置,對多工位級進(jìn)模的精確定位是非常重要的。 ①多工位級進(jìn)模由于采用自動送料,因此必須在條料排樣圖的第一工位就沖出導(dǎo)正孔,第二工位以及以后工位,相隔2～4個工位在相應(yīng)位置上設(shè)置導(dǎo)正銷。在重要工位之前一定要設(shè)置導(dǎo)正銷。,②為節(jié)省材料,提高材料利用率,多工位級進(jìn)模中可借用被沖裁零件上的孔作導(dǎo)正孔,但不能用高精度孔,否則在連續(xù)沖壓時因送料誤差而損壞孔的精度,采用低精度孔作導(dǎo)正孔又不能起導(dǎo)正作用,因此,又必須將該孔的精度作適當(dāng)提高。 ③對圓形拉深件的多工位級進(jìn)模,一般不設(shè)導(dǎo)正,這是因為多工位的拉深凸模本身就對條料起定距導(dǎo)正作用。對拉深成型后再進(jìn)行沖裁、彎曲等的零件,在拉深階段不設(shè)導(dǎo)正,拉深后沖制導(dǎo)正孔,沖制導(dǎo)正孔后一工位才開始設(shè)導(dǎo)正。,(8)注意條料在送進(jìn)過程中的阻礙:設(shè)計多工位級進(jìn)模條料排樣圖時,應(yīng)保證條料在送進(jìn)過程中的暢通無阻,否則就無法實現(xiàn)自動沖壓。 (9)當(dāng)零件外緣或形孔采用切廢法分段切除時,應(yīng)注意各段間的連接,要十分平直或圓滑,保證被沖零件的質(zhì)量。 由于多工位級進(jìn)模的工位多,模具制造誤差、步距間誤差的積累,因此經(jīng)各工位切廢料后,易出現(xiàn)外緣或各形孔的連接處不平直、不圓滑、錯牙、尖角、塌角等缺陷。這是設(shè)計排樣圖時不注意而造成的。,2.載體設(shè)計 條料的載體是條料在送進(jìn)過程中,條料內(nèi)連接沖壓零件運載前進(jìn)的這部分材料。載體與條料搭邊相似,但又有所不同,搭邊的寬度主要是根據(jù)沖壓工藝要求,能將沖件一個個符合圖樣要求地沖下來。而載體必須要有足夠的強(qiáng)度,要能運載條料上沖出的零件,使它能平穩(wěn)地送進(jìn)。在多工位級進(jìn)模中,條料排樣圖設(shè)計時,有時兩側(cè)的“搭邊”設(shè)計得很寬。這實際是搭邊與條料的載體合二為一。一般來說,為了保證載體寬度的強(qiáng)度和設(shè)置導(dǎo)正孔的需要,載體寬度大于搭邊寬度2～4倍。,為了保證送料準(zhǔn)確,通常在載體上或工件之間的條料上按送料步距設(shè)置導(dǎo)正孔，這樣可補(bǔ)償或修正由于高速沖壓引起的送料誤差。導(dǎo)正孔一般在第一工位上沖出,便于在以后工位上進(jìn)行導(dǎo)正。在多工位級進(jìn)模上,通常10個工位需設(shè)置3～4個導(dǎo)正銷,導(dǎo)正往往設(shè)置在重要工作之前。工位越多,導(dǎo)正銷的數(shù)量也越多。 根據(jù)制件形狀、變形性質(zhì)、材料厚度等情況,載體可有下列形式。,1)邊料載體 這種載體是利用邊廢料,在上面沖出導(dǎo)正孔,用它定位進(jìn)行沖裁、彎曲、拉深、成型等各工序,如圖5-3所示。 其特點是方法簡單、可靠、省料(可多件排樣)、應(yīng)用較廣。 應(yīng)用范圍:料厚t＞0.2mm;步距s＞20mm。,圖5-3邊料載體 (a)淺拉深成型邊料載體;(b)彎曲成型邊料載體,2)原載體 原載體是采用撕口方式,從條料上撕切出制件的展開形狀,留出載體搭口,依次在各工位沖壓成型的一種載體,如圖5-4所示。 其特點是可多件排樣,適合薄料,但需采用拉式送料裝置或張緊機(jī)構(gòu)。 應(yīng)用范圍:料厚t＜0.2mm。,圖5-4原載體 (a)淺拉深成型原載體;(b)彎曲成型原載體,3)單側(cè)載體 單側(cè)載體是在條料的一側(cè)設(shè)置載體,導(dǎo)正銷孔都設(shè)計在這單側(cè)載體上,如圖5-5所示。 其特點是載體剛性欠佳。有時在沖制過程中因產(chǎn)生微小變形而影響送進(jìn)步距精度。對于細(xì)長制件,料厚又較薄,為提高條料送進(jìn)剛度,在每兩個沖壓制件間的適當(dāng)位置上用一小部分材料連接起來,這一小段連接部分為橋接部分,稱橋接式載體;這部分材料當(dāng)沖壓到一定工位時或到最后應(yīng)切去，如圖5-5(b)所示。 應(yīng)用范圍:料厚t＝0.2～0.4mm;制件一端有彎曲或有幾個方向上有彎曲的場合。 ,圖5-5單側(cè)載體 (a)單側(cè)載體； (b)單側(cè)載體帶有橋接載體,4)雙側(cè)載體 雙側(cè)載體是在條料的兩側(cè)都設(shè)計有載體,被加工制件連接在兩側(cè)載體之間,如圖5-6所示。 其特點是條料送進(jìn)平穩(wěn),定位精度高,材料利用率低。一般均為單排。 應(yīng)用范圍:薄料、制件精度要求高。料厚t＜0.2mm,工位數(shù)多(可大于15個)。雙側(cè)載體可分為等寬雙側(cè)載體和不等寬雙側(cè)載體。在雙側(cè)均可設(shè)置導(dǎo)正孔,且對稱分布。所以其定位精度很高,可用于沖裁、彎曲、拉探及成型等多工位級進(jìn)模。不等寬雙側(cè)載體,在較寬一側(cè)設(shè)置導(dǎo)正孔,較寬的一側(cè)載體叫主載體,較窄的一側(cè)載體稱副載體。副載體可在沖壓過程中切去,便于進(jìn)行側(cè)向沖壓。,圖5-6雙側(cè)載體,5)中間載體 載體在條料的中間稱中間載體。它具有單側(cè)載體和雙側(cè)載體的優(yōu)點,可節(jié)省大量的材料。中間載體適合對稱性零件的沖制,最適合對稱且兩外側(cè)有彎曲的制件,這樣有利于抵消兩側(cè)壓彎時產(chǎn)生的側(cè)向力,如圖5-7(a)所示。 對一些不對稱的單向彎曲的制件,利用中間載體將被沖件排列在載體兩側(cè),變不對稱排樣為對稱排樣,如圖5-7(b)所示。 根據(jù)制件結(jié)構(gòu),中間載體可為單載體,也可有雙載體。 應(yīng)用范圍:料厚t＝0.5～2.0mm;工位數(shù)可大于15個。,圖5-7中間載體 (a)中間載體; (b)雙排排樣變非對稱為對稱排樣,3.工位布置與設(shè)計 工位布置示意圖,可供設(shè)計模具時作參考,在工位布置圖上應(yīng)正確設(shè)計導(dǎo)正孔、搭邊及載體,可修正連續(xù)沖壓時的送料偏差。 1)沖裁工位設(shè)計 沖裁工位設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點: (1)盡量避免采用復(fù)雜形狀的凸模,采用多段切除,寧可多增加一些沖裁工位,也要使凸模形狀簡單,便于凸、凹模的加工。,(2)對于孔邊距很小的沖件,為防止落料時引起離沖件邊緣很近的孔產(chǎn)生變形,可使沖外緣工位在前,沖內(nèi)孔工位在后。外緣以沖孔方式?jīng)_出。 (3)局部內(nèi)外形狀位置精度要求很高時,盡可能在同一工位上沖出。 (4)彎邊附近的孔,為防止變形,應(yīng)使彎曲工位在先,沖孔工位在后。 (5)為增加凹模強(qiáng)度,應(yīng)考慮在模具適當(dāng)位置上安排空工位。,2)彎曲工位設(shè)計 在多工位級進(jìn)模中,制件若要求不同方向彎曲,則會給連續(xù)加工帶來困難。彎曲方向不同(向上或是向下彎曲),模具結(jié)構(gòu)就不同。如果向上彎曲,則要求下模采用滑動的模具結(jié)構(gòu);若進(jìn)行多重卷邊彎曲,就需要多處模塊滑動。因此設(shè)計彎曲工位時,在模具上設(shè)置空工位,便于給滑動模塊留有活動余地。 根據(jù)制件形狀和精度要求,其卷邊、彎曲在級進(jìn)模中不同工位上,分幾次彎曲或卷邊成型,則在連接加工過程中,要求被加工材料的一個表面必須與模具的平面平行接觸,由墊板或卸料板壓緊,只允許加工部位活動。 在連續(xù)加工過程中,彎曲部分必須及時從模具上脫離。在單側(cè)彎曲時,還要防止材料偏移。,3)拉深工位設(shè)計 在多工位級進(jìn)模中拉深成型,一般用于小型零件的大批量生產(chǎn),其拉深直徑也較小,一般在60mm以下。材料厚度一般在0.5～2.0mm范圍內(nèi)。 在多工位級進(jìn)模中,拉深成型與單工序模拉深不同,單工序模是散件送進(jìn),而多工位級進(jìn)模是通過帶料,由載體與搭邊以組件形式自動連續(xù)送進(jìn)。不能進(jìn)行中間退火,要求拉深材料塑性要好,而且每個工位的拉深變形程度不宜過大。 多工位級進(jìn)模拉深按材料變形區(qū)與條料分離情況可分為:整體條料拉深和條料切槽或切口拉深兩種。,(1)整體條料拉深。 與切槽拉深相比,可節(jié)省材料,但在拉深過程中,條料邊緣易折彎起皺,影響沖壓過程的順利進(jìn)行。因此,必須增加拉深次數(shù)。這種拉深方法僅適宜于沖制材料塑性好的小型制品、并且在第一道拉深時,進(jìn)入凹模的材料應(yīng)比制件所需材料多5%～10%,使以后各道拉深不致因材料不足而被拉裂,其多余材料可在以后拉深過程中逐漸轉(zhuǎn)移到凸緣上。,(2)條料切槽或切口拉深。條料切槽或切口的目的,一方面是形成拉深毛坯,有利于拉探成型,另一方面是防止條料邊緣產(chǎn)生折皺,使沖壓工藝過程順利進(jìn)行。常用的切槽或切口形式如圖5-8所示。,圖5-8多工位級進(jìn)模拉深切槽與切口形式,表5-1切槽與切口尺寸,4.搭邊尺寸 根據(jù)排樣來確定工位布置圖,工件的周圍與一般沖裁模一樣,應(yīng)留有搭邊。搭邊值大則送料時條料剛性好,便于送料,但材料利用率低,故應(yīng)合理確定搭邊值。生產(chǎn)中確定搭邊值的常用方法有以下幾種: (1)根據(jù)加工材料厚度t確定搭邊值(A＝B),見表5-2。,表5-2根據(jù)加工材料厚度確定搭邊值,(2)根據(jù)送料步距與條料寬度確定搭邊值,多工位級進(jìn)模在工件排樣圖上的搭邊值,常按送料步距與條料寬度的比值即α=S/W來選取,見表5-3。,表5-3 根據(jù)送料步距與條料寬度比α確定搭邊值A(chǔ)與B,5.1.4多工位級進(jìn)模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1.模架 多工位級進(jìn)模要求模架剛度好、精度高。因而,除了小型模具可采用雙導(dǎo)柱模架外,多采用四導(dǎo)柱模架。精密級進(jìn)模一般采用滾珠導(dǎo)向模架。而且,卸料板一般采用有導(dǎo)向彈壓導(dǎo)板結(jié)構(gòu)。上、下模座的材料除小型模具用ＨＴ200外,多采用鑄鋼或鍛鋼或厚鋼板(45鋼,甚至合金鋼)。,2.凸模 在一副多工位級進(jìn)模中,凸模種類一般都比較多。截面有圓形和異形的,還有沖裁和成型用凸模。凸模的大小和長短各異,有不少是細(xì)長凸模。又由于工位多,凸模安裝空間受到一定的限制等,因此多工位級進(jìn)模凸模的固定方法也很多。 應(yīng)該指出,在同一副級進(jìn)模中應(yīng)力求固定方法基本一致;小凸模力求以快換方式固定;還應(yīng)便于裝配與調(diào)整。,3.凹模 除工步較少、純沖裁工步及精度要求不高的級進(jìn)模的凹模為整體式的外,大多數(shù)的級進(jìn)模凹模都采用鑲拼式的結(jié)構(gòu),這樣便于加工、裝配調(diào)整和維修;易保證凹模幾何精度和步距精度。凹模進(jìn)行鑲拼時應(yīng)遵循下列要求: (1)拼合面盡量以直線分割,便于加工。有時也以折線或圓弧作拼合面。 (2)同一工位的形孔,為保證孔距精度常做在同一拼塊上。當(dāng)形孔數(shù)很多時,也可做成兩塊拼塊。 (3)對于薄弱的易損壞形孔,單獨做成一塊拼塊,便于損壞后進(jìn)行更換。,(4)一個拼塊可以包括一個工位的形孔,也可包括幾個工位的形孔。 (5)不同沖壓工藝的工位,應(yīng)與沖裁部分分開。如彎曲、拉深等,以便沖裁凹模刃口的刃磨。 (6)拼塊上的形孔均為封閉形。分割拼塊時不應(yīng)將形孔分?jǐn)?。若為單面沖裁,拼接線可取形孔的直邊。 (7)凹模拼接面與形孔壁之間的距離要不影響其強(qiáng)度。 (8)拼塊組配時,應(yīng)用容框緊固,常選用H7/n6的配合性質(zhì),同時還需用螺釘和銷釘固定,為防止拼塊承受沖壓力而下移,容框底部應(yīng)加整體墊板。這樣就使容框、各拼塊、墊板組成凹模整體。,4.導(dǎo)料裝置 多工位級進(jìn)模與普通沖裁模一樣,也用導(dǎo)料板對條料沿送進(jìn)方向進(jìn)行導(dǎo)向,它安裝在凹模上平面的兩側(cè),并平行于模具中心線。多工位級進(jìn)模的導(dǎo)料板,為適應(yīng)高速、自動沖壓,采用有凸臺的形式。這樣使條料在浮動送料過程中,在浮頂器對條料的彈頂作用下,仍能使條料在導(dǎo)料板中運動自如。,浮頂器將條料頂出一定高度,才能使條料在自動連續(xù)成型沖壓時暢通無阻。頂出的高度由沖制件的最大成型高度決定。在浮頂器頂出狀態(tài)下,條料的上下均需有—定間隙。導(dǎo)料板與條料間有0.03～0.20mm的間隙;導(dǎo)料板凸臺寬—般取1.5～3mm,高度為1.2～3.5mm;導(dǎo)料板的限制高度計H0,由工件最大成型高度h決定:,H0=h+(0.5~2)t+(1~5),式中:h為工件最大成型高度(mm);t為板料厚度(mm)。 導(dǎo)料板需經(jīng)淬火處理。若不進(jìn)行淬火處理,又是用側(cè)刃定距,則應(yīng)鑲側(cè)刃擋塊,側(cè)刃擋塊必須淬火,其硬度為55～58HRC。,5.導(dǎo)正銷設(shè)置 導(dǎo)正銷露出卸料板底面的直壁高度(工作高度)一般取(0.5～0.8)t。材料較硬的可取較小值。如果露出高度較長,或薄板沖壓,可在卸料板上加保護(hù)套。凹模板上導(dǎo)正銷讓位孔與導(dǎo)正銷之間間隙取(0.12～0.2)t。 導(dǎo)正銷直徑的選取,要保證被導(dǎo)正定位的條料在導(dǎo)正銷與導(dǎo)正孔有最大可能的偏心時,仍可得到導(dǎo)正,但不應(yīng)過小,一般不小于2mm。 沖導(dǎo)正銷孔的凸模直徑等于導(dǎo)正銷直徑加上導(dǎo)正銷與導(dǎo)正銷孔間隙,還應(yīng)當(dāng)適當(dāng)考慮沖孔的彈性恢復(fù)量。,6.卸料裝置 多工位級進(jìn)模卸料裝置的特點是:卸料板一般采用彈壓卸料,極少用固定卸料;一般裝有導(dǎo)向裝置,精密模具還用滾珠導(dǎo)向;為保證卸料平穩(wěn),卸料力大,因而彈壓元件多用強(qiáng)力彈簧或聚氨酯橡膠;卸料板一般用鑲拼結(jié)構(gòu)以保證孔精度、孔距精度及與凸模的配合間隙。卸料板用螺釘緊固于卸料板座上。 設(shè)計多工位級進(jìn)模卸料裝置時還應(yīng)注意以下幾點: (1)多工位級進(jìn)模的彈壓卸料板設(shè)計成反凸臺形。沖壓時,凸起部分進(jìn)入兩導(dǎo)料板之間,可起壓料作用。凸臺與兩導(dǎo)料板之間應(yīng)留有適當(dāng)間隙。,(2)多工位級進(jìn)模卸料板上各工作形孔應(yīng)當(dāng)與凹模形孔同軸,特別是高速連續(xù)沖壓時,各形孔與凸模的配合間隙僅為凸模與凹模沖裁間隙的1/3～1/4,這樣才能起到對凸模的導(dǎo)向和保護(hù)作用。間隙越小,效果愈好,模具壽命愈高,但給制造帶來困難。對低速沖壓,則可適當(dāng)放寬凸模與卸料板形孔的間隙。 (3)卸料板形孔的粗糙度,應(yīng)適應(yīng)高速沖壓導(dǎo)向和保護(hù)作用,故粗糙度應(yīng)控制在Ra0.1～Ra0.4μm,同時,還需注意潤滑。 (4)多工位級進(jìn)模的卸料板應(yīng)具有良好的耐磨性。常采用高速鋼或合金工具鋼制造,淬火后硬度為56～58HRC。,(5)卸料板應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度,防止長期工作中產(chǎn)生變形失效。 (6)卸料板應(yīng)保持卸料力的平衡,所以卸料螺釘受力應(yīng)當(dāng)均勻。 (7)卸料螺釘?shù)墓ぷ鏖L度在同一副模具內(nèi)應(yīng)嚴(yán)格一致,以免安裝后不能平衡卸料,引起擦傷凸模。凸模每次刃磨時,卸料螺釘也應(yīng)同時磨去相同高度。 (8)導(dǎo)正銷有效工作直徑露出卸料板底面不能太長,一般為(0.5～0.8)t,而沖裁凸模應(yīng)凹進(jìn)卸料板底面0.8～2.5mm,避免上模返回時,導(dǎo)正銷不能脫離板料,影響沖壓工作的連續(xù)進(jìn)行。或者由于導(dǎo)正銷將板料帶起使板料彎曲變形。,(9)卸料板對階梯凸模應(yīng)有足夠的空讓部分,使凸模有活動量和刃磨量。 (10)卸料螺釘沉孔深度應(yīng)有足夠的活動量。否則,當(dāng)凸模經(jīng)多次刃磨后,卸料螺釘帽頭在沖頭到達(dá)最低位置時會高出上模座的上平面,從而損壞模具或設(shè)備。 (11)為了使卸料板對凸模起到導(dǎo)向和保護(hù)作用,常在凸模固定板與卸料板之間增設(shè)小導(dǎo)柱和小導(dǎo)套,小導(dǎo)柱和小導(dǎo)套間隙比凸模與卸料板之間的間隙更小,小導(dǎo)柱與小導(dǎo)套間隙為凸模與卸料板間隙的1/2。 (12)彈壓卸料板與各凸模應(yīng)有良好潤滑。常用方法是在卸料板的上平面上鋪一層油氈,并沿卸料板周邊鑲金屬邊框,在每次沖壓前注入機(jī)油,這樣便可對凸模與卸料板進(jìn)行潤滑。,7.檢測裝置 多工位級進(jìn)模在高速沖床上工作,它不但有自動送料裝置,而且還必須在整個沖壓生產(chǎn)過程中有防止失誤的監(jiān)測裝置。因為模具在工作過程中,只要有一次失誤,如誤進(jìn)給、凸模拆斷、疊片、廢料堵塞等,均能使模具損壞,甚至造成設(shè)備或人身事故。 監(jiān)測裝置常設(shè)置在模具內(nèi),也可以設(shè)置在模具外。當(dāng)模具出現(xiàn)非正常工作情況時,監(jiān)測裝置(傳感器)能迅速地把信號反饋給壓力機(jī)的制動機(jī)構(gòu),立即使壓力機(jī)停止運動,起到安全保護(hù)作用。,目前的自動檢測保護(hù)裝置應(yīng)用在以下這些方面: (1)原材料尺寸形狀,即材料厚度、寬度,材料的翹曲、橫向彎曲等誤差,材料的輸送結(jié)束。 (2)材料的誤送。 (3)半成品定位及運送中的誤差。 (4)疊片。 (5)出件與余料排除。 (6)可動部分的誤差。,自動檢測保護(hù)裝置設(shè)計與應(yīng)用時應(yīng)注意的問題: (1)按被沖制件的精度要求,正確選擇檢測裝置的種類和檢測精度。 (2)檢測保護(hù)裝置的安裝和操作方便,不能有過多的操作按鈕,各種檢測必須自動進(jìn)行。 (3)正確選擇傳感器的安裝位置,不能因其它外界動作影響檢測精度或造成失誤。 (4)由于檢測是在動態(tài)下進(jìn)行的,因此檢測裝置必須耐沖擊和振動。,,5.2 成型模,5.2.1翻孔和翻邊 1.翻孔 1)圓孔翻孔 (1)工藝性。如圖5-9所示,豎邊與凸緣平面的圓角半徑r≥(1.5t＋1)mm,當(dāng)t＜2mm時,取r=(4～5)t;t＞2mm時,取r=(2～3)t。如果要求小于上述數(shù)值時,應(yīng)增加整形工序。 預(yù)制孔的表面質(zhì)量直接影響翻孔質(zhì)量和極限變形程度。鉆孔比沖孔所得到的孔邊緣表面質(zhì)量高,無撕裂現(xiàn)象,有利于翻邊變形,如果孔的邊緣有撕裂或毛刺,翻孔時容易導(dǎo)致孔口破裂。,(2)毛坯尺寸計算。翻孔后的幾何尺寸,按體積不變的原則進(jìn)行確定。如圖5-9所示,若翻邊高度h已知,則待翻邊的孔徑可用簡單彎曲的近似方法計算:,d=D-2(h-0.43r-0.72t),豎邊較高,經(jīng)計算一次不能翻出時,對單個工件的小孔可采用變薄翻孔(擠徑翻孔)。對大孔或帶料上連續(xù)拉深后的翻孔,應(yīng)采用拉深后沖底孔再翻孔的工藝,如圖5-10所示。有預(yù)拉深的翻孔,預(yù)制孔直徑按下式進(jìn)行計算:,d=D+1.14r-2h2,(5-3),(5-2),圖5-9平板上有預(yù)制孔的翻孔,圖5-10預(yù)先拉深的翻孔,(3)翻孔系數(shù)K。圓孔翻孔的變形程度決定于坯件預(yù)制孔直徑d與翻孔后孔徑D之比K,K稱為翻孔系數(shù)。,(5-4),極限翻孔系數(shù)Kmin是指翻孔的孔邊不破裂所能達(dá)到的最大變形程度時的K值。它與預(yù)制孔的加工性質(zhì)和狀態(tài)、坯料的相對厚度、材料的種類及性能、凸模工作部分的形狀等因素有關(guān),表5-4為低碳鋼的極限翻孔系數(shù)。,表5-4低碳鋼的極限翻孔系數(shù),(4)翻孔力的計算。用圓柱形凸模進(jìn)行翻孔時的翻孔力F可按下式進(jìn)行計算:,F=1.1πtσs(D-d),(5-5),式中:D為翻孔后直徑(按中線計,mm);d為預(yù)制孔直徑(mm);t為坯料厚度(mm);σs為材料的屈服點(MPa)。,(5)凸模形式。圖5-11所示為幾種常用的圓孔翻孔凸模。,圖5-11常用的圓孔翻孔凸模 (a)有預(yù)制孔的翻孔;(b)有預(yù)制孔的小孔翻孔,2)非圓形孔翻孔 非圓形孔翻孔通常用于減少板厚、減輕工件重量及增加結(jié)構(gòu)的剛度的情況下,且豎邊高度不大,對精度、表面粗糙度無很高要求。根據(jù)變形情況,可以沿孔分成三類性質(zhì)不同的變形區(qū):一類屬于圓孔翻邊變形,一類屬于彎曲變形,還有一類近似彎曲變形。預(yù)制孔可按這三種情況分別展開,然后用作圖法把各展開線交接處光滑連接起來。,2.翻邊 根據(jù)輪廓形狀,可分為外凸和內(nèi)凹兩種。外凸的翻邊屬于壓縮類翻邊,內(nèi)凹的翻邊屬于伸長類翻邊。 壓縮類翻邊類似于不用壓邊圈的淺拉深,伸長類翻邊與翻孔相似。因此計算坯料時,外凸的翻邊,坯料形狀按淺拉深件坯料的方法計算;內(nèi)凹的翻邊,坯料的形狀按翻孔的方法計算。,5.2.2縮口 縮口是將拉深好的圓筒形件或管件坯料,通過縮口模具使其口部直徑縮小的變形工藝。坯件縮口前后的開口直徑變化不宜過大,壓縮變形劇烈時,會使變形區(qū)失穩(wěn)起皺,可在坯件內(nèi)裝入心柱以防起皺,或者進(jìn)行多次縮口。對于非變形區(qū)的筒壁部分,由于承受全部的縮口壓力,也容易失穩(wěn)產(chǎn)生變形,可通過對筒壁進(jìn)行支承解決。 圖5-12所示為無支承襯套縮口模,模具結(jié)構(gòu)簡單,坯料筒壁的穩(wěn)定性差,適用于管子高度不大,帶底零件的錐形縮口。,圖5-12無支承襯套縮口模,圖5-13所示為倒擠式縮口模。該模具通用性好,采用不同尺寸的凹模6和導(dǎo)正圈5以及凸模3,可進(jìn)行不同孔徑的縮口。導(dǎo)正圈主要起導(dǎo)向和定位作用,同時對筒壁起一定的外支承作用。凸模加工成臺階形式,下部的小圓柱深入坯料內(nèi)部,起定位導(dǎo)向及內(nèi)支承的作用。此模具適用于較長零件的縮口。,圖5-13倒擠式縮口模,5.2.3脹形 脹形是指將空心件或管狀件毛坯放入模具內(nèi),利用壓力使其沿徑向向外擴(kuò)張的成型工序。一般情況下,脹形變形區(qū)內(nèi)的金屬不會產(chǎn)生失穩(wěn)起皺,表面光滑,質(zhì)量好,而且回彈變形小,零件形狀容易保持。 脹形屬于伸長類變形,成型極限要受到拉裂的限制。毛坯表面上有擦傷、滑痕、皺紋等缺陷時,容易導(dǎo)致開裂。根據(jù)凸模形式不同,脹形分為拼塊式凸模脹形和軟模脹形。圖5-14所示為拼塊式凸模脹形,它利用楔狀芯塊將凸模拼塊分開,使坯料形成所需的形狀,模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。圖5－15所示為軟模脹形,利用橡膠或聚氨酯作為凸模,在壓力下使其變形,把坯料沿凹模內(nèi)壁脹開成所需形狀,模具結(jié)構(gòu)比較簡單。圖5-16所示也為軟模脹形,脹形時,凹模內(nèi)的坯料在高壓液體的作用下脹成所需零件形狀,適用于大型零件的加工。,圖5-14拼塊式凸模脹形,圖5-15軟模脹形(一),圖5-16軟模脹形(二),5.2.4旋壓 旋壓是將板料或空心坯料固定在旋壓機(jī)上(或改裝后的車床上),在坯料轉(zhuǎn)動的同時,用旋輪或趕棒加壓于坯料,使其逐漸變形并緊貼于模具,從而獲得所要求的零件。 旋壓多為手工操作,勞動強(qiáng)度大,產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定,生產(chǎn)率較低。旋壓可分為普通旋壓(不變薄旋壓)和強(qiáng)力旋壓(變薄旋壓)兩種。旋壓成型可以完成旋轉(zhuǎn)體工件的拉深、翻邊、縮口、脹形、彎邊等不同工序,如圖5-17所示。,圖5-17各種旋壓成型方法 (a)拉深;(b)縮口;(c)脹形;(d)翻邊,5.2.5校平與整形 1.校平 把不平整的沖件放入模具內(nèi)壓平的校形稱為校平,主要用于提高沖件的平面度。用于板狀沖件的校平模有兩種,即平面校平模和齒面校平模,如圖5-18所示。,圖5-18平板沖件校平模 (a)平面校平模;(b)齒面校平模,材料較薄,表面不允許有齒痕的工件,應(yīng)用平面校平模,平面校平模單位壓力小,校平效果不好,主要用于平直度要求不高,由軟金屬制成的小型沖件。 齒面校平模校平效果好,根據(jù)齒形,可分為細(xì)齒和粗齒兩種,如圖5-19所示。材料較厚,平直度要求高,且表面上允許有細(xì)痕的工件,用細(xì)齒模,齒形用正方形或菱形。當(dāng)不允許有深痕時,用粗齒校平模,即讓齒頂具有一定寬度,主要用于材料厚度較小,由鋁、青銅、黃銅制成的工件。,圖5-19校平模齒 (a)細(xì)齒;(b)粗齒,2.整形 彎曲件存在有回彈現(xiàn)象,拉深件和翻邊件受凸?；虬寄A角半徑的限制,不能達(dá)到較小的圓角半徑,這些都影響到制件尺寸及形狀的準(zhǔn)確性要求,往往需要采用整形工序,如圖5-20、圖5-21所示。,圖5-20彎曲件的整形及邊部精壓,圖5-21拉深件的整形及角部精壓,,習(xí) 題,1.什么叫條料的載體？級進(jìn)模的載體有哪幾種形式？各有何特點？ 2.級進(jìn)模的結(jié)構(gòu)包括哪些部分？ 3.什么叫翻孔？什么叫翻邊？影響極限翻孔系數(shù)的因素有哪些？ 4.縮口與拉深在變形特點上有何異同？ 5.什么叫脹形？什么叫旋壓？各有何特點？ 6.校平與整形各應(yīng)用于哪種情況？,,