模具设计与制造（第二版张荣清主编）ppt电子课件教案第5章级进冲压工艺与模具.ppt

2018/9/18,1,第5章 级进冲压工艺与模具,5.1级进冲压工艺概述,5.1.1级进冲压工艺的概念及特点,在一副模具中沿被冲原材料（条料或卷料）的直线送进方向，具有至少两个或两个以上等距离工位，并在压力机的一次行程中，在不同的工位上完成两个以上的冲压工序,2018/9/18,2,多工位级进冲压模具是一种高精度、高效率、长寿面的先进模具，是技术密集型模具的重要代表除冲孔落料外，还可完成压筋、冲窝、弯曲、拉深等工序，甚至可以铆接、旋转等装配中、小型件，无论形状多么复杂、冲压工序怎么多，均可用一副级进模冲压完成,2018/9/18,3,级进冲压模的特点：,(1)生产效率高：在一副模具中完成冲裁、拉深、成形甚至装配，比复合模有更高的生产效率,(2)模具寿命长：工序可以分散到不同工位上，故不存在复合模的“最小壁厚”问题，设计时还可以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) 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) 常采用高速冲床生产，自动送料、自动出件、安全检测自动化，操作安全,2018/9/18,4,级进冲压模的缺点：,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难度；同时要求模具零件互换性，在磨损或损坏后要求更换迅速、方便、可靠。

所以模具选材必须好（常采用高强度的高合金工具钢、高速钢或硬质合金等），必须采用慢走丝线切割、成形磨削、坐标镗、坐标磨等先进方法；模具造价高，制造周期长，对经验依赖性强；级进冲压材料利用率低2018/9/18,5,级进冲压模的使用：,主要用于薄料（0.1-1.2mm，不超过2mm）、批量大、形状复杂、精度要求较高的中小型冲压件生产，也可用于批量不大且零件很小，操作不安全的零件生产 对于较大的冲压件适用于多工位传递式模具的冲压加工国内已能生产精度达2μm的精密级级进冲压模，工位数最多达160个，寿命1-2亿次，世界上的高速冲床速度已达4000次/min,2018/9/18,6,5.1.2级进冲压模具的分类,（1）级进冲裁模具:完成冲孔、切槽、切断、落料，甚至铆接、旋转等装配,（2）级进冲裁弯曲模具,（3）级进冲裁拉深模具,（4）级进冲裁成形模具：主要胀形、翻边,功能分类：,（1）级进冲压模具,（2）多功能级进冲压模具：除冲压外，还可叠压、攻螺纹、铆接和锁紧；生产出来的不是单个零件，而是成批组件,2018/9/18,7,5.2级进冲压工艺设计及计算,5.2.1排样设计概述,级进冲压中，工件随冲床每冲一次就向前送进一个步距，到达不同的工位，设计中，要确定从板料毛坯到产品零件的成形过程，即各工位要进行的加工工序内容：确定排样图,设计方法和常规相同，主要是排样设计复杂,（1）被冲零件各部分在模具中的冲压顺序,（2）模具的工位数及各工位的加工内容,（3）被冲零件在条料上的排列方式、排列方位等，并反映出材料利用率的高低,（4）步距的公称尺寸和定距方式,（5）条料的宽度,（6）载体的形式,（7）模具基本结构,2018/9/18,8,级进模排样的内容,2)冲切刃口外形设计：对具有复杂外形或内孔的零件的几何形状进行分解以确定零件形状的冲压顺序，是工序排样前必须完成的设计工作,1)毛坯排样：零件的展开形状在条料上的排列方式,3 ）工序排样：确定模具由多少工位组成、每个工位的具体加工工序，是毛坯排样和冲切刃口外形设计的综合，是级进模设计的关键。

简称排样,应用级进模冲压，排样设计很重要，它不但要考虑材料的 （经济利用） ，还应考虑制件的 （结构形状） 、（冲压成形规律）、（模具强度） 等问题2018/9/18,9,排样示意图,,2018/9/18,10,5.2.2毛坯排样,确定冲压件毛坯外形在条料上的截取方位与相邻毛坯的关系需要解决:,（1）排样类型,（2）搭边值的确定,（3）步距的确定,（4）条料宽度的确定,（5）材料利用率,除了搭边值比普通冲压取得大一些，其他相同,2018/9/18,11,5.2.3冲切刃口设计,一般将复杂外形和内孔分几次冲切，分解成若干个简单的几何单元，各单元又通过组合、补缺的方式构成新的冲切轮廓，从而设计出合理的凸模和凹模刃口的外形过程2018/9/18,12,冲切刃口设计需要解决:,1.轮廓的分解与重组,（1）有利于简化模具结构，分解段数应尽量少，重组成形后的凸模和凹模外形要简单、规则，要有足够的强度，要便于加工,2018/9/18,13,（2）轮廓分解应保证产品零件的形状、尺寸、精度和使用要求,（3）内、外形轮廓分解后各段间的连接应平直或圆滑,（4）分段搭接点应尽量少，搭接点位置要避开产品零件的薄弱部位和外形的重要部位，放在不注目的位置,（5）有公差要求的直边和使用中有滑动配合要求的边应在一次冲切，不宜分段，以免误差累积,2018/9/18,14,A面使用过程中是配合面，最好选图（c）,,2018/9/18,15,（6）复杂外形以及有窄槽或细长臂的部位应分解，复杂内形应分解,（7）毛刺方向有不同要求时应分解,（8）轮廓分解应考虑加工设备条件和加工方法，便于加工,轮廓分解与重组不是唯一的，设计过程十分灵活，经验性强，难度大，设计时应考虑多种方案,2018/9/18,16,1.轮廓分解时分段搭接头的基本形式,内、外轮廓分解后，各段之间必然要形成搭接头，不恰当的分解会导致搭接头处产生毛刺、错牙、尖角、塌角、不平直和不圆滑等质量问题,常见搭接头有三种:,(1)平接:把零件的直边段分两次冲切，先在一个工位上冲去一部分，再下一工位再冲去余下的部分。

两次冲切刃口平行、共线，但不重叠2018/9/18,17,平接在搭接头处易产生毛刺、错牙、不平直等质量问题生产中应尽量避免采用为保证平接各段搭接质量，应在各段的冲切工位设导正销,2018/9/18,18,(2)交接:前、后两次冲切刃口之间相互交错，有少量重叠部分，按交接方式进行刃口分解，对保证搭接头的质量比较有利，实际生产多采用,(3)切接：毛坯圆弧部分分段冲切时的搭接形式，前一工位先冲切一部分圆弧段，后续工序再冲切其余部分，前后两段相切,2018/9/18,19,切接也容易在搭接头处产生毛刺、错牙、不圆滑等质量问题为了改善切接质量，在圆弧段设计凸台,2018/9/18,20,5.2.4工序排样,是对毛坯排样和冲切刃口设计进行优化组合,解决内容：,1.工序的确定和排序,工序的顺序以有利于下道工序进行为原则，做到先易后难，先冲平面形状后冲立体形状1）级进冲裁的工序排样,1）带孔的冲裁件，先冲孔后冲外形,2018/9/18,21,（1）级进冲裁的工序排样,2）尽量避免采用复杂形状的凸模、凹模，即对复杂的型孔或外形进行分解，采用分段切除的办法,2018/9/18,22,（1）级进冲裁的工序排样,3）零件上有严格要求的相对尺寸，应放在同一工位冲出。

若无法安排在同一工位冲出，可安排在相近工位上冲出,2018/9/18,23,（1）级进冲裁的工序排样,4）尺寸与形状要求高的轮廓应在较后的工位上冲出,5）外形薄弱部分的冲切应安排在较前的工位,6）当孔到边缘的距离较小，而孔的精度又较高时，若先冲孔后冲外形，可能会导致孔变形，此时应先将孔外缘冲出，再冲孔7）轮廓周界较大的冲切工艺尽量安排在中间冲切,以使压力中心与模具中心重合,2018/9/18,24,（2）级进弯曲的工序排样,1）对于带孔的弯曲类零件，一般先冲孔，再冲切掉需要弯曲部分的周边材料，然后再弯曲，最后切除其余废料，使工件与条料分离，当孔靠近弯曲变形区且又有精度要求时应先弯曲后冲孔,2018/9/18,25,（2）级进弯曲的工序排样,2）弯曲时应先弯曲外面再弯曲里面，弯曲半径过小时应加整形工序,2018/9/18,26,（2）级进弯曲的工序排样,3）毛刺方向一般应位于弯曲区内侧，以减少弯曲破裂的危险，改善产品外观,4）弯曲线应安排在与纤维方向垂直的方位，当零件在相互垂直的方向或几个方向都要进行弯曲时，弯曲线应与条料的纤维方向成30~60°的角度,5）在一个工位上弯曲变形程度不宜过大。

对于复杂的弯曲件，应分解成简单弯曲工序的组合，经过逐次弯曲而成对精度要求较高的复杂弯曲件，应以整形工序保证工件的精度,6）对于一个零件的两个弯曲部分有尺寸精度要求时，则应在同一工位一次成形以保证精度,2018/9/18,27,（2）级进弯曲的工序排样,7）对于小型单角弯曲件，为避免弯曲时载体变动和侧向滑动，应尽量成对弯曲后再剖切分开,8）尽可能以冲床行程方向作为弯曲方向，以简化模具结构,2018/9/18,28,（3）级进拉深的工序排样,不像单工序拉深那样单个坯料送进，它是把载体、搭边和坯料连接在一起连续送进级进拉深模成形,级进拉深不能中间退火，要求材料有较高的塑性,由于工序相互制约，因此每一工位拉深的变形程度不能太大，均小于单个毛坯的拉深,2018/9/18,29,（3）级进拉深的工序排样,无切口级进拉深在整体上拉深，相邻两个拉深工序之间相互约束，材料在纵向流动比较困难，变形程度大时就容易拉裂，每道工序变形程度不能太大，工位数较多,优点是节省材料,适合于拉深有较大的相对厚度（t/D）×100>1,凸缘直径相对较小（d1/d=1.1~1.5）和相对高度h/d较低,2018/9/18,30,（3）级进拉深的工序排样,有切口级进拉深是在零件的相邻处切开一切口或切缝。

相邻两工序相互影响和约束较小，此时的拉深与单个毛坯拉深相似.,因此，每道工序的拉深系数可小些，即拉深的次数可少些，且模具较简单，但毛坯材料消耗较多用于拉深较困难的拉深件，即相对厚度（t/D）×100较小,凸缘相对直径（d1/d）较大，相对高度h/d较大2018/9/18,31,2.空工位设置,简称空位，指工序经过时，不做任何冲压加工的工位原因是提高模具强度、保证模具的寿命和产品质量以及模具中的特殊机构等2018/9/18,32,3.载体设计,级进冲压时条料连接工序件并将工序件在模具上稳定送进的部分材料2018/9/18,33,3.载体设计,四类载体1）边料载体：条料搭边废料作为载体整个工件周边都有废料，稳定性好、简单2018/9/18,34,3.载体设计,四类载体2）单侧载体（单载体）：在条料一侧留出一定宽度，并在适当的位置与工序连接，实现对工序件的运载适合于条料厚度t在0.5mm以上的冲压件，特别对于零件一端或几个方向带有弯曲的场合2018/9/18,35,3.载体设计,四类载体3）双侧载体（标准载体、双载体）：在条料两侧分别留出一定宽度的材料运载工序件，工序件连接在两侧载体的中间，比双载体更稳定，具有更高的定位精度。

主要用于薄料（t≤0.2mm），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2018/9/18,36,3.载体设计,四类载体4）中间载体：与单侧载体相似，比单侧和双侧载体节省材料，在弯曲工序排样中应用较多，最适合（t>0.2mm），两外侧有弯曲的具有对称性零件中间载体宽度灵活掌握，但不小于单载体宽度2018/9/18,37,4.定位形式选择,由于级进冲压是将产品的冲压加工工序分在多个工位上完成，为了保证前、后工位工序件的冲切刃口能准确衔接、匹配要求工序件在每一工位上都能准确定位2018/9/18,38,纵向定位包括定距和导正，横向定位是导料级进定位方式：表5.1,（1）侧刃定位：一般应安排在第1工位，目的是使冲压一开始条料就能按一定步距送进2）导正销定位：用装于上模的导正销插入条料上的导正孔以矫正条料的位置，保持凸模、凹模和工序件三者之间具有正确的相对位置1落料凹模 2导正销 3冲导正孔凸模,2018/9/18,39,（2）导正销定位,1）导正销孔直径,级进模的导正销孔多数是设置在条料的载体上（也可设置在工序件的孔上），因此导正销孔的直径的大小直接影响到材料的利用率，不能取过大，也不能取过小，否则不能保证导正销的强度。