【文章內(nèi)容簡介】 沖模標準化與專業(yè)化生產(chǎn)近年來也有較大發(fā)展，除反映在標準件專業(yè)化生產(chǎn)廠家有較多增加外，標準件品種也有擴展，精度亦有提高。但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求，主要體現(xiàn)在標準化程度還不高(一般在40%以下)，標準件的品種和規(guī)格較少，大多數(shù)標準件廠家未形成規(guī)?；a(chǎn)，標準件質量也還存在較多問題。另外，標準件生產(chǎn)的銷售、供貨、服務等都還有待于進一步提高。 級進模概述多工位級進沖壓是指在一副模具沿被沖原材料(條料或卷料)的直線送進方面，具有至少兩個或兩個以上等距離工位，并在壓力機的一次行程中，在不同的工位上完成兩個或兩個以上沖壓工序的沖壓方法。這種方法使用的模具即為多工位級進沖壓模具，簡稱級進模，又稱跳步模、連續(xù)模、多工位級進模，如沖孔、落料級進模；沖裁、彎曲、落料級進模；沖裁、挖深、再挖深、整形、沖孔、落料級進模等。 多工位級進模是在普通級進模的基礎上發(fā)展起來的一種高精度、高效率、長壽命的模具，是技術密集型模具的重要代表，是沖模發(fā)展方向之一。這種模具除進行沖孔落料工作外，還可根據(jù)零件結構的特點和成形性質，完成壓筋、沖窩、彎曲、拉深等成形工序，甚至還可以在模具中完成鉚接、旋轉等裝配工序，因此這種模具與其它沖壓模具相比具有獨特的特點：(1)在一副模具中，可以完成包括沖裁，彎曲，拉深和成形等多道沖壓工序；減少了使用多副模具的周轉和重復定位過程，顯著提高了勞動生產(chǎn)率和設備利用率。 (2)由于在級進模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在復合模的“最小壁厚”問題，設計時還可根據(jù)模具強度和模具的裝配需要留出空工位，從而保證模具的強度大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書4和裝配空間。 (3)多工位級進模通常具有高精度的內(nèi)、外導向(除模架導向精度要求高外，還必須對細小凸模實施內(nèi)導向保護)和準確的定距系統(tǒng)，以保證產(chǎn)品零件的加工精度和模具壽命。 (4)多工位級進模常采用高速沖床生產(chǎn)沖壓件，模具采用了自動送料、自動出件、安全檢測等自動化裝置，操作安全，具有較高的生產(chǎn)效率。目前，國內(nèi)已能生產(chǎn)精度達2微米的精密多工位級進模，工位數(shù)最多已達160個，壽命1～2億次。 (5)多工位級進模結構復雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高，給模具的制造、調(diào)試及維修帶來一定的難度。同時要求模具零件具有互換性，在模具零件磨損或損壞后要求更換迅速，方便，可靠。所以模具工作零件選材必須好(常采用高強度的高合金工具鋼、高速鋼或硬質合金等材料)，必須應用慢走絲線切割加工、成型磨削、坐標鏜、坐標磨等先進加工方法制造模具。 (6)多工位級進模主要用于沖制厚度較薄(一般不超過2mm)、產(chǎn)量大，形狀復雜、精度要求較高的中、小型零件。用這種模具沖制的零件，精度可達IT10級。 (7)模具制造用期較長，成本高，多工位級進模隨著工位數(shù)的增加，相應要加工的模具零件數(shù)也多了，所以成本比普通沖模高。 Progressive Die Wizard(PDW)簡介UG/Progressive Die Wizard(PDW)是一個基于UG的三維級進模CAD系統(tǒng)，由UGS公司委托華中科技大學模具技術國家重點實驗室開發(fā)。PDW模擬了專家系統(tǒng)的級進模設計流程，設計對象和結果都是三維的。PDW的功能強大，不僅可以進行普通鈑金零件的級進模設計，甚至可以進行拉延和非規(guī)則面組成的零件的級進模設計。具體來說，PDW的主要功能如下：(1)三維設計系統(tǒng)以UG為平臺，從產(chǎn)品模型、工藝分析與設計到模具結構設計全部采用三維模型，有利于維護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一致性，便于和CAE/CAM等無縫連接。(2)基于特征的工藝設計工藝特征用于條料排樣和零部件設計等整個級進模設計過程。使用基于特征的方法，可以實現(xiàn)工藝定義的自動化，實現(xiàn)關聯(lián)設計。在設計過程中，特征與對應的模具大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書5結構零件是相關聯(lián)的，當特征移動或刪除時，其對應的零件也將被移動或刪除。 (3)基于約束的模具結構設計借助于UG強大的裝配功能，進行模具結構設計。所有的結構零件使用裝配約束來裝配和定位。模具的鑲件以組件的形式提供。(4)零件沖壓過程的仿真PDW提供了條料的成形仿真，在條料排樣結束后，可以進行成形過程仿真，檢查條料是否在中間被切斷，工步的順序是否正確等，以幫助用戶判斷條料排樣是否正確。(5)開放的標準件庫及鑲件庫PDW提供了標準模架、標準件及鑲件庫，可以進行選擇、修改、定制等工作。常見的Misumi(日本)，Strack(德國)，Danly(美國)等標準件都已經(jīng)存在庫中，供用戶選擇。(6)強大的輔助功能除了上述功能外，系統(tǒng)還提供了明細表的生成、開孔、二維圖生成、顯示管理等輔助功能，系統(tǒng)使用更加方便。PDW還提供了一個鈑金零件的識別模塊，方便用戶使用系統(tǒng)設計的零件。大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書6第 2 章 制件的工藝分析 產(chǎn)品介紹(1)產(chǎn)品零件圖：圖 21 工件圖(2)圖 21 所示為一個彎曲片零件，材料為碳鋼 08，厚度為 。該零件有一處局部成形，兩處 90176。彎曲和一處 Z 形彎曲。另外要沖一個 ?10mm 的孔、兩處 的孔以及一處矩形孔。此工件形狀比較復雜，所需工序較多，工藝比較復雜。 制件的工藝性分析沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖壓工藝的適應性，即沖裁件的結構、形狀、尺寸及公差等技術要求是否符合沖裁加工的工藝要求。由圖21知,零件的外形尺寸一般,總體呈U形,并附有2處彎曲,其中U形彎曲可采用一次彎曲工序成形,另一次Z形彎曲可采用一次彎曲工序成形 ,這樣既容易保證彎曲成形精度,也簡化了模具的結構。另外,為了保證彎曲制件的精度,需要考慮回彈因素對產(chǎn)大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書7品公差的影響。具體情況將在模具結構設計部分進行說明。 制件的經(jīng)濟性分析所謂經(jīng)濟性分析,就是分析在沖壓加工過程中,如何采用盡可能少的生產(chǎn)消費獲得盡可能大的經(jīng)濟效益。在進行沖壓工藝設計時,應該運用經(jīng)濟分析的方法找到降低成本,取得優(yōu)異經(jīng)濟效果的工藝途徑。沖壓件的制造成本包括: 模工材 CC???由圖21可以看出,該產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領為大批量生產(chǎn),從沖壓加工的經(jīng)濟性角度考慮,適合采用級進模進行沖壓生產(chǎn)。另外,可以通過多件同時生產(chǎn),提高材料的利用率,工藝合理化等措施來進一步提高制件的經(jīng)濟性。大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書8第 3 章 工藝方案及模具結構的確定 方案種類分析此產(chǎn)品，知該產(chǎn)品成型工藝包括落料，沖孔，彎曲和切斷四個基本工序，可以選擇以下三種工藝方案：方案一：按照沖孔，落料，彎曲的順序，采用單工序模生產(chǎn)。方案二：采用沖孔落料，彎曲并行的復合模與單工序模生產(chǎn)。方案三：采用沖孔，落料，彎曲和切斷的多工序級進模進行生產(chǎn)。 方案比較方案一：模具結構簡單，制造方便，但至少需要四副模具，成本較高，生產(chǎn)效率低，勞動強度大，且更重要的是在第一道工序完成后，進入下道工序必然會增大誤差，使工件精度、質量大大下降，達不到相關的技術要求，難以滿足生產(chǎn)需要。故而不采用此方案。方案二：需要至少三副模具，成本相對還是高，但相比于方案一，沖裁的工件公差等級有所提高，避免了多次沖裁的定位誤差，并且在沖裁過程中工件較平整。但是誤差也不小，工件尺寸精度，質量還是難以滿足生產(chǎn)要求。故而也不采用此方案。方案三：級進模是一種多工位，高效率的生產(chǎn)方法。能滿足工件尺寸公差等級要求，且操作安全方便，能實現(xiàn)自動生產(chǎn)加工。雖然制造成本相對前兩種方案較高，但是考慮到此產(chǎn)品生產(chǎn)綱領為大批量生產(chǎn)，綜合其成型特點和經(jīng)濟性條件，該方案的可行性比較高。 方案確定綜合以上各因素分析，因為此工件形狀比較復雜，所需工序較多，工藝比較復雜。而且此產(chǎn)品生產(chǎn)綱領為大批量生產(chǎn)，綜合其成型特點和經(jīng)濟性條件，最終確定采用多工位級進模具對該產(chǎn)品進行大批量的生產(chǎn)。大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書9 模具結構確定由產(chǎn)品圖分析可知，該制件總體尺寸精度要求不太高，形狀不是很復雜，但產(chǎn)量比較大，根據(jù)材料及其厚度一般的特點，為保證沖孔等位置的精度，沖模有較高的生產(chǎn)率，初步采用擋料銷定距，導正銷導正定位，彈壓卸料裝置卸料和自然漏料的級進模。大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書10第 4 章 級進模排樣設計 產(chǎn)品展開尺寸計算在進行彎曲工藝和彎曲模具設計時，按照傳統(tǒng)方法，要計算出彎曲件毛坯展開尺寸。計算的依據(jù)是：變形區(qū)彎曲變形前后體積不變；應變中性層在彎曲變形前后長度不變。即：彎曲變形區(qū)的應變中性層長度，就是彎曲件的展開尺寸。具體計算過程如下:因為r/t=,知該彎曲件的彎曲為有圓角彎曲。查相關手冊,取應變中性層系數(shù)K=,中性層彎曲半徑R=r+kt=，由于制件彎曲部分為90176。彎曲,所以采用公式L=L +L +π/2(r+kt)進行計算12其中L ，L 為直邊部分長度, r+kt為中性層處的彎曲半徑。12而利用UG中級進模向導中的功能，可以直接展開零件，省去復雜的計算，其過程如圖41所示：圖 41 UG NX 零件展開界面大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書11彎曲件展開尺寸以及展開圖如圖42:圖42 零件展開圖 排樣的設計原則多工位級進模排樣設計，可借助UG軟件進行，與傳統(tǒng)的裁紙法或拼接法等方法比較效率明顯要高的多，一般按如下步驟進行。(1) 確定沖壓方向首先確定產(chǎn)品展開尺寸，根據(jù)產(chǎn)品的毛邊方向，確定沖裁和成形方向，無毛刺方向要求時一般不受限制；若產(chǎn)品上有毛刺方向要求，必須注意沖裁和成形的方向(沖孔件毛刺位于凹模刃口面，落料件毛刺位于凸模刃口面)。彎曲件產(chǎn)品圖上沒有毛刺方向要求，盡量把毛刺留在里面，既能保證產(chǎn)品的美觀，還能減少彎曲時出現(xiàn)裂紋的可能。要特別注意材料的紋理方向，避免紋理方向與彎曲線方向平行。(2) 確定排樣形式依據(jù)產(chǎn)品展開尺寸，粗略估算步距P=Lmax+(12),用UG中級進模向導的“坯料排樣”功能作出橫排,縱排,對稱排,交錯排和斜排等幾種方案,進行比較,分析,在保證產(chǎn)品順利生產(chǎn)出來的前提下,選擇材料利用率最高的排樣方式，大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書12如圖43所示：圖 43 UG NX 排樣界面 載體的形式與選擇載體是制件在模具內(nèi)穩(wěn)定移動,順序加工的傳送帶,料帶上導正孔大多設計在載體上。載體的基本形式有::料帶的一側設計載體，多用于一側有成形要求的沖壓件。:(1)適用于雙排結構或對稱之間的沖壓加工,兩側設置導正孔,在模具內(nèi)適當位置將兩排沖件分開。(2)單排較長制件的沖壓加工,其中一側作為副載體(也可不設導正孔),到適當位置將其切除或沖落制件。雙側載體形式在沖壓中送料平穩(wěn),且成形穩(wěn)定,并視情形設計成大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書13雙排對插形式,從而提高材料的有效利用率。(1)排較長制件的沖壓(兩側有各種成形要求),導正孔設置在中間兩沖壓件之間的余料上,到最后工位將載體(余料)切除,使制件分離。(2)雙排沖壓件排列或者兩側對稱性沖壓件排列。最后工位沖切載體或者沖落制件,使制件和載體分離。中間載體成型時相對較不穩(wěn)定,視情形可設雙排孔導正或利用零件上沖孔(適用于較厚材料)進行輔助導正。圖43所示為彎曲元件的展開圖,主要成型工序有沖孔，落料,彎曲和切斷等,經(jīng)過分析,該零件適宜采用級進模加工生產(chǎn),考慮到此制件為空間三維方向彎曲,工藝較為復雜,且其中兩處彎曲成型有較高的成型精度要求,從設計與制造的難度與制件的實用性能等方面考慮,該制件采用中間載體比較好。 工序順序安排根據(jù)已經(jīng)確定的排樣方式,在開始端安排沖孔,切廢料等分離工序,再向另一端依次安排成型工位,最后安排載體和制件的分離。此時應當考慮排樣方案的加工可行性和穩(wěn)定性,后一工位不能對前一工位的成型有破壞作用,或者后一工位無法成型,凸?；蛘甙寄５膹姸仁欠褡銐虻葐栴},具體如下:在工序順序安排方面,一般先沖導正孔,側刃,壓印,后沖孔,落料,成形,最后分離。第一工位一般安排沖孔和沖工藝導正孔。第二工位設置導正銷對帶料進行導正,在以后的工位中,根據(jù)工位數(shù)和易發(fā)生竄動的工位設置導正銷,也可在以后的工位中每隔2～3個工位設置導正銷。沖壓件上落外形經(jīng)分解導致沖裁工位較多,且各沖裁的位置太近時,可分布在不同工位上沖出,但不能因為后續(xù)成形工序的影響而變形。工位設置應保證凹模有足夠的強度,凸模容易安裝固定。在空間條件不足的情況下,可以設置必要的空工位,空工位的數(shù)量根據(jù)模具結構的要求而定,一般不宜設置過多,以免造成工位間積累誤差過多,影響制件的成型精度。成型方向的選擇(向上或者向下)要有利于模具的設計和制造,有利于送料的順暢。若有不同于沖床滑塊沖程方向的沖壓成形動作,可采用斜滑塊,杠桿和擺塊來轉換成形方向。大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書14綜合以上各工序安排的原則,結合該產(chǎn)品的外形和成形過程,大體確定此制件成形順序, 第一工位安排沖孔和沖工藝導正孔，第二工位安排切廢，第三工位設置導正銷對帶料進行導正并切廢，第四工位安排切廢，第五工位安排U形折彎，第六工位安排Z形折彎，第七工位安排切斷，將工件與載體分離。最后,為了防止回彈,保證制件的成型精度,在具體結構上采用了矯正彎曲。 排樣設計根據(jù)上述的工序安排,設計了圖44所示的排樣圖,共有9個工位,分別完成①沖導正孔,沖孔，切矩形廢料②切廢③切廢④切廢⑤彎曲⑥向下Z形折彎⑦切斷該排樣共設置導正銷對帶料進行導正,以保證彎曲件的質量,分別在第三、第五、第六工位。圖 44 零件排樣圖大連理工大學本科畢業(yè)設計（論文）說明書15第 5 章 壓力中心及工藝力計算 沖壓力的計算(1)沖裁力的計算