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2019/10/13,1,第5章 級進(jìn)沖壓工藝與模具,5.1級進(jìn)沖壓工藝概述,5.1.1級進(jìn)沖壓工藝的概念及特點,在一副模具中沿被沖原材料（條料或卷料）的直線送進(jìn)方向，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以上的沖壓工序,2019/10/13,2,多工位級進(jìn)沖壓模具是一種高精度、高效率、長壽面的先進(jìn)模具，是技術(shù)密集型模具的重要代表。除沖孔落料外，還可完成壓筋、沖窩、彎曲、拉深等工序，甚至可以鉚接、旋轉(zhuǎn)等裝配。,中、小型件，無論形狀多么復(fù)雜、沖壓工序怎么多，均可用一副級進(jìn)模沖壓完成,2019/10/13,3,級進(jìn)沖壓模的特點：,(1)生產(chǎn)效率高：在一副模具中完成沖裁、拉深、成形甚至裝配，比復(fù)合模有更高的生產(chǎn)效率,(2)模具壽命長：工序可以分散到不同工位上，故不存在復(fù)合模的“最小壁厚”問題，設(shè)計時還可以根據(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和裝配空間,(3) 具有高精度的內(nèi)、外導(dǎo)向（除模架導(dǎo)向精度要求高外，還必須對細(xì)小凸模實施內(nèi)導(dǎo)向保護(hù)）和準(zhǔn)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) 常采用高速沖床生產(chǎn)，自動送料、自動出件、安全檢測自動化，操作安全,2019/10/13,4,級進(jìn)沖壓模的缺點：,結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高，給模具的制造、調(diào)試及維修帶來一定難度；同時要求模具零件互換性，在磨損或損壞后要求更換迅速、方便、可靠。,所以模具選材必須好（常采用高強度的高合金工具鋼、高速鋼或硬質(zhì)合金等），必須采用慢走絲線切割、成形磨削、坐標(biāo)鏜、坐標(biāo)磨等先進(jìn)方法；模具造價高，制造周期長，對經(jīng)驗依賴性強；級進(jìn)沖壓材料利用率低。,2019/10/13,5,級進(jìn)沖壓模的使用：,主要用于薄料（0.1-1.2mm，不超過2mm）、批量大、形狀復(fù)雜、精度要求較高的中小型沖壓件生產(chǎn)，也可用于批量不大且零件很小，操作不安全的零件生產(chǎn)。 對于較大的沖壓件適用于多工位傳遞式模具的沖壓加工。,國內(nèi)已能生產(chǎn)精度達(dá)2μm的精密級級進(jìn)沖壓模，工位數(shù)最多達(dá)160個，壽命1-2億次，世界上的高速沖床速度已達(dá)4000次/min,2019/10/13,6,5.1.2級進(jìn)沖壓模具的分類,（1）級進(jìn)沖裁模具:完成沖孔、切槽、切斷、落料，甚至鉚接、旋轉(zhuǎn)等裝配,（2）級進(jìn)沖裁彎曲模具,（3）級進(jìn)沖裁拉深模具,（4）級進(jìn)沖裁成形模具：主要脹形、翻邊,功能分類：,（1）級進(jìn)沖壓模具,（2）多功能級進(jìn)沖壓模具：除沖壓外，還可疊壓、攻螺紋、鉚接和鎖緊；生產(chǎn)出來的不是單個零件，而是成批組件,2019/10/13,7,5.2級進(jìn)沖壓工藝設(shè)計及計算,5.2.1排樣設(shè)計概述,級進(jìn)沖壓中，工件隨沖床每沖一次就向前送進(jìn)一個步距，到達(dá)不同的工位，設(shè)計中，要確定從板料毛坯到產(chǎn)品零件的成形過程，即各工位要進(jìn)行的加工工序內(nèi)容：確定排樣圖,設(shè)計方法和常規(guī)相同，主要是排樣設(shè)計復(fù)雜,（1）被沖零件各部分在模具中的沖壓順序,（2）模具的工位數(shù)及各工位的加工內(nèi)容,（3）被沖零件在條料上的排列方式、排列方位等，并反映出材料利用率的高低,（4）步距的公稱尺寸和定距方式,（5）條料的寬度,（6）載體的形式,（7）模具基本結(jié)構(gòu),2019/10/13,8,級進(jìn)模排樣的內(nèi)容,2)沖切刃口外形設(shè)計：對具有復(fù)雜外形或內(nèi)孔的零件的幾何形狀進(jìn)行分解以確定零件形狀的沖壓順序，是工序排樣前必須完成的設(shè)計工作,1)毛坯排樣：零件的展開形狀在條料上的排列方式,3 ）工序排樣：確定模具由多少工位組成、每個工位的具體加工工序，是毛坯排樣和沖切刃口外形設(shè)計的綜合，是級進(jìn)模設(shè)計的關(guān)鍵。簡稱排樣,應(yīng)用級進(jìn)模沖壓，排樣設(shè)計很重要，它不但要考慮材料的 （經(jīng)濟(jì)利用） ，還應(yīng)考慮制件的 （結(jié)構(gòu)形狀） 、（沖壓成形規(guī)律）、（模具強度） 等問題。,2019/10/13,9,排樣示意圖,,2019/10/13,10,5.2.2毛坯排樣,確定沖壓件毛坯外形在條料上的截取方位與相鄰毛坯的關(guān)系。需要解決:,（1）排樣類型,（2）搭邊值的確定,（3）步距的確定,（4）條料寬度的確定,（5）材料利用率,除了搭邊值比普通沖壓取得大一些，其他相同,2019/10/13,11,5.2.3沖切刃口設(shè)計,一般將復(fù)雜外形和內(nèi)孔分幾次沖切，分解成若干個簡單的幾何單元，各單元又通過組合、補缺的方式構(gòu)成新的沖切輪廓，從而設(shè)計出合理的凸模和凹模刃口的外形過程。,2019/10/13,12,沖切刃口設(shè)計需要解決:,1.輪廓的分解與重組,（1）有利于簡化模具結(jié)構(gòu)，分解段數(shù)應(yīng)盡量少，重組成形后的凸模和凹模外形要簡單、規(guī)則，要有足夠的強度，要便于加工,2019/10/13,13,（2）輪廓分解應(yīng)保證產(chǎn)品零件的形狀、尺寸、精度和使用要求,（3）內(nèi)、外形輪廓分解后各段間的連接應(yīng)平直或圓滑,（4）分段搭接點應(yīng)盡量少，搭接點位置要避開產(chǎn)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）有公差要求的直邊和使用中有滑動配合要求的邊應(yīng)在一次沖切，不宜分段，以免誤差累積,2019/10/13,14,A面使用過程中是配合面，最好選圖（c）,,2019/10/13,15,（6）復(fù)雜外形以及有窄槽或細(xì)長臂的部位應(yīng)分解，復(fù)雜內(nèi)形應(yīng)分解,（7）毛刺方向有不同要求時應(yīng)分解,（8）輪廓分解應(yīng)考慮加工設(shè)備條件和加工方法，便于加工,輪廓分解與重組不是唯一的，設(shè)計過程十分靈活，經(jīng)驗性強，難度大，設(shè)計時應(yīng)考慮多種方案,2019/10/13,16,1.輪廓分解時分段搭接頭的基本形式,內(nèi)、外輪廓分解后，各段之間必然要形成搭接頭，不恰當(dāng)?shù)姆纸鈺?dǎo)致搭接頭處產(chǎn)生毛刺、錯牙、尖角、塌角、不平直和不圓滑等質(zhì)量問題,常見搭接頭有三種:,(1)平接:把零件的直邊段分兩次沖切，先在一個工位上沖去一部分，再下一工位再沖去余下的部分。兩次沖切刃口平行、共線，但不重疊。,2019/10/13,17,平接在搭接頭處易產(chǎn)生毛刺、錯牙、不平直等質(zhì)量問題。生產(chǎn)中應(yīng)盡量避免采用。為保證平接各段搭接質(zhì)量，應(yīng)在各段的沖切工位設(shè)導(dǎo)正銷,2019/10/13,18,(2)交接:前、后兩次沖切刃口之間相互交錯，有少量重疊部分，按交接方式進(jìn)行刃口分解，對保證搭接頭的質(zhì)量比較有利，實際生產(chǎn)多采用,(3)切接：毛坯圓弧部分分段沖切時的搭接形式，前一工位先沖切一部分圓弧段，后續(xù)工序再沖切其余部分，前后兩段相切,2019/10/13,19,切接也容易在搭接頭處產(chǎn)生毛刺、錯牙、不圓滑等質(zhì)量問題。為了改善切接質(zhì)量，在圓弧段設(shè)計凸臺,2019/10/13,20,5.2.4工序排樣,是對毛坯排樣和沖切刃口設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化組合,解決內(nèi)容：,1.工序的確定和排序,工序的順序以有利于下道工序進(jìn)行為原則，做到先易后難，先沖平面形狀后沖立體形狀。,（1）級進(jìn)沖裁的工序排樣,1）帶孔的沖裁件，先沖孔后沖外形,2019/10/13,21,（1）級進(jìn)沖裁的工序排樣,2）盡量避免采用復(fù)雜形狀的凸模、凹模，即對復(fù)雜的型孔或外形進(jìn)行分解，采用分段切除的辦法,2019/10/13,22,（1）級進(jìn)沖裁的工序排樣,3）零件上有嚴(yán)格要求的相對尺寸，應(yīng)放在同一工位沖出。若無法安排在同一工位沖出，可安排在相近工位上沖出,2019/10/13,23,（1）級進(jìn)沖裁的工序排樣,4）尺寸與形狀要求高的輪廓應(yīng)在較后的工位上沖出,5）外形薄弱部分的沖切應(yīng)安排在較前的工位,6）當(dāng)孔到邊緣的距離較小，而孔的精度又較高時，若先沖孔后沖外形，可能會導(dǎo)致孔變形，此時應(yīng)先將孔外緣沖出，再沖孔。,7）輪廓周界較大的沖切工藝盡量安排在中間沖切,以使壓力中心與模具中心重合,2019/10/13,24,（2）級進(jìn)彎曲的工序排樣,1）對于帶孔的彎曲類零件，一般先沖孔，再沖切掉需要彎曲部分的周邊材料，然后再彎曲，最后切除其余廢料，使工件與條料分離，當(dāng)孔靠近彎曲變形區(qū)且又有精度要求時應(yīng)先彎曲后沖孔,2019/10/13,25,（2）級進(jìn)彎曲的工序排樣,2）彎曲時應(yīng)先彎曲外面再彎曲里面，彎曲半徑過小時應(yīng)加整形工序,2019/10/13,26,（2）級進(jìn)彎曲的工序排樣,3）毛刺方向一般應(yīng)位于彎曲區(qū)內(nèi)側(cè)，以減少彎曲破裂的危險，改善產(chǎn)品外觀,4）彎曲線應(yīng)安排在與纖維方向垂直的方位，當(dāng)零件在相互垂直的方向或幾個方向都要進(jìn)行彎曲時，彎曲線應(yīng)與條料的纖維方向成30~60°的角度,5）在一個工位上彎曲變形程度不宜過大。對于復(fù)雜的彎曲件，應(yīng)分解成簡單彎曲工序的組合，經(jīng)過逐次彎曲而成。對精度要求較高的復(fù)雜彎曲件，應(yīng)以整形工序保證工件的精度,6）對于一個零件的兩個彎曲部分有尺寸精度要求時，則應(yīng)在同一工位一次成形以保證精度,2019/10/13,27,（2）級進(jìn)彎曲的工序排樣,7）對于小型單角彎曲件，為避免彎曲時載體變動和側(cè)向滑動，應(yīng)盡量成對彎曲后再剖切分開,8）盡可能以沖床行程方向作為彎曲方向，以簡化模具結(jié)構(gòu),2019/10/13,28,（3）級進(jìn)拉深的工序排樣,不像單工序拉深那樣單個坯料送進(jìn)，它是把載體、搭邊和坯料連接在一起連續(xù)送進(jìn)級進(jìn)拉深模成形,級進(jìn)拉深不能中間退火，要求材料有較高的塑性,由于工序相互制約，因此每一工位拉深的變形程度不能太大，均小于單個毛坯的拉深,2019/10/13,29,（3）級進(jìn)拉深的工序排樣,無切口級進(jìn)拉深在整體上拉深，相鄰兩個拉深工序之間相互約束，材料在縱向流動比較困難，變形程度大時就容易拉裂，每道工序變形程度不能太大，工位數(shù)較多,優(yōu)點是節(jié)省材料,適合于拉深有較大的相對厚度（t/D）×1001,凸緣直徑相對較?。╠1/d=1.1~1.5）和相對高度h/d較低,2019/10/13,30,（3）級進(jìn)拉深的工序排樣,有切口級進(jìn)拉深是在零件的相鄰處切開一切口或切縫。相鄰兩工序相互影響和約束較小，此時的拉深與單個毛坯拉深相似.,因此，每道工序的拉深系數(shù)可小些，即拉深的次數(shù)可少些，且模具較簡單，但毛坯材料消耗較多。,用于拉深較困難的拉深件，即相對厚度（t/D）×100較小,凸緣相對直徑（d1/d）較大，相對高度h/d較大。,2019/10/13,31,2.空工位設(shè)置,簡稱空位，指工序經(jīng)過時，不做任何沖壓加工的工位。,原因是提高模具強度、保證模具的壽命和產(chǎn)品質(zhì)量以及模具中的特殊機構(gòu)等。,2019/10/13,32,3.載體設(shè)計,級進(jìn)沖壓時條料連接工序件并將工序件在模具上穩(wěn)定送進(jìn)的部分材料。,2019/10/13,33,3.載體設(shè)計,四類載體。,（1）邊料載體：條料搭邊廢料作為載體。整個工件周邊都有廢料，穩(wěn)定性好、簡單。,2019/10/13,34,3.載體設(shè)計,四類載體。,（2）單側(cè)載體（單載體）：在條料一側(cè)留出一定寬度，并在適當(dāng)?shù)奈恢门c工序連接，實現(xiàn)對工序件的運載。適合于條料厚度t在0.5mm以上的沖壓件，特別對于零件一端或幾個方向帶有彎曲的場合。,2019/10/13,35,3.載體設(shè)計,四類載體。,（3）雙側(cè)載體（標(biāo)準(zhǔn)載體、雙載體）：在條料兩側(cè)分別留出一定寬度的材料運載工序件，工序件連接在兩側(cè)載體的中間，比雙載體更穩(wěn)定，具有更高的定位精度。主要用于薄料（t≤0.2mm），工件精度較高的場合。但材料的利用率有所降低，往往是單件排列。,2019/10/13,36,3.載體設(shè)計,四類載體。,（4）中間載體：與單側(cè)載體相似，比單側(cè)和雙側(cè)載體節(jié)省材料，在彎曲工序排樣中應(yīng)用較多，最適合（t0.2mm），兩外側(cè)有彎曲的具有對稱性零件。中間載體寬度靈活掌握，但不小于單載體寬度。,2019/10/13,37,4.定位形式選擇,由于級進(jìn)沖壓是將產(chǎn)品的沖壓加工工序分在多個工位上完成，為了保證前、后工位工序件的沖切刃口能準(zhǔn)確銜接、匹配。要求工序件在每一工位上都能準(zhǔn)確定位。,2019/10/13,38,縱向定位包括定距和導(dǎo)正，橫向定位是導(dǎo)料。,級進(jìn)定位方式：表5.1,（1）側(cè)刃定位：一般應(yīng)安排在第1工位，目的是使沖壓一開始條料就能按一定步距送進(jìn)。,（2）導(dǎo)正銷定位：用裝于上模的導(dǎo)正銷插入條料上的導(dǎo)正孔以矯正條料的位置，保持凸模、凹模和工序件三者之間具有正確的相對位置。,1落料凹模 2導(dǎo)正銷 3沖導(dǎo)正孔凸模,2019/10/13,39,（2）導(dǎo)正銷定位,1）導(dǎo)正銷孔直徑,級進(jìn)模的導(dǎo)正銷孔多數(shù)是設(shè)置在條料的載體上（也可設(shè)置在工序件的孔上），因此導(dǎo)正銷孔的直徑的大小直接影響到材料的利用率，不能取過大，也不能取過小，否則不能保證導(dǎo)正銷的強度。,導(dǎo)正銷孔直徑，應(yīng)綜合考慮板料厚度、材質(zhì)、硬度、毛坯尺寸、載體形式和尺寸、排樣方案、導(dǎo)正方式、產(chǎn)品精度要求和結(jié)構(gòu)特點、加工速度等因素。表5.2,2019/10/13,40,2）導(dǎo)正銷孔位置,直接導(dǎo)正：利用產(chǎn)品零件本身的孔作為導(dǎo)正孔，導(dǎo)正銷可安裝于凸模中，也可單獨設(shè)置。,間接導(dǎo)正：利用載體或廢料上專門沖出的導(dǎo)正銷孔進(jìn)行導(dǎo)正。,導(dǎo)正銷孔進(jìn)行導(dǎo)正一般在第1工位上沖出，緊接第2工位要有導(dǎo)正銷，以后每隔2~4個工位等距離設(shè)置。導(dǎo)正銷孔可以設(shè)置單排或雙排，主要取決于工件的形狀和模具結(jié)構(gòu)，當(dāng)條料寬度較大時盡量采用雙排導(dǎo)正銷。,導(dǎo)正銷孔精確定位時，有時會引起導(dǎo)正孔變形或劃傷，盡量避免在工件上直接導(dǎo)正，和側(cè)刃和自動送料聯(lián)合定位。,2019/10/13,41,3）側(cè)刃與導(dǎo)正銷孔混合定位,側(cè)刃作為粗定位，導(dǎo)正銷起精確定位的作用。此時側(cè)刃長度應(yīng)大于步距0.05 ～ 0.08毫米，以便導(dǎo)正銷插入導(dǎo)正孔時條料略向后移動。在設(shè)計模具時，導(dǎo)正孔一般應(yīng)在第一個工位沖出，導(dǎo)正銷設(shè)置在第二個工位。,1—導(dǎo)尺 2—側(cè)刃沖去的料邊 3—側(cè)刃擋塊 4—導(dǎo)正銷,2019/10/13,42,5.2.5排樣舉例,1. 排樣設(shè)計過程,因為是彎曲件，首先求出展開圖（若是沖裁件，此步可省略；若是拉深件，先計算展開尺寸、拉深次數(shù)、每次拉深的半成品尺寸及條料寬度尺寸）。然后按照毛坯排樣、再沖切刃口外形尺寸、最后按排樣步驟進(jìn)行。,2019/10/13,43,（1）毛坯排樣,整個工件面積約1131.1mm2（包括工件中間的方孔和兩端的小孔。,ηa=1133.1/（64×26.6）=0.67 ηb=1133.1/（64.6×26）=0.67 ηc=1133.1/（64.6×25）=0.70 ηd=1133.1/（52×30.1）=0.72,2019/10/13,44,（2）沖切刃口外形尺寸,先沖導(dǎo)正孔、兩個小孔和中間方孔，后續(xù)工序利用導(dǎo)正銷定位。,彎曲之前將待彎部分與條料分離，考慮簡化模具和保證強度，分兩步?jīng)_出連接槽。,2019/10/13,45,（3）工序排樣,在上述排樣的基礎(chǔ)上，設(shè)計出工序排樣圖。,2019/10/13,46,2. 排樣圖的繪制,（1）繪制一條水平線，根據(jù)步距繪出各工位的中心。,（2）從第1工位開始，繪制沖壓加工內(nèi)容。(切口、導(dǎo)正銷孔、側(cè)刃定距）,（3）繪出第2工位內(nèi)容，第1工位切口、沖孔也應(yīng)畫出。,（4）繪出第3工位內(nèi)容，即使空位也應(yīng)畫出，第1工位、第2工位形狀也應(yīng)表達(dá)。,（5）以此類推，繪完所有，最后1步為落料時，只需繪出落料外形。,2019/10/13,47,2. 排樣圖的繪制,（6）檢查各工位是否繪制正確，不對處修改。,（7）繪出條料外形，有側(cè)刃成形定位時應(yīng)繪制側(cè)刃加工形狀。,（8）每工位繪上剖面線或分別涂上不同顏色。,（9）標(biāo)注必要尺寸：步距、料寬、導(dǎo)正銷孔徑、側(cè)刃所沖料邊寬度等。并注上送料方向、工位數(shù)及各工位沖壓名稱。,2019/10/13,48,5.3級進(jìn)模的典型結(jié)構(gòu),5.3.1沖裁級進(jìn)模,厚度0.15mm引線片，外形比較簡單規(guī)則，孔為異形，且較為復(fù)雜，有寬度3mm、長度10mm窄條，9個φ1.2小孔相距很近。,普通模具沖壓沖異形孔模具復(fù)雜，強度難以保證，小圓孔太近無法沖出，所以級進(jìn)模。9孔和異型孔分別在3個工位上沖出，異形孔在3個工位上沖出,2019/10/13,49,5.3.1沖裁級進(jìn)模,采用了內(nèi)、外導(dǎo)向，利用小導(dǎo)柱11、小導(dǎo)套10保護(hù)細(xì)小凸模，同時為了操作安全，設(shè)置了安全擋板6。,1、21、26—螺釘；2—下模座；3、22—圓柱銷；4—凹模；5-導(dǎo)料板；6—安全擋板；7—落料凸模；8—彈簧；9—卸料螺釘；10—小導(dǎo)套；11—小導(dǎo)柱；12、13、15、17、18—沖孔凸模；14—模柄；16—止動銷；19—側(cè)刃；20—上模座；23—墊板；24—導(dǎo)套；25—凸模固定板；27—卸料板；28—導(dǎo)柱；29、32—銷釘；30—側(cè)刃擋塊；31—螺釘；33—托料板,2019/10/13,50,5.3.2沖裁彎曲級進(jìn)模,將條料的局部沖裁與坯料的依次彎曲有機地組合在一起。是級進(jìn)模中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、運動機構(gòu)最多的一種模具。,沖裁的作用是在規(guī)定的工位沖導(dǎo)正孔，沖成不受彎曲影響的零件上各種型孔，在彎曲成形工位前沖出待彎曲部位的展開尺寸與形狀，在條料上沖出傳遞坯料的載體，彎曲后沖孔和使彎曲件與載體分離。,2019/10/13,51,嵌入式插銷零件圖,料厚1.4mm，需要沖孔、切舌、彎曲多道工序。如單工序生產(chǎn)，需要多副模具、多次重復(fù)定位、生產(chǎn)效率低、精度難以保證。故采用級進(jìn)模。,2019/10/13,52,嵌入式插銷零件圖,采用了浮頂裝置16、17以保證第5工位彎曲后能將帶料托起，以方便送料。,1 —下模座； 2—凹模； 3—卸料板； 4—凸模固定板； 5—墊板； 6—上模座；7—裁搭邊凸模；8—彎曲凸模； 9—模柄； 10—彎曲凸模； 11—裁搭邊凸模；12—頂板；13—襯套； 14—沖孔凸模； 15、18—彈簧；16、17—浮頂裝置；19—螺塞；20--導(dǎo)料板；,2019/10/13,53,5.3.3沖裁拉深級進(jìn)模,是沖壓工藝應(yīng)用最早的一種。在成批或大量生產(chǎn)中，外形尺寸在60mm以內(nèi)，材料厚度在2mm以下的以拉深成形為主的沖壓件均可用帶料的級進(jìn)拉深成形。,帶料級進(jìn)拉深是在帶料上直接（不截成單個毛坯）進(jìn)行拉深。零件拉深完成后才從帶料上沖裁下來。,這種拉深生產(chǎn)率很高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只有大批量生產(chǎn)且零件不大的情況下才采用，或者零件特別小，手工操作很不完全，雖不是大批生產(chǎn)，也可以采用。,2019/10/13,54,沖裁拉深級進(jìn)模,六角形拉深件，7個工位。,2019/10/13,55,沖裁拉深級進(jìn)模,采用正裝結(jié)構(gòu)。采用雙側(cè)刃定距，避免了料尾損失，凹模全部是鑲平形式，維修方便。,1—落料凸模； 2、3—沖孔凸模； 4、6、7—彎曲凸模； 5、22—護(hù)套； 8—切口凸模；9—側(cè)刃；10—壓邊圈； 11--導(dǎo)料板；12—刮料板；13—側(cè)刃擋塊；14、15、16—浮頂銷；17—凹模鑲套； 18—凹模鑲塊； 19 —凹模框；20--下模座； 21—墊板,2019/10/13,56,5.4級進(jìn)沖壓模設(shè)計,5.4.1級進(jìn)沖壓模具的分類,級進(jìn)沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件數(shù)量比較多，一般級進(jìn)沖壓模由幾十個乃至幾百個零件組成,可分為工作零件和輔助零件。 表5.3(P180)。,2019/10/13,57,5.4.2工作零件設(shè)計,工作零件主要指凸模和凹模。和其他沖壓工藝的工作零件有許多地方是相同的。,1.凸模設(shè)計,（1）凸模的結(jié)構(gòu)形式及安裝方式,級進(jìn)沖壓模一副模具中，既有成形用凸模，又有許多沖小孔凸模、沖窄長槽凸模、分解沖裁凸模等。凸模根據(jù)具體沖壓性質(zhì)的要求，被沖材料的厚度、沖壓的速度、沖裁間隙和凸模的加工方法等因素綜合考慮其結(jié)構(gòu)和固定方法。,2019/10/13,58,（1）凸模的結(jié)構(gòu)形式及安裝方式,沖小孔凸模，通常采用加大固定部分直徑，縮小刃口部分長度的措施來保證小凸模的強度和剛度。,當(dāng)工作部分和固定部分的直徑差太大時，可設(shè)計多臺階結(jié)構(gòu)。各臺階過渡部分必須用圓弧光滑連接，不允許有刀痕。,,特別小的凸?？梢圆捎帽Ｗo(hù)套結(jié)構(gòu)。Φ0.2mm左右的小凸模，其頂端露出保護(hù)套約3.0~4.0mm。,卸料板還應(yīng)考慮到對凸模的導(dǎo)向保護(hù)作用，以消除側(cè)壓力對凸模的作用而影響其強度。,2019/10/13,59,（1）凸模的結(jié)構(gòu)形式及安裝方式,,2019/10/13,60,（1）凸模的結(jié)構(gòu)形式及安裝方式,除了沖孔凸模外，級進(jìn)模中有許多分解沖裁的制件輪廓沖裁凸模。加工大都采用線切割結(jié)合磨削的加工方法。,,(a)直通式凸模外，常采用的固定方法是鉚接和吊裝在固定板上，但鉚接后難以保證凸模與固定板的較高的垂直度，且修整凸模時鉚合固定將會失去作用。,此種結(jié)構(gòu)在多工位精密模具中常采用吊裝，如(b),固定部分臺階設(shè)在單面 。,（c）為同樣斷面的沖裁凸模,固定部分臺階設(shè)在雙面，受力穩(wěn)定 。,2019/10/13,61,（1）凸模的結(jié)構(gòu)形式及安裝方式,,(d)兩側(cè)有異形突出部分，突出部分窄小易產(chǎn)生磨損和損壞，因此結(jié)構(gòu)上宜采用鑲拼結(jié)構(gòu)。,(e)為一般使用的整體成形磨削帶突起的凸模。,（f）為用于快換的凸模結(jié)構(gòu)。,2019/10/13,62,（1）凸模的結(jié)構(gòu)形式及安裝方式,,螺釘固定和錐面固定。,2019/10/13,63,（1）凸模的結(jié)構(gòu)形式及安裝方式,,對于較薄的凸模可采用側(cè)面開槽用壓板固定的方法。,2019/10/13,64,（2）凸模長度,,1）當(dāng)同一副模具中各凸模絕對長度不一致時，應(yīng)確定一基準(zhǔn)凸模的工作長度，基準(zhǔn)長度為35、40、45，…65mm，其他凸模按基準(zhǔn)長度計算，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)凸模長度。,凸模工作部分的基準(zhǔn)長度，由工件料厚和模具結(jié)構(gòu)大小等因素決定，在滿足多種凸模結(jié)構(gòu)的前提下，力求最小。,2）凸模應(yīng)有一定的使用高度和足夠的刃磨量。,3）注意凸模工作的同步性，即保證凸模進(jìn)入工作前，導(dǎo)料銷插入導(dǎo)料孔，卸料板將調(diào)料壓緊。,2019/10/13,65,（2）凸模長度,,沖裁彎曲級進(jìn)?；驔_裁拉深級進(jìn)模的工作順序，一般是先由導(dǎo)正銷導(dǎo)正條料，待彈性卸料板壓緊條料后，開始進(jìn)行彎曲或拉深，然后進(jìn)行沖裁。,沖裁凸模和成形凸模長度是不一樣的。,2019/10/13,66,2.凹模設(shè)計,,（1）凹模的結(jié)構(gòu)形式和固定方式,1)整體式凹模,主要用于工位數(shù)不多的小型級進(jìn)模,2019/10/13,67,,（1）凹模的結(jié)構(gòu)形式和固定方式,2)嵌塊式凹模,特點是嵌塊套外形做成規(guī)則形，且可選用標(biāo)準(zhǔn)的嵌塊，在嵌塊上加工出型孔，嵌塊損壞后可迅速更換備件,2019/10/13,68,,（1）凹模的結(jié)構(gòu)形式和固定方式,3)拼塊式凹模,將凹模組件按位置關(guān)系裝配在凹模容框內(nèi)，并在下面加整塊墊板以組成整體凹模。,制造方便，加工精度高，壽命長，應(yīng)用廣泛。,2019/10/13,69,,（2）凹模外形尺寸的確定,確定凹模厚度和長、寬尺寸，需從刃口受力情況、刃口輪廓長度、成形工序的形成要求及固定方法組合考慮。,2019/10/13,70,5.4.3定位機構(gòu)設(shè)計,1.定距結(jié)構(gòu)設(shè)計,目的是保證各工位工序件能按設(shè)計要求等距向前送進(jìn),常用的定距結(jié)構(gòu)：,擋料銷：用于精度要求不高的手工送料級進(jìn)模，使用方法同普通沖壓模。,,導(dǎo)正銷（精定位）+側(cè)刃（粗定位） ：用于精密級進(jìn)模中，側(cè)刃粗定位，導(dǎo)正銷精定位,2019/10/13,71,（1）側(cè)刃,按側(cè)刃進(jìn)入凹模分為無導(dǎo)向和有導(dǎo)向,直入式側(cè)刃適合于料厚小于1.2mm的薄料沖壓；有導(dǎo)向的側(cè)刃常用于側(cè)刃兼做切除廢料用、且被沖形狀比較復(fù)雜的模具中。,2019/10/13,72,（2）導(dǎo)正銷,導(dǎo)正銷導(dǎo)入材料時，既要保證材料的定位精度，又要保證導(dǎo)正銷能順利地插入導(dǎo)正孔。,配合間隙大，定位精度低；配合間隙過小，導(dǎo)正銷磨損加劇并形成不規(guī)則形狀，從而又影響定位精度。導(dǎo)正銷直徑：表5.4,導(dǎo)正銷的前端部分應(yīng)突出于卸料板的下平面，0.8tx1.5t,薄料取大值，厚料取小值，當(dāng)t=2mm以上時，x=0.6t,1—導(dǎo)正銷； 2—彎曲凸模； 3—沖裁凸模； 4—彈性卸料板,2019/10/13,73,導(dǎo)正銷固定方式,（a）導(dǎo)正銷固定在凸模上；（b）導(dǎo)正銷固定在卸料板上；其余固定在固定板上。,導(dǎo)正銷在一副模具上多處使用時，其突出長度x、直徑尺寸和頭部形狀必須保持一致，使所有導(dǎo)正銷載荷基本相等,2019/10/13,74,2.導(dǎo)向與浮頂裝置設(shè)計,帶料經(jīng)過沖裁、彎曲、拉深等變形后，在條料的厚度方向上會有不同高度的彎曲和突起，為了順利送進(jìn)帶料，必須將已被成形的帶料頂起，使彎曲和突起的部位離開凹模型孔，并略高于凹模工作表面的帶料頂起結(jié)構(gòu),浮頂裝置往往和帶料的導(dǎo)向零件（導(dǎo)料板）共同使用構(gòu)成條料的導(dǎo)向系統(tǒng),2019/10/13,75,2.導(dǎo)向與浮頂裝置設(shè)計,浮頂器由浮頂銷、彈簧和螺塞組成。,圖（a）只浮頂條料離開凹模平面，因此可以設(shè)置在任意位置，但應(yīng)盡量靠近成形部分的材料平面上，浮頂力大小要均勻、適當(dāng)。,2019/10/13,76,圖（b）是套式浮頂結(jié)構(gòu)，這種裝置除了浮頂條料離開凹模平面外，還兼起保護(hù)導(dǎo)正銷的作用，應(yīng)設(shè)置在有導(dǎo)正銷的位置上，沖壓時，導(dǎo)正銷進(jìn)入套式浮頂銷的內(nèi)孔。,2019/10/13,77,圖（c）是槽式浮頂結(jié)構(gòu)，這種裝置不僅浮頂條料離開開凹模平面，還對條料進(jìn)行導(dǎo)向，此時模具局部或全部長度上不宜安裝導(dǎo)料板，而是由裝在凹模工作型孔兩側(cè)（或一側(cè)）、平行于送料方向、帶有導(dǎo)向槽的槽式浮頂銷進(jìn)行導(dǎo)料。,2019/10/13,78,3.導(dǎo)料板,兩種形式：,（1）普通型導(dǎo)料板：結(jié)構(gòu)和原理同普通模具，適用于低速、手工送料，且為平面沖裁的連續(xù)模；,（2）帶凸臺導(dǎo)料板：適用于高速、自動送料，且多為帶成形、彎曲的立體沖壓連續(xù)模。凸臺的目的是保證條料在浮動送料過程中始終保持在導(dǎo)板內(nèi)運動。,2019/10/13,79,5.4.4卸料裝置設(shè)計,兩種形式,（1）剛性卸料：,（2）彈性卸料：級進(jìn)模常用，主要由卸料板、彈性元件（彈簧、橡膠墊、氮氣彈簧）、卸料螺釘和輔助導(dǎo)向零件組成。,1—凹模； 2—導(dǎo)料板； 3—彈壓卸料板； 4—彈簧； 5—卸料螺釘； 6—墊板； 7—凸模； 8—凸模固定板,除沖壓開始前壓緊帶料，防止各凸模沖壓時由于先后次序的不同或受力不均引起帶料竄動，并保證沖壓結(jié)束后平穩(wěn)卸料。,更重要的是卸料板對各崗位上的凸模（特別是細(xì)小凸模）起到精確導(dǎo)向和有效地保護(hù)作用。,2019/10/13,80,卸料板的輔助導(dǎo)向形式,1—小導(dǎo)套； 2—小導(dǎo)柱； 3—卸料板； 4—固定板,由于卸料板有保護(hù)小凸模的作用，這就要求卸料板有很高的運動精度，為此要在卸料板與上模座之間增設(shè)輔助導(dǎo)向零件—小導(dǎo)柱和小導(dǎo)套。,當(dāng)沖壓材料比較薄，且模具的精度要求較高，工位數(shù)又比較多時，應(yīng)選用滾珠式小導(dǎo)柱導(dǎo)套。,2019/10/13,81,5.4.5輔助裝置,1 模架：,級進(jìn)模的模架應(yīng)具有足夠的剛性和強度，并保證工作時運動平穩(wěn)。大型模具應(yīng)采用六導(dǎo)柱或四角導(dǎo)柱模架。在普通壓力機上的小型模具，可選用對角導(dǎo)柱模架。,模架的導(dǎo)向裝置常采用滾動導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向。 精密級進(jìn)模要求模具的強度高、剛性好、精度高。因此通常采用結(jié)構(gòu)鋼做模座，其厚度要求比標(biāo)準(zhǔn)模座厚，上模座加厚 5 ～ 10mm，下模座加厚 10 ～ 15mm 。,2019/10/13,82,2.固定板,級進(jìn)沖壓模的凸模固定板不僅要安裝多個凸模，還可在其他相應(yīng)位置安裝導(dǎo)正銷、斜楔、彈性卸料裝置、小導(dǎo)柱、小導(dǎo)套等，因此固定板應(yīng)具有足夠的厚度和一定的耐磨性。,固定板的厚度可按凸模的40%選用。一般連續(xù)固定板可選用45鋼，淬火硬度43~48HRC；,精度要求高的連續(xù)模固定板，應(yīng)選T10、CrWMn等,淬火硬度52~56HRC；,低速沖壓，各凸模不需經(jīng)常拆卸時，固定板可不淬火；,2019/10/13,83,墊板、模柄、緊固螺釘、銷釘應(yīng)盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。 螺孔和銷孔間距或與刃口之間的距離一般不小于 1.3d,2019/10/13,84,5.5級進(jìn)模設(shè)計舉例,例題：手柄，材料Q235，大批量，材料厚度1.2mm，完成工藝和模具設(shè)計,1.沖壓工藝性分析,Q235具有良好的沖壓性能，適合沖裁,結(jié)構(gòu)相對簡單，最小孔徑Φ5，滿足最小孔徑要求要求,孔最小間距3.5mm，滿足最小孔距要求,精度未注，選IT14,2019/10/13,85,5.5級進(jìn)模設(shè)計舉例,2.沖壓工藝方案確定,工序：沖孔、落料,方案1：先落料，后沖孔，單工序生產(chǎn)。,方案2：落料沖孔復(fù)合沖壓，復(fù)合模生產(chǎn)。,方案3：沖孔、落料級進(jìn)沖壓，級進(jìn)模生產(chǎn)。,方案1模具結(jié)構(gòu)簡單，但生產(chǎn)效率低，不能滿足大批量生產(chǎn)的要求,方案2工件精度及生產(chǎn)效率都高，但模具比較復(fù)雜，制造難度大，且操作不便。,方案3生產(chǎn)效率高，操作方便，工件精度也能滿足要求。選方案3,2019/10/13,86,5.5級進(jìn)模設(shè)計舉例,3.模具結(jié)構(gòu)形式確定,（1）模具類型的選擇：級進(jìn)模,（2）定位方式的選擇：利用無側(cè)壓裝置的導(dǎo)料板導(dǎo)料，側(cè)刃定距，導(dǎo)正銷精定距。,（3）卸料、出件方式的選擇：剛性卸料和下出件方式。,（4）導(dǎo)向方式的選擇：為保證導(dǎo)向精度，這里選用中間導(dǎo)柱的導(dǎo)向方式。,2019/10/13,87,5.5級進(jìn)模設(shè)計舉例,4.主要設(shè)計計算,（1）排樣設(shè)計：因為外形、孔都簡單，可直接工序排樣,根據(jù)工件結(jié)構(gòu)，選用直排。查表2.1，搭邊值1.5mm，側(cè)搭邊值為1.8mm，條料寬度： B=（95+16+8+1.8×2）=122.6mm,側(cè)刃定距料寬1.5mm 條料寬=（122.6+1.5）=124.1mm,步距L=（16+16+1.5）=33.5mm,第1工位：沖孔，同時定位，同時用側(cè)刃沖去等于步距的料邊,第2工位：空位（增大凹模與Φ5孔距,第3工位：第1工位沖孔作為定位，落料,2019/10/13,88,4.主要設(shè)計計算,（2）沖壓力的計算：因為剛性卸料，不需要考慮卸料力的大小。只需要算出5個Φ5孔、1個Φ8孔、側(cè)刃力、落料力,表1.3 τ=320MPa 式2.14 F=KLtτ=1.3×406×1.2×320=202.7kN,沖壓設(shè)備選型J23-25,2019/10/13,89,4.主要設(shè)計計算,（3）壓力中心的確定:,1)按比例繪出各凹模型孔圖,2）求出每一型孔的壓力中心位置，圓形孔壓力中心在圓心；外形按式2.18、2.19計算；，側(cè)刃壓力中心在幾何中心上；壓力中心坐標(biāo)（25.7，0）,3）求模具壓力中心：同樣方法求出（28.34，44.66）,2019/10/13,90,4.主要設(shè)計計算,（4）工作零件刃口尺寸計算:,因形狀簡單，適宜采用線切割機床分別加工落料凸模、凹模、凸模固定板以及卸料板。,2）這種加工方法可以保證同軸度，裝配工作簡化。表5.5,2019/10/13,91,5.模具總體設(shè)計,模具總圖:,1、6、8—螺釘； 2—凹模； 3—導(dǎo)正銷；4—落料凸模；5—上模座；7—墊板；9—模柄； 10、11、19—銷釘；12、14—沖孔凸模； 13—固定板； 15—側(cè)刃； 16—導(dǎo)套；；17—卸料板； 18--導(dǎo)料板； 20--下模座,2019/10/13,92,6.模具主要零件設(shè)計,（1）落料凸模:,材料:Cr12 熱處理58~60HRC,2019/10/13,93,6.模具主要零件設(shè)計,（2）沖孔凸模:,材料:Cr12 熱處理58~60HRC,2019/10/13,94,6.模具主要零件設(shè)計,（3）凹模:,材料:Cr12 熱處理60~62HRC,