級進模工藝技術(shù)應(yīng)用與研究

文/鄧利陽·東風(武漢)實業(yè)有限公司

級進模工藝技術(shù)應(yīng)用與研究

文/鄧利陽·東風(武漢)實業(yè)有限公司

鄧利陽，技術(shù)開發(fā)部沖壓高級工程師，主要從事汽車沖壓技術(shù)的應(yīng)用與研究工作，參與完成了神龍公司G95項目和級進模技術(shù)的應(yīng)用與研究，并獲得東風汽車公司青年自主創(chuàng)新科技成果三等獎。

通過級進模工藝技術(shù)的應(yīng)用，使沖壓件由卷料到零件一個沖次完成所有加工工序，較傳統(tǒng)沖壓工藝相比能減少板料開卷、剪切工序，節(jié)約沖壓成本，相比之前減少75%左右的人員投入，提高生產(chǎn)效率300%左右。

沖壓是機械制造業(yè)中技術(shù)先進、影響深遠的重要加工工藝之一，具有生產(chǎn)效率高、材料利用率高、零件質(zhì)量優(yōu)良和工藝適應(yīng)性好等特點，有些大的覆蓋件，如果不用模具加工，使用其他工藝無法完成，因此模具沖壓工藝被廣泛應(yīng)用于汽車、機械、航天、電子、電器等行業(yè)。尤其是汽車、電子、電器上的沖壓零件使用量非常大。但是，使用單工序模具的生產(chǎn)工藝效率低、設(shè)備占用率大、人工需求高。為了解決生產(chǎn)效率低等問題，逐步出現(xiàn)了復(fù)合模、一模多槽，再后來又出現(xiàn)了多工位級進模。多工位級進模工藝是國內(nèi)外重點發(fā)展的精密沖壓工藝之一。

中國沖壓工藝的應(yīng)用較國外還是有較大差距，但是目前中國的汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，對沖壓件的需求逐年增長，成本要求越來越嚴格。按照單件生產(chǎn)的沖壓工藝已經(jīng)沒有任何優(yōu)勢，級進模工藝技術(shù)的應(yīng)用是國內(nèi)各大沖壓件生產(chǎn)商重點發(fā)展應(yīng)用的工藝。

級進模主要工藝路線：排樣設(shè)計→模具結(jié)構(gòu)設(shè)計→模具會簽→模具制造→調(diào)試。本文以左右前翼子板支架為實例，來介紹級進模工藝技術(shù)應(yīng)用與研究。

排樣設(shè)計

排樣設(shè)計是多工位級進模工藝設(shè)計的關(guān)鍵步驟之一。排樣圖是否合理，不僅關(guān)系到材料的利用率、制件的精度、模具制造的難易程度和使用壽命等，還關(guān)系到各個工位的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性。沖壓件在帶料上的排樣必須保證完成各沖壓工序，準確送進，實現(xiàn)級進沖壓，同時還應(yīng)使模具的加工、裝配和調(diào)試維修簡便。排樣設(shè)計時對零件沖壓工藝進行分析，首先確定零件的展開尺寸，然后進行各種方式的排樣。在確定排樣方式的時候，首先要根據(jù)零件的沖壓方向、成形類型、成形次數(shù)、沖裁次數(shù)及模具結(jié)構(gòu)的可能性，模具加工工藝性，模具廠家實際的加工能力進行綜合分析，全面考慮各方面的因素之后，從幾種排樣方式中選擇一種最佳的方案。完整的排樣圖應(yīng)包括工位的布置、搭載部分的結(jié)構(gòu)形式、相關(guān)的毛坯尺寸等。經(jīng)過多輪討論分析，左右前翼子板支架的沖壓生產(chǎn)最終確定為12工位，具體為：沖孔壓筋→沖裁→沖裁→沖裁→沖裁→空工位→翻邊成形→整形→整形→沖孔→整形→切斷，左右前翼子板支架級進模工藝排樣圖，如圖1所示。

排樣設(shè)計之后需要認真檢查，以改進設(shè)計從而優(yōu)化模具，發(fā)現(xiàn)問題及時改正。一般的檢查包括以下幾點：⑴材料利用率，檢查是否為最合理的利用率方案；⑵空工位需要與否，在滿足模具強度和裝配調(diào)試空間的情況下應(yīng)盡量減少空工位數(shù)量以減輕模具重量；⑶

零件尺寸是否能夠保證，條料的送料精度、定位精度和模具制造精度都會影響制件的關(guān)聯(lián)尺寸，對于零件精度高的關(guān)聯(lián)尺寸，應(yīng)在同一個工位上進行成形，如果零件的平面度和垂直度有要求，除了在模具結(jié)構(gòu)上要注意之外，還需要增加必要的整形、校平工序來保證。

圖1 左右前翼子板支架級進模工藝排樣圖

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

在級進模中，沖裁工序常常安排在前幾序和最后工序，前幾序主要完成制件外形的切邊和沖孔，最后工序安排切斷，使零件與搭載部分分離。在沖切制件外形的時候，有時凸模和凹模的形狀非常復(fù)雜，為了便于凸凹模的加工和保證凸凹模的強度，可將復(fù)雜的形狀分割成一些簡單的幾何形狀，增加沖裁工序來實現(xiàn)零件外形的沖裁；對于孔邊距非常小的制件，常常先進行成形再進行沖孔，以保證孔的位置精度和形狀。

成形工序一般安排在零件外形沖裁出來之后進行，如果一次的彎曲量或成形量太大，可以分幾步彎曲成形。分步成形的時候，不變形部分的材料被壓緊在模具表面，而變形部分在模具的作用下進行成形，成形力的方向需要根據(jù)面的彎曲程度來確定。如果需要側(cè)向彎曲或者側(cè)整形，則需要斜楔將沖床滑塊的垂直運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾毙ɑ瑝K的水平運動。但是不管怎樣，每一步成形之后都要保證送料的順暢，若送料不順暢則必須設(shè)置抬料裝置，以保證級進送料。

拉延工序一般在成形不能保證零件復(fù)雜的型面或者零件質(zhì)量的情況下才使用，設(shè)計的時候應(yīng)該根據(jù)零件的尺寸和拉延深度確定拉延次數(shù)及每次的拉延量。左右前翼子板支架級進模上、下模結(jié)構(gòu)設(shè)計圖如圖2、3所示。

級進模結(jié)構(gòu)設(shè)計中定位精度尤其重要，定位精度的高低直接影響到零件的加工精度，特別是對工位數(shù)比較多的排樣，更應(yīng)該注意條料的定位。一般在排樣的第一工位沖導正孔，第二工位設(shè)置導正銷導正，以該導正銷校正自動送料機的步距誤差。在模具加工設(shè)備精度不變的情況下，可以通過設(shè)計不同形式的搭載體和導正銷的數(shù)量來控制條料的定位精度。

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，需要經(jīng)過多輪評審和會簽，直到滿足評審組要求后方能生效，再進入模具制造階段。級進模制造與單工序模制造過程基本相似，本文不作闡述。

級進模工藝現(xiàn)場調(diào)試

圖2 左右前翼子板支架級進模上模

圖3 左右前翼子板支架級進模下模

級進?，F(xiàn)場調(diào)試時需要注意送料設(shè)備與卷料寬度及送料高度的匹配性，如果不匹配則需要進行適當?shù)母倪M，否則無法生產(chǎn)。級進模的傳感器是控制設(shè)備沖壓和送料機步調(diào)統(tǒng)一的關(guān)鍵元件，通過調(diào)試和優(yōu)化需要確保傳感器精確穩(wěn)定，一旦傳感器出現(xiàn)感應(yīng)不良或感應(yīng)被干擾，就會導致設(shè)備停機，嚴重影響生產(chǎn)效率。級進模沖壓均為連續(xù)沖壓，沖壓頻次高，基本為每分鐘20個沖次，這就需要保證零件排料的通暢和廢料的收集都要迅速，以適應(yīng)高頻次沖壓。圖4為左右前翼子板支架沖壓現(xiàn)場調(diào)試圖。

圖4 左右前翼子板支架沖壓現(xiàn)場調(diào)試圖

與傳統(tǒng)單工序模具的比較

優(yōu)點

⑴在同一副模具中，可以完成沖裁、拉深、成形、翻邊等多種沖壓工序，減少使用單工序模具的周轉(zhuǎn)和定位問題，顯著提高了勞動生產(chǎn)率和設(shè)備利用率。

⑵級進模的沖壓工序可以分布在不同的工位，對于沖孔孔位較近的可以安排在不同工位沖裁，設(shè)計時還可以根據(jù)模具的強度和裝配調(diào)試空間，更大程度的保證模具的強度和裝配。

⑶級進?？梢允褂酶咚贈_床生產(chǎn)，模具采用自動送料、自動出件、自動保護裝置，操作安全，具有較高的生產(chǎn)效率，目前我公司設(shè)計的級進模按照每分鐘20次的頻次生產(chǎn)，是單工序模具生產(chǎn)效率的3倍。

⑷多工位級進模主要應(yīng)用于零件厚度較薄、形狀復(fù)雜、精度要求高的中小型零件，由于分序較多，可以提高零件的尺寸精度。

缺點

⑴級進模結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鑲塊較多、異形沖頭較多，對模具的制造精度要求高，給模具的制造、調(diào)試和維修帶來一定難度。

⑵對于模具的零件要求互換性高，在模具零件損壞之后要求更換迅速，因此模具工作零件選材要好，必須使用慢走絲切割、成形磨削、坐標磨等先進加工方法制造模具，導致模具的制造成本高。

結(jié)束語

級進模工藝生產(chǎn)效率高，人員投入少，設(shè)備投入少，較傳統(tǒng)工藝大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。但是還有許多零件由于結(jié)構(gòu)問題，目前還無法使用級進模工藝生產(chǎn)，因此，我們將會進一步的研究應(yīng)用級進模工藝，打破壁壘，讓更多目前不能使用級進模工藝的零件，最終實現(xiàn)級進模生產(chǎn)。同時也呼吁目前還在大量采用單工序沖壓生產(chǎn)工藝的廠家盡快應(yīng)用級進模生產(chǎn)工藝，節(jié)約社會資源，提高生產(chǎn)效率。