多工位沖壓級進模關鍵技術

華南理工大學機械與汽車工程學院博士后 馮楊

級進模（Progressive Die）由多個工位組成，在沖壓機的一次行程中，一副模具可以完成沖裁、彎曲、拉深、成形、疊鉚、翻孔及攻螺紋等多種沖壓工序。多工位級進模被公認為是一種精密、高效、高質量、長壽命并適合大量生產的高技術模具，是未來沖模發展的方向。

隨著我國工業水平的提高，特別是汽車工業的快速發展，多工位級進模的應用愈發廣泛。圖1為某汽車結構件的多工位級進模生產料帶，工序包括級進模的多種沖壓工序。目前國內級進模應用水平與國外先進國家相比還有不小差距，國內企業亟需掌握級進模的設計與制造關鍵技術，以提高企業級進模的自主開發能力與市場競爭力。

級進模設計必須對沖壓工藝進行合理分析，確定最佳沖壓工藝方案，計算相關工藝參數，合理設計排樣方案，選定模具結構類型等。多工位級進模沖壓的關鍵技術包括排樣工藝設計、毛坯計算、起皺、破裂預測及回彈預測與控制等。

排樣工藝設計

圖1 級進模生產料帶

排樣是級進模設計的關鍵，確定零件工位位置和各工位間相互關系、定位方式、材料利用率及模具結構設計。排樣優劣對模具結構、壽命、沖壓件質量有很大影響。排樣時，首先要根據工件形狀確定采用有廢料排樣、無廢料排樣、混合排樣還是套裁排樣，以及是單行、雙行還是多行排樣方式。排樣應遵循的原則是：先沖孔后落料，先里后外；先沖尺寸精度高的部位，后沖尺寸精度低的部位；先沖同軸度、對稱度要求高的部分和內部中心孔，并以此導正定位后落料。需要注意的是：在形狀與位置精度及尺寸要求較高的沖件，排樣時工位數不宜太多，減少累計誤差；對于小尺寸且形狀復雜的沖件，工位間距離較小時，應設計空工位，以拉開實際沖壓工位間距。

毛坯精確計算

毛坯形狀和翻邊修邊線設計的合理與否直接影響到模具和沖壓工藝設計的質量。合理設計毛坯形狀有助于降低所需沖壓力，減少模具磨損，提高模具壽命；能改善沖壓成形時材料的應力、應變狀態，提高材料成形極限，減少成形缺陷產生，提高沖壓件成形質量。準確設計坯料或翻邊修邊線，能減少工件修邊工作，降低模具制造和生產成本。對于形狀復雜的工件，難以得到令人滿意的毛坯尺寸，隨著計算仿真技術的發展，可通過仿真計算提高毛坯精度。

起皺和破裂預測

級進模工件由于結構復雜，以及受工藝參數和潤滑條件等因素的影響，容易產生破裂和起皺缺陷，造成零件報廢。確定級進模結構前，通過有限元數值仿真得到沖壓成形時材料的應力應變狀態，厚度變化與成形極限等結果，分析工件成形時各工位起皺及破裂情況以及預測其結果，根據各工位成形情況進行模具結構完善，修改成形工藝參數，如對壓邊力進行優化，獲得合理的壓邊力值，既可以抑制起皺，也可以防止破裂。

回彈預測和控制

板料成形后的回彈是沖壓成形過程中不可避免的現象，級進模因工位多，回彈的預測與控制更為復雜。回彈的存在直接影響工件的成形精度及后續裝配。回彈大小受諸多因素影響如材料、模具間隙、彎曲半徑、壓邊力及拉延筋等。為將回彈量控制在允許范圍內，通過不斷工藝試模和修模來對回彈進行控制，導致模具制造周期長、成本高、工件精度低。級進模設計必須對回彈預測和控制，通過數值仿真技術，能夠對板料沖壓成形及其回彈進行預測，從而修改級進模相應工位的模具型面，對回彈進行補償或采取相應對策來控制回彈量，使工件滿足精度要求。

研究和應用多工位級進模沖壓成形關鍵技術，對改變當前級進模設計需依靠經驗、模具制造周期長、工件精度不高等缺點有很大促進作用，從而提高企業級進模的自主開發能力和市場競爭力。