級進模工藝技術應用與研究

文/鄧利陽·東風(武漢)實業有限公司

級進模工藝技術應用與研究

文/鄧利陽·東風(武漢)實業有限公司

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

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

沖壓是機械制造業中技術先進、影響深遠的重要加工工藝之一，具有生產效率高、材料利用率高、零件質量優良和工藝適應性好等特點，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用于汽車、機械、航天、電子、電器等行業。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工藝效率低、設備占用率大、人工需求高。為了解決生產效率低等問題，逐步出現了復合模、一模多槽，再后來又出現了多工位級進模。多工位級進模工藝是國內外重點發展的精密沖壓工藝之一。

中國沖壓工藝的應用較國外還是有較大差距，但是目前中國的汽車行業發展迅猛，對沖壓件的需求逐年增長，成本要求越來越嚴格。按照單件生產的沖壓工藝已經沒有任何優勢，級進模工藝技術的應用是國內各大沖壓件生產商重點發展應用的工藝。

級進模主要工藝路線：排樣設計→模具結構設計→模具會簽→模具制造→調試。本文以左右前翼子板支架為實例，來介紹級進模工藝技術應用與研究。

排樣設計

排樣設計是多工位級進模工藝設計的關鍵步驟之一。排樣圖是否合理，不僅關系到材料的利用率、制件的精度、模具制造的難易程度和使用壽命等，還關系到各個工位的協調性和穩定性。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，實現級進沖壓，同時還應使模具的加工、裝配和調試維修簡便。排樣設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，首先要根據零件的沖壓方向、成形類型、成形次數、沖裁次數及模具結構的可能性，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。完整的排樣圖應包括工位的布置、搭載部分的結構形式、相關的毛坯尺寸等。經過多輪討論分析，左右前翼子板支架的沖壓生產最終確定為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。

排樣設計之后需要認真檢查，以改進設計從而優化模具，發現問題及時改正。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試空間的情況下應盡量減少空工位數量以減輕模具重量；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聯尺寸，對于零件精度高的關聯尺寸，應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，除了在模具結構上要注意之外，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

模具結構設計

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雜，為了便于凸凹模的加工和保證凸凹模的強度，可將復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面的彎曲程度來確定。如果需要側向彎曲或者側整形，則需要斜楔將沖床滑塊的垂直運動轉變為斜楔滑塊的水平運動。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雜的型面或者零件質量的情況下才使用，設計的時候應該根據零件的尺寸和拉延深度確定拉延次數及每次的拉延量。左右前翼子板支架級進模上、下模結構設計圖如圖2、3所示。

級進模結構設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，特別是對工位數比較多的排樣，更應該注意條料的定位。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。在模具加工設備精度不變的情況下，可以通過設計不同形式的搭載體和導正銷的數量來控制條料的定位精度。

模具結構設計完成后，需要經過多輪評審和會簽，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。

級進模工藝現場調試

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

級進模現場調試時需要注意送料設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的改進，否則無法生產。級進模的傳感器是控制設備沖壓和送料機步調統一的關鍵元件，通過調試和優化需要確保傳感器精確穩定，一旦傳感器出現感應不良或感應被干擾，就會導致設備停機，嚴重影響生產效率。級進模沖壓均為連續沖壓，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，以適應高頻次沖壓。圖4為左右前翼子板支架沖壓現場調試圖。

圖4 左右前翼子板支架沖壓現場調試圖

與傳統單工序模具的比較

優點

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和定位問題，顯著提高了勞動生產率和設備利用率。

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，設計時還可以根據模具的強度和裝配調試空間，更大程度的保證模具的強度和裝配。

⑶級進模可以使用高速沖床生產，模具采用自動送料、自動出件、自動保護裝置，操作安全，具有較高的生產效率，目前我公司設計的級進模按照每分鐘20次的頻次生產，是單工序模具生產效率的3倍。

⑷多工位級進模主要應用于零件厚度較薄、形狀復雜、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級進模結構復雜、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。

結束語

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