第8章 多工位级进模的设计电子教材

第8章多工位级进模的设计
8.1 概述
8.2多工位级进模的排样设计与工位安排
本章在前面几章分析了各种模具的典型结构以后，着重介绍了多工位级进模的典型结构、排样设计与工位安排，多工位级进模的常用装置，并通过设计实例介绍了多工位级进模设计的要点等。

学习目的与要求：
1．熟悉多工位级进模的特点；
2．掌握多工位级进模的排样方法与工位安排；
重点：
1．多工位级进模的特点；
2．多工位级进模的排样方法与工位安排；
难点：
多工位级进模的排样。

8.1 概述
级进模又称连续模或跳步模。

它是在模具的工作部位将其分成若干个等距工位，在每个工位上安置了一定的冲压工序，在模具内或模具外设置了控制条料(卷料)按固定距离(步距)送进的机构，使条料沿模具逐工位依序冲压后，到最后工位从条料中便可冲出一个合格的制品零件来。

在冷冲压生产中，这类模具称为级进模，工位多于5步的级进模称多工位级进模。

8.1.1 多工位级进模特点
采用级进模冲压在提高生产率、降低成本、提高质量和实现冲压自动化等方面有着非常现实的意义．它可以对各种冲压件进行冲裁、弯曲、拉深、成形等加工。

对一些形状特别复杂，或者孔边距较小的冲压件，若采用单工序模或复合模冲制有困难时，则可用级进模对冲压件采取分段的方法逐步冲出。

在现代冲压技术中，发展级进模占有重要地位，特别是对大批量生产的冲压件尤其应当采用多工位的级进模。

由于模具制造水平的提高，也为发展级进模创造了条件。

目前，国内已可自行设计与制造出50多个工位的级进模，其制造精度已可达到微米级。

级进模结构复杂，模具制造精度高，模具制造、调试和维修难度大，车间占地面积大，模具尺寸大。

中间不能进行退火等软化处理，因此工件材料选用要适当。

多工位级进模主要用于中小型复杂冲压件的大批量生产。

图8-1 冲孔落料弯曲级进模
]—垫板 2—凹模镶块 3—导柱 4—导正销 5—弹压导板 6—导套 7—切断凸模 8—弯曲凸模 9—凸模固定板 10—模柄 11—上模座 12—冲分离凸模 13—冲槽凸模 14—限位柱 15—导板镶块 16—侧刃 17—导料板 18—凹模 19—下模座
1．典型结构举例
（1）冲孔落料弯曲级进模
图8-1中所冲工件如右图上部所示，条料从右边送进。

从排样图中可以看出，其冲压过程为：第—步由侧刃切边定位，第二步冲出工件上的圆孔、槽及两个工件之间的分离长槽，第三步空位，第四步压弯、第五步空位，第六步切断，使工件成形。

此模具采用弹压导板模架，各凸模与凸模固定板9之间呈间隙配合<普通导柱模多为过渡配合)，凸模的装拆、更换方便。

凸模由弹压导板5导向，导向准确。

导板由卸料螺钉与上模连接。

这种导向结构能消除因压力机导向误差对模具的影响，模具寿命长．零件质量好。

弯曲凹模镶块2与凹模18之间做成镶拼形式，以便冲孔凹模磨损刃刃后能通过磨削凹模镶块2的底面来调整两者的高度，保证工件的高度尺寸。

凹模18在镶块2左边的上面做成和工件底部同样的形状，目的是为了方便工件的推出。

该副模具所冲工件的形状虽然并不复杂，但其尺寸不大，槽与孔的尺寸都较小，且左右形状不对称，从弯曲工艺的角度分析，其工艺性较差，若采用单工序模进行冲压，则工件的形状和尺寸都不易得到保证，而且工人操作不方便也不安全，采用级进模冲压，这些问题均可得到圆满解决。

（2）电度表磁极冲片连续模
如图8—2所示的单相电度表电磁冲片零件，如采用单工序冲模，则需要落料，冲方孔，冲圆孔等多道工序及多种模具完成。

这就会使模具、使用的压力机及操作人员增加，各道工
序的半成品保管及运输也会增多。

对于零件的精度，由于多道工序的误差积累，各部分的尺
寸精度难以保证，生产效率也较低，如果采用图8—3所示的级进模结构，即各道工序会在同—模具完成，最后—道工序冲出成品件，就能克服上述不足。

尽管模具比较复杂，但从综合经济效益及尺寸精度考虑，还是比较划算的。

图8—2 电磁冲片
图8—3所示为电度表磁极冲片级进模。

工作时，将条料从右向左按导料板21向前送进，并由挡块24定位。

当凸模下降时，第—步由冲孔凸模和冲孔凹模冲零件的内孔。

然后把条料再向前推进—个步距，第二个步位冲出下—组内孔，第—步位仍冲出第二个件的第—组内孔。

条料继续推进，第三个步位由落料凸模及落料凹模孔将制件落下，形成完整的制品零件。

而第—步位，第二步位重复原先的工作，即在前—个制件落料时，前两个工位又冲出下—个制品内孔。

随着材料的不断送进，冲模连续进行冲孔和落料，在压力机的—次行程中，完成整个制品的冲裁工作。

条料定位是依靠侧刃凸模7及挡块24来实现的。

由于侧刃的断面长度等于送料步距，在压力机的每次行程中，沿条料的边缘裁下—条长度等于步距的料边，由于侧刃前后导板间宽度不同，前宽后窄形成—个凸肩，每次送料都由挡料块24挡住定位，进行第二次冲裁。

采用侧刃定位较准确、生产效率高、操作方便、便于实现自动化生产。

8.1.2 多工位级进模的类别
按主要加工工序分，有级进冲裁模、级进弯曲模，级进拉深模等，在前面各章均有介绍。

按工序组合方式分，有落料弯曲级进摸、冲裁翻边级进模、冲裁拉深级进模、翻边拉深级进模等，请参阅本章介绍。

图8—3 冲片级进模
1—模柄 2，25，30—销钉 3，23，29—锣钉 4—上模板 5，27—垫板 6—凸模固定板 7—侧刃凸模8~15，17冲孔凸模 16—落料凸模 18—导套 19—导柱 20—卸料板
21—导料板 22—托料板 24—挡块 26—凹模 28—下模板
8.1.3多工位级进模的送料方式
级进模在冲压过程中，压力机每次行程完成—个(或几个)工件的冲压，条料要及时地向前送进—个步距，称为送料。

方式大致如下：
1．手工送料
常用于生产批量不大、材料较厚、工件较大的送料。

2．自动送料器送料
所用材料多为卷料。

自动送料装置由放料架、自动送料器、收料架等3部分组成。

3．在模具上附设自制的送料装置
常用斜楔、小滑块驱动，在级进模中应用较少。

使用级进模通常是连续冲压，故要求冲床具有足够的刚性和精度。

使用级进模在连续冲压的情况下，因模架的导向系统不能脱开，所以冲床的行程不宜过大，应选用行程可调的偏心冲床或高速冲床。

级进模设有许多工位，模具尺寸比较大，设计模具和选用冲床时要注意工作台面的有效安装尺寸
8.2多工位级进模的排样设计与工位安排
8.2.1多工位级进模的排样设计
设计级进模，首先要设计排样图，这是设计级进模的重要依据。

排样的要求是切除废料，将零件留在条料上，以分步完成各个工序，最后根据需要将零件从条料上分离下来，如图8-1的排样图所示。

1．多工位级进模排样设计的内容包括：
（1)确定模具的工位数目、各工位加工的内容及各工位冲压工序顺序的安排
（2)确定被冲工件在条料上的排列方式；
（3)确定条料载体的形式；
（4)确定条料宽度和步距尺寸，从而确定了材料利用率；
（5)确定导料与定距方式、弹顶器的设置和导正捎的安排；
（6)基本上确定了模具各工位的结构。

排样图设计的好坏，对模具设计的影响很大，是属于总体设计的范畴。

—般都要设计出多种方案加以分析、比较、综合与归纳．以确定—个经济．技术效果相对较合理的方案。

衡量排样设计的好坏主要是看其工序安排是否合理，能否保证冲件的质量并使冲压过程正常、稳定地进行，模具结构是否简单，制造、维修是否方便，能否得到较高的材料利用率，是否符合制造和使用单位的习惯和实际条件等等。

2．排样设计应遵循的原则
多工位级进模的排样。

除了遵守普通冲模的排样原则外，还应考虑如下几点：
(1) 可制作冲压件展开毛坯样板（3 ～5个)。

在图面上反复试排，待初步方案确定后，在排样图的开始端安排冲孔、切口、切废料等分离工位，再向另—端依次安排成形工位，最后安排制件和载体分离。

在安排工位时，要尽量避免冲小半孔，以防凸模受力不均而折断。

(2)第—工位—般安排冲孔和冲工艺导正孔，第二工位设置导正销对条料导正，在以后的工位中，视其工位数和易发生窜动的工位设置导正销，也可在以后的工位中每隔2～3个工位设置导正销。

第三工位根据冲压条料的定位精度，可设置送料步距的误送检测装置。

(3)冲压件上孔的数量较多，且孔的位置太近时，可在不同工位上冲出孔，但孔不能因后续成形工序的影响而变形。

对相对位置精度有较高要求的多孔，应考虑同步冲出。

因模具强度的限制不能同步冲出时，后续冲孔应采取保证孔相对位置精度要求的措施。

复杂的型孔可分解为若干简单型孔分步冲出。

(4)为提高凹模镶块、卸料板和固定板的强度，保证各成形零件安装位置不发生干涉，可在排样中设置空工位，空工位的数量根据模具结构的要求而定。

(5)成形方向的选择(向上或向下)要有利于模具的设计和制造，有利于送料的顺畅。

若有不同于冲床滑块冲程方向的冲压成形动作，可采用斜滑块、杠杆和摆块等机构来转换成形方向。

(6)对弯曲和拉深成形件，每—工位的变形程度不宜过大，变形程度较大的冲压件可分几次成形。

这样既有利于质量的保证，又有利于模具的调试修整。

对精度要求较高的成形件，应设置整形工位。

(7)为避免U形弯曲件变形区材料的拉伸，应考虑先弯成45º，再弯成90º。

(8)在级进拉深排样中，可应用拉深前切口、切槽等技术，以便材料的流动。

（9）压筋—般安排在冲孔前，在突包的中央有孔时，可先冲—小孔，压突后再冲到要求的孔径，这样有利于材料的流动。

8.2.2 多工位级进模的工位设计
进行工位设计就是要确定模具工位的数目、各工位加工的内容及各工位冲压工序顺序的安排。

1．工位设计原则
（1）简化模具结构
对于复杂的冲裁、弯曲或成形，宁可采用简单形状的凸模和凹模或简单的机构多冲几次，也不要轻易采用复杂形状的凸模和凹模或复杂机构。

对于卷圆类零件，常采用无芯轴的逐渐弯曲成形的方法。

若采用芯轴，则易造成高速冲压时机构动作的不协调而影响正常工作。

尽
量简化模具结构有利于保证冲压过程连续工作的可靠性，也有利于模具制造、装配、更换与维修。

（2）保证冲件质量
对于有严格要求的局部内、外形及成组的孔，应考虑在同—工位上冲出，以保证其位置精度。

如果在—个工位上完成有困难，则应尽量缩短两个相关工位的距离，以减少定位误差。

对于弯曲件，在每—工位的变形程度不宜过大，否则容易回弹和开裂，难以保证质量。

（3）尽量减少空位
空位的设置，不仅增加了相关工位之间的距离，加大制造与冲压误差，也增大了模具的面积，因此对空位设置应慎重。

只有当相邻工位之间空间距离过小，难以保证凸模和凹模的强度，或难以安置必要的机构时才可设置空位。

当步距太小时(如≤5mm)，应适当多设置几个空位，否则模具强度较低，—些零件也难以安装。

而当步距较大时(如＞30mm时)，应不设置空位，有时还可合并工位，采用连续—复合排样法．如图3—35a所示，以减小模具的轮廓尺寸。

2．各工位冲压工序在排样设计中的顺序安排
在—般冲压工序设计中，各种冲压工序之间的顺序关系已形成—定规律。

但在多工位级进模的排样设计中还应遵循以下几条规律：
（1）对于纯冲裁的多工位级进模排样
如第3章3.7.3所述，这里不再赘述。

（2）对于冲裁—弯曲的多工位级进模排样
—般都是先冲孔，再切掉弯曲部位周边的废料后进行弯曲，接着切去余下的废料并落料，如图8—1的排样图所示。

切除废料时，应注意保证条料的刚性和零件在条料上的稳定性。

弯曲部位须经几次才能弯曲成形时，应从最远端开始，依次向与基准平面连接的根部弯曲。

这样可以避免或减少侧弯机构，简化模具结构。

对于靠近弯曲带的孔和侧面有位置精度要求的侧壁孔，则应安排在弯曲后再冲孔。

对于复杂的弯曲件，为了保证弯曲角度，可以分成几次进行弯曲，有利于控制回弹。

（3）对于冲裁—拉深的多工位级进模排样
在进行多工位级进拉深成形时，不像单工序拉深那样以散件形式单个送进坯料，它是通过带料以组件形式连续送进坯料，如图8—4和8—6所示。

采取载体、搭边和坯件连在—起的组件，便于稳定作业，成形效果良好。

但由于级进拉深时不能进行中间退火，故要求材料应具有较高的塑性。

又由于连续拉深过程中工件间的相互制约，因此，每—工位拉深的变形程度不可能太大，且零件间还留有较多的工艺废抖，材料的利用率有所下降。

要保证级进拉深工位的布置满足成形的要求。

应根据制件的尺寸及拉深所需要的的次数等工艺参数，用简易临时模具试拉，根据是否拉裂或成形过程的稳定性，来进行工位数量和工艺参数的修正，或插人中间工位、增加空工位等，这样反复试制到加工稳定为止。

在结构设计上，还可根据成形过程的要求，工位的数量，模具的制造和装配组成单元式模具。

拉深分无切口带料拉深和有切口带料拉深两种工艺。

图8-4 无切口带料拉深
图8-5 有切口带料拉深
8.2.3 分段切除时，相关部位的相接
级进模冲裁中，常采用分段冲切废料的方法来获得—个完整的冲件形状。

如何处理好相关部件几次冲裁产生的相接问题，将直接影响冲压件的质量。

由于存在送进误差，其相接部位可能出现不平直、不圆滑和错牙等毛病。

相关部位的相接可用以下三种方法：
1．搭接
在其折线的连接处分段，分解为若干个形孔进行分段切除，如图8—7所示。

每两段形孔连接处可有—小段搭接区，以保证形孔的连接处不留下接痕。

搭接最有利于保证冲件的连接质量，因此在多工位级进模排样的分段切除过程尽可能采用搭接的连接方式。

—般的搭接量应大于0．5倍的材料厚度。

如果不受搭接形孔所限，其搭接量可以增大至l～2.5倍的材
料厚度，但最小不能小于0．4倍的材料厚度。

图8—6 搭接
2．平接
在零件的直边上先冲切掉—
部分余料，在另—工位再冲切掉余下的部分，如图8—1的排样图及图8—7所示。

在不同工位沿同—条直线进行冲切，两次冲切的刃口位置不可能完全重合，因此会在连接处留下接痕。

为改善平接的连接质量，应适当提高步距精度与凸模和凹模的制造精度，以减少其累积误差。

在第—次冲切与第二次冲切的两个工位上均要设置导正销，对条料导正。

第二次冲切凸模连接出的延长部分(即直边的外侧)修出—个微小斜角(取3º～5º)，以减少连接处的明显缺陷。

图8—8 平接
3．切接
在零件的圆弧部位上分段切除，如图8—8所示。

共特点与平接相同。

为使两次冲切的圆弧段能光滑地连接，需采取与平接相同的措施，还应使切断型面的圆弧略大于先冲的圆弧。

图8—8 切接
8.2.4 多工位级进模中条料载体的形式
在多工位级进模内条料送进过程中，会不断地被切除余料。

但在各工位之间到达最后工位以前，总要保留—些材料将其连接起来，以保证条料连续的送进。

这部分材料称为载体。

载体必须具有足够的刚度和强度才能将条料稳定地由—个工位传送到下—个工位。

根据零件的结构形状和成形部位的位置和方位的不同，条料载体基本上有三种类型：双侧载体、单侧载体和中间载体。

1．采用双侧载体的形式，送料平稳，条料不易变形，精度较高，如图8—9所示。

对于冲裁-弯曲的多工位级进模，双侧载体主要适用于弯曲线的方向垂直于送料方向的排样方式。

图8—9 双侧载体的排样示例
2．单侧载体
图8—10 单侧载体的排样示例
图8—10所示为单侧载体的形式，主要适用于零件—端需要弯曲的场合。

这种载体形式的导正孔只能设置在单侧载体上，对条料的导正与定位都会造成—些困难，在设计中要给予注意。

3．中间载体
图8—11所示为中间载体的形式，主要适用于弯边位于条料两边的弯曲件。

对于中间载体还可采用桥接的形式，即在不增加料宽的情况下，用冲件之间的—小段材料作为连接部分，
如图8—12所示。

图8—11 中间载体的排样示例
图8—12 中间载体的桥接排样示例
8.2.5多工位级进模排样时应考虑的其它因素
排样时，应合理布置冲裁和成形工位的相对位置，使冲压负荷尽可能平衡，以便使冲压中心接近设备的冲压中心。

对于弯曲工序的工件，还要考虑材料的纤维方向。

对于有倒冲或切断，切口的部位，应注意毛刺方向。

因为倒冲时，毛刺留在上表面，切断和切口时，被切开工件的毛刺—边在上面，另—边在下面。

如图8—14a,b所示的两种不同的排样形式，所得工件的毛刺方向也有不同。

排样时应考虑，毛刺方向是否影响工件的使用。

通过以上分析，综合各方面的因素，设计多个排样方案进行比较，并要对每个排样方案
计算出材料利用率，并进行经济分析最后选择—个相对较为合理的排样方案。

图8—13 不同排样方式对冲件毛刺的影响
8．3 多工位级进模常用装置
8．4 多工位级进模设计实例
1．熟悉多工位级进模的常用装置及典型结构；
2．掌握多工位级进模设计的要点。

重点：
1．多工位级进模的结构、常用装置；
2．多工位级进模设计的要点。

难点：
1．多工位级进模的结构；
2．多工位级进模的设计程序。

8．3 多工位级进模常用装置
8.3.1 卸料装置
级进模上的卸料装置，常用的是弹压卸料板。

卸料板在级进模中要求卸料平稳，有足够的卸料力。

级进模中卸料板的另—个重要作用是保护细小的凸模。

另外，在卸料板上还可以安装—些小凸模、导正销等工作部件。

为此在卸料板与上模座之间经常采用增设小导柱、导套。

如图8-14。

若对运动精度有更高的要求，如当冲压的材料厚度≤0．3mm，工位较多及精度要求高时，应选用标准的滚珠导向的导柱、导套。

实践证明，冲裁间隙在0．05mm以内的级进模普遍采用滚珠导向的模架，并在卸料板上采用滚珠导向的小导柱。

在复杂的级进模中，卸料板常用镶拼结构。

在整体的卸料板基体上，根据各工位的需要镶拼卸料板镶块，镶拼块用螺钉、销钉固定在基体上。

卸料板各工作型孔应与凹模型孔、凸模固定板的型孔保持同轴，采用慢走丝数控线切割机床加工上述各工件效果很好。

另外，卸料板各型孔与对应的凸模的配合间隙为凸模与凹模间隙的1／3—1／4才能起到对凸模的导向和保护作用。

在设计卸料板时，其型孔的表面粗糙度应为Ra0.4~0.8μm，卸料板要有足够的强度和硬度。

弹压卸料板在模具上深入到两导料板之间，故要设计成反凸台形，凸台与导料板之间有适当的间隙。

图8—14 小导套，小导柱结构
卸料螺钉的工作长度在—副模具内必须相等，否则会因卸料板偏斜而损坏凸模。

8.3.2 限位装置
级进模结构复杂，凸模较多，在存放、搬运、试模过程中，若凸模过多地进入凹模，容
易损伤模具，为此在级进模中应安装限位装置。

如图8—15所示，限位装置由限位柱和限位垫块、限位套组成。

在冲床上安装模具时把限位垫装上，此时模具处于闭合状态，在冲床上固定好模具，取下限位垫块，模具即可工作，对安装模具十分方便。

从冲床上拆下模具前，将限位套放在限位柱上，模具处于开启状态，便于搬运和存放。

图8—15 限位器
8.3.3 条料的正常送进及送料精度装置
对于多工位连续模，保证条料的正常送进及送料精度是—个十分关键的问题。

1. 保证条料的正常送进
条料的正常送进是指将合格的条料在正常的工作状态下送至指定位置，这是保证多工位级进模顺利工作的先决条件。

影响模具正常送进的主要障碍来自于以下几个方面：冲裁毛刺或油垢；带有弯曲、成形的零件在条料上成形后或进行弯曲、成形工位的凹模工作平面高低不平；模具内各种侧向或倒向工作机构的故障以及冲压时条料的额外变形和位移产生的送料障碍等。

在设计多工位级进模时，应充分考虑这些因素，以保证条料的正常送进。

对于变形工序的零件在条料上形成高低不平后，—是在凹模上开槽，二是每次冲压后都用弹顶器将条科抬高。

使条料在浮顶装置上送进，从而避开了障碍。

前者只能在最后几个工步采用，弹顶器则是主要部件。

—般可采用条料浮顶器将成形部分托至凹模工作表面以上，使条料可继续送进，如图8—16所示。

图8—16 浮动送进结构示意图
弹顶器结构如图8—17所示，图示弹顶器为标准弹顶器：在级进模中也大量使用带导向槽的弹顶装置，如图8—28所示。

它既有弹顶作用，也有代替导料板导向的作用。

使用导向槽弹顶器，可减少送进阻力。

选择此弹顶器应在模具进料端或进、出料两端加局部导料板配合使用。

2．保证条料的送进精度
多工位连续模—般都用侧刃或自动送料机构粗定位，用导正销精定位。

采用自动送料机构时，在第1工位就应冲出导正用的工艺孔，第2工位即设置导正销。

在以后送进时，由于导正销的位置及尺寸误差，可在其后的每3～5步再设置若干导正销，以纠正首次导正销形成的送料误差。

导正销孔—般选在条料载体或余料上。

对于较厚的料，也可用零件上的孔作导正用，但在最后工位应予以精修。

在产品尺寸要求较严的工位上应设
置导正销。

采用双排导正销有利于增加条料的横向稳定性，可以提高送料精度。

图8—17 标准弹顶器图8—18 导向槽浮料器
1—条料2—顶料柱3—凹模
4—下模座5—压簧6—螺钉采用导正销作精定位时，必须保证条料在被导正时，处于自由状态。

在多工位连续模中，广泛使用弹压卸料板，在冲压过程中，先压紧条料再冲压。

因此可将导正销略伸出弹压卸料板(0—5～0—8)t的长度；以保证导正销的导正余地，如8—19所示。

图8—19 导正销伸出弹压卸料板的示意图
1—弹压卸料板2—导正销3—凸模
8.3.4多工位连续模的自动检测保护装置
对于带自动送料装置的多工位连续模应采用自动检测保护装置，监察整个冲压过程中模具或条料发生的各种故障，并使压力机自动停止运转。

常用的自动检测保护装置主要有对原材料的检测，当材料厚度或宽度超差，纵向或横向弯曲以及条料用完时发出信号：对条料误进给的检测，当条料未达到指定位置时发出信号；对出件的检测，当冲件或废料未自动排除或料斗装满时发出信号。

在模具中常用的自动检测方法是用接触销对导正孔检测条料是否已送到位。

图8—20所示为这种接触式传感方式的检测装置。

这种装置用接触销同被检测物接触，而微动开关同压力机控制电路组成回路。

接触销类似导正销，也可直接借用导正销作为接触销，其直径小于导正孔0．04mm。

当条料未送到位，接触销退回，通过微动开关启动紧急停止装置。

—副模具可设置—个或几个误进给检测销钉。

这种接触式的检测装置，通过机械方式，靠微动开关控制紧急停止的回路，反应较慢，不能用于高速冲床。