多工位级进模的研究

多工位级进模的研究

一、多工位级进模的研究现状

多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种高精度、高效率、长寿命的模具，是技术密集型模具的重要代表，是冲模发展方向之一。这种模具除进行冲孔落料工作外，还可根据零件结构的特点和成形性质，完成压筋、冲窝、弯曲、拉深等成形工序，甚至还可以在模具中完成装配工序。冲压时，将带料或条料由模具入口端送进后，在严格控制步距精度的条件下，按照成形工艺安排的顺序，通过各工位的连续冲压，在最后工位经冲裁或切断后，便可冲制出符合产品要求的冲压件。为保证多工位级进模的正常工作，模具必须具有高精度的导向和准确的定距系统，配备有自动送料、自动出件、安全检测等装置。所以多工位级进模与普通冲模相比要复杂，具有如下特点：

（1）在一副模具中，可以完成包括冲裁，弯曲，拉深和成形等多道冲压工序；减少了使用多副模具的周转和重复定位过程，显著提高了劳动生产率和设备利用率。

（2）由于在级进模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在复合模的“最小壁厚”问题，设计时还可根据模具强度和模具的装配需要留出空工位，从而保证模具的强度和装配空间[4,5]。

（3）多工位级进模通常具有高精度的内、外导向（除模架导向精度要求高外，还必须对细小凸模实施内导向保护）和准确的定距系统，以保证产品零件的加工精度和模具寿命。

（4）多工位级进模常采用高速冲床生产冲压件，模具采用了自动送料、自动出件、安全检测等自动化装置，操作安全，具有较高的生产效率。目前，世界上最先进的多工位级进模工位数多达 50 多个，冲压速度达 1000 次／分以上。

（5）多工位级进模结构复杂，镶块较多，模具制造精度要求很高，给模具的制造、调试及维修带来一定的难度。同时要求模具零件具有互换性，在模具零件磨损或损坏后要求更换迅速，方便，可靠。所以模具工作零件选材必须好（常采用高强度的高合金工具钢、高速钢或硬质合金等材料），必须应用慢走丝线

切割加工、成型磨削、坐标镗、坐标磨等先进加工方法制造模具。

（6）多工位级进模主要用于冲制厚度较薄（一般不超过2mm）、产量大，形状复杂、精度要求较高的中、小型零件。用这种模具冲制的零件，精度可达 IT10 级。

二、多工位级进模的发展趋势

随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来许多模具企业因此加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。近年来许多模具企业因此加大了用于技术进步的投资力度，一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow等CAE 软件，并成功应用于多工位级进模的设计中。

多工位级进模技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。专家认为，未来多工位级进模具制造技术有以下几大发展趋势：

(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围[10]。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。

(2)高速铣削加工

国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点[11]。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。

(3)模具扫描及数字化系统

高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。

(4)提高模具标准化程度

我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。

(5)优质材料及先进表面处理技术

选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。

(6)模具研磨抛光将自动化、智能化

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。

(7)模具自动加工系统的发展

这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。

三、多工位级进模存在的问题及解决措施

级进模的设计与制造，近几年来在许多企业里无论是数量还是质量水平上,都已经有了一个较快的发展。但在此同时，问题也在不断地显现。

1.废料问题

（1）废料上跳

在高速冲压中，废料上跳会造成产品报废，严重时引起模具损坏。引起废料

上跳主要原因有以下几方面：

根据高速冲床的机械特征，机床自身的振动频率与转动频率相同时产生共振，使废料在凹模内部上下跳动的幅度增大，所以最上层的废料非常容易上跳。

凸模进入凹模的插入量过大，或模具调整不适等原因引起凹模的刃口部位偏磨损，产生倒锥面，会产生废料上跳。

设计的凸模不合理，废料太薄、太小或处于周边开放状态，会引起废料上跳。

为解决废料上跳问题而采取的相应解决措施：

在高速冲床安装时，注意采取方阵措施，并避开冲床的共振频率进行冲压加工。

在高速冲压时，应该及时刃磨凸模、凹模，调整凸模、凹模的间隙及插入量。

对于薄板小圆孔冲裁，在工艺条件允许的情况下，可在凹模刃口下开两斜沟，使废料在下降时逐渐卡紧；对于废料太小，外周边开放的情况，可改变凸模的形状，使凹模对废料形成四周约束；设计允许的话，在凸模下部装弹顶装置或通压缩空气。

（2）废料堵塞落料孔

高速冲压中，有时会产生废料堵塞漏料孔，使凸模折断、凹模刃口损坏。废料堵塞的主要原因有以下几个方面：

当凹模采用镶拼块结构时，镶拼块之间有间隙，废料就会在该处产生毛刺，毛刺随间隙的增大而增大，就会产生废料堵塞。

当润滑油过多时，在刃口下面的漏料部分与垫板之间会存集过多的油，进而集成团块状，引发废料堵塞。

为解决废料堵塞问题而采取的相应措施：

在凹模镶块装配时，一般凹模周边采取矩形框架或U形槽结构固定，应有一定的过盈量镶块，一般取5~10μm。

针对油脂过多引发的废料堵塞，可在凹模下采取真空抽吸。

2.排样问题

（1）弯曲时的排样问题

所产生的问题：

有些弯曲件是多角弯曲，且某些尺寸要求有较高的精度，在弯曲过程中难以