多工位级进模自动化设备介绍

1.工艺分析

图3-33所示的正方盒，材料为LGP2-QFK（日本牌号，相当于中国热镀锌钢带DC56D），板料厚度为0.5mm，抗拉强度为310MPa，屈服强度为159MPa，伸长率为48%。该制件是一个方形拉深件，特别是侧面φ0.9mm的预冲孔和侧面外径φ3.25±0.015mm的翻孔要求较高。

图3-33 正方盒

该制件旧工艺采用8副单工位模来生产。工位①为落料拉深复合模；工位②为二次拉深；工位③为整形模；工位④为侧冲孔；工位⑤为冲底孔；工位⑥为翻底孔、刻印（图中未画出）；工位⑦为侧翻孔；工位⑧为落料。特别是侧面预冲孔和侧面翻孔两道工序，手工放置半成品有误差，导致侧面变薄、翻孔口部不平整，影响制件质量。这样既增加了冲压的人工成本和制件废品率，又降低了机床利用率，且机床投资成本也较大。

从单冲模改成级进模之后，不仅提高了生产效率和减少废品率，而且节约了人工成本及减少占用机床成本，有效地保证了制件的质量及产量。

从图3-33可以看出，该制件精度要求较高，特别是侧面翻孔有高度的要求，材料厚为0.5mm，孔外径是φ3.25±0.015mm，高度≥1.5mm，符合图样要求必须要变薄翻边才能达成，按理论计算这样一次变薄可到极限。它的口部平整度要求高，而且不允许有开裂现象，此翻孔又是从盒体外往内翻。

按理论计算，冲压件的H/B＜0.7～0.8（高度/宽度值）时，方形拉深件毛坯可以一次性拉成，但冲压件的r_c/B＜0.1（转角半径/宽度值）时，转角区变形过于激烈，很容易使其底角处拉破，需采用两次拉深成形。因为设备限制，必须一次拉成。经过积累的经验，把拉深凹模直边和转角处圆弧的R角作了不规则的调整，便一次拉深获得了成功。

2.拉深工艺的计算

此方形拉深件是小凸缘拉深，从资料查得修边余量δ=1.6mm。当h/B≤0.6时，可以按以下公式求展开：

（1）直边部分按弯曲件求展开l

式中 B_f——方形凸缘边长（mm）；

B——方形拉深件边长（mm）；

h——制件高度（mm）；

r₀——方形件底部圆弧半径（mm）；

r_a——方形件凸缘处圆角半径（mm）。

（2）四周角拼成带凸缘的圆筒求展开半径R₀

R₀也可按“带凸缘筒形件的拉深”计算公式求展开直径，再除以2。带凸缘筒形件的拉深，可以代入以下公式求展开：

（3）求展开图的宽度K

K=B-2r₀+2l=（68.5-2×3.85+2×44.2）mm=149.2mm

该制件拉深较高，而相对圆角较小，r/h＜0.6（冲压件转角半径/高度值）时，可用圆弧连接。图3-34中，理论毛坯初步修正为近似圆形。为了简化毛坯的形状，使工位①、工位③的凸模和凹模便于加工，将此拉深件毛坯采用圆形。经过进一步修整，方形拉深件的毛坯直径确定为φ148mm。

图3-34 制件毛坯展开图

3.排样设计

由于机床的限制，采用单排排样。结合实际经验值，把料带的宽度修整为158mm，步距修整为156mm。该制件共设计成14个工位，排样图见图3-35。具体工位如下：

工位①：冲导正销孔、切舌、内圈切口。

工位②：空工位。

工位③：外圈切口。

工位④：空工位。

工位⑤：拉深。

工位⑥：空工位。

工位⑦：整形。

工位⑧：侧冲孔。

工位⑨：冲底孔。

工位⑩：翻底孔。

工位（11）：压字印（图中未绘制出）。

工位（12）：侧翻孔。(www.xing528.com)

工位（13）：空工位。

工位（14）：落料。

图3-35 排样图

工位①冲φ10mm作为带料的导正销孔，以确保送料的精度。在带料排列当中留了几个空工位，目的是增加模具的强度。

4.模具结构设计

图3-36所示为正方盒多工位级进模结构。其模具结构为多组独立的模具组合而成的一付较大的多工位级进模，以便调试、维修及节约成本。各工位的结构较为复杂，有拉深、侧冲孔、侧面变薄翻孔等。为了确保制件的精度，此模具采用6个精密滚珠钢球导柱。该模具主要结构特点如下：

（1）方形盒件采用圆形毛坯，这样能够简化模具复杂的几何图形；当然在四只角上，材料会有较多的积余，但又较好地起到了使连料处有足够强度的作用。

图3-36 正方盒多工位级进模结构

1—上模座 2、5、12、29、3O、42—凸模 3—上垫脚 4—上托板 6—内切口顶块 7、13、2O、27、39、61、7O、79—弹簧 8、4O、77—弹簧导销 9、25、35、88—固定板 1O、23、33、36、41、89—上垫板 11、16、38、49、54、66、71—弹簧垫圈 14、15、32、87—卸料板 17—拉深凸模 18—小导柱 19—误送导正销 21—压板 22—微动开关 24—整形凸模 26—浮动导料销顶杆 28—子模上模座 31、45—卸料板垫板 34—翻边凸模 37、43—打杆 44—绝缘支架 46、58、63、64、83、84—凹模 47—废料斗 48—废料刀 5O、6O、67—顶杆 51—凹模垫板 52、57、73、82—下垫板 53—垫块 55—浮动导料销 56—导向板 59—翻边凹模 62—产品定位板 65—子模下模座 68—下顶块 69—下模座 72—拉深凹模 74—外切口凹模 75—顶块 76—导正销 78—套式顶料杆 8O—下垫脚 81—下托板 85—料带 86—外导料板

（2）拉深凹模采用硬质合金YG8制造，提高拉深凹模的耐磨性能，延长模具使用寿命。

（3）切口结构。工位①和工位③是内、外圈切口，同一般浅拉深的切口结构不同。因为此拉深件材料较薄，拉深高度较高，如果按照常规结构设计，切口凸模同卸料板滑动距离太长，造成凸模容易磨损。为了减少凸模与卸料板的滑动距离，增加凸模的使用寿命，采用双浮动（双层弹压）结构。

切口结构是：上垫板89和固定板88用螺钉连接，但同上模座1分开，不用螺钉连接。上模座1同固定板88是用卸料螺钉连接和小导柱导向，弹簧7（轻载）压着上垫板弹压。固定板88同卸料板87用卸料螺钉连接和小导柱导向，然后弹簧7（轻载）顶着上垫板89，压着卸料板87。这样模具下行时，首先把弹簧7往下压，使卸料板87的下平面压到料带，直到上垫板同上模座闭死；当模具继续往下降时，将弹簧13（重载）往下压，这样凸模就慢慢进入凹模切口。

（4）侧冲孔结构。工位⑧是侧冲孔。此工位的模具结构较为复杂（见图3-37）。凸模较小（头部只有φ0.9mm大），又是从内向外冲。其目的：①为了排废料方便；②为后序变薄翻孔打好基础。凸模必须在上模侧面，凹模在下模侧面，这样凸模与凹模上、下很难对准，给模具调试和维修带来了很大的难度，所以在侧冲孔上模座下面设计了两块调节等高块13。在调节等高块上面垫有专用垫片调节，上下对准精度可以达到0.01mm。此模具结构是利用杠杆原理。

图3-37 侧冲孔结构

1—等高杆 2—垫圈 3、9、27—弹簧 4—弹簧定位销 5—上顶块 6、7—杠杆 8—卸料板 10—反推杆 11—保持圈 12—导套 13—调节等高块 14—导柱 15—线形弹簧 16—小模座 17—产品外定位块 18—顶块 19—顶杆 20—小凸模 21—凹模 22—凹模垫板 23、24—挡块 25—圆柱销 26—产品内定位块 28—侧冲孔上模座 29—压板

其动作为：上模下行，首先反推杆10把侧冲孔上模座28往下压，直到调节等高块13同产品外定位块17闭合时，上顶块5接触到杠杆6，使杠杆6撬动杠杆7，再带动小凸模20从内往外冲压。

（5）侧翻孔结构（图3-38）

工位(12)是侧翻孔，上下对准调节方法与图3-37侧冲孔一样。孔外径是φ3.25±0.015mm，高度≥1.5mm，符合图样要求必须要变薄翻孔。经计算，要从料厚0.5mm变薄到料厚0.28mm才能达成，这样一次性变薄已经到极限。它的口部平整度要求高，而且不允许有开裂现象；翻孔又是从外向内翻，所以结合前面侧冲孔必须从内往外冲孔，目的使翻孔口部不容易开裂。此工序的结构较为复杂，也是利用斜楔、杠杆原理。

其动作如下：上模下行，首先反推杆10把侧翻孔上模座28往下压，直到调节等高块13与产品外定位块15闭合时，上顶块1接触到斜楔31，使斜楔31带动滑块4；利用滑块4带动杠杆6的一头，杠杆6的另一头带动翻孔凹模5，直到翻孔凹模5压到所需要的位置；然后斜楔30往下降，推动滑块23（装有翻孔凸模22），使得翻孔凸模22从外往内运动。

图3-38 侧翻孔结构

1—上顶块 2—螺钉 3—产品内定位块 4—滑块 5—翻孔凹模 6—杠杆 7、29—弹簧顶杆 8、9、14、19、 25—弹簧 10—反推杆 11—垫圈 12—等高杆 13—调节等高块 15—产品外定位块 16—顶块 17—顶杆 18—弹簧垫圈 20—翻孔凸模卸料板 21—翻孔凸模固定块 22—翻孔凸模 23—滑块 24—限位柱 26—卸料板 27—斜楔固定板 28—侧翻孔上模座 30、31—斜楔

（6）模具零部件制造

1）模具制造要求

①该模具采用导正销导正。为了保证较高的送料步距精度，导正销与导正销固定孔的双面间隙选用0.01～0.015mm。

②模具主要零部件采用慢走丝切割加工。下模板与镶件采用零对零配合；卸料板与凸模滑动的配合为双面间隙0.01mm。凸模采用螺钉固定，并设计成快拆方式，以便维修。

2）主要零部件制造

①拉深凹模。图3-39所示为拉深凹模。该制件年产量较大，为了确保拉深凹模的使用寿命和稳定性，模具材料采用硬质合金YG8镶拼合成。具体的加工技术要求见图3-39。

②误送导正销图3-40所示为误送导正销。其材料为SKD11，热处理硬度为61～63HRC，为了保证误送导正销能正确检测到料带的误区，其同轴度、垂直度、圆柱度等都会影响检测工作的质量，因此加工中都有技术要求。

图3-39 拉深凹模

图3-40 误送导正销

a）误送导正销装配图 b）误送导正销零件图 1—误送导正销 2、4—弹簧 3—关联销 5—关联销螺塞 6—微动开关