第七章 级进模

1、第一节第一节 级进模设计基础级进模设计基础第二节第二节 级进模设计示范级进模设计示范第一节第一节 级进模设计基础级进模设计基础一、概述一、概述级进模级进模，又称：多工位级进模、连续模、跳步模，它是在一副模具内，按所加工的工件为若干等距离的工位，在每个工位上设置一个或几个基本冲压工序，来完成冲压工件某部分的加工。 被被加工材料加工材料，事先加工成一定宽度的条料，采用某种送进方法，每次送进一个步距。经逐个工位冲制后，便得到一个完整的冲压工件。在一副级进模中，可以连续完成冲裁、弯曲、拉深、成形等工序。 一般来说一般来说，无论冲压零件形状怎样复杂，冲压工序怎样多，均可用一副级进模冲制完成。用于级进模的

2、材料，都是长条状的板材。材料较厚、生产批量较小时，可剪成条料；生产批量大时，应选择卷料。卷料可以自动送料，自动收料，可是用高速冲床自动冲压。 级进模对材料级进模对材料的厚度和宽度都有严格的要求的厚度和宽度都有严格的要求。宽度过大，条料不能进入模具的导料板或通行不畅；宽度过小则影响定位精度，还容易损坏侧刃、凸模等零件。送料送料：级进模在冲压过程中，压力机每次行程完成一个（或几个）工件的冲压。条料要及时地向前送进一个步距。送料的方法送料的方法（三种）三种）： 手工送料：一般用于小批量生产； 自动送料器送料：所用的材料，一般是成卷的条料； 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

3、应用较少。注注：要求冲床有足够的刚度，模具有相应的精度； 冲床的行程不易过大，最好选用行程可调的偏心 冲床或高速冲床。 设计模具和选用冲床时要注意工作台面的有效安 装尺寸。级进模的特点：级进模的特点：1）提高劳动生产率和设备利用率。有些复杂的小型零件，若不采用级进模几乎是不能生产的。2）提高生产效率、降低成本。还具有操作安全的显著特点。3）采用级进模也受到一定的限制：工件工件的大小，太大的工件，工位数较多，模具大，此时要考虑模具与冲床工作台面的匹配性。 由于由于级进模要采用条料，对形状复杂的工件产生的废料较多，在选用级进模时要注意材料利用率。一般级进模材料的利用率偏低。 一般一般级进模生产的工

4、件精度较低。二、步距与定距方式二、步距与定距方式 步距的基本尺寸就是两相邻工位的中心距。级进模任何两相邻级进模任何两相邻工位的中心距必须相等。工位的中心距必须相等。对于单排列的排样，布局等于冲件的外轮廓尺寸与搭边余量之和。搭边值的大小可参照冲裁排样的搭边数值。定距的方式：1、挡料销定距：、挡料销定距：适用于手工送料的简单级进模，利用工件落料后的废料孔与凹模上的定位钉实现定位。 模具上必须设有导正销将料导正，实现精确定位。 挡料销的形状可结合废料型孔的形状设计成圆形、扇形、钩形等。2、测刃定距：、测刃定距：适用于0.11.5mm厚的板料。太薄的板料用挡块定位时因板料易产生变形而影响定位精度；太厚

5、的板料则不适于侧刃冲切。3、自动送料器定距：、自动送料器定距：自动冲床必须采用自动送料器送料。自动冲床必须采用自动送料器送料。自动送料器有定型产品可以选购。三、排样图设计三、排样图设计设计级进模，首先要设计条料排样图。设计级进模，首先要设计条料排样图。 条料排样图设计完成，也就确定了以下内容：1）模距的工位数和各工位的工序内容。2）被冲制工件各工序的安排及先后顺序。3）工件的排列方式。4）模具的步距、条料的宽度和材料利用率。5）导料的方式、弹顶器的设置和导正销的安排。6）基本上确定了模具结构。 排样图设计的好坏，对模具设计的影响很大，因此要反复思考，设计多个方案，加以比较。设计排样图时要考虑的

6、问题：（1）工序安排 各工序的顺序关系除一些常规考虑外，级进模的工序安排还要注意以下内容：1）冲裁工序尽量避免一次完成复杂形状的冲裁，复杂工件的外形可通过多次局部冲裁，最后完成工件的外形要求。对于冲孔落料件，应先冲孔，在逐步完成外形的冲裁。2）对于冲裁弯曲类的工件，应在切除弯曲部位周边的废料后进行弯曲，然后再切除其余废料。 对于有冲孔的弯曲件，弯曲工序可能影响孔的位置精度，应考虑先弯曲后冲孔。3）对于有拉深又有弯曲和其他工序的工件，应当先进行拉深，再安排其他工序。4）由严格要求的局部内、外形及成组的孔，应考虑在同一工位上冲出，以保证位置精度。5）对于复杂的弯曲件，为保证弯曲角度，有利于消除回弹

7、，可以分成几次进行弯曲。（2）侧刃与导正孔的安排）侧刃与导正孔的安排侧刃常安排在第一工位，也可安排在第二工位。如果侧刃靠后，将打乱条料的冲压顺序，使冲压无法进行。侧刃必须靠后时，在前几步可安装使用定位销定位。由于侧刃安排在后边有利于将最后的条料尾部冲压完成，而减少废料，因此在一些模具上常采用双侧刃结构，即在第一工位上，条料的两侧设一个侧刃，这样安排的缺点是侧刃废料增大，冲裁力增大，应综合考虑。导正销是各种定距模具中普遍采用的精确定位方法。采用自动送料器的级进模，在条料排样的第一工位就要冲出工艺性的导正销孔，在第二工位及以后每相隔24工位的相应位置设置导正销。如果借用工件本身的孔作为导正孔，应注

8、意控制孔和导正销之间的配合精度，已满足定位的要求。同时也应注意，被借用的孔经导正销导正后，会损坏孔的精度，甚至使孔有所变形。对于简单级进模上体积较大的凸模，常在凸模上安装导正销，在凸模工作之前自行导正，故导正孔可设专用的，也可把工件自身的孔用作导正孔。对某些圆形拉深件的级进模，可以不设导正销，因为各工位的拉深凸模本身就具有导正的作用。（3）载体）载体在级进模内，条料送进过程中，不断的被切除余料，但是各工件之间到达最后工位以前，总要保留一些材料将其连接起来，这部分材料就是载体。限于被加工工件的形状和工序的要求，其载体的形式也各不相同。理想的载体是双侧载体双侧载体，即到最后一个工位前条料的两侧仍保

9、持有完整的外形，这对于送进、定位和导正都十分有利。对于一些有弯曲工序的工件，很难形成双侧载体，往往只能保持条料的一侧有完整的外形，这样的载体称为单侧载体。此时导正销放在单侧载体上，对条料导正和定位都造成一些困难，为此在设计中应予认真考虑。载体的强度很重要，载体发生变形将使冲压无法进行，甚至损坏模具，因此在排样设计中，在工件排列形式和选择条料宽度以及其他方面等，都要使载体具有足够的强度。（4）分段切除中的搭接）分段切除中的搭接 级进模在冲压过程中，各工步分断切除余料后，形成工件完整的外形，此时一个重要的问题就是如何使各段冲裁的连接部位平直或圆滑，以免出现毛刺、错位、尖角等。搭接方法可分为搭接和平

10、接。搭接如右图a所示，若第一次冲出A、B两区，第二次冲出C区，图示的搭接区是冲裁C区凸模的扩大部分，搭接量应大于0.5倍材料厚，如果不受位置的限制可以增大至12.5倍材料厚度。平接如图b所示，这种连接方式容易出现上述各种缺陷，排样设计是应尽量避免。若必须如此排样时，要在平接附近安置导正销，如果工件允许，第二次冲裁宽度适当增加一些，凸模修出微小的斜角（一般取3 5）。（5）其他因数对于有弯曲工序的工件还要考虑材料纤维的方向。对于有倒冲和切断、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，被切开工件的毛刺一边在上面，一边在下面。排样时应考虑毛刺方向是否影响工件使用。对每个排样

11、方案都要计算出材料利用率，并进行经济效率分析。四、级进模常用装置四、级进模常用装置1、卸料装置、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一个重要作用是保护细小的凸模。由于工件形状的要求，形状多种多样，有圆形的、有异形的、也有很薄的。有的凸模厚度不足0.5mm，这些小凸模在高速连续的冲压中应确保有足够的使用周期，则主要依靠卸料板对小凸模的保护。故级进模中经常要使用细小的凸模。另外，在卸料板上还可以安装一些小凸模、导正销等工作部件。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

12、拼块用螺钉、销钉固定在基体上。 由于卸料板的用途，特别是保护小凸模的作用，要求卸料板有很高的运动精度，为此在卸料板与上模座之间经常采用增设小导柱、导套的结构，其常用结构形式如图所示。图a、b两种是在固定板与卸料板之间导向，图c、d是将上模板、固定板、卸料板、下模板都连接在一起。导柱、导套的设计要参阅有关标准。 若对运动精度要求有更高的要求，例如，当冲压的材料厚度0.3mm，工位较多及精度要求高时，应选用滚珠导向的导柱、导套，并且有标准件可供选用。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。 卸料板各工作型孔应与凹模型孔、凸模固定板的型

13、孔保持同轴，很多制造厂家采用慢走丝数控线切割机床加工上述工件，以确保同轴度的要求。另外，卸料板各型孔与对应凸模的配合间隙值，应当是凸模与凹模间隙的1/31/4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 0.8m，卸料板要有必要的强度和硬度。弹压卸料板在模具上深入到两导料板之间，所以要设计成反凸台形，凸台与导料板之间应有适当的间隙。卸料螺钉的工作长度在一副模具内必须相等，否则会因卸料板偏斜，而损坏凸模。二、浮料装置级进模中存在拉深，弯曲等工序，条 料的下面就必然不平整，送进就会有障 碍。对此有两条措施：一是在凹模上开 槽，二是每次冲压后都用弹顶器将条料 抬高

14、，使条料在浮顶器上松劲，从而避 免障碍。对于第一种措施，只能在最后几个工步采用，重要措施是采用弹顶器。弹顶器结构如上图（这是标准弹顶器）。在级进模中也大量使用带导向槽的弹顶器，它既有弹顶作用，也有取代导料板导向的作用。使用导向槽弹顶器，可减少送进阻力。选择这种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。三、限位装置级进模结构比较复杂，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。如左图所示。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，模具就可工

15、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。 五、连续模拉深的尺寸计算五、连续模拉深的尺寸计算级进模中的拉深工序，有的可以一次拉深成形，而更多的情况是需要经多次拉深才能完成工件所需的形状。级进模中的连续拉深是在条料上进行的，不允许进行中间退火，也不便于增加润滑剂，在设计和计算上与单工序模的拉深有所不同。适合级进模进行连续拉深的工件外形尺寸一般小于50mm，材料厚度小于2mm，最好在1.2mm以下。工件材料的塑性要好，常用于连续拉深的材料有黄铜、纯铜、低碳钢、软铅、可伐合金等。与单工序模的拉深相比，级进模拉深的毛坯是条料，比所需要的毛坯总要

16、大一些，因此材料来源充足，但流动阻力加大。相邻的两个拉深件在同一条料上相互影响、相互约束，给拉深中材料流动增加了困难。材料的流动使条料变窄，给导正和送进增加了难度。因此，在条料上各工位区域之间冲裁出切口，使其相对分离，有利于材料的流动，常用切口形式如图7-5所示：图a所示的切口适用于材料厚度小于1mm，直径大于5mm的圆形件浅拉深，这种切口的缺点是拉深后侧搭边区产生变形。图b所示的切口用于材料厚度大于0.5mm的圆形小工件，应用较广，不易起皱，拉深中带料会缩小，这种切口形式较为费料。图c所示的切口，带料的宽度及送进步距在拉深过程中不改变，可用于有导正销的场合，但是模具制造比较困难，比较费料。图

17、d、e所示的切口适用于矩形拉深件，图f所示的切口用于单排或双排的单头焊片。无切口工艺或整体拉深：无切口工艺或整体拉深： 在工件拉深变形较小 的情况下可以不在带料上切口。无切口工艺一般适用于： 材料相对厚度较大（t/D毛1001）、 凸缘相对直径较小（d凸/d=1.11.5）、 相对高度较小（h/d=2.5）的拉深件。 其中： D毛为毛坯直径， d凸为工件凸缘直径，d为工件拉深成形直径，h为工件拉深高度。拉深的设计计算按下述顺序进行。连续拉深的计算步骤：1）按照单工序模的计算方法及工件的尺寸计算所需毛坯的直径D1，查表7-1得出修边余量1， D1与1之和为后面计算所使用的毛坯直径D。2）根据相对

18、厚度t/D100及凸缘相对直径d凸/d，由表7-2查出一次拉深所能达到的最大相对高度h1/d1，并计算出所要加工工件的h1/d1值与其比较，确实能否用一次拉深成形。如工件的h/d小于表中所列的值，则可一次拉深成形，否则需多次拉深。 3）计算总拉深因数m总，即： m总=d/ D毛4）确定拉深次数和各工序的拉深因数，按有切口和无切口两种情况分别由表7-3表7-6查出拉深因数m1，m2，mn，试计算，使m1m2m3，mnm总成立的最小的n就是拉深次数。在调整拉深因数时，经调整确定的拉深因数m1，m2，可以比表中所列的数值大。5）当计算各工序的拉深直径时，使用调整后的拉深因数，计算各工序的拉深直径，即

19、：6）确定凸、凹模圆角半径。确定首次拉深凸、凹模圆角半径。即： 凸模： 凹模：中间各次拉深，r凸与r凹逐次递减，最后达到规定的工件圆角半径，如果工件的圆角半径与凹模接触部位的圆角半径小于t，与凸模接触部位的圆角半径小于2t，则应考虑增加校正工位，通过校正的方法，使圆角半径符合工件的要求。确定最后成形拉深凸、凹模圆角半径。即：凸模：凹模：在设计模具时圆角半径应取消的允许值，试模调整时可再适当增大。，112211nnndmddmdDmdtr531凸119.06.0凸凹rrtrrrnnn凹凹凹;8 .07 .01trrrnnn2;8 .07 .01凸凸凸7）计算各工序的拉深高度。拉深高度的计算原则：

20、根据一定的毛坯直径D来计算最后一道工序的凸缘直径，这一直径应该是固定值，即从第一道工序到最后的拉深工序都保持不变。根据毛坯和凸缘的直径，用一般 方法计算各工序的拉深高度，每一工序的拉深面积应与毛坯面积相等。每工序拉深高度可按式（7-1）、式（7-2）计算，有关符号的意义参照图7-6。直壁部分的高度为： （7-1）各工序拉深总高度为： （7-2）223221212212212456.428.6828.6dddrdrrdrdDhtrrhH凹凸8）确定凸、凹模的间隙。）确定凸、凹模的间隙。 连续拉深的凸、凹模间隙，在前几步取值可较大，以后逐渐减小，整形工步的凸、凹模单面间隙取值小于材料厚度t，具体数

21、值按表7-7选取。第二节第二节 级进模设计示范级进模设计示范一、落料、冲孔级进模一、落料、冲孔级进模工件名称：手柄生产批量：小批量材料：Q235-A，料厚1.2mm工件简图：如右图1、工艺分析、工艺分析 此工件只有落料和冲孔两个工序。将外形视为落料，则需要冲的孔共有6个，一个8mm的孔和5个5mm的孔。大端4个5mm的孔与R16mm外圆及8mm孔之间只有3.5mm的距离。如果设计复合模，模具制造难度大，并且冲压后成品件留在模具上，在清理模具上的物料时会影响冲压速度。因此，选用及进模更为合理。2、排样图的设计、排样图的设计设计多工位级进模，首先要设计条料排样图。手柄的形状具有一头大一头小的特点，

22、按右图所示排列，可显著减少废料，但凸模和凹模都要制成两套，从而增加模具成本，所以设计成隔位冲压。条料完成冲压以后，将条料水平方向旋转180，再冲第二遍，在第一次冲裁的间隔中冲裁出第二部分工件。搭边值取2.5mm和3.5mm，条料宽度为135mm。 此工件的尺寸在级进模中是较大的，只有2个工位，又是小批量生产，因此采用挡料销定位。送料时废料孔与挡料销作为粗定距，在大凸模上安装两个导正销，利用条料上5mm和8mm孔作导正销孔进行导正，以此作为条料送进的经确定距。操作时完成第一步冲压后，把条料抬起向前移动，用落料孔套在挡料销上，并向前推紧，冲压时凸模上的导正销再作精确定距。挡料销位置的设定比理想的几

23、何位置向前偏移0.2mm，冲压过程中粗定位完成后，当用导正销作精确定位时，由导正销上圆锥形斜面再将条料向后拉回约0.2mm而完成精确定位。 用这种方法定居，精度可达到0.02mm。3、模具总体结构、模具总体结构 模具采用中间导柱模架，模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件。上模部分共有7个凸模，如图79所示。 下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。4、主要计算、主要计算1）冲裁力的计算）冲裁力的计算 冲裁力用式（2-6）计算。取=300MPa，板料厚t=1.2mm，L值为6个孔的总周长与工件外轮廓线周长

24、之和，经计算得出L=370mm ，则冲裁力为：F0=Lt=370mm 1.2mm300MPa=133200N 选择压力机时，再将冲裁力乘以安全因数，其值一般取1.3，则用于冲裁的总压力应大于173kN。2）弹性橡胶板的计算弹性橡胶板的计算 本模具中橡胶板的工作行程由以下几个部分组成：凸模修模量5mm；凸模凹进卸料板1mm；工件厚度1.2mm；凸模冲裁后进入凹模2mm。以上4项长度之和就是橡胶板的工作行程s工作，即： s工作=（5+1+1.2+2）mm=9.2mm取压缩量为自由高度的0.25，则橡胶板的自由高度为：由式（2-11）计算卸料板的卸料力， 即：预压缩量取15%，由图1-17可查出p=

25、05MPa，此时橡胶板应具有足够的卸料力，其卸料力的大小用式（1-2）计算橡胶板所需的面积，则：结合模具的实际结构，将橡胶板分成若干块安装。橡胶板高度H自由与直径D之比需要满足：mmmmsH8 .3625. 02 . 925. 0工作自由NNFKF532813320004. 00卸卸2256.106106565.05328cmmmpFA5.15.0DH自由3）模具压力中心的计算）模具压力中心的计算 冲裁模压力中心就是冲裁合力作用点，冲压时模具的压力中心一定要与冲床滑块中心重合。故设计模具时，要使模具的压力中心通过模柄的轴线，从而保证模具压力中心和冲床滑块中心重合。计算压力中心时，应首先画出凹模

26、型口图（如右图）。在图中将xOy坐标建立在图示的对称中心线上，在图中将冲裁线按几何图形分成L1L6共6组线段，每组线段都要计算出线段总长度、力的作用点到x轴的距离及到y轴的距离。 L1是半圆弧，其力在x方向的作用点可从有关手册中查出，位于距圆心2R/处； L4也是半圆弧，计算方法同上； L2、 L3是直线，力的作用点位于直线中间； L6由4个5mm的圆和1个8mm的圆组成，力的作用点位于8mm的圆心。 L2和L3的长度按勾股定理计算出为95.34mm，有关数据计算结果列于表7-8中。将表中数据代入式（2-28）计算，则：计算出的压力中心是图7-10所注的C点。mmLLLyLyLyLymmLLL

27、xLxLxLxcc64.1157.136216622116216622114）冲裁间隙）冲裁间隙 已知工件材料为低碳钢，取型截面，由表2-11查出Z/2t=9%。其中z为间隙值，t为板料厚度，则单面间隙为：mmmmtZ108.02.109.009.025、主要零部件的设计、主要零部件的设计设计主要零部件时，首先要考虑主要零部件用什么方法加工制造及总体装配的方法。结合模具的特点，本模具适宜采用线切割机床加工凸模固定板、卸料板、凹模以及外形凸模。这种加工方法可以保证这些零件各个孔的同轴度，使装配工作简化。下面分别介绍各个零部件的设计方法。外形凸模用线切割机床加工直通凸模，用2个M8螺钉固定在垫板上

28、，与凸模固定板的配合按H6/m5。外形凸模的高度是凸模固定板（厚20mm）、卸料板（厚14mm）、橡胶板（厚31mm）的总和再减去凸模凹入卸料板的1mm，则凸模高是以上四项的代数和，为64mm。外形凸模下部设置两个导正销。导正销的尺寸见上图所示。导头的直线部分应为（0.50.8）t，取0.8mm。导正销伸入定位孔时，板料应处于自由状态。在手工送料时，板料已由挡料销粗定位，导正销将工件导正的过程是将板料向后拉回约0.2mm。一般凸模应进入卸料板0.82.5mm，此值定为1mm。必须在卸料板压紧板料之前完成导正，所以导正销直线部分的长度为0.8mm+1mm=1.8mm。 在外型凸模的底部钻孔安装导

29、正销，采用H7/r6配合，为防止其脱落，在凸模上打横向孔，用销钉固定导正销，如图7-9所示。 5个5mm的圆形凸模，采用尾部带台阶的固定方法。尾部台阶直径为6.6.5mm，与固定板接触的中部直径6mm。因其直径较小易损坏，故按常拆结构设计，与固定板的配合取H6/m5。冲8mm孔的凸模设计成台阶状，与固定板接触部分为10mm，尾部没有台阶，用M5的螺钉固定在垫板上，其与固定板的配合采用H7/m6。弹性卸料板应对小凸模具有保护作用，故凸模与卸料板的间隙选择应小一点，使外形凸模对卸料板起导向作用。级进模中卸料板与凸模的间隙见表7-9。凸模与卸料板的间隙选为0.025mm，凸模材料选用Cr2MoV。凹模采用整体凹模，各冲裁的凹模孔均采用线切割机床加工，安装凹模在模架上位置时，要依据计算压力中心的数据，将压力中心与模柄中心重合。选择凹模壁厚为45mm，凹模宽度是刃口外界距离与两个凹模壁厚之和。刃口外界为127mm，则凹模宽度为127mm。凹模的长度要考虑以下因素：保证有足够安装橡胶板的面积。便于导尺发挥作用，保证送料