级进模设计.docx

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级进模设计

级进模设计讲座

第一章概论

一.冲压加工的重要性及优点。

1.重要性：

冲压工艺应用范围十分广泛，在国民经济的各个部门中，几乎都有冲压加工产品。

如汽车，飞机，拖拉机，电器，电机，仪表，铁道，邮电，化工以及轻工日用产品中均占有相当大的比重。

2.优点：

1）生产率高。

2）精度高，质量稳定。

3）材料利用率高。

4）操作简便，特别适宜于大批量生产和自动化。

二.冲压加工的概念。

1.概念：

即利用压力机及其外部设备，通过模具对板材施加压力，从而获得一定形状和尺寸零件的加工方法。

冲压加工的三要素：

冲床，模具，材料。

冲压是生产中应用广泛的一类加工方法，主要用于金属薄板料零件的加工。

在产品零件的整个生产系统中，冲压只是一个子系统，所涉及的也仅是产品制造过程的一部分。

随着市场对产品成本和周期等要求的提高，从系统的整体优化中确定相关的各要素已成为技术和管理发展的重要方向。

影响冲压加工的因素：

三.冲压工序的分类。

冲压工艺按其变形性质可以分为材料的分离与成形两大类，每一类中又包括许多不同的工序。

冲压的基本工序：

1.冲裁:

包括落料和冲孔两个工序。

1）落料：

模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为工件，其余部分为废料，设计时尺寸以模仁为准，间隙取在冲子上；

2）冲孔：

模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分是废料，设计时尺寸以冲子为准，间隙取在模仁上。

2.剪切:

用模具切断板材,切段线不封闭.

3.切口:

在坯料上将板材部分切开,切口部分发生弯曲.

4.切边:

将拉深或成形后的半成品边缘部分的多余材料切掉。

5.剖切：

将半成品切开成两个或几个工件，常用于成双冲压。

切口切边剖切

6.弯曲：

用模具使材料弯曲成一定形状（V型/U型/Z型弯曲）。

7.卷圆：

将板料端部卷圆。

8.扭曲：

将平板的一部分相对于一部分扭转一个角度。

弯曲卷圆扭曲

9.拉深：

将板料压制成空心工件，壁厚基本不变。

10.变薄拉深：

用减小直径与壁厚，增加工件高度的方法来改变空心件的尺寸，得到要求的底厚，壁薄的工件。

11.孔的翻边：

将板料或工件上有孔的边缘翻成竖立边缘。

拉深变薄拉深孔的翻边

12.外缘翻边：

将工件的外缘翻起圆弧或曲线状的竖立边缘。

13.缩口：

将空心件的口部缩小。

14.扩口：

将空心件的口部扩大，常用于管子。

外缘翻边缩口扩口

15.起伏：

在板料或工件上压出筋条，花纹或文字，在起伏处的整个厚度上都有变薄。

16.卷边：

将空心件的边缘卷成一定的形状。

17.胀形：

将空心件（或管料）的一部分沿径向扩张，呈凸肚形。

起伏卷边胀形

18.旋压：

利用赶棒或滚轮将板料毛坯赶压成一定形状（分变薄与不变薄两种）。

19.整形：

把形状不太准确的工件校正成形。

20.校平：

将毛坯或工件不平的面或弯曲予以压平。

旋压整形校平

21.压印：

改变工件厚度，在表面上压出文字或花纹。

22.正挤压：

凹模腔内的金属毛坯在凸模压力的作用下，处于塑性变形状态，使其由凹模孔挤出，金属流动的方向与凸模运动方向相同。

23.反挤压：

金属挤压过程中，沿凸模与凹模的间隙塑流，其流动方向与凸模运动方向相反。

24.复合挤压：

正挤与反挤的结合。

压印正挤压反挤压复合挤压

四．冷冲模类型和特点。

1.模具分类（按冲压工序的组合方式分）。

1）单冲模：

在模具上只有一个加工工位，而且在冲床的一次行程中只完成一类冲压加工工艺。

2）复合模：

在模具上只有一个加工工位，在冲床的一次行程中完成两类以上的加工工艺。

3）级进模：

有多个工位组成，各工位完成不同的加工，各工位顺序关联，在冲床的一次行程中完成一系列不同的冲压加工。

三类模具的优缺点比较：

单工序模

复合模

级进模

结构

简单

较复杂

复杂

成本、周期

小、短

小、短

高、长

制造精度

低

较高

高

材料利用率

高

高

低

生产效率

低

低

高

维修

不方便

不方便

方便

产品精度

高

高

低

品质

低

低

高

安全性

不安全

不安全

安全

自动化

易于自动化

冲床性能要求

低

低

高

应用

小批量生产

大、中型零件的冲压试制

大批量生产

内外形精度要求高

大批量生产

中、小零件冲压

2.级进模特点：

1）冲压生产效率高。

级进模可以完成复杂零件的冲裁、翻边、弯曲、拉深、立体成形以及装配等工艺，减少了中间转运和重复定位等工作，而且工位数量的增加不影响生产效率，可以冲制很小的精密零件。

2）操作安全简单。

级进模冲压时操作者不必将手伸入模具的危险区域。

对大量生产，还采用自动送料机构，模具内装有安全检测装置。

3）模具寿命长。

复杂的内形和外形可分解为简单的凸模和凹模外形，分段逐次冲切，工序可以分散在若干个工位，在工序集中的区域还可以设置空位，从而避免了凸、凹模壁厚过小的问题，改变了凸、凹的受力状态，提高了模具强度。

此外，级进模还采用卸料板兼作凸模导向板，对提高模具寿命也非常有利。

4）产品质量高。

级进模在一副模具内完成产品的全部成形工序，克服了用简单模时多次定位带来的操作不变和累积误差。

5）生产成本较低。

级进模由于结构比较复杂，所以制造费用较高，同时材料利用率较低，但由于级进模生产效率高、压力机占有数少、需要的操作工人数和车间面积少，减少了半成品的储存和运输，因而产品零件的综合生产成本并不高。

6）设计和制造难度大，对经验的依赖性强。

级进模结构复杂，技术含量高，设计灵活性大、难度大；设计和制造中的经验、推断和目测工作量多，人才培养时间长，个人之间的差异大；同一产品零件可有多种不同的设计方案，设计的灵活性大；设计和制造周期长，费用高，适用于批量生产。

级进模还受产品零件尺寸限制，产品尺寸不宜太大。

7）按订单生产，而不是按计划生产，订货受市场影响大，交货期要求短。

五．级进模的功能

功能：

级进模的基本功能是利用凸模和凹模在板料上施加一定形式和大小的作用力，使材料产生塑性变形，从而将毛胚转变为产品零件的能力。

六．级进模的设计方法。

1.级进模设计流程。

级进模设计也是一个系统，其流程如图1-8所示。

具体可以分为四个阶段：

工艺设计、排样、概要设计、结构设计、零件设计。

1）工艺设计:

即是对产品零件所包括的成形工序逐一进行分析，以确定产品零件的加工工艺方案。

工艺设计前应充分了解产品零件的要求及实际的生产条件。

2）排样与概要设计以工艺设计可行为前提，具体确定级进模加工产品零件时的工序方案和模具的基本结构形式，初步给出模具的估价和制造周期，确定是否继续开展模具详细的设计和制造。

3）结构设计和零件设计就是为级进模正式投入生产而具体地开展的设计，在这一阶段部分模具零件的加工也将同期展开。

结构设计与零件设计的结果是模具装配图、需加工的模具零件的工程图。

2.设计注意事项。

1）要用系统的观点，从冲压、模具制造等多方面构成的大系统中确定级进模的结构和零件方案，要重视实践经验的作用。

要切合实际，确立切实可行的模具方案，同时要考虑现有的模具制造条件、冲压生产条件。

2）级进模结构复杂，设计难度大，制造费用高，周期长，因此设计应坚持科学、严谨、求实的精神，认真分析、详细规划，务求设计合理、制造方便、满足使用要求。

要充分了解产品零件加工的需求和模具制造和使用条件,表1-5是级进模设计前应掌握的数据。

表1-6是级进模设计时的规划表。

3）模具设计和制造具有技术密集型的特点，设计和制造密切相关。

随着产品市场竞争的加剧和计算机技术的发展，产品制造周期日益缩短，对模具设计和制造周期的要求也愈来愈短，因此，模具设计和制造的交叉并行已成为必然。

表1-5级进模设计前应掌握的数据

项目

设计前应掌握的数据

工件与材质

板厚与精度、材质、料宽、热处理、毛刺方向的要求

模具设计资料

批量、模具的形式、材料的送进方向，导料方式等

模具材质

凸、凹模的材质

模架

形式、尺寸、模柄尺寸

冲床

形式、吨位、行程、SPM、开启高度、送进方向、滑块与台面尺寸、模柄孔尺寸

尺寸标注

有效位数、尺寸公差、标注要求

图纸

图纸尺寸、图号、名称的标注要求

加工设备

现有加工设备可加工能力

表1-6级进模设计规划表

产品名称

产品编号

模具编号

模具交货期

冲压加工规格

被加工材料规格

产量

月产个

材质

总寿命

个

板厚

行数

个

板料宽度

列数

列

板料状态

带料

加工速度

r/min

条料

生产方式

级进冲压

卷料

简单冲压

复合冲压

送料装置规格

备注

送料机构

辊式～

气动～

夹持式～

NC～

送进线高度

mm±（公差）

冲床规格

产品简图：

吨位

闭合高度

模柄直径

落料孔径

说明：

Z表1-8级进模设计流程：

第二章级进模结构设计

模具的优劣在很大程度上体现在模具结构上，因此，级进模结构设计对模具的工作性能、加工性、成本、周期及寿命等起着决定性作用。

第一节级进模结构设计

一级进模结构

1.从总体角度来看，级进模结构基本上可分为两大类：

日本式模具结构和美国式模具结构。

1）日本式模具结构：

利用卸料板压料（常见模具结构）。

优点：

压料可靠，模具生产时稳定性好；

缺点：

噪音大。

2）美国式模具结构：

没有卸料板，采用局部压料（两者更本区别）

优点：

噪音小，速度高；

缺点：

压料不是很可靠。

2.级进模的构成。

模板（8块板）

凸模

工作零件（入子）

模具凹模

主导向

导向零件

零件副导向

连接零件（螺钉，等高套筒及垫圈）

定位零件（定位销，导正销，定距侧刃，灌胶PIN）

导料零件（导板，Lifter）

辅助零件传力零件（螺塞，弹簧，传力销）

检测装置（误送/叠料/波动/光电检测）

其它（压板，止高块，限位柱,浮料块,浮料销，顶杆

二结构设计原则.

1.尽量选用成熟的模具结构或标准结构。

2.模具要有足够的刚性，以满足寿命和精度的要求。

3.结构应尽量简单、实用，要具有合理的经济性。

4.能方便地送料，操作要简便安全，出件容易。

5.模具零件之间定位要准确可靠，连接要牢固。

6.要有利于模具零件的加工。

7.模具结构与现有的冲压设备要协调。

8.模具容易安装，易损件更换方便。

三模具基本尺寸

1.模具平面尺寸

模具平面尺寸是指模具轮廓最大尺寸，它易凹模外形尺寸为基础，以最终选择的模架尺寸为准。

2.模具闭合高度

模具闭合高度是指模具处在最低点的工作位置时，上模座的上表面到下模座的下表面之间的距离。

即为模具各块模板厚度之和。

压力机闭合高度是指压力机滑块在下死点时，滑块底面到压力机工作台面上平面的距离。

由于多数压力机滑块高度可上下调节，当压力机连杆调至最短时的闭合高度称为压力机最大闭合高度Hmax,而当压力机连杆调至最长时的闭合高度称为最小闭合高度Hmin。

为了保证模具能装在压力机上工作，模具闭合高度必须小于压力机闭合高度。

最好H位于Hmin和Hmax之间，一般应满足Hmin+10≤H≤Hmax-5

第二节工作零件设计

一．凸模的结构设计（考量凸模的强度、钢性）：

1.凸模的分类：

1）按凸模断面形状可分为简单形状和复杂形状两种；

2）按刃口形状可分为平刃、斜刃和其它专用凸模；

3）按固定方法可分为台阶固定、螺钉固定、压板固定等；

4）按结构形式可分为整体式、镶拼式、直通式、阶梯式和带护套式。

2.凸模结构的基本形式。

1）圆凸模（标准件）。

TYPEI

TYPEIV

2）机械加工凸模。

凸模的加工方法一般有线割和磨削:

W/C—线割;G—磨床；PG—光学曲线磨床

1°线割加工异形凸模，凸模内R≥0.150较好，因线割丝的直径Φ取0.20mm和0.30mm加工较经济；线割的零件表面光洁度不高，加工零件的使用寿命没有磨削来的高；

2°细小凸模设计成上头小下头大，以保证零件强度要求；规则形状用磨床加工，R取10mm或20mm；不规则形状用PG加工R取40mm；

3.凸模的导向（卸料板）。

卸料板在对阶梯型凸模、PG加工之凸模导向时，要确保在模具处于最大闭合高度时，剥料板与凸模的最小重叠部分长度不小于3～5mm。

4.凸模上的“闪位”：

1）产品上的凸起；2）模仁

5.冲裁凸模长度的确定：

凸模长度=PP板厚度+SBP板厚度+SP板厚度+（1～2mm）

二．入子设计：

1.冲子固定板入子

目的：

便于改模；便于更换料号。

设计要点：

1）形状力求简单，便于加减垫片；

2）要具有防呆功能；

3）与固定板单边间隙0.01mm；与冲子单边间隙0.01mm。

2.卸料板入子

目的：

便于改模；便于更换料号；磨损了可以更换,即提高模具寿命。

设计要点：

1）要具有防呆功能；

2）与卸料板单边间隙0mm；与冲子单边间隙一般取0.005mm；冲子外形复杂或外形尺寸大时单边间隙可放宽到0.008mm—0.010mm。

固定方式：

1）倒角2）靠肩

闪位：

导板，产品上的凸起。

三．模仁设计.

冲裁模仁

1.加工方式一般有线割加工和PG加工两种。

1）线割加工模仁：

直刀面2～3mm,落料斜度一般取1°,线割表面粗糙，冲细小废料之模仁易堵料；

2）PG加工模仁：

将模仁设计成分体式，直刀面2～3mm,落料斜度一般取30＇，表面光洁度好。

2.冲裁间隙：

一般取冲裁单边间隙为（3～5％）*t;具体取值大小还要视材质，料厚，废料形状及模仁材质而定；同加工方式也有关。

1）线割加工选取间隙要比PG加工大；

2）被加工材料脆、硬；冲裁间隙适当放大；

3）模仁材质为SKD11时冲裁间隙要比是硬质合金来的小；

4）废料形状简单冲裁间隙要取小；以防跳屑。

3.固定方式：

1）压板、螺钉压住（特别是针对抽引模仁）；

2）分体式模仁用斜锲闭紧；

3）导板压住。

4.模仁壁厚设计注意事项：

1）加减垫片的方便性；

2）足够强度。

5.模仁设计要具有防呆功能。

成形模仁

1.成形凸模与模仁的间隙为一个料厚t;

2.固定方式：

1）螺钉压住；2）导板压住；3）靠肩（不易维修）。

第三节辅助零件设计

一连接零件：

起连接紧固模具的各块模板作用；通常用到M6,M8,M10螺钉。

1.垫板连接：

2.冲子固定板及模仁固定板连接：

3.卸料板的连接：

组成元件：

M8螺钉、垫圈、等高套筒。

二定位零件：

1.定位销（MISUMISTANDARD）

1）导板相对于DP板的定位，定位销规格MS4-15;

2）DP板相对于下模座的定位，定位销规格MS10-60;

2.导正销：

多用于连续模中对条料的精确定位，消除由于送料而引起的误差；与预冲工艺孔单边间隙一般取0.010mm;料厚大于1mm时间隙可适当放大；

固定方式：

1）固定在卸料板上:

脱料方式：

1°导正销两侧对称设计顶杆，下模设有浮料销；

2°采用导料板强行脱料；

3°借用LIFTER脱料；

4°设计月牙型剥料套，

下模设有浮料块；

5°借用导正销的锥面定位。

2）固定在冲子固定板上：

缺点：

1°容易磨损；

2°要借用脱料装置。

3.定距侧刃：

侧刃是用来切去条料旁侧少量材料而达到挡料的目的，

起粗定位作用；多用于导板式模具。

1°侧刃冲子单边受力，设计时对面要考虑限位，以保证冲裁间隙的不变性及提高侧刃冲子的寿命；

2°侧刃冲子的长度=送料进距+（0.10～0.20mm）。

4.灌胶PIN:

（具体尺寸见标准件清册）

对PP板及DP板起快速定位作用，提高模具维修的方便性。

1）PIN与DP板、PP板采用小过盈配合；

2）PIN套与模座单边间隙0.10mm,借用LOC638胶来胶固；

三导料零件

导料板

1.功能：

1）对料条起导向作用；

2）剥料作用。

2.与条料单边间隙。

3.导料板高度的确定。

Lifter（标准件）

1.功能：

1）浮料2）对料条导向3）脱料

2.形状：

圆形和方形；

3.设计要点：

1）Lifter与模板单边间隙0.01mm;

2）Lifter分布要均匀，等高；

3）Lifter与材料单边间隙0.10mm;

4）Lifter上升高度小于冲床行程的一半（冲床滑块于°270°～90间是送料时间，送料时，成形冲子、导位针不能与料条干涉）。

卸料板闪LIFTER深度H:

5.0≤H≤5.0+A

式中：

A=t+1.0

A≥1.5mm

四传力零件

1.传力零件的组成：

螺塞、垫片、强力弹簧、传力销（DISK）;

2.传力零件组装结构：

见图；

3.设计要点：

1）传力销要等高;

2）传力销要比等高套筒

短0.10mm（保护锁剥料板螺钉）；

3）传力销的布置要多、均匀

且靠近料条两侧以保证压料充分。

五检测装置

六其它零件

1.压板：

固定冲子和模仁（具体形状、尺寸见标准件清册）；

2.止高块：

对模具起保护作用（具体形状、尺寸见标准件清册）；

3.限位柱：

初始送料时对模具起保护作用,当被冲板材较厚时

采用（t≥0.5）

4.浮料块：

1）浮料；2）局部压料。

5.浮料销：

1）浮料；2）空中接料

料条运行方向

第四节导向零件

精确的导向是保证模具正常生产的前提条件，为了提高连续模工作的精度和稳定性又常设计成双重导向：

主导向和副导向。

常见的导向零件有滑动导向和滚动导向两种。

一滑动导向和滚动导向的区别：

滑动导向

滚动导向

组成

导柱、导套

导柱、导套、衬套、滚珠等

配合关系

间隙配合

过盈配合

精度

低

高

可工作速度

低

高

寿命

短

长

承受侧向力

强

弱

二连续模常用导向零件

1.主导向:

滚动导向

1）规格：

MISUMISTANDARD

2）设计原则

1°小模具可设计成对角2个。

常用规格：

RMSH28-130-L80-100;

2°中等模具可设计成4个，其中一个要错位5～10mm以防呆。

常用规格：

RMSH32-150-L100-110;

3°大模具可设计成6个，安放位置不可完全对称以防呆，

常用规格：

RMSH38-150-L100-110;

3）固定方式

1°主导柱和下模座采用过盈配合，单边过盈0.01mm,装配时需从反面用螺钉将导柱拉进模座孔内；

2°主导套和上模座采用灌胶固定，胶水为AB胶或厌氧胶时灌胶间隙取双边间隙为0.20～0.30mm;胶水为金属修补剂时灌胶间隙取双边间隙为3～4mm。

2.副导向:

滑动导向或滚动导向

滑动导向：

1）规格：

MISUMISTANDARD

2）设计原则：

1°同一块板上一般安放4个副导柱且间隔不要太近；

2°大小模具副导柱常用规格见下表：

小模具

中等模具

大模具

副导柱直径

Φ16

Φ20

Φ25

副导柱规格

SGOH16-80

SGOH20-80

SGOH25-90

副导套规格

SGBH16-20

SGBH20-20

SGBH25-20

3）固定方式：

副导柱和冲子固定板采用过盈配合，副导套和剥料板及模仁固定板采用灌胶固定，胶水为厌氧胶，灌胶间隙单边0.03mm，灌胶时借助基准棒定位。

滚动导向：

1）规格：

MISUMISTANDARD；

2）设计原则：

同一块板上一般安放4个副导柱且间隔不要太

近，小模具副导柱直径常取Φ16mm，中等模具副导柱直径常取Φ20mm；

3）固定方式：

副导柱和剥料板采用过盈配合，单边过盈0.008～0.010mm，副导套和冲子固定板及模仁固定板采用过盈配合，单边过盈0.010mm.

第五节模板设计

冷冲模一般有八块模板组成:

上模座（TP）、上垫板（TBP）、冲头固定板（PP）、剥料背板（SBP）、剥料板（SP）、模仁固定板（DP）、下模垫板（DBP）、下模座（DS）。

模板设计

模板名称

材质

厚度（mm）

热处理要求

硬度

设计内容

TP

45#/A7075

45/50

TBP

40Cr/Cr12MoV

13/15

普通淬火

HRC40-45

PP

Cr12Mo1V1/SKD11

20

真空淬火

HRC60-63

SBP

40Cr/Cr12MoV

14

普通淬火

HRC40-45

SP

Cr12Mo1V1/SKD11

20/25

真空淬火

HRC60-63

DP

Cr12Mo1V1/SKD11

20/25

真空淬火

HRC60-63

DBP

40Cr/Cr12MoV

13/15

普通淬火

HRC40-45

DS

45#

45/50

模具组立顺序

一准备工作

1）设计工程师切入:

提供产品图面，Layout图面，模具零件图面,并提供技术指导;

2）模具零件的整理与清点:

整组存放,整组清点;

3）模具零件的查检:

包括模板﹑工件的形状﹑尺寸﹑材质硬度是否与图面一致;

4）零件刻字:

在各工件非工作面上刻上模号，件号;

5）零件退磁:

去除加工磁性;

6）清理、打磨模板并退磁:

去除模板表面以及框口内的铁屑、杂物及氧化层;

7）倒角:

包括入子，模仁，模板框口的倒角以及剥料板入子的冲子入口侧倒角;

8）试配:

整组冲子与入子﹑冲子与模仁的试配,确保冲子在入子中活动自如;

9）标准件领用:

标准冲子﹑入子﹑模仁,主导柱整组,付导柱整组,灌胶Pin,Pilot,Lift,Stopper,Disk,等高套筒,压板,弹簧,定位销,剥料套,垫片,螺丝等.

二模具组立

1）下模灌胶:

下模板通过定位销与下模座精确定位,并由螺丝紧固后,用680胶对二者之间的灌胶Pin灌胶.此工序需确保胶剂粘合牢固;

2）上模灌胶:

通过Gauge或付导柱保证上模板与下模板精确定位,同时保证二者平行度后,由螺丝将上模板和上模座紧固.采用680胶对二者间的灌胶PIN灌胶.此工序应确保上下模的平行度,位置精度,同时也需确保680胶剂粘合牢固;

3）模具组立:

将上模同下模进行合模，通过查看模板间隙确保平行度后,用AB胶或快干胶进行主导柱灌胶.此工序要确保主导柱不高出上模座且胶剂粘合必须牢靠,主导套低于上模座面5mm左右;

4）剥料板组立:

将剥料板入子，Pilot，剥料板成形工件，剥料套（推料杆）等装入剥料板，此时要确保剥料板入子不能高于剥料板，另外,确保剥料板背板能够阻档入子，成形工件，Pilot，剥料套等的后退;

5）下模板的组立:

将冲裁模仁，成形模仁，Lift，导料板等装到模仁固定板上。

此工序应确保冲裁模仁不能高于模面,冲裁模仁刀口朝上,Lift和其他活动模仁运动自如等。

另外,Check废料是否畅通无阻,Check剥料板与下