自动级进模工艺设计

黄焕炯

摘 要：浙江桐乡是羊毛衫制造和销售集散基地。大大小小的羊毛衫加工企业，如雨后春笋般地在这片热土上崛起。加工羊毛衫的电脑横机中的罗拉齿轮箱配件支架是一件易损零件。很多时候，只因为这一零件的问题，导致整台机器不能运行，直接影响生产效益。而且，目前配件市场上这一零件不多，价格较高。因此，只有生产大量的质量上乘、价格低廉的级进模加工产品，才能满足和保障羊毛衫基地生产的需求。

关键词：工艺 加工 生产 设计 压力 级进模

引言

如下图所示为加工零件支架。材料：1Cr18Ni9Ti（不锈钢），厚度：1.5mm。生产批量大。以前都是一些小作坊，利用余料加工。采用的是：先落料模、拉伸模，然后再钻孔。现在把三道工序合在一起，可大大提高工作效率，并减轻工作量，而且加工时勿需将手伸入模具空间，保护了操作者的人身安全。

1.支架模具的工艺分析

从零件材料上来看：1Cr18Ni9Ti（不锈钢）具有良好的塑性和较高的弹性，冲裁性和拉伸性较好。从结构上来说：该零件较为复杂而且带翻包，厚度为1.5mm。冲裁件孔与孔之间：孔与边缘之间的距离受模具的强度和冲裁件质量的制约，其值不应过小。

一般要求C≥（1～1.5）t，C′>（1.5～2）t。所以由冲件图可知：

C1=12-5.2/2-6.5/2=6.15>1×4=4，

C2=88.9-21-29.4-31.5-2-2.5=2.5<1×4=4，

C′=18/2-6=3<1.5×4=6.

由以上可知孔与孔之间距离C1，C2，C′能满足工艺性要求。可以冲裁及拉伸加工。

2.确定工艺方案

该冲裁件包括落料、冲孔、翻包三个基本工序，可采用的冲裁方案有单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁三种.零件属于大批量生产，因此采用单工序需要模具数量较多，生产率低，所用费用也高，不合理；若采用复合冲，可以得出冲件的精度和平直度较好，生产率较高，但因零件的孔边距太小，模具强度不能保证；用级进模冲裁时，生产率高，操作安全，使用级进模便于冲压生产自动化，可以采用高速压力机生产。通过合理设计可以达到较好的零件质量和避免模具强度不够的问题，根据以上分析，该零件采用级进冲裁工艺方案。

3.模具总体结构设计

3.1.模具类型

根据零件的冲裁工艺方案，采用级进冲裁模。

3.2.操作与定位方式

零件大批量生产，安排生产可考虑自动送料方式能够达到批量生产，从而提高生产效率，故采用自动送料方式。零件尺寸较大，厚度较高，保证孔的精度及较好的定位，宜采用导料板导向，导正块导正，为了提高材料利用率采用始用挡料块和固定挡料块。

3.3.卸料与出件方式

考虑零件尺寸较大，厚度适中，采用固定卸料方式，为了便于操作，提高生产率，冲件和废料采用凸模直接从凹模洞口推下的下出件方式。

3.4.模架类型及精度

由于零件材料适中，尺寸较大，冲裁间隙较小，又是级进模因此采用导向平稳的中间导柱模架，考虑零件精度要求不是很高，冲裁间隙较小，因此采用Ⅰ级模架精度。

4.级进模工艺设计及计算

4.1.排样设计与材料利用率，该冲裁件材料厚度适中，尺寸较大，排样如下图：

经计算机面积查询可得：

4.1.1.一个步距内零件的实际面积：

4.1.2.一个步距内所需的毛坯面积：

4.1.3.材料利用率：

4.2.设计冲压力与压力中心，初选压力机

4.2.1.冲压力：根据《冷冲模设计》

4.2.1.1.冲裁力：

已知：

4.2.1.2.卸料力：

已知：

4.2.1.3.冲压力：

4.2.1.4.压力机公称压力：

因此可选压力机型号为J21-63。

4.2.2.压力中心：

4.2.2.1.落料件的压力中心：

4.2.2.2.冲孔、翻包、落料的压力中心

5.级进模的总装配图

6.凹模、凸模的零件图设计

6.1.凹模设计

凹模采用矩形板状结构和直接通过螺钉、圆柱销与下模座固定的固定方式。考虑凹模的磨损和保证冲件的质量，凹模刃口采用直筒形刃口壁结构.漏料部分刃口轮廓适当扩大0.5～1mm，取1mm。（为便于加工，落料凹模漏料孔可设计成近似于刃口轮廓的简化形状）

6.2.凸模设计

落料凸模刃口部分为方形，为便于凸模和固定板的加工， 而冲孔凸模由于相隔很近，不宜全采用阶梯结构，可通过环氧树脂固定。

凸模材料：参照冲压模具设计与制造选用Cr12。

对凸模设计几点说明：

6.2.1.装配的尺寸为H7/n6，可得φ9， φ10的上下偏差；

6.2.2.倒角是参照ISO标准设计；

6.2.3.圆形凸模要有同轴度的要求，参照ISO标准得出；

6.2.4.淬硬58～62HRC是为了提高模具的寿命；

6.2.5.工件表面粗糙度要求较高，取0.8，其余的可取6.3；

6.2.6.保持刃口锋利，为了减小毛刺，材料为Cr12。

7.压力机的校核

7.1.公称压力

根据公称压力的选取压力机型号为J21-63，它的压力为630>477.52，所以压力得以校核。

7.2.滑块行程

滑块行程应保证坯料能顺利地放入模具和冲压能顺利地从模具中取出。这里只是材料的厚度t=1.5，导料板的厚度H=10及凸模冲入凹模的最大深度12，即S1=1.5+10+12=23.5

7.3.行和次数

行程次数为45/min。因为生产批量为大批量，又是自动送料，不能太快，因此是得以校核。

7.4.工作台面的尺寸

根据下模座L×B=590×440，且每边留出60～100，即L1×B1=650×500，而压力机的工作台面L2×B2=800×540，冲压件和废料从下模漏出， 漏料尺寸<95×50，而压力机的孔尺寸为360×23，故符合要求，得以校核；

7.5.滑块模柄孔尺寸

滑块上模柄孔的直径为50mm，模柄孔深度为80mm，而所选的模柄夹持部分直径为50mm，长度为60mm故符合要求，得以校核；

7.6.闭合高度

由压力机型号知Hmax=380；M=90；H1=100。Hmin=Hmax–M=380-90=290

（M为闭合高度调节量/mm，H1为垫板厚度/mm）

（ Hmax–H1）-5≥H≥（ Hmin–H1）+10，得（380–100）-5≥262≥（290–100）+10即275≥270≥200，所以所选压力机合适，即压力机得以校核。

8.结束语

本次设计采用了Auto CAD完成，对模具工作过程进行了动态和静态的模拟分析。结构紧凑、合理；动作正确；安全可靠；装、拆、修磨方便。该模具制造、试模顺利，已大批量生产零件。实现了级进模的自动冲压，生产效率比传统模具提高了三倍以上，取得了一定的经济效益和社会效益，深受生产人员好评，同时该冲模的工艺排样和模具结构、计算，可以为类似零件设计提供了一定的借鉴。

参考文献：

[1].闻邦椿.机械设计手册.机械工业出版社，2010.01.

[2].彭建声.模具设计与加工速查手册.机械工业出版社.2012.9.

[3].张芳.冲压工艺与模具设计.北京大学出版社.2011.3.