多工位冲压级进模关键技术

华南理工大学机械与汽车工程学院博士后 冯杨

级进模（Progressive Die）由多个工位组成，在冲压机的一次行程中，一副模具可以完成冲裁、弯曲、拉深、成形、叠铆、翻孔及攻螺纹等多种冲压工序。多工位级进模被公认为是一种精密、高效、高质量、长寿命并适合大量生产的高技术模具，是未来冲模发展的方向。

随着我国工业水平的提高，特别是汽车工业的快速发展，多工位级进模的应用愈发广泛。图1为某汽车结构件的多工位级进模生产料带，工序包括级进模的多种冲压工序。目前国内级进模应用水平与国外先进国家相比还有不小差距，国内企业亟需掌握级进模的设计与制造关键技术，以提高企业级进模的自主开发能力与市场竞争力。

级进模设计必须对冲压工艺进行合理分析，确定最佳冲压工艺方案，计算相关工艺参数，合理设计排样方案，选定模具结构类型等。多工位级进模冲压的关键技术包括排样工艺设计、毛坯计算、起皱、破裂预测及回弹预测与控制等。

排样工艺设计

图1 级进模生产料带

排样是级进模设计的关键，确定零件工位位置和各工位间相互关系、定位方式、材料利用率及模具结构设计。排样优劣对模具结构、寿命、冲压件质量有很大影响。排样时，首先要根据工件形状确定采用有废料排样、无废料排样、混合排样还是套裁排样，以及是单行、双行还是多行排样方式。排样应遵循的原则是：先冲孔后落料，先里后外；先冲尺寸精度高的部位，后冲尺寸精度低的部位；先冲同轴度、对称度要求高的部分和内部中心孔，并以此导正定位后落料。需要注意的是：在形状与位置精度及尺寸要求较高的冲件，排样时工位数不宜太多，减少累计误差；对于小尺寸且形状复杂的冲件，工位间距离较小时，应设计空工位，以拉开实际冲压工位间距。

毛坯精确计算

毛坯形状和翻边修边线设计的合理与否直接影响到模具和冲压工艺设计的质量。合理设计毛坯形状有助于降低所需冲压力，减少模具磨损，提高模具寿命；能改善冲压成形时材料的应力、应变状态，提高材料成形极限，减少成形缺陷产生，提高冲压件成形质量。准确设计坯料或翻边修边线，能减少工件修边工作，降低模具制造和生产成本。对于形状复杂的工件，难以得到令人满意的毛坯尺寸，随着计算仿真技术的发展，可通过仿真计算提高毛坯精度。

起皱和破裂预测

级进模工件由于结构复杂，以及受工艺参数和润滑条件等因素的影响，容易产生破裂和起皱缺陷，造成零件报废。确定级进模结构前，通过有限元数值仿真得到冲压成形时材料的应力应变状态，厚度变化与成形极限等结果，分析工件成形时各工位起皱及破裂情况以及预测其结果，根据各工位成形情况进行模具结构完善，修改成形工艺参数，如对压边力进行优化，获得合理的压边力值，既可以抑制起皱，也可以防止破裂。

回弹预测和控制

板料成形后的回弹是冲压成形过程中不可避免的现象，级进模因工位多，回弹的预测与控制更为复杂。回弹的存在直接影响工件的成形精度及后续装配。回弹大小受诸多因素影响如材料、模具间隙、弯曲半径、压边力及拉延筋等。为将回弹量控制在允许范围内，通过不断工艺试模和修模来对回弹进行控制，导致模具制造周期长、成本高、工件精度低。级进模设计必须对回弹预测和控制，通过数值仿真技术，能够对板料冲压成形及其回弹进行预测，从而修改级进模相应工位的模具型面，对回弹进行补偿或采取相应对策来控制回弹量，使工件满足精度要求。

研究和应用多工位级进模冲压成形关键技术，对改变当前级进模设计需依靠经验、模具制造周期长、工件精度不高等缺点有很大促进作用，从而提高企业级进模的自主开发能力和市场竞争力。