大型精密复杂级进模具技术综合研究

2016-02-04撰文孙天航丁宇

中国机械 2016年8期

关键词：技术

撰文/孙天航丁宇

■116034 大连工业大学机械工程与自动化学院辽宁大连

大型精密复杂级进模具技术综合研究

撰文/孙天航丁宇

■116034 大连工业大学机械工程与自动化学院辽宁大连

在我国工业生产中，级进模具是一种集高效率、高精度、高寿命等优点于一身的重要工艺设备，广泛的适用于我国冲压行业的自动化生产中。级进模本身涉及着冲压成形理论、冲压工艺以及模具设计制造等多种关键性技术。本文就大型精密复杂级进模具的相关技术进行综合研究，希望能够对我国级进模的进一步带来一定促进作用。关键词：大型精密复杂级模具；技术；综合研究

在我国的工业生产中，模具发挥着不可取代的作用，是我国一切工业生产项目的基础。在世界各国中，模具产业早已脱离了工业生产的附属地位，并于上世纪五十年代成为了一个较为重要的独立工业体系。我国于上世纪八十年代末开始格外重视模具制造业的发展，并将其列为重点支持技术改造的产业第二位，由此可见模具在我国工业生产中的重要性。在我国现有的冲压模具中，多工位级进模属于其中较为先进的一种，也是我们今天所要研究的对象。

大型精密复杂级进模的关键技术问题

在工业生产中，级进模也被称之为跳步模，其在具体运行中能够将要加工的部件分为若干工位，并通过每个工位设置冲压工序，以此完成相关部件的加工。由于其能够在一副多工位级进模中完成部件的完整冲压工作，这就大大提高了企业生产的相关效率，并可以通过其进行连续的冲裁、弯曲、拉伸以及换形等工作。随着我国近年来的相关发展，多工位级进模具技术已经得到了相当程度的完善，但其还存在着一些关键性技术的问题，笔者通过分析将其总结成以下几点［1］。

a冲压工艺设计环节存在问题

随着我国社会与经济的不断发展，我国工业所需要各类部件对结构与精密程度的要求正逐年提高，这种情况的产生直接导致多工位级进模具技术的冲压工序的数量提升。在多工位级进模具技术的具体应用中，其一般需要了解相关产品的具体要求与原料的种类，并以此为基础进行具体多工位级进模具相关工艺方案、工艺参数、设计排样等工作，以此保证相关部件冲压生产的有序进行。在对需要拉伸、弯曲与翻边等工序的级进模生产中，相关部门还需要对毛坯展开进行计算，并为其设置专门的工序设计程序，这两点是我国现阶段冲压工艺设计环节存在的主要问题［2］。

b毛坯精确设计环节存在问题

在多工位级进模具技术的具体应用中，相关企业工作人员对毛坯形状以及翻边修边线的相关设计是否合理，直接影响着相关级进模的生产质量。这种情况的产生主要是由于在相关企业工作人员对毛坯形状的设计中，合理的设计能够改善级进模成形过程中材料的流动与应力的应变状态，这就使得级进模具生产中材料的成形极限大大提升，最大程度上降低了级进模具生产中成形缺陷的出现，最大程度上提高了冲压件的成形质量，而对于毛坯形状的设计还能够在一定程度上降低级进模生产中所需的冲压力，这能够在一定程度上降低相关级进模的磨损。此外，相关企业工作人员对翻边修边线的相关设计，能够提高相关级进模的尺寸精准度，甚至能够达成相关级进模零件成形后不需要修边就能够满足尺寸要求，大大提高相关企业的生产效率。不过由于这种技术还处于研究中，世界各地的研究结果都不尽人意，这就使得其本身还未有投入具体的生产应用，所以我们将其称为多工位级进模具生产中存在的问题［3］。

c起皱和破裂预测环节存在问题

相关企业在进行较为复杂的级进模零部件冲压成形过程中，相关生产模具的形状、工艺参数、润滑条件等多种因素都会影响相关产品的具体质量，甚至造成产品破裂、起皱的现象发生。如果相关企业冲压生产的零部件出现起皱、破裂等状况，这将使相关大量零部件面临报废的重任，严重影响相关企业的生产效率与经济效益，因此我们需要格外关注相关问题，并对相关问题采取早发现早解决的措施。

d回弹预测和控制环节存在问题

在多工位级进模具技术的具体应用中，板料成形后的回弹是冲压后不可避免的现象，这种现象的产生将使生产得到的相关零部件的尺寸与整体形状发生较大的改变，直接影响相关冲压件的精度以及后续的装配工作。在企业多工位级进模具技术的具体应用中，材料的强度、模具的间隙以及弯曲的半径等因素都会直接影响相关成形零部件的回弹与变形。为了保证相关零部件生产的可靠性，企业就必须解决零部件回弹这一严重问题，将其的、本身的回弹量控制在一个较为稳定的范围内，以此保证企业相关工作的有序进行。相关企业为了保证零部件的回弹范围，一般利用数字模拟技术进行相关回弹值的预测，以此控制相关零部件的回弹量，以此满足相关设备对零部件形状、尺寸的要求［4］。

大型精密复杂级进模的研究现状

合理的冲压成形工艺设计是多工位级进模具技术顺利应用的前提，我国相关业界近年来针对多工位级进模具技术进行了较为细致的研究，较多的专家学者投身于相关技术的研究中，对相关模具生产的冲压工艺、工艺方案等进行了详尽的分析与研究，并通过研究结果总结出了相关模具的结构形式、模具关键零件等工序的设计要点与制造工艺，以此为基础，我国近几年实现了11工位大型多工位精密级进模的设计与制造。由于11工位大型多工位精密级进模替代了多工序单冲模具，我国相关产业的生产效率提高了3.5倍之多。此外，我国根据相关研究理论成果近年来还成功研制出了13位的级进成形工艺方案、16工位的排样方案、12工位的级进模、13工位级进模等多种有针对性的产品生产模具，推动为了我国模具工业的大踏步发展［5］。

虽然我国近年来对于多工位级进模具技术的研究与应用取得了较好的成果，但我国现阶段对于尺寸大、精度高以及形状较为复杂的级进模的研究还较少，笔者将在下文中对于一种13位的级进冲压技术方案进行合理架构，以此推动我国尺寸大、精度高以及形状较为复杂的级进模研究，提高我国相关产品的生产效率。

大型精密复杂级进模的冲压模拟

在上文中我们提到了大型精密复杂级进模具体生产中存在的种种问题，随着我国计算机技术的飞速发展，运用计算机进行相关问题的解决已是我国相关业界所共同关注的问题。在具体应用中，相关企业人员可以使用计算机进行具体模具冲压过程中可能存在的问题的解决，例如，零件冲压过程中出现的工艺设计与优化、破裂、起皱预测以及回弹分析等多种磨具冲压过程中存在的问题。不过由于在企业的具体零件的冲压中，其冲压的过程较多，这也就导致了具体的计算机模拟工作专业性较强，难度也较大。此外，在世界范围内的计算机数值相关模拟中，对于毛坯的精准计算、载体变形、相关零部件成形后起皱以及破裂等方面的模拟预测的相关文献研究较少，这就使得笔者的相关研究工作进行的较为困难［6］。

大型精密复杂级进模技术应用的基本步骤与注意事项

在大型精密复杂级进模的技术应用中，其本身涉及着方方面面的内容，但一般遵循着以下基本步骤进行。

a分析所要冲压零件的特点

在大型精密复杂级进模技术应用之初，相关企业的技术人员需要对所冲压的零件的工艺方案进行设计，以此保证冲压工作的顺利完成。在相关工艺方案设计中，一般包括排样、冲裁、变形程度分配以及工位数的确定。

b确定冲压方向及各工序工艺内容

在对相关零件的工艺方案设计完成后，相关企业需要进一步确定该零件的冲压方向与各工序的工艺内容。

①冲压方向

在大型精密复杂级进模技术应用的冲压方向选择中，首先需要保证凸模能够进入凹模，而在具体的冲压过程中，相关技术人员需要保证凸模与毛坯存在较大的接触面，防治压力过大造成的开裂情况的发生［7］。

②各工序工艺内容

在大型精密复杂级进模技术的运用中，相关企业需要将具体零件冲压的工序内容进行均分，以此保证各工序负责结构内容的简单，同时还需要将相关冲压后形成的废料的排出方式分配到修冲工序中。

c使用CAE软件对相关零件的成形性进行分析

在上步中骤对相关零件的冲压方向以及各工序的工艺内容进行确定后，相关技术人员就可以开始使用CAE软件分析该零件的成形一工序的合理性，并以此得到相关零件的毛坯轮廓。在对毛坯轮廓的求导中，相关企业人员需要确保其最大的精确度，以此保证零件本身的精确度。此外，如果相关零件的冲压需要进行拉伸，相关企业人员就必须通过ACE软件进行相关拉伸工序的模拟，防治相关零件在冲压后产生的回弹影响其本身的精准度。

d毛坯排样与确定级进模步距

①毛坯排样

通过CAE软件确定相关零件毛坯的具体尺寸后，企业内相关工作人员就需要对毛坯的具体排样方式进行设计。这里说的毛坯排样，指的是确定冲压零件的毛坯轮廓在条料上的截取方位及相邻毛坯的关系。在具体排样中，相关人员需要根据零件强度、废料处理方式以及材料利用率等多种因素辅助排样工作的进行［8］。

②确定级进模步距

在毛坯排样方式确定后，企业相关人员需要对级进模步距进行确定，以此保证在具体零件冲压过程中工位间距离的相等。