第5章 级进模设计的专业准备知识
一种冲模，它被称作级进模啦，也叫连续模或者跳步模哟。它的情况是这样的呢，如果一台压力机，只进行一次行程，那么这个时候呀，它能够在模具的几个不一样的位置上头啦，依次同时完成好多道冲压工序呢。整个制件要成型可不简单呀，它得是有个级进的过程，然后逐步去完成才行呢。它还挺厉害的哟，能让切边、切口、切槽、冲孔、塑性成型、落料啥的等等多种工序呀，都在同一副模具上给完成掉呢。级进模这种东西，还能够分分类哦，可以分成普通级进模和多工位精密级进模呢。
当运用级进模进行冲压操作时，冲裁件呈现出在几个不一样的位置上，逐步达成成型状态，所以若要精准把控冲裁件上面孔与外形之间的相对位置精度，那就一定要严谨精细地控制送料步距。基于此缘由，级进模具备两种基本的结构类型，分别是借助导正销来确定距离的级进模，以及运用侧刃来确定距离的级进模。
图9-28 【冲裁组件设计】对话框
5.1 级进模的适用特点
级进模的特点和适用情况如下。
形状异常复杂的零件，冲制后不便再单独重新定位，对于这类零件，采用多工位级进模在一副模具内连续完成事宜最为理想，像椭圆形零件，小型零件，超小型零件所述的情况 。又如椭圆形零件，小型零件，超小型零件，它们在形状方面异常复杂，冲制后不便于再单独重新定位这类零件，采用多工位级进模在一副模具内连续完成是最为理想的。
（2）那些形状特别特殊的零件，当运用简易冲模或者复合模没办法去设计模具，也没办法制造模具的情形下，采用级进模竟然能够解决问题 。
同一产品上存在两个冲压零件，这两个冲压零件的某些尺寸之间存在相互关联，甚至存在一定的配合关系，在材质、料厚完全相同之际，倘若使用两套模具分别进行冲制，这样做不仅白白浪费原材料，而且还无法保证配合精度，要是把两个零件合并在一副多工位级进模上同时进行冲裁，如此一来可极大提高材料利用率，并且能够很好地保证零件的配合精度。
所以，级进模造价高昂，而且制造周期漫长了，在投入使用期间，需要被加工的零件产量以及批量足够大，这样才能够比较稳定且持久地进行生产，进而实现高速连续性作业。与此同时，要是制件体积过大，而且其工位数较多时，模具必定会比较大，这个时候务必要考虑到模具与压力机工作台的匹配性。
5.2 成型工艺设计
在了进行成型工艺设计时，首先得需要去予以考虑的是，被加工的那个零件总共是划分成为了几个加工工序，各个工序的加工涵盖什么内容，工序之间的优化组合状况是怎样的，以及究竟应该怎么样对工序组去开展排序工作 。
1.连续冲裁工序排样的基本原则
各工序先后顺序依复杂程度来定，一般是以有利于下道工序开展为准，以此保证制件精度要求以及零件几何形状正确，冲孔落料件，要先进行冲孔，然后逐步完成外形冲裁，尺寸和形状要求高的轮廓应安排在较靠后的工位上去冲切。
在这种情况下，也就是当孔到边缘的距离相对较小的时候，与此同时孔的精度处于较高水平时，在进行冲外轮廓操作过程当中呢，孔就有可能会出现变形的状况，此时完全可以把孔旁边的外缘先于内孔进行冲出 。
尽量避免采用形状复杂的凸模，避免形状存在尖的凸角、窄槽以及细腰等薄弱环节。复杂的型孔形状，应分解成若干个简单的孔形，分成几步来进行冲裁，从而让模具型孔易于制成。复杂制件的外形呢，可以借由多次局部冲裁，最终达成制件的外形要求。
（4）对于那些有着颇为严格要求的局部，其内部、外形以及位置精度要求处于高水准的部位，应当尽可能地将它们集中起来，放置在同一个工位上去进行冲出操作，以此来避免步距误差对精度造成影响。要是确实在一个工位完成这部分冲制存在困难，需要将其分解成两个工位，那么最好是把它们放置在两个相邻的工位，进行连续冲制 。
对于一些在普通低速冲床上冲压的多工位级进模，为使模具简单、实用，亦或用以缩小模具体积 ，又或是因条件所限 ，甚至只能用侧刃做定距 。为减少步距的累积误差 ，只要模具能保证零件精度 ，且模具本身有足够强度 ，凡是能合并的工位 ，就不要轻易分解、增加工位 。尤其对于那些形状不易分解的零件 ，更不要轻率地增加工位 ，。
（6）对于分段型切除余料排样里的那一块块条料，由于冲切加工后，其强度会渐渐变弱，所以在安排各个工位的加工内容之际，必须得考虑条料宽度方向的导向哦。
（7）需确保条料载体跟零件相连接的地方具备充足的强度以及刚度，当冲压件上面存在大小不同的孔或者窄筋这样子的情况的时候，应该先去冲比较小的孔（短边方向的），之后再冲比较大的孔（长边方向的）。
（8）凹模之上，冲切轮廓相互之间的距离，不应该小于凹模的最小允许壁厚，一般的取值是2.5t（t属于共建材料厚度），不过，最小的数值要大于2毫米。
（9）对于轮廓周边、较大的冲切工艺，要尽量安排在中间工位，目的是使压力中心，与模具几何中心重合。
2.弯曲工序排样的基本原则
（1）针对冲裁弯曲类零件，第一步要是先冲孔，紧接着得切除弯曲部位周边的废料来进行弯曲，之后还得切除了其余的废料哦。
（2）当接近弯边的孔存有精度方面的要求之时，应当在弯曲之后再进行冲孔操作，以此来避免孔出现变形的情况 。
（3）为防止弯曲之际载体出现变形以及侧向滑动的情况，对于小件而言，可将两件组合成为对称件进行弯曲操作，之后再把它们剖分开来。
对于属于复杂弯曲的零件而言，为了方便模具制造并且确保弯曲角度符合标准。应将其分解成简单弯曲工序的组合，通过逐次弯曲得以形成。并且不能强行一次弯曲成型。同时要尽力运用简单的模具结构来塑造弯曲件的形状。对于精度要求较高的弯曲件，应当依靠整形工序来保障零件质量。
平板毛坯弯曲后成为空间立体形状，毛坯平面要离开凹模面有一定高度，这样工序件在进一步向前送进时才不会被凹模挡住，这个高度称作送进线高度，送进线高度应当尽量小。
（6）当某一个零件存在两个弯曲部分，且这两个弯曲部分有着尺寸精度方面的要求时，那么弯曲部分理应在同一个工作位置一次性完成成型操作。如此一来，不但确保了尺寸精度，而且还能够精准地维持成批零件在加工完成之后的一致性呀。
零件弯曲线要与材料碾压纹向保持垂直，应予以保证，要是零件在互相垂直的方向进行弯曲，或者在几个方向都要弯曲，弯曲线就得与条料纹向形成30°到60°的角度。
（8）能以冲床行程方向来当作弯曲方向的话就尽可能这样做，要是打算搞和行程方向不一样的弯曲加工，那就可以采用斜碶滑块机构，对于闭口型弯曲件而言，还能够采用斜口凸模弯曲 。
3.拉深工序排样的基本原则
对于存在拉深，同时还有弯曲以及其他工序的制件，要先开展拉深，之后再安排别的工序。这是因为在拉深过程中肯定会有材料出现流动，要是先安排其他工序，在拉深的时候会让已经定型的部位产生变形。
对于多次拉深的多工位级进模，因连续冲压，拉深工序安排，拉深系数选取，应以安全稳定为原则。
（3）为了让连续拉深模于试模进程里，能够对拉深次数以及各次拉深系数的分配予以调整，应当适度安排几个空位工位，将其用作预备工位。
当拉深件底部带有较大孔的时候，能够在进行拉深之前，先去冲制较小的预备孔，以此来改善材料具备的拉深性，在拉深完成之后，再把孔冲制成要求的尺寸。
拉深时，筒形件高度会逐步递增，致使各工序件高度出现差异，进而引发载体变形，对拉伸件质量造成影响。针对这种情况，能够在每次拉深之后设置一个空位工位，以此减小带料的倾斜角度，从而改善拉深件质量。
4.含局部成型工序排样的基本原则
在由局部进行成型操作时，能够依据具体的情形状况，把它穿插着安排放置于各个工位上去开展施行，在确保保证产品质量的前提条件之下，具备有利于减少工位数目的作用效果。
局部成型会致使条料出现收缩的情况，进而让周围的孔发生变形，所以不应将其安排在调料边缘区域，或者安排在工序件外形的地方，局部成型区周围的孔应当在成型之后再进行冲压。
第一，轮廓旁的鼓包得先行成型，目的在于防止轮廓出现变形情况。第二，要是鼓包中心线位置存在孔，那么在冲压鼓包之前，要先于孔的对应部位冲出直径相对较小的孔，这是为了方便材料从中心朝着外部流动。第三，等鼓包压制完成之后，再把孔冲裁到规定尺寸 。
镦形之前，要把它周边的余料适度切除，之后，在镦形完成以后，再安排一次精确冲切，这回冲切的是余料。
5.3 毛坯排样
级进模的步距，是用来确定条料在模具里每送进一回，所必须向前挪动的固定距离，毛坯排样就是确定这个步距，步距的精度会直接对冲件的精度产生影响，设计级进模的时候，要合理地把步距的基本尺寸和步距精度确定下来，步距的基本尺寸在模具里是说位于相邻的两个工位之间的距离，级进模任意相邻的两个工位之间的距离都得是一样的，对于单排列的排样来说，步距基本尺寸相当于冲压件的外形轮廓尺寸与两个冲压件之间搭边宽度的总和，它的步距基本尺寸S具体这样表示：
S=L+M
式中：
L——冲压件外形轮廓尺寸；
M——搭边宽度。
不过，冲压件展开的外形，于沿送料方向之处，每个冲压件的外轮廓排列，时常相互交错 。
对于双排或多排排样，可分为以下两种情况：
（1）存在一种情况，这种情况是沿着送料的方向于同一轴线上开展双排或者多排排样，那么步距的基本尺寸是：
S=L+l+2M
式中：
制件存在沿送料方向的情况哪有，存在一倾斜夹角的方位，在这样特有时那个局部外形轮廓尺寸得以存在 。
（2）还有一种情形是，存在与送料方向保持平行的多排排样，在这种状况下，能够参照与之对应的单排排样的情况，来对步距的基本尺寸予以考虑并确定。
多工位级进模，在沿送料方向，其冲裁搭边宽度，一般能够参照冷冲模搭边值来选取。然而，因为在分段切除余料的进程当中，是要把这个搭边依照余料冲切去除的，所以在选取最小切除余料宽度之际，要确保凸模拥有必要的强度，不然在连续作业的情形之下，是十分危险的。
走刀间距的精确程度会直接对冲压成型零件的精准度产生影响，走刀间距的精准度越高，冲压成型零件的精准度也就越高，然而模具制作的难度也就越大，所以走刀间距精准度的判定必须依据冲压加工零部件的实际情形来确定。
步距精度受诸多因素影响，这些因素经归纳主要涵盖：冲压件的精度等级这一因素，形状复杂程度这一因素，冲压件材质以及厚度这一因素，模具的工位数这一因素，冲制时条料的送进方式这一因素，还有定距形式这一因素等 。
5.4 废料的设计
材料在连续模冲压时，有条料内连接工序件并运载其稳定前行的部分，这部分材料被称作废料。在排样进程里，废料的设计相当关键，它不但决定了材料的利用比率，还关联着制件的精准度以及冲制的效果，更直接对模具结构的复杂程度以及制造的难易程度产生影响。废料跟一般冲裁时条料的搭边不太一样，搭边的功能主要是补偿定位方面的误差，满足冲压工艺的基本需求，确保冲出 qualify 的制件，还能让条料具备一定的刚度，方便送进。条料载体得具备充足的强度，它得能够运载从条料上冲出来的零件，而且它还得能够平稳地送进到后续的工位 。
不能忽视废料的超强强度，倘若废料出现变形，那么整个条料的送进高精度就再也没有办法能得以确保，严重时会致使调料没方法能够送进模具进而造成事件。所以基于对废料强度有效保证的角度出发，废料方面的宽度必须极其远远大于搭边宽度才行，唯有如此才算稳妥得当，但需要注意条料废料强度不断的增强，绝没办法仅仅依靠单纯增加废料宽带来试图得以确保成功 特别需要关键认清切实合理地进行选择废料形式显得尤为极端重之又重中之重要紧要，因为加工件所处形状以及工序所提出的要求不尽的不同而各有差异，所以该废体的形式是完全不一样的，废料形式主要存在有双侧载体、单侧载体、中间载体这三种类型 。
1.双侧载体
条状材料两侧设计有废料，此为双侧载体，被加工的零件连接于两侧废料中间。双侧载体是理想载体，能让工件到最后一个工位前，条料两侧依旧保留完整外形，这于送进、定位以及导正都极为有利。采用双侧载体送进相当平稳可靠，不过材料利用率却是较低的。再者，双侧载体可划分成等宽双侧载体还有不等宽双侧载体。
一般而言，等宽双侧载体应用于送进步距精度高的状况下，条料偏薄，且精度要求较高的冲裁件多工位级进模，或者精度较高的冲裁弯曲多工位级进模。于废料两侧的对称位置，能够冲出导正销孔，在模具的相应位置设置导正销，以此提高定位精度。
设有不等宽双侧载体，其中宽的一侧会变为主废料，窄的一侧则称作副废料。通常会在主废料上面设计导正销孔。此情形下，条料会顺着主废料一侧的导料板向前行进。在冲压进程里，要在中途把副废料冲切去掉，用以开展侧向冲压加工或者其他加工。一般而言，于冲切副废料之前，需将主要冲裁工序全部完成，以此来保证冲制精度。
2.单侧载体
在条料的一侧设计废料，以此来实现对工序件的运载，这种载体被称作单侧载体。导正销孔大多放置在单侧载体上，然而其送进步距精度比不上双侧高。有时候，可以再借助一个零件自身的孔同时实施导正，目的是提高送进步距精度，防止在冲制期间废料出现微小变形，进而影响步距精度。和双侧载体相比较而言。单侧载体应当选取更大的宽度。在冲切进程中，单侧载体容易产生横向弯曲，而且无废料一侧的导向颇为困难。
在冲压件领域，单侧载体普遍用于条料厚度大于0.5毫米的情况 ，尤其是针对零件一端或者几个方向带有弯曲这一情况 ，要是往往仅能让条料一侧具备完整外形的场合 ，大多会采用单侧载体 。
为了增强废料强度，在冲裁细长零件时，不过分增加废料宽度，仍设计成单侧载体，在每两个冲压件之间适当位置，用一小部分连接起来，以增强调料强度，称为桥接式载体，其中连接两工序间的部分叫桥，采用桥接式载体时，冲压到一定工位或者最后，再将桥接部分冲切掉，还能根据零件特点，设计为全桥接式载体，但必须在不影响零件要求的情形下才可使用。
3.中间载体
废料设计于条料中间的，被称作是中间载体，它通常适用于对称零件，特别是那种两外侧存在弯曲情况的对称零件，它不但可以节省大量原材料，而且利于抵消由于两侧进行压弯时而产生的侧向力；对于部分不对称的单向弯曲零件，同样能够采用中间载体，把被加工的零件对称于中间载体排列在两侧，进而将不对称零件转变为对称性排列，如此一来，既提高了生产效率，又提高了材料的利用率，还抵消了弯曲时所产生的侧向力。
5.5 条料的排样
在连续模设计当中，需确定因那种从毛坯板料到产品零件的转化进程，也就是要明确级进模各个工位所应开展的加工工序的具体内容，并且要在条料之上对各个工序予以布排，这样的一个设计进程便是条料排样，条料排样的关键内容是在冲切刃口外形设计的前提条件下，把各个工序内容进行优化组合进而形成一系列工序组，还要对工序组进行排序，去确定工位数以及每一个工位的加工工序，确定载体的形式以及毛坯的定位方式，设计导正孔的直径以及导正销的数量，绘制工序排样图 。
条料排样图的设计，是多工位级进模设计的重要依据，是决定级进模优劣的主要因素之一，其设计好坏直接影响模具设计质量。条料排样图确定后，零件的冲制顺序、模具的工位数以及各工位内容、材料利用率、模具步距的基本尺寸和定距方式、条料载体形式、条料宽度、模具结构、导料方式等都得以确定。排样图设计错误会致使制造出的模具不能冲制零件。所以，于设计条料排样图之际，务必要仔细剖析，全面考量，展开合理搭配与排列，想出诸多方案，予以对比、 归纳从而确定最优方案。
在条料排样设计分析时要考虑到以下原则：
（1）要保证产品零件的精度和使用要求及后续工序的冲制需要。
（2）工序应尽量分散，以提高模具寿命，简化模具结构。
（3）需考量生产能力跟生产批量的匹配情况，要是生产能力比生产批量低，那么就尽力采用双排或者多排方法，以此在模具方面提升效率，与此同时还要尽可能让模具制造简便，并且模具使用寿命长久。
高速冲压的级进模，使用自动送料机构送料时，借助导正销来精确定距。为确保条料送进步距精度之举下，第一工位用于安排冲导正孔，第二工位设置导正销，在后续各工位里，优先于易窜动的工位去设置导正销 。
要抓住冲压零件的主要特点呀，认真去剖析冲压零件形状呢，仔细考虑好各工位之间的关系哟，以此确保能够顺利冲压呀，对于形状复杂且精度要求特殊的零件呀，要采取必要的措施来保证呢。
在材料利用提升方面，要尽可能地达到效率上乘，令废料处于下限程度。针对同一零件，采用多行排布方法或者双行穿插排列式样，以此抬高材料利用效率。除此之外，在条件准许的情形下，合并形状各异的零件于一副模具中实施冲裁操作，这对材料利用率升高更具有积极作用。
留出适当的空位工位，以此来确保模具拥有足够的强度，还要防止凸模安装时彼此产生干涉，并且在试模调整工序时也能方便使用标点符号。
（8）务必要留意各种致使条料送进出现阻碍的潜在可能性，保证条料于送进进程当中顺畅无阻碍。
（9）冲压件的毛刺方向：当零件对毛刺方向提出要求过后，应当对保证冲出的零件毛刺方向保持一致；针对带有弯曲加工的冲压零件，要让毛刺面留在弯曲件内侧；于分段切除余料之际，不被允许存在一个冲压件的周边毛刺方向不一致的情况。
要关注冲压力的平衡，妥善安排各工序，以便确保整个冲压加工的压力中心跟模具中心保持一致。
最适宜以成卷的带料供料的是（11）级进模，其目的在于保证能够进行连续的冲压，接着是自动的冲压，然后还要高速冲压，并且被加工材料的力学性能必须充分满足冲压工艺的要求 。
（12）待加工的工件以及产生的废料，都应当确保能够顺利地被排出，倘若废料呈现出连续的状态，那么就需要增添切断这一工序。
十四，排样的方案，需要考虑模具加工所涉及的设备以及条件，还要考虑模具与冲床工作台之间的匹配性 。
5.6 工艺力的计算
冲压过程中，致使板料产生变形，在模具运动方向需要去施加的那种力，被叫做冲压变形力，也就是冲压力。它属于冲压工艺设计里的一个重要参数，还是选择设备以及设计模具的重要依据。
1.冲压力与模具结构的关系
在依据冲压力去选择设备吨位之际，对于冲压力的计算以及确定，还得将模具的结构类型纳入考量范围。
单工序模
冲压力即为完成该道工序的工艺变形力。
级进模
冲压力是要把各道工序的工艺变形力进行叠加，这里面包含右废料切刀时的废料切断力，是去将这些力相叠加 。
复合模
可不是简简单单地进行叠加，而是要依据具体的复合情形分别去处理才行。举例来说：那种在冲压行程期间，同时开展冲孔以及落料操作的复合模，其冲压力是冲孔力跟落料力相互叠加而成的。然而在落料拉深复合状态下的模具，就不可以把落料力跟拉深力叠加到一块儿。这是由于在运用这类模具进行冲压行程时，落料跟拉深并非是同步进行的，落料是在前面进行，拉深则是在后面才开展。
2.压力中心及计算方法
冲压力合力所具备的作用点，它被称作是模具的压力中心。为了能够让设备以及模具不遭受偏心载荷，就应当将压力中心设计在模柄轴线的位置之上。要是压力中心本就不在模柄轴线上，那么设备的滑块便会承受偏心载荷，进而致使滑块、导轨以及模具出现不正常磨损的情况，降低设备的使用寿命、模具寿命甚至损坏模具。
求模具的压力中心，就等同于去求凹模工作刃口作用力合力的作用点。采取空间平行力系得合力作用线的求解办法，也就是依据诸分力对某轴力矩之和等同于其合力对同轴力矩的力学原理，凭借这个原理能够把压力中心给求出来。又因为冲压力和工作刃口的周长或者直径是成正比例关系的，所以对于简单几何形状的刃口，像圆形、三角形以及方形这类的，它的合力中心就是圆心或者型芯，轻轻松松就能确定。而对于形状比较复杂的情形，压力中心的计算以及确定存在计算法（也被叫做解析法）与作图法这两种方式。
在实际的生产当中，有可能出现冲模压力中心于加工进程里产生变化的情形，或者是因为零件的形状特别，从模具结构方面去考量不适宜让压力中心与模柄中心线相互重合的情形，在这个时候应当留意让压力中心的偏离不会超出所选用压力机所许可范围。
5.7 本章小结
本章着重介绍级进模具设计范畴中，专业性的基础知识点，其主要涵盖的内容有，成型工艺的设计工作，毛坯的排样情况，废料部分的设计事宜，条料的排样方式，还有工艺力进行的计算问题。经由对本章的学习过程，读者会知晓，并且进而熟悉级进模具设计所具备的特点，同时掌握各类专业性的原理知识。
