多工位精密级进模可在1副模具中完成包括冲裁、弯曲、成形及拉伸等多种冲压工序。设计好1副既要满足零件质量要求，又要满足零件生产数量的级进模，首先要解决好零件的工序排样问题。可以说，排样设计，是多工位精密级进模设计的关键，排样的优劣对模具的结构、寿命、冲压件的质量都有很大的影响。多工位精密级进模的排样问题，笔者经多年的实践，总结了如下的基本方法和解决排样质量问题的对策。
1 多工位精密级进模排样的基本方法
在排样设计中，首先要考虑零件冲压工序基本要素的分解，即将零件进行工艺解剖，如冲孔、裁切、弯曲、成形、拉伸等。并根据零件的成形特点，研究主要成形工艺与加工要素相互结合的关系，确定出级进成形的主要轮廓，然后进行工序排样的设计。排样的原则是先冲孔和冲外形，然后进行弯曲和其它成形，最后是制件与带料的分离。这种分阶段级进成形，使制件在带料上的每一工位，动态地完成每一简单工序。各个工位在带料上的布置是排样图的关键。排样图中每一工位的成形，是将同一种性质的工序全部完成(工序集中)，还是进一步细化到某一局部(工序分解)，这就要根据零件的复杂程度、成形要求，动作实现的难易程度，以及成形过程中可能出现的成形障碍来全面分析、协调地进行工位设计。在大的原则确定之后，就要进行排样图的绘制。图1所示为一零件的工序分解和排样图。
图1 零件的工序分解和排样图
排样图的设计步骤：
(1)从冲压零件的平面展开图开始。将预先已经考虑好的初步方案从右至左布置，孔和轮廓的裁切、局部的弯曲成形、最终分离等。一开始，可只从完成零件的成形为目的，在后续的工作中，再根据具体的成形要求和材料的变形特征、结构的强度进行修正。冲裁外形的轮廓尽可能避免采用复杂形状的凸模，可以采用增加工位数为代价简化凸模几何形状的设计。
(2)要考虑必要的空工位来增加模具的强度。在级进拉伸的首次拉伸后，应考虑一必要的备用工位，以便试模发现问题后，有增加拉伸工位的余地。
(3)决定工序件的携带方法。工序件的携带方法有两种：一是工序件落料后压回带料，这种方法主要针对料厚>0.5mm，且后工位数不太多的场合。它是在落料工位上加反向压力，使工序件落料后重新压入带料，并用带料作为载体传递到下一工位成形。二是预先考虑一种传递制件的载体，利用裁切废料的方法使制件和载体通过必要的搭口连接在一起，裁切废料的目的是使零件成形部位和带料分离。零件的成形是在载体传递过程中进行，零件成形结束后，利用最后的工位，从载体上分离制件。载体的形状可以根据制件的要求来选择——单载体、双载体、加强载体等。
(4)考虑是否要侧刃切边。一般来讲，薄料采用导正销来定位，可以不切边。厚料或重料，为避免导正销折断，需要采用侧刃切边，以实现初始定位。
(5)合理安排导正销。材料的导正一般都采用导正销伸入工件上的圆孔或其它形状的孔来完成。导正孔可以是工件上的结构孔或工艺孔，导正销在它工作直径的部分导入孔中后，才允许刃口实现冲裁。导正销工作直径部分未进入孔之前，材料未被压紧，以便导正销导入带料时调整带料的位置。导正工位一般从第二工位就可以设置，被导正的工位数不应少于整个工位数的一半。
(6)要考虑一次冲压完成的工件数。
2 冲裁工序的排样
(1)当一冲裁件在进行多工位级进冲压时，若孔到边缘的距离比较小，而孔的精度又比较高时，排样应考虑先冲外形，再在导正销导正的情况下冲孔，以避免先冲孔，后落料时，造成孔的变形，达不到孔的精度要求(图2)。
图2 零件的排样
(2)当所冲的孔与孔之间或孔与外形之间有形位公差要求时，一般应考虑在同一工位中成形(图2)。对一些细长孔，可采用增加工位数，分次裁切出细长孔，这样有利于排除废料和增加凸模强度。
(3)若采用对带料边缘的裁切工艺，由于凸模断面的几何形状比较简单，且废料没有被型孔完全包容，此时，可能造成随着模具的开启，废料将随凸模带出型孔。废料的回升将会对正常的冲压造成障碍。因此在设计型孔形状时，可考虑在周边有意做一些小的凸起和凹陷(图3 A处)，防止废料的窜动。
图3 凹模中的凹陷
3 弯曲工序的排样
(1)多角弯曲件的弯曲。当其中某个尺寸精度要求较高时，此处应先考虑预弯到一过渡形状，再弯到尺寸要求。在弯曲制件时，为了防止弯曲过程带料的窜动，在模具结构设计时要考虑模具在弯曲制件时，对材料的夹紧(图4)。
图3 凹模中的凹陷
3 弯曲工序的排样
(1)多角弯曲件的弯曲。当其中某个尺寸精度要求较高时，此处应先考虑预弯到一过渡形状，再弯到尺寸要求。在弯曲制件时，为了防止弯曲过程带料的窜动，在模具结构设计时要考虑模具在弯曲制件时，对材料的夹紧(图4)。
图5 弯曲受力平衡的排样
(3)许多接插件，在级进成形过程中，排样大都采用单侧载体。在切除废料时，废料有向上窜的倾向，如何阻碍废料随凸模回程向上窜的倾向，是模具结构设计时应考虑的主要问题。采用的方法有弹簧顶出和压缩空气来实现废料的排除。
4 多工位级进拉伸成形的排样方法及出现问题的对策
(1)对一些拉伸件，成形面上有要求较高的孔位尺寸和外形尺寸时，如果将这些成形精度高的尺寸首先成形，在后续成形过程中这些尺寸将产生变化，即尺寸的稳定性较差，不能满足质量要求。这类零件应先完成浅拉伸，然后才进行冲裁工序(图6)。这样才能保证外形尺寸和孔位尺寸的要求，采用这一种方法还可以减少送料步距，提高材料的利用率。
图6 保证孔的形位公差要求的排样图
图7 用空工位解决带料倾斜情况
(2)像一些罩类零件，孔的直径比较小，而拉伸高度又比较高，这类零件在级进拉伸时一般要采用几个工位来拉伸成形。在首次拉伸后，一般要安排一个空工位，然后是后续拉伸工位。在后续成形时，由于不同的成形高度将造成载体的送料面与模具的表面不平行。即拉伸件的轴心线和模具表面将产生一定的斜角，这对后续拉伸时制件的质量是有影响的。为保证制件的质量，就要使倾斜的角度减小到最小，除了在结构上可采用一定的措施外，在排样时可在每一次拉伸的前面都设置一空工位，以空工位来增加带料的工作长度为代价减小带料的倾斜角度。这种方法是解决多工位级进拉伸时拉伸件轴线与送料面不垂直的有效方法之一(参见图7)。
作者单位：成红（成都电子机械高等专科学校 四川成都 610031）李学锋（成都航空职业技术学院）
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