大型精密復雜級進模具技術綜合研究

撰文/孫天航 丁宇

■116034 大連工業(yè)大學機械工程與自動化學院 遼寧 大連

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大型精密復雜級進模具技術綜合研究

撰文/孫天航 丁宇

■116034 大連工業(yè)大學機械工程與自動化學院 遼寧 大連

在我國工業(yè)生產(chǎn)中，級進模具是一種集高效率、高精度、高壽命等優(yōu)點于一身的重要工藝設備，廣泛的適用于我國沖壓行業(yè)的自動化生產(chǎn)中。級進模本身涉及著沖壓成形理論、沖壓工藝以及模具設計制造等多種關鍵性技術。本文就大型精密復雜級進模具的相關技術進行綜合研究，希望能夠對我國級進模的進一步帶來一定促進作用。關鍵詞：大型精密復雜級模具；技術；綜合研究

在我國的工業(yè)生產(chǎn)中，模具發(fā)揮著不可取代的作用，是我國一切工業(yè)生產(chǎn)項目的基礎。在世界各國中，模具產(chǎn)業(yè)早已脫離了工業(yè)生產(chǎn)的附屬地位，并于上世紀五十年代成為了一個較為重要的獨立工業(yè)體系。我國于上世紀八十年代末開始格外重視模具制造業(yè)的發(fā)展，并將其列為重點支持技術改造的產(chǎn)業(yè)第二位，由此可見模具在我國工業(yè)生產(chǎn)中的重要性。在我國現(xiàn)有的沖壓模具中，多工位級進模屬于其中較為先進的一種，也是我們今天所要研究的對象。

大型精密復雜級進模的關鍵技術問題

在工業(yè)生產(chǎn)中，級進模也被稱之為跳步模，其在具體運行中能夠將要加工的部件分為若干工位，并通過每個工位設置沖壓工序，以此完成相關部件的加工。由于其能夠在一副多工位級進模中完成部件的完整沖壓工作，這就大大提高了企業(yè)生產(chǎn)的相關效率，并可以通過其進行連續(xù)的沖裁、彎曲、拉伸以及換形等工作。隨著我國近年來的相關發(fā)展，多工位級進模具技術已經(jīng)得到了相當程度的完善，但其還存在著一些關鍵性技術的問題，筆者通過分析將其總結成以下幾點［1］。

a沖壓工藝設計環(huán)節(jié)存在問題

隨著我國社會與經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國工業(yè)所需要各類部件對結構與精密程度的要求正逐年提高，這種情況的產(chǎn)生直接導致多工位級進模具技術的沖壓工序的數(shù)量提升。在多工位級進模具技術的具體應用中，其一般需要了解相關產(chǎn)品的具體要求與原料的種類，并以此為基礎進行具體多工位級進模具相關工藝方案、工藝參數(shù)、設計排樣等工作，以此保證相關部件沖壓生產(chǎn)的有序進行。在對需要拉伸、彎曲與翻邊等工序的級進模生產(chǎn)中，相關部門還需要對毛坯展開進行計算，并為其設置專門的工序設計程序，這兩點是我國現(xiàn)階段沖壓工藝設計環(huán)節(jié)存在的主要問題［2］。

b毛坯精確設計環(huán)節(jié)存在問題

在多工位級進模具技術的具體應用中，相關企業(yè)工作人員對毛坯形狀以及翻邊修邊線的相關設計是否合理，直接影響著相關級進模的生產(chǎn)質量。這種情況的產(chǎn)生主要是由于在相關企業(yè)工作人員對毛坯形狀的設計中，合理的設計能夠改善級進模成形過程中材料的流動與應力的應變狀態(tài)，這就使得級進模具生產(chǎn)中材料的成形極限大大提升，最大程度上降低了級進模具生產(chǎn)中成形缺陷的出現(xiàn)，最大程度上提高了沖壓件的成形質量，而對于毛坯形狀的設計還能夠在一定程度上降低級進模生產(chǎn)中所需的沖壓力，這能夠在一定程度上降低相關級進模的磨損。此外，相關企業(yè)工作人員對翻邊修邊線的相關設計，能夠提高相關級進模的尺寸精準度，甚至能夠達成相關級進模零件成形后不需要修邊就能夠滿足尺寸要求，大大提高相關企業(yè)的生產(chǎn)效率。不過由于這種技術還處于研究中，世界各地的研究結果都不盡人意，這就使得其本身還未有投入具體的生產(chǎn)應用，所以我們將其稱為多工位級進模具生產(chǎn)中存在的問題［3］。

c起皺和破裂預測環(huán)節(jié)存在問題

相關企業(yè)在進行較為復雜的級進模零部件沖壓成形過程中，相關生產(chǎn)模具的形狀、工藝參數(shù)、潤滑條件等多種因素都會影響相關產(chǎn)品的具體質量，甚至造成產(chǎn)品破裂、起皺的現(xiàn)象發(fā)生。如果相關企業(yè)沖壓生產(chǎn)的零部件出現(xiàn)起皺、破裂等狀況，這將使相關大量零部件面臨報廢的重任，嚴重影響相關企業(yè)的生產(chǎn)效率與經(jīng)濟效益，因此我們需要格外關注相關問題，并對相關問題采取早發(fā)現(xiàn)早解決的措施。

d回彈預測和控制環(huán)節(jié)存在問題

在多工位級進模具技術的具體應用中，板料成形后的回彈是沖壓后不可避免的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生將使生產(chǎn)得到的相關零部件的尺寸與整體形狀發(fā)生較大的改變，直接影響相關沖壓件的精度以及后續(xù)的裝配工作。在企業(yè)多工位級進模具技術的具體應用中，材料的強度、模具的間隙以及彎曲的半徑等因素都會直接影響相關成形零部件的回彈與變形。為了保證相關零部件生產(chǎn)的可靠性，企業(yè)就必須解決零部件回彈這一嚴重問題，將其的、本身的回彈量控制在一個較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)，以此保證企業(yè)相關工作的有序進行。相關企業(yè)為了保證零部件的回彈范圍，一般利用數(shù)字模擬技術進行相關回彈值的預測，以此控制相關零部件的回彈量，以此滿足相關設備對零部件形狀、尺寸的要求［4］。

大型精密復雜級進模的研究現(xiàn)狀

合理的沖壓成形工藝設計是多工位級進模具技術順利應用的前提，我國相關業(yè)界近年來針對多工位級進模具技術進行了較為細致的研究，較多的專家學者投身于相關技術的研究中，對相關模具生產(chǎn)的沖壓工藝、工藝方案等進行了詳盡的分析與研究，并通過研究結果總結出了相關模具的結構形式、模具關鍵零件等工序的設計要點與制造工藝，以此為基礎，我國近幾年實現(xiàn)了11工位大型多工位精密級進模的設計與制造。由于11工位大型多工位精密級進模替代了多工序單沖模具，我國相關產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率提高了3.5倍之多。此外，我國根據(jù)相關研究理論成果近年來還成功研制出了13位的級進成形工藝方案、16工位的排樣方案、12工位的級進模、13工位級進模等多種有針對性的產(chǎn)品生產(chǎn)模具，推動為了我國模具工業(yè)的大踏步發(fā)展［5］。

雖然我國近年來對于多工位級進模具技術的研究與應用取得了較好的成果，但我國現(xiàn)階段對于尺寸大、精度高以及形狀較為復雜的級進模的研究還較少，筆者將在下文中對于一種13位的級進沖壓技術方案進行合理架構，以此推動我國尺寸大、精度高以及形狀較為復雜的級進模研究，提高我國相關產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

大型精密復雜級進模的沖壓模擬

在上文中我們提到了大型精密復雜級進模具體生產(chǎn)中存在的種種問題，隨著我國計算機技術的飛速發(fā)展，運用計算機進行相關問題的解決已是我國相關業(yè)界所共同關注的問題。在具體應用中，相關企業(yè)人員可以使用計算機進行具體模具沖壓過程中可能存在的問題的解決，例如，零件沖壓過程中出現(xiàn)的工藝設計與優(yōu)化、破裂、起皺預測以及回彈分析等多種磨具沖壓過程中存在的問題。不過由于在企業(yè)的具體零件的沖壓中，其沖壓的過程較多，這也就導致了具體的計算機模擬工作專業(yè)性較強，難度也較大。此外，在世界范圍內(nèi)的計算機數(shù)值相關模擬中，對于毛坯的精準計算、載體變形、相關零部件成形后起皺以及破裂等方面的模擬預測的相關文獻研究較少，這就使得筆者的相關研究工作進行的較為困難［6］。

大型精密復雜級進模技術應用的基本步驟與注意事項

在大型精密復雜級進模的技術應用中，其本身涉及著方方面面的內(nèi)容，但一般遵循著以下基本步驟進行。

a分析所要沖壓零件的特點

在大型精密復雜級進模技術應用之初，相關企業(yè)的技術人員需要對所沖壓的零件的工藝方案進行設計，以此保證沖壓工作的順利完成。在相關工藝方案設計中，一般包括排樣、沖裁、變形程度分配以及工位數(shù)的確定。

b確定沖壓方向及各工序工藝內(nèi)容

在對相關零件的工藝方案設計完成后，相關企業(yè)需要進一步確定該零件的沖壓方向與各工序的工藝內(nèi)容。

①沖壓方向

在大型精密復雜級進模技術應用的沖壓方向選擇中，首先需要保證凸模能夠進入凹模，而在具體的沖壓過程中，相關技術人員需要保證凸模與毛坯存在較大的接觸面，防治壓力過大造成的開裂情況的發(fā)生［7］。

②各工序工藝內(nèi)容

在大型精密復雜級進模技術的運用中，相關企業(yè)需要將具體零件沖壓的工序內(nèi)容進行均分，以此保證各工序負責結構內(nèi)容的簡單，同時還需要將相關沖壓后形成的廢料的排出方式分配到修沖工序中。

c使用CAE軟件對相關零件的成形性進行分析

在上步中驟對相關零件的沖壓方向以及各工序的工藝內(nèi)容進行確定后，相關技術人員就可以開始使用CAE軟件分析該零件的成形一工序的合理性，并以此得到相關零件的毛坯輪廓。在對毛坯輪廓的求導中，相關企業(yè)人員需要確保其最大的精確度，以此保證零件本身的精確度。此外，如果相關零件的沖壓需要進行拉伸，相關企業(yè)人員就必須通過ACE軟件進行相關拉伸工序的模擬，防治相關零件在沖壓后產(chǎn)生的回彈影響其本身的精準度。

d毛坯排樣與確定級進模步距

①毛坯排樣

通過CAE軟件確定相關零件毛坯的具體尺寸后，企業(yè)內(nèi)相關工作人員就需要對毛坯的具體排樣方式進行設計。這里說的毛坯排樣，指的是確定沖壓零件的毛坯輪廓在條料上的截取方位及相鄰毛坯的關系。在具體排樣中，相關人員需要根據(jù)零件強度、廢料處理方式以及材料利用率等多種因素輔助排樣工作的進行［8］。

②確定級進模步距

在毛坯排樣方式確定后，企業(yè)相關人員需要對級進模步距進行確定，以此保證在具體零件沖壓過程中工位間距離的相等。

確定載體形式

所謂載體，是指在進行具體的零件沖壓時，通過相應手段確保胚件的平穩(wěn)運行、準確定位的一種手段。在零件的具體沖壓過程中，載體的強度尤為重要，但在載體形式的確定中，企業(yè)相關工作人員需要參考相關沖壓件的形狀、精度等因素，進行載體形式的選擇。

精確工序排樣設計

在上述一些列工序完成后，企業(yè)相關高級技術人員需要對這一系列工序進行精確排布及優(yōu)化，以此進行具體的零件沖壓工作。在精確工序排樣設計的過程中，相關工作人員需要注意工序排布與結構設計的呼應，以此保證零件沖壓的正常進行。

結論

通過上文中對于大型精密復雜級進模具技術的綜合研究，我們初步了解了其本身的技術特點與基本步驟，希望這些內(nèi)容能對我國相關大型精密復雜級進模具技術的研究者帶來一定的幫助。

參考：

［1］郭鳴驥.多工位級進模模具母體結構優(yōu)化設計關鍵技術研究［D］.華南理工大學，2015.

［2］王行軍.利用精密沖壓級進模具技術提升效率改善質量的研究［D］.上海交通大學，2007.

［3］李鵬飛.汽車鋁合金零件級進模設計方法與動態(tài)仿真的研究［D］.華中科技大學，2009.

［4］宋瑞坤.基于UG的大型注塑模具仿真設計及CAD優(yōu)化分析［D］.青島科技大學，2010.

［5］第十四屆中國國際模具技術和設備展覽會模具水平評述［J］.電加工與模具，2012，05：1-10+20.

［6］第十四屆中國國際模具技術和設備展覽會模具水平評述［J］.模具工業(yè)，2012，12：1-11.

［7］第十五屆中國國際模具技術和設備展覽會模具水平評述［J］.模具工業(yè)，2014，12：1-14.

［8］李德群，張華禹，張孝民，張順福，李中舉，陳德忠.專家談我國模具制造技術的水平及發(fā)展［J］.電加工與模具，2004，S1：11-21.