華南理工大學(xué)機械與汽車工程學(xué)院博士后 馮楊

級進模（Progressive Die）由多個工位組成，在沖壓機的一次行程中，一副模具可以完成沖裁、彎曲、拉深、成形、疊鉚、翻孔及攻螺紋等多種沖壓工序。多工位級進模被公認為是一種精密、高效、高質(zhì)量、長壽命并適合大量生產(chǎn)的高技術(shù)模具，是未來沖模發(fā)展的方向。

隨著我國工業(yè)水平的提高，特別是汽車工業(yè)的快速發(fā)展，多工位級進模的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。圖1為某汽車結(jié)構(gòu)件的多工位級進模生產(chǎn)料帶，工序包括級進模的多種沖壓工序。目前國內(nèi)級進模應(yīng)用水平與國外先進國家相比還有不小差距，國內(nèi)企業(yè)亟需掌握級進模的設(shè)計與制造關(guān)鍵技術(shù)，以提高企業(yè)級進模的自主開發(fā)能力與市場競爭力。

級進模設(shè)計必須對沖壓工藝進行合理分析，確定最佳沖壓工藝方案，計算相關(guān)工藝參數(shù)，合理設(shè)計排樣方案，選定模具結(jié)構(gòu)類型等。多工位級進模沖壓的關(guān)鍵技術(shù)包括排樣工藝設(shè)計、毛坯計算、起皺、破裂預(yù)測及回彈預(yù)測與控制等。

排樣工藝設(shè)計

圖1 級進模生產(chǎn)料帶

排樣是級進模設(shè)計的關(guān)鍵，確定零件工位位置和各工位間相互關(guān)系、定位方式、材料利用率及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。排樣優(yōu)劣對模具結(jié)構(gòu)、壽命、沖壓件質(zhì)量有很大影響。排樣時，首先要根據(jù)工件形狀確定采用有廢料排樣、無廢料排樣、混合排樣還是套裁排樣，以及是單行、雙行還是多行排樣方式。排樣應(yīng)遵循的原則是：先沖孔后落料，先里后外；先沖尺寸精度高的部位，后沖尺寸精度低的部位；先沖同軸度、對稱度要求高的部分和內(nèi)部中心孔，并以此導(dǎo)正定位后落料。需要注意的是：在形狀與位置精度及尺寸要求較高的沖件，排樣時工位數(shù)不宜太多，減少累計誤差；對于小尺寸且形狀復(fù)雜的沖件，工位間距離較小時，應(yīng)設(shè)計空工位，以拉開實際沖壓工位間距。

毛坯精確計算

毛坯形狀和翻邊修邊線設(shè)計的合理與否直接影響到模具和沖壓工藝設(shè)計的質(zhì)量。合理設(shè)計毛坯形狀有助于降低所需沖壓力，減少模具磨損，提高模具壽命；能改善沖壓成形時材料的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)，提高材料成形極限，減少成形缺陷產(chǎn)生，提高沖壓件成形質(zhì)量。準確設(shè)計坯料或翻邊修邊線，能減少工件修邊工作，降低模具制造和生產(chǎn)成本。對于形狀復(fù)雜的工件，難以得到令人滿意的毛坯尺寸，隨著計算仿真技術(shù)的發(fā)展，可通過仿真計算提高毛坯精度。

起皺和破裂預(yù)測

級進模工件由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及受工藝參數(shù)和潤滑條件等因素的影響，容易產(chǎn)生破裂和起皺缺陷，造成零件報廢。確定級進模結(jié)構(gòu)前，通過有限元數(shù)值仿真得到?jīng)_壓成形時材料的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，厚度變化與成形極限等結(jié)果，分析工件成形時各工位起皺及破裂情況以及預(yù)測其結(jié)果，根據(jù)各工位成形情況進行模具結(jié)構(gòu)完善，修改成形工藝參數(shù)，如對壓邊力進行優(yōu)化，獲得合理的壓邊力值，既可以抑制起皺，也可以防止破裂。

回彈預(yù)測和控制

板料成形后的回彈是沖壓成形過程中不可避免的現(xiàn)象，級進模因工位多，回彈的預(yù)測與控制更為復(fù)雜?；貜椀拇嬖谥苯佑绊懝ぜ某尚尉燃昂罄m(xù)裝配?；貜棿笮∈苤T多因素影響如材料、模具間隙、彎曲半徑、壓邊力及拉延筋等。為將回彈量控制在允許范圍內(nèi)，通過不斷工藝試模和修模來對回彈進行控制，導(dǎo)致模具制造周期長、成本高、工件精度低。級進模設(shè)計必須對回彈預(yù)測和控制，通過數(shù)值仿真技術(shù)，能夠?qū)Π辶蠜_壓成形及其回彈進行預(yù)測，從而修改級進模相應(yīng)工位的模具型面，對回彈進行補償或采取相應(yīng)對策來控制回彈量，使工件滿足精度要求。

研究和應(yīng)用多工位級進模沖壓成形關(guān)鍵技術(shù)，對改變當前級進模設(shè)計需依靠經(jīng)驗、模具制造周期長、工件精度不高等缺點有很大促進作用，從而提高企業(yè)級進模的自主開發(fā)能力和市場競爭力。