模块6 多工位级进模设计

　　多工位级进模是在普通级进模的基础上发展起来的一种高精度、高效率、长寿命的模具，是技术密集型模具的重要代表，是冲模发展方向之一。这种模具除进行冲孔落料工作外，还可根据零件结构的特点和成形性质，完成压筋、冲窝、弯曲、拉深等成形工序，甚至还可以在模具中完成装配工序。冲压时，将带料或条料由模具入口端送进后，在严格控制步距精度的条件下，按照成形工艺安排的顺序，通过各工位的连续冲压，在最后工位经冲裁或切断后，便可冲制出符合产品要求的冲压件。为多工位级进模的正常工作，模具必须具有高精度的导向和准确的定距系统，配备有自动送料、自动出件、安全检测等装置。所以多工位级进模与普通冲模相比要复杂，具有如下特点：

　　（1）在一副模具中，可以完成包括冲裁，弯曲，拉深和成形等多道冲压工序；减少了使用多副模具的周转和重复定位过程，显著提高了劳动生产率和设备利用率。

　　（2）由于在级进模中工序可以分散在不同的工位上，故不存在复合模的“最小壁厚”问题，设计时还可根据模具强度和模具的装配需要留出空工位，从而模具的强度和装配空间。（3）多工位级进模通常具有高精度的内、外导向（除模架导向精度要求高外，还必须对细小凸模实施内导向）和准确的定距系统，以产品零件的加工精度和模具寿命。

　　（4）多工位级进模常采用高速冲床生产冲压件，模具采用了自动送料、自动出件、安全检测等自动化装置，操作安全，具有较高的生产效率。目前，世界上最先进的多工位级进模工位数多达50多个，冲压速度达1000次／分以上。

　　（5）多工位级进模结构复杂，镶块较多，模具制造精度要求很高，给模具的制造、调试及维修带来一定的难度。同时要求模具零件具有互换性，在模具零件磨损或损坏后要求更换迅速，方便，可靠。所以模具工作零件选材必须好（常采用高强度的高合金工具钢、高速钢或硬质合金等材料），必须应用慢走丝线切割加工、成型磨削、坐标镗、坐标磨等先进加工方法制造模具。

　　（7）多工位级进模主要用于冲制厚度较薄（一般不超过2mm)、产量大，形状复杂、精度要求较高的中、小型零件。用这种模具冲制的零件，精度可达IT10级。

　　由上可知，多工位级进模的结构比较复杂，模具设计和制造技术要求较高，同时对冲压设备、原材料也有相应的要求，模具的成本高。因此，在模具设计前必须对工件进行全面分析，然后合理确定该工件的冲压成形工艺方案，正确设计模具结构和模具零件的加工工艺规程，以获得最佳的技术经济效益。显然，采用多工位级进模进行冲压成形与采用普通冲模进行冲压成形在冲压成形工艺、模具结构设计及模具加工等方面存在许多不同，本章将重点介绍它们在冲压工艺与模具设计上的不同之处。

　　排样设计是多工位级进模设计的关键之一。排样图的优化与否，不仅关系到材料的利用

　　率，工件的精度，模具制造的难易程度和使用寿命等，而且关系到模具各工位的协调与稳定。

　　冲压件在带料上的排样必须完成各冲压工序，准确送进，实现级进冲压；同时还应便于模具的加工、装配和维修。冲压件的形状是千变万化的，要设计出合理的排样图，必须从大量的中学习研究，并积累实践经验，才能顺利地完成设计任务。

　　排样设计是在零件冲压工艺分析的基础之上进行的。确定排样图时，首先要根据冲压件图纸计算出展开尺寸，然后进行各种方式的排样。在确定排样方式时，还必须对工件的冲压方向、变形次数、变形工艺类型、相应的变形程度及模具结构的可能性、模具加工工艺性、企业实际加工能力等进行综合分析判断。同时全面考虑工件精度和能否顺利进行级进冲压生产后，从几种排样方式中选择一种最佳方案。完整的排样图应给出工位的布置、载体结构形式和相关尺寸等。

　　当带料排样图设计完成后，模具的工位数及各工位的内容；被冲制工件各工序的安排及先后顺序，工件的排列方式；模具的送料步距、条料的宽度和材料的利用率；导料方式，弹顶器的设置和导正销的安排；模具的基本结构等就基本确定。所以排样设计是多工位级进模设计的重要内容，是模具结构设计的依据之一，是决定多工位级进模设计优劣的主要因素之一。

　　多工位级进模的排样，除了遵守普通冲模的排样原则外，还应考虑如下几点：

　　（1）先制作冲压件展开毛坯样板（3~5个），在图面上反复试排，待初步方案确定后，在排样图的开始端安排冲孔、切口、切废料等分离工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排工件和载体分离。在安排工位时，要尽量避免冲小半孔，以防凸模受力不均而折断。

　　（2）第一工位一般安排冲孔和冲工艺导正孔。第二工位设置导正销对带料导正，在以后的工位中，视其工位数和易发生窜动的的工位设置导正销，也可在以后的工位中每隔2~3个工位设置导正销。第三工位可根据冲压条料的定位精度，设置送料步距的误差检测装置。

　　（3）冲压件上孔的数量较多，且孔的太近时，可分布在不同工位上冲出孔，但孔不能因后续成形工序的影响而变形。对有相对精度要求的多孔，应考虑同步冲出。因模具强度的不能同步冲出时，应有措施它们的相对精度。复杂的型孔可分解为若干简单形孔分步冲出。

　　（4）成形方向的选择（向上或向下）要有利于模具的设计和制造，有利于送料的顺畅。若成形方向与冲压方向不同，可采用斜滑块、杠杆和摆块等机构来转换成形方向。

　　（5）为提高凹模镶块，卸料板和固定板的强度，各成形零件安装不发生，可在排样中设置空工位，空工位的数量根据模具结构的要求而定。

　　（6）对弯曲和拉深成形件，每一工位的变形程度不宜过大，变形程度较大的冲压件可分几次成形。这样既有利于质量的，又有利于模具的调试修整。对精度要求较高的成形件，应设置整形工位。为避免U形弯曲件变形区材料的拉伸，应先弯曲45°度，再弯成90°。

　　（7）在级进拉深排样中，可应用拉深前切口，切槽等技术，以便材料的流动。

　　（8）部有压筋时，一般应安排在冲孔前，防止由于压筋造成孔的变形。突包时，若突包的中央有孔，为有利于材料的流动，可先冲一小孔，压突后再冲到要求的孔径。

　　（9）当级进成形工位数不是很多，工件的精度要求较高时，可采用“复位”技术，即在成形工位前，先将工件毛坯沿其的轮廓进行冲切，但不与带料分离，当凸模切入材料的20%~35%后，模具中的复位机构将作用反向力使被切工件压回条料内，再送到后续加工工位进行成形。

　　搭边在多工位级进模中有着特殊的作用，它是将坯件传递到各工位进行冲裁和成形加工，并且使坯件在动态送料过程中保持稳定准确的定位。因此，在多工位级进模的设计中把搭边称为载体。载体是运送坯件的物体，载体与坯件或坯件和坯件的连接部分称为搭口。

　　1．载体形式

　　载体形式一般可分为如下几种。

　　（1）边料载体（图6.2.1）边料载体是利用材料搭边或余料冲出导正孔而形成的载体，此种载体送料刚性较好，省料，简单。使用该载体时，在弯曲或成形部位，往往先切出展开形状，再进行成形，后工位落料以整体落料为主。可采用多件排列，提高了材料的利用率。

　　图6.2.1边料载体

　　（2）双边载体（图6.2.2）双边载体实质是一种增大了条料两侧搭边的宽度，以供冲导正工艺孔需要的载体，一般可分为等宽双边载体（图6.2.2a）和不等宽双边载体（即主载体和辅助载体，图6.2.2b）。双边载体增加边料可送料的刚度和精度，这种载体主要用于薄料（t≤0.2mm），工件精度较高的场合，但材料的利用率有所降低，往往是单件排列。

　　（3）单边载体（图6.2.3）单边载体主要用于弯曲件。此方法在不参与成形的合适留出载体的搭口，采用切废料工艺将搭口留在载体上，最后切断搭口得到制件，它适用于t≤0.4mm的弯曲件的排样。在图6.2.3中，图a和图b在裁切工序分解形状和数量上不一样，图a第一工位的形状比图b复杂，并且细颈处模具镶块易开裂，分解为图b后的镶块便于加工，且寿命得到提高。图c是一种加了辅助载体的单边载体。

　　a)

　　图6.2.3单边载体

　　（4）中间载体中间载体常用于一些对称弯曲成形件，利用材料不变形的区域与载体连接，成形结束后切除载体。中载体可分为单中载体和双中载体。中载体在成形过程中平衡性较好。图6.2.4所示是同一个零件选择中载体时不同的排样方法。图6.2.4a是单件排列，图6.2.4b是可提高生产效率一倍的双排排样。

　　图6.2.5所示零件要进行两侧以相反方向卷曲的成形，选用单中载体难以成形件成形后的精度要求，而选用可延伸连接的双中载体既可成形件的质量。此方法的缺点是载体宽度较大，会降低材料的利用率。

　　中载体常用于材料厚度大于0.2mm的对称弯曲成形件。

　　（5）载体的其他形式有时为了下一工序的需要，可在上述载体中采取一些工艺措施。

　　①加强载体

　　加强载体是载体的一种加强形式，在料厚t≤0.1mm薄料冲压中，载体因刚性较差而变形造成送料失稳，使冲压件几何形状产生误差，为冲压精度，对载体局部采取的压筋、翻边等提高载体刚度的加强措施，而形成的载体形式，如图6.2.7。

　　②自动送料载体

　　有时为了自动送料的需要，可在载体的导正孔之间冲出与钩式自动送料装置匹配的长方孔，送料钩钩住该孔，拉动载体送进的。

　　(a)压筋加强载体（b）翻边加强载体

　　图6.2.7加强载体

　　2．搭口与搭接

　　搭口要有一定的强度，并且搭口的应便于载体与工件最终分离。在各分段冲裁的连接部位应平直或，以免出现毛刺，错位，尖角等。因此应考虑分断切除时的搭接方式。常见搭接方式如图6.2.7所示，图a为交接，第一次冲出A，B两区，第二次冲出C区，搭接区是冲裁C区凸模的扩大部分，搭接量应大于0.5倍的料厚；图b为平接，平接时要求精度较高，除了必须如此排样时，应尽量避免使用此搭接方法。平接时在平接附近要设置导正销，如果工件允许，第二次冲裁宽度应适当增加一些，凸模要微小的斜角(一般取3°~5°)。

　　冲裁，弯曲和拉深等都有自身的成形特点，在多工位级进模的排样设计中其工位的设计必须与成形特点相适应。

　　1．级进模冲裁工位的设计要点

　　（1）在级进冲压中，冲裁工序常安排在前工序和最后工序，前工序主要完成切边（切出制件外形）和冲孔。最后工序安排切断或落料，将载体与工件分离。

　　（2）对复杂形状的凸模和凹模，为了使凸模、凹模形状简化，便于凸模，凹模的制造和凸模、凹模的强度，可将复杂的制件分解成为一些简单的几何形状多增加一些冲裁工位。

　　（3）对于孔边距很小的工件，为防止落料时引起离工件边缘很近的孔产生变形，可将孔旁的外缘以冲孔方式先于内孔冲出，即冲外缘工位在前，冲内孔工位在后。对有严格相对要求的局部内，外形，应考虑尽可能在同一工位上冲出，以工件的精度。

　　2．多工位级进弯曲工位的设计要点

　　（1）冲压弯曲方向在多工位级进模中，如果工件要求向不同方向弯曲，则会给级进加工造成困难。弯曲方向是向上，还是向下，模具结构设计是不同的。如果向上弯曲，则要求在下模中设计有冲压方向转换机构（如滑块、摆块）；若进行多次卷边或弯曲，这时必须考虑在模具上设置足够的空工位，以便给滑动模块留出活动的余地和安装空间。若向下弯曲，虽不存在弯曲方向的转换，但要考虑弯曲后送料顺畅。若有障碍则必须设置抬料装置。

　　（2）分解弯曲成形零件在作弯曲和卷边成形时，可以按工件的形状和精度要求将一个复杂和难以一次弯曲成形的形状分解为几个简单形状的弯曲，最终加工出零件形状。

　　图6.2.8是4个向上弯曲的分解冲压工序。在级进弯曲时，被加工材料的一个表面必须和凹模表面保持平行，且被加工零件由顶料板和卸料板在凹模面上保持静止，只有成形的部分材料可以活动。图a为先向下预弯后再在下一工位向上进行直角弯曲。其目的是减少材料的回弹和防止因材料厚度不同而出现的偏差。图b是将卷边成形分为3次弯曲的情况。图c是将接触线夹的接合面从两侧水平弯曲加工的示例，冲裁在圆角带在内侧，分3次弯曲。图d是带有弯曲，卷边的工件示例，分4次弯曲成形。

　　可见，在分步弯曲成形时，不变形部分的材料被压紧在模具表面上，变形部分的材料在模具成形零件的加压下进行弯曲，加压的方向需根据弯曲要求而定，常使用斜滑块和摆快技术进行力或运动方向的转换。如要求从两侧水平加压时，需采用水平滑动模块，将冲床滑块的垂直运动转变为滑动模块的水平运动。

　　图6.2.8分解弯曲成形

　　（3）弯曲时坯料的滑移如果对坯料进行弯曲和卷边，应防止成形过程中材料的移位造成零件误差。采取的措施是先对加工材料进行导正定位，当卸料板、材料与凹模三者接触并压紧后，再作弯曲动作。

　　3．多工位级进拉深成形工位的设计要点

　　在进行多工位级进拉深成形时，不像单工序拉深那样以散件形式单个送进坯料，它是通过带料以载体、搭边和坯件连在一起组件形式连续送进，级进拉深成形。如图6.2.9所示。但由于级进拉深时不能进行中间退火，故要求材料应具有较高的塑性。又由于级进拉深过程中工件间的相互制约，因此，每一工位拉深的变形程度不能太大。由于零件间留有较多的工艺废料，材料的利用率有所降低。

　　要级进拉深工位的布置满足成形的要求，应根据制件的尺寸及拉深所需要的次数等工艺参数，用简易临时模具试拉深，根据试拉深的工艺情况和成形过程的稳定性，来进行工位数量和工艺参数的修正，插入中间工位或增加空工位等，反复试制到加工稳定为止。在结构设计上，还可根据成形过程的要求，工位的数量，模具的制造组成单元式模具。

　　级进拉深按材料变形区与条料分离情况，可分为无工艺切口和有工艺切口两种工艺方法。

　　无切口的级进拉深，即是在整体带料上拉深。由于相邻两个拉深工序件之间相互约束，材料在纵向流动较困难，变形程度大时就容易拉裂。所以每道工序的变形程度不可能大，因而工位数较多。这种方法的优点是节省材料。

　　由于材料纵向流动比较困难，它只适用于拉深有较大的相对厚度[（t/D）×100>1]，凸缘相对直径较小（dt/d=1.1～1.5）和相对高度h/d较低的拉深件。

　　有切口的级进拉深是在零件的相邻处切开一切口或切缝（图6.2.9b）。相邻两工序件相互影响和约束较小，此时的拉深与单个毛坯的拉深相似。因此，每道工序的拉深系数可小些，即拉深次数可以少些，且模具较简单。但毛坯材料消耗较多。这种拉深一般用于拉深较困难，即零件的相对厚度较小，凸缘相对直径较大和相对高度较大的拉深件。

　　关于级进拉深的工序计算可详细参考有关冲压设计手册。

　　条料的定位精度直接影响到工件的加工精度，特别是对工位数比较多的排样，应特别注意条料的定位精度。排样时，一般应在第一工位冲导正工艺孔，紧接着第二工位设置导正销导正，以该导正销矫正自动送料的步距误差。在模具加工设备精度一定的条件下，可通过设计不同型式的载体和不同数量的导正销，达到条料所要求的定位精度。条料定位精度可按下列经验公式计算：

　　条料的定位精度是确定凹模、固定板和卸料板等零件型孔精度的依据。为了减少多工位级进模各工位之间步距的积累误差，在标注凹模、固定板和卸料板等零件与步距有关的孔位尺寸时，均以第一工位为尺寸基准向后标注，不论距离多大，均以对称偏差标注型孔公差，以孔位制造精度。图6.2.10是图6.2.11所示冲件的凹模板与步距有关的孔位尺寸的标注示例。

　　多工位级进模一般是按其主要冲压加工工序进行分类，有冲孔落料多工位级进模、冲裁弯曲多工位级进模、冲裁拉深多工位级进模三种基本类型。冲孔落料多工位级进模与第2章介绍的普通级进模类似，相对较简单。下面主要介绍冲裁弯曲多工位级进模和冲裁拉深多工位级进模。

　　①冲导正孔；②压筋；③冲外形；④L形弯曲；⑤切外形；⑥U形弯曲；⑦弯曲整形；⑧切断分离

　　图6.3.2丝架工序排样

　　丝架制件模具结构如图6.3.3和图6.3.4所示。其结构特点如下：

　　（1）各工序凹模做成整体或拼块式，嵌入凹模固定板内。这种结构型式适用于较大的嵌块凹模。凹模固定板嵌块的固定孔可用座标磨床磨削加工，嵌块装配后的精度。

　　（2）工序④为L形弯曲加工，其弯曲高度尺寸如图6.3.2工序④所示，直边高度仅有0.2mm，还不到料厚的一倍，为弯曲精度，凸模和凹模间隙小于料厚，采用负间隙弯曲成形。

　　（3）工序⑥为U形弯曲，下模如图6.3.5所示。它的特点是U形弯曲时，通过件2将件1向下的运动转换成件4向上的加工运动，以制件的的形状要求。工序⑥的上模如图6.3.7所示。在U形弯曲的加工中，凹模向上运动的高度不能接触到制件的凸筋。

　　（4）工序⑦为弯曲整形，下模如图6.3.7所示，上模如图6.3.8所示。上模的件3由上模座的螺钉孔台肩支承，螺钉头装有弹簧，当件2接触到下模的件4后，随着压力机滑块的下降，件3不再向下运动，而件1继续向下运动，并由斜面推动件2和下模的件5对制件进行弯曲整形。

　　（5）模具各工序的上模与主模架均固定，并且凸模固定板多采用组合式，如图6.3.5和图6.3.7所示。这种结构有利于加工凸模固定孔，试模调整和零件互换方便。

　　1．双筒制件拉深时的金属流动规律

　　（1）用平板毛坏拉深

　　在拉深普通的单圆筒制件时，圆筒侧壁是依靠周围相应凸缘的金属不断流入侧壁而成形

　　的，侧壁的变形条件在圆周上各处都一样，所以变形比较均匀。但是，对于如图6.3.9（a）所示的双筒拉深件，情况就不同了，中间相邻的两个侧壁成形时都从两个圆筒之间相毗连的凸缘得到材料，这就导致了变形的复杂性。当圆筒的高度h与直径d的比值稍大时，两个相邻侧壁就被拉破。

　　为了掌握双筒拉深件金属流动规律，对此做了拉深网格试验研究。图6.3.9（b）所示是通过毛坯尺寸计算并修正后得到的双筒拉深件平板毛坯，图6.3.9（c）所示是刻有网格的毛坯在拉深后的变形情况。将图6.3.9（b）和6.3.9（c）加以比较可以看出，双筒拉深件的外形尺寸各处均小于毛坯。由图（c）可明显看到，毗连凸缘处的材料在拉深过程中向相邻侧壁流动。此外，两个圆筒底部的材料也向相邻侧壁流动。毛坏上相距15mm的圆筒中心点，在拉深后有了位移，这两点之间的距离缩短为13.8mm，即各自向内侧移动了0.7mm，这表明圆筒底部的材料可以沿着凸模端面流动而进入相邻侧壁。在X轴线上，毛坯尺寸原为33.7mm，拉深后变为28.8mm，收缩了4.8mm。在X轴线附近范围内尺寸的缩小，主要是因为材料流入了两个圆筒在X轴线附近的外侧壁，其次是补充流入了相邻内侧壁。在Y轴线上，毛坯尺寸原为32.5mm，拉深后缩短成28.3mm，收缩了4.2mm。在Y轴线附近范围内尺寸的缩小，是补充毗连凸缘被拉入相邻侧壁的结果。

　　由图6.3.9（c）还可以看出，中间毗连凸缘处的网格，由原来的正方形变为长方形，X轴方向比原来变大，而Y轴方向变小。这是因为该处材料被拉入两边相邻侧壁，在X轴方向受到很大拉应力，而在Y轴方向，因其它部位凸缘材料被拉入Y轴方向圆筒的侧壁，致使Y方向各处尺寸都要缩小，Y轴线附近的材料沿Y轴方向受到挤压应力，也促使了X轴方向的伸长。

　　2．双筒焊片级进拉深模

　　双筒焊片的制件简图和工序排样如图6.3.10所示。制件材料为H72黄铜，该制件级进拉深的实现，主要是采用了储料毛坯的双筒制件拉深方法。首次拉深时将条料的储料筋拉平，以后各工序均与单个圆制件拉深工序相同。储料筋的尺寸，先按制作侧壁与储料筋储料面积相等计算，试模后确定。双筒焊片模具结构如图6.3.11所示。模具特点是凹模做成嵌块式，各拉深工序凹模嵌块的肩角R均不相同，但在拉深过程中又很重要，为了加工精度和试模过程中便于修正，以及互换要求，采用嵌块凹模结构是合理的。

　　由6.3可见，多工位级进模工位多、细小零件和镶块多、机构多，动作复杂，精度高，其零部件的设计，除应满足一般冲压模具零部件的设计要求外，还应根据多工位级进模的冲压成形特点和成形要求、分离工序和成形工序差别、模具主要零部件制造和装配要求来考虑其结构形状和尺寸，认真进行系统协调和设计。

　　一般的粗短凸模可以按标准选用或按常规设计。而在多工位级进模中有许多冲小孔凸模，冲窄长槽凸模，分解冲裁凸模等。这些凸模应根据具体的冲裁要求，被冲裁材料的厚度，冲压的速度，冲裁间隙和凸模的加工方法等因素来考虑凸模的结构及其凸模的固定方法。

　　对于冲小孔凸模，通常采用加大固定部分直径，缩小刃口部分长度的措施来小凸模的强度和刚度。当工作部分和固定部分的直径差太大时，可设计多台阶结构。各台阶过渡部分必须用圆弧光滑连接，不允许有刀痕。特别小的凸模可以采用套结构(图2.9.4)。Ф0.2左右的小凸模，其顶端露出套约3.0~4.0mm。卸料板还应考虑能起到对凸模的导向作用，以消除侧压力对凸模的作用而影响其强度。图6.4.1为常见的小凸模及其装配形式。

　　图6.4.1常见的小凸模及其装配形式

　　冲孔后的废料若随着凸模回程贴在凸模端面上带出模具，并掉在凹模表面，若不及时清除将会使模具损坏。设计时应考虑采取一些措施，防止废料随凸模上窜。故对ф2.0以上的凸模应采用能排除废料的凸模。图6.4.2所示为带顶出销的凸模结构，利用弹性顶销使废料脱离凸模端面。也可在凸模中心加通气孔，减小冲孔废料与冲孔凸模端面上的“真空区压力”，使废料易于脱落。

　　除了冲孔凸模外，级进模中有许多分解冲裁的制件轮廓冲裁凸模。这些凸模的加工大都采用线切割结合成型磨削的加工方法。图6.4.3为成型磨削凸模的7种形式，图a为直通式凸模，常采用固定方法是铆接和吊装在固定板上，但铆接后难以凸模与固定板的较高垂直度，且修正凸模时铆合固定将会失去作用。此种结构在多工位精密模具中常采用吊装。图b，c是同样断面的冲裁凸模，其考虑因素是固定部分台阶定在单面还是双面，及凸模受力后的稳定性。图d两侧有异形突出部分，突出部分窄小易产生磨损和损坏，因此结构上宜采用镶拼结构。图e为一般使用的整体成形磨削带突起的凸模。图f用于快换的凸模结构。

　　图6.4.3成型磨削凸模

　　图6.4.4为上述凸模常用的螺钉固定和锥面压装的固定方法。对于较薄的凸模，可以采用图6.4.5a）所示销钉吊装的固定方法或图6.4.5b）所示的侧面开槽用压板固定凸模的方法。

　　a)销钉吊装b)带压板槽的小凸模

　　1—凸模；2—销钉；3—凸模固定板

　　图6.4.5凸模常用的固定方法（2）

　　需要指出的是，冲裁弯曲多工位级进模或冲裁拉深多工位级进模的工作顺序一般是先由导正销导正条料，待弹性卸料板压紧条料后，开始进行弯曲或拉深，然后进行冲裁，最后是弯曲或拉深工作结束。冲裁是在成形工作开始后进行，并在成形工作结束前完成。所以冲裁凸模和成形凸模高度是不一样的，要正确设计冲裁凸模和成形凸模高度尺寸。

　　多工位级进模凹模的设计与制造较凸模更为复杂和困难。凹模的结构常用的类型有整体

　　式、拼块式和嵌块式。整体式凹模由于受到模具制造精度和制造方法的已不适用于多工

　　位级进模。

　　1．嵌块式凹模

　　图6.4.7所示是嵌块式凹模。嵌块式凹模的特点是：嵌块套外形做成圆形，且可选用标准的嵌块，加工出型孔。嵌块损坏后可迅速更换备件。嵌块固定板安装孔的加工常使用坐标镗床和坐标磨床。当嵌块工作型孔为非圆孔，由于固定部分为圆形必须考虑防转。

　　图6.4.7为常用的凹模嵌块结构。a图为整体式嵌块，b图为异形孔时，因不能磨削型孔和漏料孔而将它分成两块（其分割方向取决于孔的形状），要考虑到其拼接缝要对冲裁有利和便于磨削加工，镶入固定板后用键使其定位。这种方法也适用于异形孔的导套。

　　图6.4.7凹模嵌块

　　在设计排样时，不仅要考虑嵌块布置的还应考虑嵌块的大小，以及与凹模嵌块相对应的凸模、卸料嵌套等。如图6.4.8所示。

　　2．拼块式凹模

　　拼块式凹模的组合形式因采用的加工方法不同而分为两种结构。当采用放电加工的拼块拼装的凹模，结构多采用并列组合式；若将凹模型孔轮廓分割后进行成形磨削加工，然后将磨削后的拼块装在所需的垫板上，再镶入凹模框并以螺栓固定，则此结构为成形磨削拼装组合凹模。图6.4.9为图6.2.2所示弯曲零件采用并列组合凹模的结构示意图，图中省略了其他零部件。拼块的型孔制造用电加工完成，加工好的拼块安装在垫板上并与下模座固定。

　　（1）平面固定式

　　平面固定是将凹模各拼块按正确的镶拼在固定板平面上，分别用定位销(或定位键)和螺钉，定位和固定在垫板或下模座上，如6.4.11所示。该形式适用于较大的拼块凹模，且按分段固定的方法。

　　（2）嵌槽固定式

　　嵌槽固定是将拼块凹模直接嵌入固定板的通槽中，固定板上凹槽深度不小于拼块厚度的2/3各拼块不用定位销，而在嵌槽两端用键或楔定位及螺钉固定，如6.4.12所示。

　　（3）框孔固定式

　　框孔固定式有整体框孔和组合框孔两种，如6.4.13所示。整体框孔固定凹模拼块时，拼块和框孔的配合应根据胀形力的大小来选用配合的过盈量。组合框孔固定凹模拼块时，模具的，装拆较方便。当拼块承受的胀形力较大时，应考虑组合框连接的刚度和强度。

　　在精密级进模中不采用定位钉定位，因定位钉有碍自动送料且定位精度低。设计时常使用导正销与侧刃配合定位的方法，侧刃作定距和初定位，导正销作为精定位。此时侧刃长度应大于步距0.05~0.1mm，以便导正销导入孔时条料略向后退。在自动冲压时也可不用侧刃，条料的定位与送料进距控制靠导料板、导正销和送料机构来实现。

　　在设计模具时，作为精定位的导正孔，应安排在排样图中的第一工位冲出，导正销设置在紧随冲导正孔的第二工位，第三工位可设置检测条料送进步距的误差检测凸模，如6.4.14所

　　示。

　　图6.4.15是导正过程示意图。虽然多工位级进冲压采用了自动送料装置，但送料装置可出现±0.02㎜左右的送进误差。由于送料的连续动作将造成自动调整失准，形成误差积累。图6.4.15a出现正误差（多送了c），图b为导正销导入材料使材料向F`方向退回的示意图。导正销的设计要考虑如下因素。

　　图6.4.15导正过程

　　1．导正销与导正孔的关系

　　导正销导入材料时，即要材料的定位精度，又要导正销能顺利地插入导正孔。配合间隙大，定位精度低；配合间隙过小，导正销磨损加剧并形成不规则形状，从而又影响定位精度。导正销的使用条件如图6.4.17a所示。

　　2．导正销的突出量

　　导正销的前端部分应突出于卸料板的下平面，如图6.4.17b所示。突出量х的取值范围为0.7t<ⅹ<1.5t。薄料取较大的值，厚料取较小的值，当t=2mm以上时，ⅹ=0.7t。

　　3．导正销的头部形状

　　导正销的头部形状从工作要求来看分为引导和导正部分，根据几何形状可分为圆弧和圆锥头部。图6.4.17a为常见的圆弧头部，图6.4.17b为圆锥头部。

　　4．导正销的固定方式

　　图6.4.18所示为导正销的固定方式，图a为导正销固定在固定板或卸料板下，图b为导正销固定在凸模上。

　　导正销在一副模具中多处使用时，其突出长度x、直径尺寸和头部形状必须保持一致，以使所有的导正销承受基本相等的载荷。

　　多工位级进模依靠送料装置的机械动作，把带料按设计的进距尺寸送进来实现自动冲压.由于带料经过冲裁，弯曲，拉深等变形后，在条料厚度方向上会有不同高度的弯曲和突起，为了顺利送进带料，必须将已被成形的带料托起，使突起和弯曲的部位离开凹模洞壁并略高于凹模工作表面。这种使带料托起的特殊结构叫浮动托料装置。该装置往往和带料的导向零件共同使用。

　　1．浮动托料装置

　　图6.4.19所示，是常用托料装置，结构有托料钉，托料管和托料块三种。托起的高度一般应使条料最低部位高出凹模表面1.5mm~2mm，同时应使被托起的条料上平面低于刚性卸料板下平面(2~3)t左右，这样才能使条料送进顺利。托料钉的优点是可以根据托料具体情况布置，托料效果好，凡是托料力不大的情况都可采用压缩弹簧作托料力源。托料钉通常用圆柱形，但也可用方形（在送料方向带有斜度）。托料钉经常是成偶数使用，其正确应设置在条料上没有较大的孔和成形部位下方。对于刚性差的条料应采用托料块托料，以免条料变形。托料管设在有导正孔的进行托料，它与导正销配合（H7/h7），管孔起导正孔作用，适用于薄料。这些形式的托料装置常与导料板组成托料导向装置。

　　a)托料钉;b)托料管;c)托料块

　　图6.4.19浮动托料装置

　　ug7.0pdw级进模模块2．浮动托料导向装置

　　托料导向装置是具有托料和导料双重作用的模具部件，在级进模中应用广泛。它分为托料导向钉和托料导轨两种。

　　（1）托料导向钉

　　托料导向钉如图6.4.20所示，在设计中最重要的是导向钉的结构设计和卸料板凹坑深度的确定。图a是条料送进的工作，当送料结束，上模下行时，卸料板凹坑底面首先压缩导向钉，使条料与凹模面平齐并开始冲压。当上模回升时，弹簧将托料导向钉推至最高，准备进行下一步的送料导向。图b，c是常见的设计错误。前者卸料板凹坑过深，造成带料被压入凹坑内；后者是卸料板凹坑过浅，使带料被向下挤入与托料钉配合的孔内。

　　图6.4.20托料导向装置设计及设计错误

　　尺寸D和d可根据条料宽度，厚度和模具的结构尺寸确定。托料钉常选用合金工具钢，淬硬到58~72HRC，并与凹模孔成H7/h7配合。托料钉的下端台阶可做成可拆式结构，在装拆面上加垫片可调整材料托起的高度，以送料平面与凹模平面平行。

　　（2）浮动托料导轨导向装置

　　图6.4.21为托料导轨式的结构图，它由4根浮动导销与2条导轨导板所组成，适用于薄料和要求较大托料范围的材料托起。设计托料导轨导向时，应将导轨导板分为上下两件组合，当冲压出现故障时，拆下盖板可取出条料。

　　卸料装置是多工位级进模结构中的重要部件。它的作用除冲压开始前压紧带料，防止各凸模冲压时由于先后次序的不同或受力不均而引起带料窜动，并冲压结束后及时平稳的卸料外。更重要的是卸料板将对各工位上的凸模(特别是细小凸模)在受侧向作用力时，起到精确导向和有效的作用。卸料装置主要由卸料板，弹性元件，卸料螺钉和辅助导向零件所组成。

　　1．卸料板的结构

　　多工位级进模的弹压卸料板，由于型孔多，形状复杂，为型孔的尺寸精度，精度和配合间隙，多采用分段拼装结构固定在一块刚度较大的基体上。图6.4.22是由5个拼块组合而成的卸料板。基体按基孔制配合关系开出通槽，两端的两块按精度的要求压入基体通槽后，分别用螺钉，销钉定位固定。中间三块拼块经磨削加工后直接压入通槽内，仅用螺钉与基体连接。安装尺寸采用对各分段的结合面进行研磨加工来调整，从而控制各型孔的尺寸精度和精度。

　　2．卸料板的导向形式

　　由于卸料板有小凸模的作用，要求卸料板有很高的运动精度，为此要在卸料板与上模座之间增设辅助导向零件----小导柱和小导套，如图6.4.23所示。当冲压的材料比较薄，且模具的精度要求较高，工位数又比较多时，应选用滚珠式导柱导套。

　　图6.4.23小导柱、小导套

　　3．卸料板的安装形式

　　卸料板采用卸料螺钉吊装在上模。卸料螺钉应对称分布，工作长度要严格一致。图6.4.24是多工位级进模使用的卸料螺钉。外螺纹式：轴长L的精度为±0.1mm，常使用在少工位普通级进模中；内螺纹式：轴长精度为±0.02mm，通过磨削轴端面可使一组卸料螺钉工作长度保持一致；组合式：由套管，螺栓和垫圈组合而成，它的轴长精度可控制在±0.01mm。内螺纹和组合式还有一个很重要的特点，当冲裁凸模经过一定次数的刃磨后再进行刃磨时，对卸料螺钉工作段的长度必须磨去同样的量值，才能卸料板的压料面与冲裁凸模端面的相对。而外螺纹式卸料螺钉工作段的长度刃磨较困难。

　　图6.4.24卸料螺钉种类

　　图6.4.25所示卸料板的安装形式是多工位级进模中常用的结构。卸料板的压料力，卸料力都是由卸料板安装的均匀分布的弹簧受压而产生的。由于卸料板与各凸模的配合间隙仅有0.005mm，所以安装卸料板比较麻烦，在不十分必要时，尽可能不把卸料板从凸模上卸下。考虑到刃磨时既不把卸料板从凸模上取下，又要使卸料板低于凸模刃口端面便于刃磨。采用把弹簧固定在上模内，并用螺塞限位的结构。刃磨时只要旋出螺塞，弹簧即可取出，不受弹簧作用力作用的卸料板随之可以移动，露出凸模刃口端面，即可重磨刃口，同时更换弹簧也十分方便。卸料螺钉若采用套管组合式，修磨套管尺寸可调整卸料板相对凸模的，修磨垫片可调整卸料板使其达到理想的动态平行度（相对于上，下模）要求。图6.4.25b)采用的是内螺纹式卸料螺钉，弹簧压力通过卸料螺钉传至卸料板。

　　为了在冲压料头和料尾时，使卸料板运动平稳，压料力平衡，可在卸料板的适当安装平衡钉，使卸料板运动的平衡。

　　级进模结构复杂，凸模较多，在存放，搬运，试模过程中，若凸模过多地进入凹模，容易损伤模具，为此在设计级进模时应考虑安装限位装置。

　　如图6.4.27所示，限位装置由限位柱与限位垫块，限位套组成。在冲床上安装模具时把限位垫装上，此时模具处于闭合状态。在冲床上固定好模具，取下限位垫块，模具即可工作，对安装模具十分方便。从冲床上拆下模具前，将限位套放在限位柱上，模具处于状态，便于搬运和存放。

　　当模具的精度要求较高，且模具有较多的小凸模时，可在弹压卸料板和凸模固定板之间设计一限位垫板，能起到较准确控制凸模行程的限位作用。

　　图6.4.27限位装置

　　在级进弯曲或其它成形工序冲压时，往往需要从不同方向进行加工。因此需将压力机滑块的垂直向下运动，成凸模(或凹模)向上或水平等不同方向的运动，实现不同方向的成形。完成这种加工方向转换的装置通常采用斜楔滑块机构或杠杆机构，如图6.4.27所示。图中a是通过上模压柱5打击斜楔1，由件1推动滑块2和凸模固定板3，为凸模4的向上运动，从而使成形件在凸模4和凹模之间局部成形（突包）。这种结构由于成形方向向上，凹模板板面不需设计让位孔让开已成形部位，动作平稳，因此应用广泛。图中b是利用杠杆摆动成凸模向上的直线运动，实现冲切或弯曲。图中c是用摆块机构向上成形。图中d是采用斜滑块机构进行加工。

　　级进模中滑块的水平运动，多数是靠斜楔将压力机滑块的上下运动转换而来的。在设计斜滑块机构时，应参考有关设计资料，根据楔块的受力状态和运动要求进行正确的设计，合理地选择设计参数。

　　模具在成形时，需要对成形高度进行调整，特别是在校正和整形时，微量地调节成形凸模的是十分重要的。调节量太小则达不到成形件的质量要求，调节量太大易使凸模折断。图6.4.28是常用的调节机构。图a通过旋转调节螺钉1推动斜楔2，即可调节凸模3伸出的长度。图b可方便地调整压弯凸模的，特别是由于板厚误差变化造成制件误差时，可通过调整凸模来成形件的尺寸。

　　图6.4.28成形凸模的微量调节机构

　　级进模模架要求刚性好，精度高，因此通常将上模座加厚5~10mm，下模座加厚10~15mm（与GB/T2851～2852—90标准模架相比）。同时，为了满足刚性和导向精度的要求，级进模常采用四导柱模架。

　　精密级进模的模架导向，一般采用滚珠导柱(GB/T2871.8—90)导向，滚珠(柱)与导柱、导套之间无间隙，常选用过盈配合，其过盈量为0.01~0.02mm（导柱直径为20~77mm）。导柱导套的圆柱度均为0.003mm，其轴心线与模板的垂直度对于导柱为0.01:100。目前国内外使用的一种新型导向结构是滚柱导向结构，如图6.4.29所示。滚柱表面由三段圆弧组成，靠近两端的两段凸弧4与导套内径相配（曲率相同），中间凹弧5与导柱外径相配，通过滚柱达到导套在导柱上的相对运动。这种滚柱导向以线接触代替了滚珠导向的点接触，在上下运动时构成面接触，因此能承受比滚珠导向大的偏心载荷，也提高了导向精度和寿命，增加了刚性，其过盈量为0.003~0.007mm。为了方便刃磨和装拆，常将导柱做成可卸式，即锥度固定式（其锥度为1：10）或压板固定式（配合部分长度为4~5mm，按T7/h7或P7/h7配合，让位部分比固定部分小0.04mm左右，如图6.4.30所示）。导柱材料常用GGr15淬硬70~72HRC，粗糙度最好能达到Ra0.1μm，此时磨损最小，润滑作用最佳。为了更换方便，导套也采用压板固定式，如图6.4.30d，e所示。