多工位級進模的發(fā)展與應(yīng)用

北京京東方科技集團公司 （100102） 陳炎嗣

多工位級進模的發(fā)展與作用

多工位級進模是沖壓模具中的一種，它是在單工序沖壓模具基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多工序集成模具，該模具在一副模具中可以完成沖裁、彎曲、拉深、成形、疊鉚、翻孔及攻螺紋等多種沖壓工序，其工序集成度之高、功能之廣是其他模具無法與之相比的。這種模具能采用自動化送料，可在高速（2500次/min以下）壓力機上工作，設(shè)有安全監(jiān)測保護裝置，可實現(xiàn)高速無人沖壓生產(chǎn)。模具的工作部分由于可將復(fù)雜形狀分解成簡單形狀，采用合理結(jié)構(gòu)、高強度超硬材料、先進的CNC加工方法，能滿足高精密、長壽命的需要，所以，多工位級進模已成為實現(xiàn)大生產(chǎn)、高效率、低成本的最佳選擇，被稱為現(xiàn)代高精密、高效率、長壽命的“三高”模具。

在過去級進模因技術(shù)水平的限制（主要是制造高精度困難），工位數(shù)相對較少，3～5個屬常見，10個工位的就算多了，10個工位以上的就更少見了，所以多工位這個詞過去很少聽到。近年來，由于對沖壓自動化、高效率、高精度、長壽命提出了更高要求，隨著模具設(shè)計與制造高新技術(shù)的應(yīng)用與進步，工位數(shù)已不再是限制模具設(shè)計與制造的關(guān)鍵。目前在多工位級進模技術(shù)領(lǐng)域，工位間步距精度可控制在±3μm之內(nèi)，工位數(shù)已達(dá)幾十個，多的已有240多個。沖壓次數(shù)因新的精密高速壓力機不斷推向市場也大大提高，由原來的每分鐘沖幾十次，提高到每分鐘沖幾百次，目前已有2500次/min以上，實際應(yīng)用純沖裁高達(dá)2000次/min（帶彎曲的加工500～800次/min）。級進模的重量亦由過去的幾十公斤增加到幾百公斤，直至上噸（如汽車刮雨器底盤級進模，重量達(dá)20t）。沖壓方式由早期的手工送料、手工低速操作，發(fā)展到如今的自動、高速、安全生產(chǎn)。調(diào)整好后的模具在有自動檢測的情況下實現(xiàn)無人操作。模具的總壽命由于新材料的應(yīng)用和加工精度的提高，也不是早先的幾十萬沖次，而是幾千萬、上億沖次（如空調(diào)翅片級進模工作零件可互換，模具使用壽命達(dá)3億沖次）。還據(jù)有關(guān)資料介紹，目前大型級進模的長度已超過6m，單套模具重100t，為電子工業(yè)配套的精密高速多工位級進模精度2μm，壽命2億次以上。當(dāng)然，級進模的價格和其他模具相比要高一些，但在沖件總成本中，模具費所占的比例還是很少的。

由此可見，多工位級進模具是當(dāng)代沖壓模具中生產(chǎn)效率最高、最適合大量生產(chǎn)應(yīng)用，已越來越多地被廣大用戶認(rèn)識并優(yōu)先考慮使用的一種精密、高效、高速、高質(zhì)量和長壽命的實用模具。

當(dāng)今，國際市場產(chǎn)品競爭十分激烈，主要在制件的質(zhì)量方面和制件的成本方面，采用先進的多工位級進模能有效地解決這兩方面的關(guān)鍵技術(shù)問題。

模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是模具技術(shù)的進步，模具技術(shù)又涉及到多學(xué)科的交叉。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。世界上許多國家，特別是一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，都十分重視模具技術(shù)的開發(fā)，大力發(fā)展模具工業(yè)，積極采用先進設(shè)備，提高模具制造水平，已經(jīng)取得了顯著的經(jīng)濟效益。

模具是基礎(chǔ)工藝裝備，屬于高新技術(shù)產(chǎn)品，作為基礎(chǔ)工業(yè)，模具的質(zhì)量、精度、壽命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用。作為當(dāng)代先進模具的典型代表，多工位級進模具是沖壓模具的重點發(fā)展方向，在國民經(jīng)濟發(fā)展過程中將發(fā)揮越來越重要的作用。

多工位級進模的沖壓特點與功能

就其沖壓而言，多工位級進模和其他沖模相比，其主要特點如下。

（1）沖壓用材料 所使用的材料主要是黑色或有色金屬，材料的形狀多為具有一定寬度的長條料、帶料或卷料。因為它是在連續(xù)幾乎不間斷的情況下進行沖壓工作，所以要求使用的條料應(yīng)越長越好，對于薄料長達(dá)幾百米以上、中間不允許有接頭、料厚為0.1～6mm，多數(shù)使用0.15～1.5mm的材料，而且有色金屬居多。料寬的尺寸要求必須一致，應(yīng)在規(guī)定的公差（通常小于0.2mm）范圍內(nèi)，且不能有明顯毛刺，不允許有扭曲、波浪和銹斑等影響連續(xù)送料，并避免沖壓精度方面的缺陷存在。

為了能保證制件在尺寸和形位誤差方面有較好的一致性，要求材料有較高的厚度精度和較為均勻的力學(xué)性能。尤其對于有壓彎和成形的制件，如果材料厚度誤差大，材料的軟硬狀態(tài)從料頭至料尾、邊緣和中間都不均勻，相對軋制方向的各向異性較大，則彎曲后角度誤差、彎曲邊長度誤差等都會很大。

料寬根據(jù)制件的排樣決定，太寬了，影響送料通暢；寬度太小，影響定位。

（2）沖壓設(shè)備 所用的壓力機臺面較大，功率、剛性要足夠，精度好，而且滑塊要能長期承受較大的側(cè)向力。一旦發(fā)生故障，壓力機有可靠的急停功能。

壓力機的行程相對較小（因沖壓過程中模具的導(dǎo)柱導(dǎo)套一般不能脫開），最適宜使用可調(diào)行程的壓力機，在模具工位數(shù)較少、沖壓力較小和沖壓次數(shù)較低的情況下，開式壓力機用得較多；而在模具工位數(shù)較多、沖壓力較大和沖次較高的情況下，使用閉式壓力機比較合適。

一般都配有自動送料裝置。對于一般的卷帶料，還要有相應(yīng)的開卷、樣平機。

（3）送料方式 送料方式以間歇、按“步距”直線連續(xù)送進。不同的級進模“步距”的大小是不相等的，具體數(shù)值在設(shè)計排樣時確定 ，但送料過程中“步距”精度必須嚴(yán)格控制，才能保證沖件的精度與質(zhì)量。多工位級進?！安骄唷本仁怯蓧毫C上的送料裝置和模具上用于定位的導(dǎo)正裝置等共同精確定位保證的。模具的“步距”精度可以控制在±5μm之內(nèi)?！安骄唷钡扔谇昂髢晒の婚g距，在同一副模具中，要求這個距離加工要絕對一致。

（4）工序件的攜帶方式和制件的獲取 沖壓的全過程在未完成成品件前的工序始終不離開（區(qū)別于多工位傳遞模）條料和載體。在級進模中，所有工位上的沖裁，那些被沖掉下的部分都是無用的工藝或設(shè)計廢料，而留下的部分被送到模具的下一工位上繼續(xù)被沖壓，完成后面的工序。各工位上的沖壓工序雖獨立進行，但制件與條料始終連接在一起，直到最后那個工位需要落料時，合格制件才被分離成條料沖落下來（一般由凹模落料孔中下落，也有沖落后的制件又被頂入到條料的原位，在后面的工位再頂出）。如果有些制件因后步工序的需要，沖制成的制件仍需留在載體上，則不設(shè)落料工序，此時被沖成的制件連在載體上被成卷包裝起來，作為后工序的帶料，如電器產(chǎn)品的中小電流端子、橡膠密封條滑架等。也有的制件要求每沖10個或20個制件為一個單元并需留在載體上時，則在模具上須設(shè)置設(shè)備特殊的切斷裝置，此時每當(dāng)沖壓10次或20次，切斷裝置便工作一次將料切斷，落下來的長條上便是每一條具有10個或20個獨立制件的沖件，如集成電路引線框、晶體管引線框等?？照{(diào)器散熱片（翅片）更多地采用寬的薄帶料，在特殊的級進模上經(jīng)多個工位沖壓后通過縱向剖切、橫向切斷后實現(xiàn)其大量生產(chǎn)。

（5）用途 適合大批量在小型定型產(chǎn)品零件的生產(chǎn)，沖壓精度高，可達(dá)IT10級。沖件尺寸一致性好，具有很好的互換性。

（6）生產(chǎn)率 生產(chǎn)率高。由于排樣采用多排，一次沖壓可以出多件。采用高速沖壓（常用800～1200次/min），純沖裁1200～2000次/min，帶彎曲沖壓400～800次/min，連續(xù)拉深≤100次/min），每分鐘沖次比普通沖壓高出10倍以上，生產(chǎn)率很高。

（7）沖壓工序性質(zhì) 在一副模具的不同工位上，可以完成多種性質(zhì)的沖壓工序。例如沖孔、沖窄槽、落料、壓彎、壓包、壓筋、翻邊、翻孔、鐓壓、拉深、切邊、疊壓、壓鉚、攻螺紋及鎖緊等。對一些看來較復(fù)雜難以沖壓加工的零件，采取“化繁為簡”的方法沖制出來。經(jīng)沖壓生產(chǎn)出來的不再只是大批量的單個零件，也可以是成批的組件，如觸頭與支座的組件、各種微型電動機、電器及儀表的鐵芯疊片組件。所以多工位級進模是集各種沖壓工序于一體，功能最多的高效模具，它只需用一臺壓力機，而單工序模則需用多副模具、多臺壓力機完成同類的加工。

工位數(shù)決定于沖壓工序的需要，原則上多少不受限制，一般情況下，只要是中小型件，不論其復(fù)雜程度怎樣，都可以采用一副級進模沖壓完成。

（8）模具綜合技術(shù) 模具綜合技術(shù)含量高。模具結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工精度和制造技術(shù)要求高，常以微米（μm）提出精度要求。沒有較先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計、精加工設(shè)備和熟練而有經(jīng)驗的模具鉗工，加工、裝配、調(diào)試和維修精密多工位級進模，其綜合經(jīng)濟與技術(shù)效果均難以獲得完滿。

（9）自動化 可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。當(dāng)模具調(diào)整好后，帶料或卷料經(jīng)開卷機、矯平機、馳長式控制器、送料器、壓力機和模具、制件收集器將廢料切斷或收卷等，可以不用人在設(shè)備旁長期守著，一旦沖壓過程異常，由于模具上裝有安全保護裝置，設(shè)備會自動停機，故能實現(xiàn)沖壓自動化生產(chǎn)。

（10）模具制造 模具制造周期較長、成本高。多工位級進模隨著工位數(shù)的增加，相應(yīng)要加工的模具零件數(shù)也多了，其中工作零件除采用常規(guī)方法加工外，精加工都要采用高精度的精密設(shè)備（例如坐標(biāo)磨床、光學(xué)曲線磨床、慢走絲切割機床等），不僅加工周期長，而且工時費比普通加工高許多，所以成本比普通沖模高。

（11）模具材料 工作零件采用超硬材料制造，模具壽命長。由于多工位級進?？梢詫?fù)雜的內(nèi)外型分解成由若干個工位沖成，每個工位的沖壓復(fù)雜性相對比較簡單。工作零件（凸模和凹模）采用硬質(zhì)合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金，不但制造比較容易，也便于維修更換，使模具的使用壽命大大延長，壽命最長的達(dá)億次以上。

（12）模具維護 模具的刃磨和維護比其他模具較麻煩。例如在刃磨沖裁部分的凸、凹模刃口時，需要滿足如彎曲、拉深等其他工位的凸、凹模高度。如果該級進模還有其他復(fù)雜的沖壓機構(gòu)，如斜楔、側(cè)沖等，其維護將更為困難。對于一些復(fù)雜的級進模，有的刃口可能不處于同一平面，甚至還有不處于同一方向，在刃磨時須拆卸才可進行。

使用多工位級進模的必要條件

（1）必須有一副合格的多工位級進模 所謂合格模具，是指具有一定精度、一定功能并能實現(xiàn)穩(wěn)定、連續(xù)、正常生產(chǎn)?，F(xiàn)在有許多模具都是委托專業(yè)模具廠制造的。用戶在接受該模具時，必須嚴(yán)格檢查該模具是否達(dá)到正常使用要求。模具結(jié)構(gòu)、沖壓工藝方案設(shè)計、試沖樣件方面等有無缺陷和不足；在履行合同的有關(guān)技術(shù)條款中，有無未盡事宜，或?qū)儆谟脩羰孪任刺峒暗氖?，到了事后才提出而引起不必要的糾紛或麻煩等。模具交付使用時，必須經(jīng)過試沖合格驗收通過。

（2）必須有會調(diào)整、維修、保養(yǎng)、刃磨修理的技術(shù)能力 多工位級進模在使用過程中，刃口磨損或局部可能出現(xiàn)故障，這是常見的事。例如小凸模的折斷，沖壓過程中發(fā)現(xiàn)毛刺過大，刃口變鈍，凸、凹模鑲件要更換或進行修理等。

多工位級進模的刃磨與一般模具不同，它不是簡單地將某個凸模或凹模磨去多少就完事的。對于那些引起彎曲、拉深成形的多工位級進模，在刃磨沖裁凸、凹模之間仍保持原設(shè)計應(yīng)有的原始差量。對于這種刃磨和修理，必須要求修理人員具有較高的專業(yè)理論和實踐技能（維修人員在拆卸模具前要了解模具的結(jié)構(gòu)原理和凸、凹模相互間尺寸關(guān)系等）；用戶也應(yīng)為之配置供刃磨、維修使用的精密磨削加工和檢測用的必備設(shè)備。

（3）必須擁有能滿足多工位級進模連續(xù)沖壓生產(chǎn)要求的沖壓設(shè)備 這種沖壓設(shè)備與普通壓力機相比，要求精度、剛度更好一些，功率（一般在壓力機公稱壓力的60%～80%下進行工作）、沖次、臺面尺寸更大一些，制動系統(tǒng)可靠穩(wěn)定；還應(yīng)具備行程可調(diào)（一般都使用行程可調(diào)的偏心壓力機）等功能，便于級進模的調(diào)試。

用多工位級進模進行沖壓生產(chǎn)時，選取壓力機的行程是不大的，一般以保證沖壓能順利進行和送料能正常為原則。因此，不同的級進模，由于制件的不同，所取行程大小雖不完全相同，但總的來說都是一個較小的范圍。多工位級進模取小行程沖壓，可以保持模架的導(dǎo)柱、導(dǎo)套工作過程始終不脫開，這樣有利于保證沖壓精度。而采用較小行程，對實現(xiàn)高速沖壓也是十分合理的。

沖壓設(shè)備還應(yīng)附有高精度的自動送料裝置和安全保護裝置，且在自動沖壓無人看管的情況下，保持連續(xù)安全工作十分重要。

（4）必須有穩(wěn)定的高質(zhì)量和適合多工位級進模生產(chǎn)的沖壓用料 用多工位級進模沖壓生產(chǎn)，屬于高效率大生產(chǎn)，所以對沖壓用料是比較嚴(yán)的。沖壓過程中，不能因為料有質(zhì)量問題而影響生產(chǎn)。

所謂提供的料要穩(wěn)定、高質(zhì)量，主要指材料的牌號、力學(xué)性能，每批料都應(yīng)一致，符合該材料所規(guī)定的技術(shù)條件，軟硬符合使用要求，料的厚薄和寬度尺寸應(yīng)在規(guī)定公差范圍內(nèi)，表面狀態(tài)良好。

多工位級進模沖壓用材料，大多是長的帶料，常用分條機裁切成一定寬度，要求料寬的直線性好，不允許有太大“鐮刀”彎之類缺陷存在，否則將直接影響送料。正常生產(chǎn)條件下，帶料的長度必須有保證。

即使是在試模，也要嚴(yán)格地按正常生產(chǎn)用料用于試模。哪怕是試模用的料沖下的件不一定都用得上，而被當(dāng)作廢品處理掉，這一點投入是很有必要的。在實際工作中，往往不太重視試模用合格材料而臨時湊合，隨意撿一塊料用來試模，當(dāng)試不出合格制件時，就只在模具上找原因，當(dāng)然試模的主要目的是找模具還存在哪些問題需要改進，以求達(dá)到圓滿。但試模用料不合適，模具再好，照樣沖不出合格的制件，這對于拉深或彎曲成形等工序最為突出。許多例子告訴我們，在帶有彎曲、成形和拉深的級進模中，同一副模具，由于使用的材料質(zhì)量不同，沖出的制件質(zhì)量就截然不同，這就證明沖壓用料的重要性。使用多工位級進模，沖壓用料必須達(dá)到使用要求，千萬不能用不合格的料。

（5）制件應(yīng)具備適合多工位級進模沖制的條件 ①制件產(chǎn)量比較大，一般不少于5萬件。②制件的精度適中，一般為大于IT10級，近幾年隨著模具加工技術(shù)的進步，多工位級進模的制造精度明顯有了提高，從而使制件精度也提高，有的達(dá)IT8級以上。③用單工序模不經(jīng)濟，用復(fù)全模又難以沖壓加工的情況下，只能用多工位級進模。④用單工序模不便定位和沖壓加工，只能用多工位進模生產(chǎn)的某些小而復(fù)雜的微型或超小型件。

多工位級進模的合理應(yīng)用

（1）制件應(yīng)該是定型產(chǎn)品，而且需要量確實比較大。

（2）不適合采用單工序模沖制。如某些形狀異常復(fù)雜的制件，如彈簧插頭、接線端子等。需要多次沖壓才能完成制件的形狀和尺寸要求，若采用單工序沖壓是無法定位和沖壓的，而只能采用多工位級進模在一副模具內(nèi)完成連續(xù)沖壓，才能獲得所需制件。

（3）不適合采用復(fù)合模沖制。如某些形狀特殊的制件，例如集成電路引線框、電表鐵芯、微型電動機定、轉(zhuǎn)子片等，使用復(fù)合模是無法設(shè)計與制造模具的，而應(yīng)用多工位級進模能圓滿解決問題。

（4）沖壓用的材料長短、厚薄比較適宜。多工位級進模用的沖件材料，一般都是條料，料不能太短，以致沖壓過程中換料次數(shù)太多，生產(chǎn)效率上不去。料太薄，送料導(dǎo)向定位困難；料太厚，無法矯直，且太厚的料長度一般較短，不適合用于級進模，自動送料也困難。

（5）制件的形狀與尺寸大小適當(dāng)。當(dāng)制件的料厚大于5mm，外形尺寸大于250mm時，不僅沖壓力大，而且模具的結(jié)構(gòu)尺寸大，故不適宜采用級進模。

（6）模具的總尺寸和沖壓力適用于生產(chǎn)車間現(xiàn)有的壓力機大小，必須和壓力機的相關(guān)參數(shù)匹配。