多角弯曲件成形工艺优化与级进模结构设计

订了 10工位级进模冲压成形的工艺方案。进行了成形工艺优化，设计了双侧载体分步冲切并折弯

的排样。采用内外双重导向的精密模架、导正销、氮气弹簧驱动的带槽导料销导料装置及弹压卸料 装置、镶拼式结构的模具零件、校正弯曲、修补回弹,合理解决了多角弯曲件条料的送进、导向、精定

位、成形、卸料，实现了自动化生产的需求。关键词：多角弯曲件;级进模;排样优化设计;模具结构中图分类号:TG241 文献标识码:BDOI：10.19287/j. cnki. 1005-2402.2019.11. 011Optimization of forming process and design of progressive development

for multiangle bending parts

YANG Taide①，TANG Haibo②((l)Lianyungang Technical College , Lianyungang 222006, CHN ；②E-king Mold Technology Co., Ltd.,Shanghai 201500, CHN)Abstract:Based on the structural characteristics and technical requirements of multiangle bending parts, the tech­

nological program of 10-position progressive mould stamping was worked out with the aim to improve pro­duction efficiency, reduce manufacturing cost and simplify mould structUTe. The forming process is opti­

mized ,and two sides of the carrier are punched and bent・ The process of feeding, guiding, precise posi­

tioning ,forming and unloading of multiangle bending strips are reasonably improved by using precise of mould frame, guide pin driven by nitrogen spring and slot guide pin guide device with elastic pressure

unloading device, mould parts with mosaic structure to rectify bending and repair springback, meeting the requirement for automative production.Keywords:multiangle bending parts； progressive mould； layout design optimization; mould structure如图1所示的结构件，材料是SPCD,厚度1 mm, 大批量生产，冲压工艺包括冲孔、落料、冲槽、胀形、弯

1排样方案设计排样设计是多工位级进模设计的关键，正确的排

曲等工序。该结构件若采用单工序模冲压成形，则分

别需要落料模、冲孔模、胀形模，以及多套弯曲模具，生 产效率低,成本较高,而且零件在成形时还存在定位困

样关系到模具合理的结构、材料利用率以及成形工艺 的实现及稳定性。难，形状不易保证,生产安全系数低等诸多不利因素。 自动模级进冲压成形具有高的生产效率和设备利用

在UG NX饭金模块中求得结构件的展平实体如 图2所示。该结构件需要三面弯曲，因此采用分步切除余料

率，模具采用自动送料和自动出件等自动化装置，操作

安全，是大批量生产复杂中、小型冲压件的理想方 案该产品采用级进模冲压成形，模具设计时需 要重点解决的是选择合理的级进冲压载体与搭口、余

方式形成展平件的结构。展平件左侧形状简单，余料

可以在一个工位切除；展平件右侧形状复杂，考虑到模 具制造及维修方便,窄小、较深槽的余料必须单独用_ 个工位切除。展平件上5个小孔距离边缘都较近，考

料冲切的方式、弯曲成形工序的合理安排、条料送进及 定位、以及模具零件结构设计等问题⑷。虑到模具结构的复杂程度及零件强度,孔与余料的冲611S 计与研究 Design and Research___________________________________________________________________2 019年第行期裁设置在不同工位进行。度，提高材料的利用率。该结构件上设置有一处加强 筋，加强筋距离边缘13.5 mm,为了防止在成形加强筋时

多工位级进模载体的基本形式有双侧载体、单侧

载体、中间载体、边料载体等，其中中间载体最节省 材料。对结构件的外形造成影响，加强筋放置在余料切除之前

成形。该结构件属于典型的多角弯曲。弯曲工序的布置 决定了工件成形的稳定性及模具的复杂程度⑹。工

件头部的U形结构，需要进行二次弯曲。首先进行外 角的弯曲,再进行内角的弯曲。如果顺序颠倒，模具就

需要采用侧向运动部件，使结构变得更加复杂。工件

左侧面的Z形结构，需要进行二次弯曲。工件右侧面

的L形结构，需要进行一次弯曲。为了防止板料在弯 曲时出现滑移，左、右侧面应该同时进行弯曲。但左侧

面的Z形结构如在一次弯曲中成形，则回弹量较大。

图2展开件根据经验，左、右侧面底角首先弯曲到135。,左侧面上 角弯曲到90。,然后，左、右侧面底角再弯曲到90。。采

通过对展平实体的结构分析，宜采用单侧载体。 条料送进的载体设在A位置，如图2所示。由于该结

用上述弯曲工艺,工件左、右侧面的回弹相对较小。排样如图3所示。完成工件的冲压成形，共设置了

构件两侧为不对称弯曲，在成形过程中对条料的刚性 和送进步距精度有较高的要求⑸。因此，在A位置的

10个工位。条料宽度为 山红药mm,步距为128 ± 0.035

对面增设了 U形桥接载体，如图3所示。为了增加条料的刚性，中间大T形孔的冲裁工位放 置在弯曲成形之后。利用T形孔的位置设置10^°-036

mm,条料依靠自动送料机构和导正销分别实现粗定位

和精定位。在第1个工位冲左边的3个小孔、冲导正 销孔以及成形加强筋;在第2个工位切除余料;在第3

mm导正销孔，在第一工位冲制导正销孔，以便于在后 续工位采用导正销对条料精定位，同时减小条料的宽

工位冲右边的2个小孔、冲方形孔及邻近的窄槽;在第 4工位冲U形桥接载体及邻近小孔的窄槽;在5〜8工• 62 •1—冲导正孔、冲小孔、压加强筋；2-«）工件间余料；3-Mt小孔、冲方孔、冲窄槽；4—冲U形淞载体、冲窄槽；5T;部外角折弯、右侧面悬臂一次折弯；部内角折弯、右侧面悬着二次折弯；7—左側面90。及左、右侧面135。折弯;8—左、右侧面90。折弯；IJ除U形桥接载体、冲T形孔；1U除A位置载体。图3排样图位分别进行结构件的成形折弯;为了减小回弹，在第 制。带槽浮动导料销导料装置如图5所示。7、8工位采用校正弯曲;在第9工位切除U形桥接载 体并冲T形孔;在第10工位切除送料载体，完成结构 件所有成形工艺。所采用的排样方案，工位紧凑,化繁为简，凸模、凹 模位置分布合理，模具整体受力均衡，便于模具制造与

维修，有利于提高模具寿命。2模具结构设计在切除余料的多工位级进模中，必须保证分段切

除的各段平滑连接。连接方式有搭接、平接和切接3

种形式⑴o模具结构中第3工位、第4工位、第9工

位、第10工位切除余料都采用搭接形式，以避免产生

［一卸料板；2—浮动导栅；3F气弹贊；料。余料冲裁毛刺。第3工位窄槽余料冲切如图4所示。图5浮动导料装置上模的凸模与条料分离通过弹压卸料板实现，卸 料行程为15 mm,由6个卸料螺钉控制。弹压卸料板

的卸料力由安装在上模的8个氮气弹簧提供。圆形凸模采用台阶式的结构，相应凹模采用整体

嵌入式的结构。为了简化模具零件的加工工艺，刃口 尺寸相近的凸模、凹模，与固定板相配合的部分采用相

图4第3工位余料冲切

同的结构尺寸，尺寸精度为m5。如图6所示。为了提高条料的送进精度,模具结构中分别在第

3工位、第5工位、第7工位、第8工位设导正销。其

中在第7工位、第8工位的导正销分别安装在拆弯的 凸模中，在凹模上设有导正销的避让孔。下模条料采用带槽浮动导料销导料装置,导料销

工作行程为28 mm,由10个独立的氮气弹簧分别控63设计与研究 Design and Research___________________________________________________________________2019年第勺1期冲异形孔、冲槽的凸模采用直通式的结构。凹模

回弹外，还要保证模具零件不阻碍板料的折弯回转。考 虑以上因素，头部内角折弯的凸、凹模结构如图9所示。采用镶拼整体嵌入式的结构，与固定板之间采用H6/m5的配合。异形孔凹模如图7所示。图8第5工位弯曲回弹补^1—凸模；2—凹模。图9第6工位弯曲凸、凹模在第7、第8工位，条料通过导正销精定位，采用

校正弯曲，以控制工件的弹性回弹，获得精确的工件 形状。模具采用四角导柱滚动导向模架,同时在卸料板 上又设置了二组滑动配合的导柱、导套,实现对卸料板

在第5工位的两处折弯，考虑到弯曲回弹,模具零

的运动导向，即内导向，从而提高了冲孔小凸模的刚 性，避免小凸模弯曲或折断⑺。模具结构如图10 所示心。件上补偿3。的回弹角，如图8所示。同时模具零件间 隙笛控制在(0.95-0.98)mmo㊉* • ♦㊉㊉1—滚动导向四角导柱模架；2—弹压卸料板；3—第10工位冲裁凸模；4—垫板；5—第9、10工位冲裁凹模；6—卸料氮气弹簧；7~9—第9工位冲裁凸模；10-导柱、导套内导向；11—第8工位折弯上模；12—第8工位折弯下模；13—第7工位折弯上模；14-第7工位折弯下模；15—第6工位折弯上模；16—第6工位折弯下模；17—第6工位折弯上模；

18—第5工位折弯上模；19—卸料螺钉；20-第5工位折弯上模；21—第5工位折弯下模；22—第4工位冲裁凸模；

23—第4工位冲U形桥接载体凸模；24-第4工位冲裁凹模固定板；25~28—第3工位冲裁凸模；29-第2工位余料切除冲裁凸模；30-第2工位余料切除冲裁凹模；31T气弹簧浮顶器；32—压筋凹模镶块；33、34—第1工位冲裁凸模；35—第1工位冲裁凹模固定板。图10级进模结构图64刻出滋*訂诚?设计与研究Design and Research____________________________________________________________________年第「期与输出力之间特性的要求,平稳可靠。(3) 目前设计的是3个工位联动方案，可通过复 制工位的方式将该机构扩充到6个工位，也可以演绎

派生出更多工位方案,不过要对负载的大小和电动机 功率的匹配重新进行计算。(4) 该机构具有更广泛的适用性，面向智能制造

中更柔性的设计,只需要对该机构的夹爪和吸头进行 模块设计,根据不同的产品进行匹配。这样一来，不仅

降低生产成本，也能提升生产效率，实现智能制造中的 柔性制造和绿色制造。参考文献[1] 蔡斌,史顺亮，吕宇升•内孔斜槽产品电火花成形加工多工位夹具设

图6实际3D设计建模

计[J].稀有金属与硬质合金,2015,43(5):68-71.[2] 张晓达，陈金香,李洪波•基于多工位成形机床的缩口成形零件的模

4结语本文介绍的一种高效的面向智能制造多工位取放

具设计[J].锻压技术,2014,39(8):81-85.[3] 林杰,钟康民.一种双工位高效气动夹具的设计[J].机电产品开发

与创新,2014,27(5):63-64.机构的设计与制造,具有以下显著优点：第一作者:任芸丹，女，1979年生，工学硕士，副教

(1) 仅采用两台驱动电动机,能实现小工件6个 顺序动作的执行，大大的提高了生产效率,6个动作总

授，主要研究方向为现代设计与先进制造技术，已发表

论文20篇。耗时2 s,节能环保，经济实用。(编辑高扬)

(收稿日期:2019-05-19)

(2) 输出力平稳运动，最大的驱动力和最小驱动 力相差20 N,符合高速运行惯性力的范围，是实现高 速和优化控制算法的基础，也满足元件运动速度特性 (上接64页)文章编号：191116如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。参考文献[1] 翁其金•冷冲压技术[M].北京:机械工业出版社,2001.[2] 杨荣祥，金龙建.窗帘支架扣件多工位级进模设计[J].制造技术与

3结语(1) 采用10个工位级进模实现了多角弯曲件的 —模成形。机床,2016(9):137-140.[3 ]徐晓丹，白志峰,邵园园•转轴固定板多工位复合级进模设计[J ] •锻

(2) 模具采用四角导柱滚动导向精密模架，卸料 板上设导柱导套内导向装置，有效保证上、下模稳定、

压技术,2018(8) ：163-167.[4] 李昊，王强，何芳.薄板成形电磁压边技术研究进展[J].制造技术与

机床,2018(8) ：54-63.[5] 徐超辉，韩翠红.汽车内饰配件多工位级进模设计[J].锻压技术,

安全工作。(3) 条料采用自动送料机构送进,设导正销对条 料实现精定位,保证多角弯曲件的形状精度。2017(9)：135-139.[6 ]钟毓斌•冲压工艺与模具设计[M ] •北京:机械工业出版社,2005•(4) 采用氮气弹簧驱动的带槽导料销导料装置及

[7 ]海争平,杨志红.汽车零部件卡箍多工位级进模设计[J ] •锻压技术,

弹压卸料装置,模具结构紧凑，工作稳定可靠。2016(7):82-86.[8] 王孝培.冲压手册[M].北京:机械工业出版社,2003.[9] 薛啟翔.冲压模具设计制造难点与窍门[M].北京:机械工业出版

(5) 采用直通式异形截面凸模、台阶式圆形凸模、 整体式凹模、整体嵌入镶拼式凹模，简化了模具零件的 制造、维修难度，有效降低了模具成本。社,2003.(6) 采用修正模具零件形状、控制模具间隙、校正 弯曲等工艺措施，有效控制了弯曲回弹,保证多角弯曲 件的形状精度。第一作者：杨太德，男,1970年生，硕士，副教授, 主要从事模具设计与制造教学及科研工作。(编辑孙德茂)

(收稿日期：2018-09-25)

文章编号：191115如果您想发表对本文的看法，请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。该模具生产效率高,操作安全方便,具有良好的经 济效益。• 68 •刻出滋仁和為