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多工位自动化冲压生产的设计

作者：何贵平

来源：《科技信息·下旬刊》2017年第02期

摘要：本文以厨房电器制造模具为核心，首先概述了多工位自动化冲压工艺的应用现状和特点，然后介绍了该工艺的生产设计方法，最后针对多工位级进模的设计进行阐述，以供参考。

关键词：多工位；自动化；冲压工艺；级进模；设计

在厨房电器制造过程中，厨房电器板材冲压是一项重要的工艺，合理选择冲压工艺技术，才能保证成品质量，实现降低成本、增加效益的目标。多工位冲压工艺的应用，由于提高了冲压作业效率、实现了生产的自动化，因此在行业内广泛应用。以下针对该生产工艺的设计进行深入探讨。

1、多工位自动化冲压工艺概述

冲压工艺是在压力机上使用冲压模具，作用在板料上，使其发生形变，最终满足设计尺寸和性能要求。多工位冲压工艺，简单来说就是多种冲压工艺的组合，在压力机上多种冲压制件同步作业。相比于常规模具，多工位冲压模具不仅占地面积小，而且加工效率高，在提高制件质量的同时，也实现了冲压自动化，成为未来冲压工艺发展的一个重要趋势。

就目前而言，多工位冲压模具的设计、生产，主要依赖于CAD、CAE技术，技术的融合改变了独立作业的局面[1]。按照以往的生产模式，一台压力机只能压制1-2套模具，一条生产线上的多台压力机流水线作业，最终产生1个零件，整个过程耗费的人力、物力较大。相比之下，多工位冲压工艺的应用，冲压一次就能产生1个零件，由于生产成本更低，因此满足市场需求，有利于提高企业的经济效益。在我国，具有多工位冲压设计生产条件的企业较少，而且处于初步发展阶段，要想在市场竞争中获得优势，就必须加快发展多工位冲压工艺，不断积累经验，适应国际市场技术开发体系的要求。 2、多工位自动化冲压模具的设计 2.1 设计原则

模具设计开始前，应该首先通过计算获得重要参数和成本，明确操作流程，在提高效率的同时节省成本，确保模具的完整性。以拉伸模为例，计算内容包括毛坯形状、拉伸高度、拉伸次数、拉伸间隙等。其中，拉伸高度的计算可以参考初始拉伸高度，如果这个指标较大，加工期间就会导致多余材料卷曲、褶皱；还要对拉伸间隙进行调整，将其控制在合适范围内，能避免阻力产生，防止零件断裂、掉底；拉伸时坯件会产生变形和缩小，此时应该仔细计算坯件和

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夹持机构。相比于单工位冲压，多工位冲压会使用定位孔、连接体，体现出安全、高效的优势，有利于节约板料成本[2]。 2.2 设计要点

以三座标多工位冲压机的模具设计为例，设计要点如下：第一，保证结构紧凑，各种工件尺寸应该小型化，以缩小冲压机及模具的空间。加工期间两根送料杆会从两端夹紧，因此全线下模的高度应该保持一致。

第二，对于夹持器的要求，应该保证夹爪轻便、容易安装更换，安装在主夹板上时使用同一基板。夹持器对工件进行夹取时，应该保证具有充足的伸入空间。剪断坯料的操作如下：一是在模具的四角切槽，有利于夹持器通过，将两者的间隙控制在2cm；二是上述操作无法执行时，使用下顶料装置促使工件上浮，上浮距离控制在3-5cm。

第三，对于顶料装置的要求，气缸式、弹簧式一般安装在下模的压料圈，从安装控件、快速响应的角度考虑，优先推荐弹簧式装置。设计时要重点关注防尘要求，以便延长使用寿命，保证性能稳定。

第四，多工位冲压机上的各个工位，都应该设置夹取检测传感器，用于检测工件是否正确夹持，模具设计时应该预留出一定空间。另外，工件定位是依靠定位销实现的，首先在工件上冲出定位孔，下模时就会有相应的定位销。这里推荐采用单定位销，能保证送料的精准度。此外，在下模上设置导向柱，其高度计算方法为：夹持器下板板厚+间隙+顶料行程。

第五，废料的处理，多工位冲压机在作业期间，应该将废料切碎并及时排出，废料切除长度控制在30cm；从工作台排出时，将废料槽的倾斜角度控制在30°以上，并且和工作台相距至少5cm。废料槽在长度、宽度设置上，应该达到废料对角线长度的2倍，必要时使用机械清理装置。

第六，在整形要求上，一般使用凸模对侧孔进行整形，为了缩短夹紧行程，应该减小凸模、活动块的厚度。夹紧行程凸模的厚度计算方法如下：凸模厚度+活动块行程+间隙。另外，为了缩短顶料机构的行程，应该保持下模和工件的上部平面处于同一高度。

第七，干涉检查。加工期间，上模、送料机构在同一空间内运动，此时为了避免运动干涉，首先应该检验模具，将间隙控制在25mm[3]。上模、下模之间的导向柱，一般设置在上模的送料方向，并且使用圆形导柱。 2.3 注意事项

多工位冲压模具的设计，应该注意以下事项：第一，准确计算各种工序的压力，保持冲压力平衡，一方面能避免对冲压机造成损害，另一方面可以提高加工精度。第二，在两道工序之间设置空工位，形成空间对称，能促使零件平衡受力，既加强了夹持力，又减小了脱模的摩擦

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力。第三，计算各项运行参数，例如工位距、送料高度、模具尺寸等，采用手动进料模式、自动进料模式、弹压卸料等，能提高制件的稳定性。 3、多工位级进模设计

级进模是一种新型的冲压模具，是对连续模进行的改进和创新，不仅发展空间大，而且应用价值高。多工位级进模的工位大于5步，主要用于制作形状复杂、精度更高的小型零件，分析其特点如下[4]：第一，定距和导向更准确；第二，送料、出件自动化，配置了安全监测装置；第三，能完成多道冲压工序，将连续成形、局部分离结合在一起；第四，不同工位承载了不同的工序，解决了最小壁厚的问题。以下对其设计进行分析。 3.1 排样设计

排样设计要遵循的原则，在普通冲模的基础上，还应该注意以下几点：一是合理选择载体样式，常见如中间载体、单边载体、双边载体等。二是选择连接方式，一般平接、交接、切接能避免错位现象，提高平直度和圆滑度。三是确定零件的成形方向，保证送料的通畅性。 3.2 零件设计

第一，凸模/凹模设计。凸模设计依据一般标准即可，其中重点是对冲小孔、洗长槽；凹模分为拼块式、嵌块式两种类型，固定时一般采用直槽、框孔等。第二，托料装置设计。板料经过拉伸、弯曲、冲裁等操作，自身会出现弯曲、突出，该装置能够保证突起位置高于凹模工作面，保证顺利推进。第三，卸料装置设计。用于卸料、压料、保护材料导向，要求卸料钉均匀布设，安装在模具的上模[5]。第四，模架设计。模架的应用，能够提高加工效率，实现自动化生产的目标，包括稳定底座、导柱导套等部分。其中，四导柱模架的刚度和精度较高，推荐优先采用。第五，安全监测装置设计，该装置能够保护模具，避免受到冲压机的损害。 结语：

综上所述，多工位冲压工艺的应用，不仅提高了加工效益，而且实现了自动化，能够得到高精度的制件。文中针对多工位自动化冲压模具、多工位级进模，详细介绍了设计方法，希望为实际生产提供技术支持，促进冲压生产顺利进行。 参考文献：

[1] 张海英，范进桢，沈鑫刚等.一种新型多工位冲床机械手的研制[J].制造业自动化，2014，（3）：109-111.

[2] 刘迪祥，方玲，黄顶社等.多工位冲压技术应用及特点[J].金属加工（热加工），2014，（17）：20-21.