在五金、家電及日用工業(yè)品生產(chǎn)中，作為主導(dǎo)工藝之一的板料沖壓加工，節(jié)能降耗具有巨大的潛力有待挖掘。


其中，節(jié)省原材料就有很大的空間和潛力。據(jù)近年來在全國電器開關(guān)、農(nóng)機、家電及儀表行業(yè)的調(diào)研，沖壓板材料利用率大致在62.5%～73.5%之間。


隨著日甚的市場競爭，原材料的售價，跟著能源價格節(jié)節(jié)攀升而大幅上漲，節(jié)省原材料已成為沖壓加工中緊迫的節(jié)能降耗任務(wù)，是相關(guān)企業(yè)降低成本、增加效益的有效途徑，也是增強產(chǎn)品市場競爭力的重要手段。


從表1可以看出，在成批和大量生產(chǎn)中，如果將沖壓材料利用率η提高1%，沖件成本將下降0.4～0.5個百分點。

排樣及連續(xù)沖壓的排樣圖設(shè)計原則平板沖裁件（含各種成形沖件的展開平毛坯—下同）落料前，為節(jié)省材料，在板、條、帶、卷料上進行經(jīng)濟而合理的排列布置，以獲取最佳排樣，達到盡可能高的材料利用率。在冷沖壓工藝設(shè)計和沖模設(shè)計工作中，這是一項重要而技術(shù)性很強的工作；在冷沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計中，沖壓件圖、沖壓工藝及其排樣圖是主要依據(jù)。


在已知的專業(yè)出版物中，都對沖裁件落料即單工位沖裁模、復(fù)合模沖件排樣給予詳盡介紹，對于多工位連續(xù)模沖件的排樣不曾涉足。


多工位連續(xù)沖壓件的排樣圖，要充分表示出沖壓工藝及沖壓工步的順序，標(biāo)注出送料進距、沿邊、搭邊的具體數(shù)據(jù)及工位間送進方式和沖壓沖件的全部沖壓工藝及變形與分離過程。


排樣圖與模具的選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計、沖壓材料利用率η、沖壓生產(chǎn)率和沖件生產(chǎn)成本密切相關(guān)，同時也影響到?jīng)_壓件的質(zhì)量和模具壽命。


排樣時要充分考慮材料供應(yīng)的狀況及沖壓設(shè)備的生產(chǎn)條件，在保證沖件質(zhì)量的基礎(chǔ)上，力爭沖模具有更佳的結(jié)構(gòu)，更好的操作安全性與制模工藝性，要全面綜合分析影響排樣的各種因素，進行多方案比較，從中選優(yōu)而確定出最佳排樣。


沖模設(shè)計開始前要通過分析沖件圖和排樣圖，了解其主要技術(shù)要求和沖壓加工難點，對照其排樣圖審定其沖壓工藝的合理性和可能存在的問題，以便為沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計打下基礎(chǔ)。


在眾多的單工序沖模中，只有落料模和單工位復(fù)合模沖件需要進行排樣圖設(shè)計。也就是說，當(dāng)沖裁（落料）平板沖裁件和成形沖壓件展開平毛坯時需要排樣。


而且大都是有沿邊、有搭邊進行有廢料沖裁的常規(guī)排樣方式，間或出現(xiàn)個別一、兩個無搭邊排樣，絕大多數(shù)僅能實現(xiàn)少廢料沖裁。無論用何種排樣方式，一般以材料利用率來衡量其排樣的合理與優(yōu)劣。


連續(xù)模沖件的排樣，與上述有別。材料利用率η不是最重要和唯一的衡量排樣優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。


連續(xù)模沖件的排樣，首先要對沖件工藝分析后，合理設(shè)計沖壓工藝過程和沖壓工藝工步順序，充分考慮連續(xù)沖壓工藝特點和沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，注意送料與工位間送進方式的選擇以及定位系統(tǒng)的設(shè)計。


因此，連續(xù)模沖件的排樣是以連續(xù)沖壓工藝工步設(shè)計為基礎(chǔ)，以確保沖壓件質(zhì)量及其尺寸與形位精度為核心，以沖壓工步順序安排和工位間送進方式選擇為先導(dǎo)，以沖模選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計為目的，應(yīng)遵循的基本原則如下：（1）有利于選用更簡單的沖模類型與結(jié)構(gòu)，其操作安全、沖件質(zhì)量好。（2）沖模的制造工藝性好，修磨方便，制模周期短，制模與修模費用低。


（3）板材利用率η值高。（4）模具壽命更高。（5）沖壓效率更高，沖件生產(chǎn)成本更低。上述五條中，第（1）條是首要的。


有時不可能各條兼得，應(yīng)首先考慮用戶要求及交貨期，其他條款可適當(dāng)放寬。在很多情況下，更高的材料利用率η往往使沖模的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，制模難度更大，甚至現(xiàn)有制模設(shè)備和技術(shù)水平都難以制造，再好的排樣和再高的η值，也必須放棄；有的寧肯降低板材利用率η而獲取更好的制模工藝性，更短的制模周期，更高的模具壽命。


排樣形式的選擇及其與沖模類型和結(jié)構(gòu)的關(guān)系對只有一個工位的落料模和復(fù)合模而言，平板落料沖件和各種成形沖件展開平毛坯在板、條、帶、卷料上的排樣方式通常有：單列直排、單列斜排；雙列并列直排、雙列對頭直排、雙列對頭斜排；多列直排、參錯排及混合排等多種形式。


不同排樣方式獲得不同的材料利用率，不同的排樣方式的選擇，首先要考慮達到?jīng)_件要求的尺寸與形位精度，再決定選用合適的沖模類型及其結(jié)構(gòu)。


如沖件尺寸精度要求1t10級以上，則應(yīng)采用有沿邊、有搭邊的排樣方式；無搭邊排樣的沖件尺寸精度較差，一般都在1t12級以下，甚至低到1t14級。如果沖件尺寸精度高達1t9級以上并要求沖件平直，則應(yīng)選用滑動導(dǎo)向?qū)е＜軒棄盒读习褰Y(jié)構(gòu)的沖模，且其排樣應(yīng)給有足夠的沿邊與搭邊。


根據(jù)德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)din1543對冷沖壓鋼板按厚度t分類：t＜3mm為薄板。


在儀器儀表和電子行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中，經(jīng)常采用t≤0.3～0.1mm甚至≤0.1～0.05mm的超薄箔材沖壓件，給沖壓排樣及其沖模設(shè)計帶來很多困難。


由于排樣的沿邊、搭邊寬度和沖裁間隙大小都隨沖件料厚t增減。


當(dāng)t≤0.5mm時，搭邊與沿邊寬度要大于t才不至于在沖裁時被拉入凹模洞口，并使其有足夠的強度和保證搭邊框有較好的送進剛度；t=0.3mm的低碳鋼板，按gb/t16743-1997《沖裁間隙》國際規(guī)定的ⅰ類間隙，可取3%t為沖模單邊間隙c=3%×0.3mm=0.009mm，t=0.1mm則c=0.003mm，即3μm。


而gb/t2854-90國際ⅰ級滑動導(dǎo)向?qū)е＜芤?guī)定的導(dǎo)柱導(dǎo)套配合間隙為0.010～0.016mm。所以，在上述超薄料沖裁與連續(xù)沖壓時，應(yīng)特別注意選擇合適的排樣方式、設(shè)計合理而精密的模具結(jié)構(gòu)，否則就難以完成這類沖件的沖制，也不可能達到要求的尺寸與形位精度。


對于t＜0.5mm的超薄料沖件連續(xù)沖壓成形，其排樣搭邊與沿邊可取等寬，視沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計需要，還可適當(dāng)放大。在沖模結(jié)構(gòu)類型選擇方面，推薦選導(dǎo)柱模架彈壓卸料導(dǎo)板式?jīng)_模，而且最好是將彈壓導(dǎo)板裝在導(dǎo)柱上并在卸料板（導(dǎo)板）上裝小導(dǎo)柱，


以保證彈壓卸料導(dǎo)板式?jīng)_模，具有精準(zhǔn)的導(dǎo)向并提高沖模沖壓精度；沖件群孔的同軸度、位置度對排樣進距精度及沖模送進定位提出了更高要求。排樣時應(yīng)給予特別關(guān)注。


料厚t≤0.1mm的超薄料沖件，特別是多工位一模成形的復(fù)雜形狀沖件，不宜采用多列斜排、對頭排及翻身沖，更不宜采用混合排。


否則，搭邊框在送料時易變形、拉斷、甚至拉入凹模，影響生產(chǎn)，增加廢次品，損壞模具；料厚t≥3mm的中厚板沖件，不推薦采用裁搭邊排樣，t≥4.75mm的沖件，不推薦采用套裁與拼裁排樣。否則，將給模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來困難。


尺寸精度≤±0.01mm，料厚t≤0.1mm的箔材高精度沖件，尤其精度高于1t9級的形狀復(fù)雜的沖件，推薦采用滾珠導(dǎo)柱模架彈壓卸料導(dǎo)板式?jīng)_模結(jié)構(gòu)。


排樣圖設(shè)計要點單工位落料模和復(fù)合模的排樣圖設(shè)計，是按平板沖裁件及立體成形件展開平毛坯的外形，在條、帶料上反復(fù)布置，在保證沖件質(zhì)量和工藝要求的生產(chǎn)效率的情況下，沖模結(jié)構(gòu)更簡單，


制模更方便，達到盡可能高的材料利用率為準(zhǔn)則，選定更佳排樣方式。一般情況下，沖裁件的外形及尺寸結(jié)構(gòu)決定了排樣類型，大多要采用有沿邊、有搭邊的傳統(tǒng)排樣方式，進行有廢料沖裁。


根據(jù)多年實踐經(jīng)驗，對于單工序落料與復(fù)合沖裁及單工位綜合式復(fù)合沖壓的沖件排樣圖設(shè)計，都可以按平板沖裁件及立體成形件展開平毛坯一次落料來考慮。連續(xù)模沖件排樣與單沖模相比要復(fù)雜的多，其排樣要保證連續(xù)沖壓工藝順利實施并獲取盡可能高的η值，操作安全，效率高，影響因素多，要求高。其步驟與要點如下：


（1）通過對沖件詳盡的工藝分析后，就沖件連續(xù)沖壓一模成形的可行性進行研究并提出多個沖壓工藝方案進行對比，從中選優(yōu)后實施排樣。


（2）沖件的形狀、尺寸及精度，直接影響到連續(xù)沖壓工藝及工步順序，排樣時要考慮連續(xù)沖壓的工藝性、沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，在工步順序與工位安排上注意以下各點：


a、沖件上群孔中對孔距精度要求在1t10級以上或孔距公差值小于0.01mm的孔，均應(yīng)在一個或相鄰兩個工位上沖出；


b、沖件上孔壁、孔邊小于料厚t或不足2mm，應(yīng)分步在兩個工位上沖出，以增強凹模強度及擴大凸模在其固定板上的安裝位置；


c、對于群孔同軸度、位置度要求很高，允差小于0.01mm，可將有關(guān)孔一次沖出或在相鄰二工位上沖出，要求光潔沖孔與沖裁的部位應(yīng)集中在一兩個工位上實施；


d、如沖件外形和成形件展開毛坯尺寸公差很嚴，可考慮整體落料而后彎形或拉深；如沖裁件局部凸臺或凹口尺寸要求嚴，可用多工位分開單獨沖切后拼合；


e、對于產(chǎn)量大的小型復(fù)雜形狀成形沖件，應(yīng)盡量采用多工位連續(xù)沖壓一模成形，以提高沖件質(zhì)量與效率；


f、尺寸精度要求1t10級以上的高精度沖件，排樣時應(yīng)盡量減少工步，防止工位數(shù)多，送料積累誤差大，降低沖壓精度，局部精沖、鐓擠、打扁等均應(yīng)安排專門工位；


h、具有復(fù)雜的多向彎曲、側(cè)向沖成形與切口等要橫向施力沖壓的沖件，應(yīng)考慮在平面沖孔、切口后或落料之前，采用楔傳動橫向沖壓一模成形，以提高精度與效率。


（3）考慮沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要和沖壓變形所需位置的要求，設(shè)置必要的空擋工位，加大凸模在固定板上的安裝位置；如有材料打扁減薄增大覆蓋的凹模表面積，也應(yīng)增設(shè)空工位以加大凹模壁厚。


連續(xù)模沖件的排樣類型及方法


根據(jù)連續(xù)模沖壓工藝特點，工位同送進方式、排樣有無搭邊及切除工藝廢料方法等幾項要點，可將連續(xù)模沖件排樣歸納為以下幾種類型及排布方法：


分切組合排樣


各工位分別沖切和成形沖件的一部分，各工位相對獨立，互不相干，其相對位置由模具控制，最后組合成完整合格的沖件，見圖1a)、b)、f)、j)。


拼切組合排樣


沖件的內(nèi)孔與外形，甚至是一個完整的任意形狀沖裁線，都用幾個工位分開沖切，最后拼合成完整的沖件，雖與分切組合類似，但卻不盡相同。其各工位拼切組合，沖切刃口相互關(guān)聯(lián)，接口部分要重合，增加了制模難度，見圖1c)、d)、e)。

裁沿邊排樣


用沖切沿邊的方法獲取沖件側(cè)邊的復(fù)雜外形即裁沿邊排樣。當(dāng)沖切沿邊在送料方向上的長度l與進距s相等時，即l=s，則該凸?？扇〈鷤?cè)刃并承擔(dān)對送進原材料切邊定距的任務(wù)。


通稱這類側(cè)邊凸模為成形側(cè)刃。由于jb/t-76481-94標(biāo)準(zhǔn)側(cè)刃品種少且尺寸規(guī)格有限，最大切邊長度僅40.2mm。當(dāng)送料進距s＞40.2mm時，便只能用非標(biāo)準(zhǔn)側(cè)刃了。


采用標(biāo)準(zhǔn)側(cè)刃的另一個缺點是，要靠在原材料側(cè)邊切除一定寬度的材料，形成長度等于送料進距的切口，對送進原材料定位，增加了工藝廢料，使η值下降2%～3%。用側(cè)邊凸模裁沿邊，既能完成沖件側(cè)邊外廓任意復(fù)雜外形的沖裁，又可實現(xiàn)對送進原材料進距限位，取代標(biāo)準(zhǔn)側(cè)刃，一舉多得，見圖2a)、b)、c)。


裁搭邊排樣


對于細長的薄料沖裁件，與搭邊連接的部位有復(fù)雜的待沖切外廓的長沖件，用裁搭邊排樣可收到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的效果，可避免細長沖裁件扭曲變形、卸件困難等缺點。


比較典型的沖件是儀表指針、手表秒針等，采用上述裁搭邊排樣，效果很好，為了制模方便，有時將搭邊放大，便于落料，而作為搭邊留在原材料上的沖件，最后才切開分離出來，見圖2e）、j）、h）。

沿邊與搭邊組合沖切排樣


通過分工位逐步?jīng)_切沿邊與搭邊，獲取成形沖件展開毛坯并沖壓成形的排樣，稱之為沿邊與搭邊組合沖切排樣。


諸工位沖去工藝廢料，沖件留在原材料上逐步成形至最后工位分離。這種排樣形式可以保持諸工位在同一平面上，沿送料方向呈直線排布，各工位間用送進原材料攜帶工件送進到位，模具結(jié)構(gòu)簡單，操作方便亦安全，見圖3。

套裁排樣


用大尺寸沖裁件內(nèi)孔的結(jié)構(gòu)廢料，在同一套連續(xù)模的專設(shè)工位上沖制相同材料更小尺寸的沖件，即套裁排樣。


一般情況下是先沖內(nèi)孔中的小尺寸沖件，大尺寸沖件往往最后工位上落料沖出。


用單工位復(fù)合沖裁模套裁墊圈是早為人們熟知的典型套裁排樣。多工位連續(xù)沖裁件的套裁排樣，由于上下工位無搭邊套料，同軸度要求高，送料進距念頭要小才能保證套裁沖件尺寸與形位精度，見圖4c）、d）。

拼裁排樣


利用沖件的工藝廢料與沿邊相連的結(jié)構(gòu)廢料，相互拼合沖制相同材料的多種沖件，即拼裁排樣。


與套裁排樣的區(qū)別在于，拼裁是盡量利用工藝廢料或多余的沿邊與搭邊，及由于沖件復(fù)雜的外形，凸、凹差異大而產(chǎn)生的外沿結(jié)構(gòu)廢料，沖制材質(zhì)相同的多種沖件。排樣時，充分利用沖件外形凸、凹部分，相互摻叉嵌入拼合排布，使原材料得到充分利用。詳見圖4a）、b）。


無搭邊排樣與無廢料沖裁由于絕大多數(shù)連續(xù)模沖件都采用有沿邊、有搭邊排樣，只能進行有廢料沖裁。如果能進行無沿邊、無搭邊排樣，同時沖裁件又無結(jié)構(gòu)廢料產(chǎn)生，便可進行無廢料沖裁。


真正使使板材利用率達到或接近100%的完全無廢料沖裁的沖件較為罕見。但凡能進行無搭邊排樣的沖件，都可進行少廢料沖裁。見圖5。

欲實施沖裁件的無廢料與少廢料沖裁，首先要進行沖裁件的無搭邊排樣，見圖5。


由于實施無搭邊排樣要有一定的條件和方法。除上述連續(xù)模沖件可以進行無搭邊排樣，進行無廢料或少廢料沖裁外，單工序沖模、單工位復(fù)合沖裁模亦可這樣做。


非直線送進的連續(xù)式復(fù)合模沖件排樣


法多數(shù)連續(xù)模送料方向是在同一個平面上沿直線進行，各工位送料是用送進原材料攜帶法。為此，用搭邊連接沖件一直保留在原材料上，供各工位沖壓加工。


直到加工完成到最后一個工位才能將與搭邊連接的成品沖件分離出原材料。對于一些彎邊高度大、拉深高度大和需要多向施力彎形的復(fù)雜形狀的沖件，常常需要整體落料后在另一套沖模上成形。


否則，因需要沖模有大的開啟高度，才能將沖成的沖件從模腔中取出來。如用常規(guī)連續(xù)模使其諸工位沿送料方向在同一平面呈直線排布，將使沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)困難。


這類沖件用多工位連續(xù)模一模成形，其排樣方法完全不同于前述各種常規(guī)連續(xù)模排樣，采取整體落料展開平毛坯后，用斜楔驅(qū)動的專門推送料機構(gòu)，將落料毛坯推送到與原材料送進方向呈一定角度的成形工位上，彎曲或拉深成形。使該沖模諸工位呈l形排布，而且各工位不在一個平面上，見圖6河圖7實例。

隨著現(xiàn)代沖壓技術(shù)的迅速發(fā)展和沖壓機械化與自動化程度不斷提升以及沖壓安全生產(chǎn)要求的提高，這類結(jié)構(gòu)的連續(xù)模會日趨增多的得到廣泛使用。


圖6所示吊環(huán)沖件三工位連續(xù)復(fù)合模，其第一工位沖矩形孔，第二工位落料彎曲復(fù)合沖壓，第三工位是由件8斜楔驅(qū)動的送料系統(tǒng)，通過推板件6將第二工位彎形的工件沿彎芯件12推送到位后，用兩套件13斜楔傳動機構(gòu)，相對并垂直與送料方向施力，推動一對成形凹模件17，沖壓工件最終成形。


該沖模既有連續(xù)模的動作特點，又有復(fù)合模的功能，由于第二到第三工位是工件從原材料上分離下來另外形成，叫級進模不符實際；稱連續(xù)模則忽略了第二工位復(fù)合沖壓的功能及整個沖模的分離與變形復(fù)合沖壓的特征，故命名為連續(xù)式復(fù)合模較合適。

圖7的連續(xù)式復(fù)合模采用錯開雙列直排，整體落料后分別向兩邊推送展開毛坯并在第三工位上彎成形，生產(chǎn)效率高，沖件質(zhì)量好。這類自動或半自動連續(xù)式復(fù)合模操作安全，隨著卷材供應(yīng)品種與規(guī)格多樣化，使用會越來越多。


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