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(lái)在全國(guó)電器開關(guān)、農(nóng)機(jī)、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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，原材料的售價(jià)，跟著能源價(jià)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(qiáng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(gè)百分點(diǎn)。

排樣及連續(xù)沖壓的排樣圖設(shè)計(jì)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(jìn)行經(jīng)濟(jì)而合理的排列布置，以獲取最佳排樣，達(dá)到盡可能高的材料利用率。在冷沖壓工藝設(shè)計(jì)和沖模設(shè)計(jì)工作中，這是一項(xiàng)重要而技術(shù)性很強(qiáng)的工作；在冷沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)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(jìn)距、沿邊、搭邊的具體數(shù)據(jù)及工位間送進(jìn)方式和沖壓沖件的全部沖壓工藝及變形與分離過(guò)程。


排樣圖與模具的選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(shí)也影響到?jīng)_壓件的質(zhì)量和模具壽命。


排樣時(shí)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(zhēng)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(jìn)行多方案比較，從中選優(yōu)而確定出最佳排樣。


沖模設(shè)計(jì)開始前要通過(guò)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(diǎn)，對(duì)照其排樣圖審定其沖壓工藝的合理性和可能存在的問(wèn)題，以便為沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jìn)行排樣圖設(shè)計(jì)。也就是說(shuō)，當(dāng)沖裁（落料）平板沖裁件和成形沖壓件展開平毛坯時(shí)需要排樣。


而且大都是有沿邊、有搭邊進(jìn)行有廢料沖裁的常規(guī)排樣方式，間或出現(xiàn)個(gè)別一、兩個(gè)無(wú)搭邊排樣，絕大多數(shù)僅能實(shí)現(xiàn)少?gòu)U料沖裁。無(wú)論用何種排樣方式，一般以材料利用率來(lái)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(duì)沖件工藝分析后，合理設(shè)計(jì)沖壓工藝過(guò)程和沖壓工藝工步順序，充分考慮連續(xù)沖壓工藝特點(diǎn)和沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，注意送料與工位間送進(jìn)方式的選擇以及定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。


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(jì)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(jìn)方式選擇為先導(dǎo)，以沖模選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為目的，應(yīng)遵循的基本原則如下：（1）有利于選用更簡(jiǎn)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(fèi)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(shí)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(duì)只有一個(gè)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：?jiǎn)瘟兄迸拧瘟行迸?；雙列并列直排、雙列對(duì)頭直排、雙列對(duì)頭斜排；多列直排、參錯(cuò)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(dá)到?jīng)_件要求的尺寸與形位精度，再?zèng)Q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(jí)以上，則應(yīng)采用有沿邊、有搭邊的排樣方式；無(wú)搭邊排樣的沖件尺寸精度較差，一般都在1t12級(jí)以下，甚至低到1t14級(jí)。如果沖件尺寸精度高達(dá)1t9級(jí)以上并要求沖件平直，則應(yīng)選用滑動(dòng)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(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)din1543對(duì)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(jì)帶來(lái)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(shí)，搭邊與沿邊寬度要大于t才不至于在沖裁時(shí)被拉入凹模洞口，并使其有足夠的強(qiáng)度和保證搭邊框有較好的送進(jìn)剛度；t=0.3mm的低碳鋼板，按gb/t16743-1997《沖裁間隙》國(guó)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(guó)際ⅰ級(jí)滑動(dòng)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(shí)，應(yīng)特別注意選擇合適的排樣方式、設(shè)計(jì)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(dá)到要求的尺寸與形位精度。


對(duì)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(jì)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(duì)排樣進(jìn)距精度及沖模送進(jìn)定位提出了更高要求。排樣時(shí)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(duì)頭排及翻身沖，更不宜采用混合排。


否則，搭邊框在送料時(shí)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(jì)帶來(lái)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(jí)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(jì)要點(diǎn)單工位落料模和復(fù)合模的排樣圖設(shè)計(jì)，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(jiǎn)單，


制模更方便，達(dá)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(jìn)行有廢料沖裁。


根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(jì)，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(lái)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(shí)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(diǎn)如下：


（1）通過(guò)對(duì)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(jìn)行研究并提出多個(gè)沖壓工藝方案進(jìn)行對(duì)比，從中選優(yōu)后實(shí)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(shí)要考慮連續(xù)沖壓的工藝性、沖模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，在工步順序與工位安排上注意以下各點(diǎn)：


a、沖件上群孔中對(duì)孔距精度要求在1t10級(jí)以上或孔距公差值小于0.01mm的孔，均應(yīng)在一個(gè)或相鄰兩個(gè)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(gè)工位上沖出，以增強(qiáng)凹模強(qiáng)度及擴(kuò)大凸模在其固定板上的安裝位置；


c、對(duì)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(gè)工位上實(shí)施；


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


e、對(duì)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(jí)以上的高精度沖件，排樣時(shí)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(dòng)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(jì)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(diǎn)，工位同送進(jìn)方式、排樣有無(wú)搭邊及切除工藝廢料方法等幾項(xiàng)要點(diǎn)，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(duì)獨(dú)立，互不相干，其相對(duì)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(gè)完整的任意形狀沖裁線，都用幾個(gè)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(zhǎng)度l與進(jìn)距s相等時(shí)，即l=s，則該凸模可取代側(cè)刃并承擔(dān)對(duì)送進(jìn)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(zhǎng)度僅40.2mm。當(dāng)送料進(jìn)距s＞40.2mm時(shí)，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(gè)缺點(diǎn)是，要靠在原材料側(cè)邊切除一定寬度的材料，形成長(zhǎng)度等于送料進(jìn)距的切口，對(duì)送進(jìn)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(shí)現(xiàn)對(duì)送進(jìn)原材料進(jìn)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(duì)于細(xì)長(zhǎng)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(zhǎng)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(xì)長(zhǎng)沖裁件扭曲變形、卸件困難等缺點(diǎn)。


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(shí)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(lái)，見圖2e）、j）、h）。

沿邊與搭邊組合沖切排樣


通過(guò)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(jìn)原材料攜帶工件送進(jìn)到位，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(wú)搭邊套料，同軸度要求高，送料進(jìn)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(shí)，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(wú)搭邊排樣與無(wú)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(jìn)行有廢料沖裁。如果能進(jìn)行無(wú)沿邊、無(wú)搭邊排樣，同時(shí)沖裁件又無(wú)結(jié)構(gòu)廢料產(chǎn)生，便可進(jìn)行無(wú)廢料沖裁。


真正使使板材利用率達(dá)到或接近100%的完全無(wú)廢料沖裁的沖件較為罕見。但凡能進(jìn)行無(wú)搭邊排樣的沖件，都可進(jìn)行少?gòu)U料沖裁。見圖5。

欲實(shí)施沖裁件的無(wú)廢料與少?gòu)U料沖裁，首先要進(jìn)行沖裁件的無(wú)搭邊排樣，見圖5。


由于實(shí)施無(wú)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(jìn)行無(wú)搭邊排樣，進(jìn)行無(wú)廢料或少?gòu)U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(jìn)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(gè)平面上沿直線進(jìn)行，各工位送料是用送進(jìn)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(gè)工位才能將與搭邊連接的成品沖件分離出原材料。對(duì)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(lái)。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(jì)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(dòng)的專門推送料機(jī)構(gòu)，將落料毛坯推送到與原材料送進(jìn)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(gè)平面上，見圖6河圖7實(shí)例。

隨著現(xiàn)代沖壓技術(shù)的迅速發(fā)展和沖壓機(jī)械化與自動(dòng)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(huì)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(dòng)的送料系統(tǒng)，通過(guò)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(dòng)機(jī)構(gòu)，相對(duì)并垂直與送料方向施力，推動(dòng)一對(duì)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(dòng)作特點(diǎn)，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(lái)另外形成，叫級(jí)進(jìn)模不符實(shí)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(gè)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(cuò)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(dòng)或半自動(dòng)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(huì)越來(lái)越多。


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