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冲模设计与制造技术讲座(3)冲压排样技术(上

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  燕 涨 戮傲犷拐一 留 贯 岛 林 ō 扮蒸冲 压 排样 涉 及 到 冲模 结构及 寿 命,影响到材 料利 用 率 和 成本 是 冲 模 设计 前一 项 重要 的 工艺技术 工 作。本 讲 用 排样实例 说 明 排样 形 式 的 类 型 及 其适 用 范 围;改进冲 件结 构 形 状及 尺 寸 进 行 少、无废 料排 样;排 样 搭 边 与 沿 边 尺 寸 的 确定及 不 同 形 式排样材料利 用 率 的 计 算,少、无废料及其 排 样 条件,套 裁排样等。平板 冲件 或立 体成 形 件 的展 开 平板 毛 坯 在 板、条、带料上 冲件 排列与 布 置 方式,称 之 为排 样。在 冲压 工艺编制 与冲模 设 计 中,排样 设计 是 一 项技术性很强、涉 及 面很 广且十分复杂 又十 分 重 要 的 设计 工作。冲 压 排样 直 接影 响到 冲 压材料利 用 率、冲模结 构及 其 寿 命、冲 压 精 度及 冲件质量、冲 压 生产 率 及 冲件成 本 等。因 冲 压 排样 不 仅 有方 法和 技 巧,而 且 含有大量的 冲 压工艺 技术 和 冲模 设 计 的 技术 内容,故 通 称为 冲压排样技术。1材 料 利 用 率成批 和 大 量 生 产 的 冲 压 件,其成 本 中材料费 约占8 。 %。故合理排 样对节 省 材 料、降低 成 本、提高效 益 等具 有重大 的 现 实 意义。冲 压材 料 经 济 利用 的程度是 用 材 料 利 用 率 瓶 来 衡 量,通 常 是 用 一 个送料 进 距 中 冲 件 实 际 面 积 占 整 个进 距 材 料 面积 的百 分比 来表 示:产生 料 头 料 尾。故 对 于 一 张 板料,一根 条料或 一 卷带料来说,其 总的材 料 利 用 率 可 用 下 式 计算:。* ,一 攀 止 乒 又 1 0 0 %( 2 ), 侧L,B,“- - -一` 料一U 料式中,华 , 一 材 料 利用 率,环;W件 一 板、条、带料 上 实 际 冲 制 的 冲件数个;F 件 一 一 个 冲 件或 一 个 展 开 毛 坯的 实 际 面 积,L 件 一 板、条、带 料 的 长 度,m m;B 料 一 板、条、带料 的 宽 度,m m。:材 一警又 1 0 0 %叹 奥l 粉 又 1 0 0 %( 1 )式 中,B 料 一 送 进 材料 宽度,即 料宽,m m;F 厂 一个 进 距 的材料 总 面 积,m m, ;S 进 一 沿 送 料方 向每 次 送进 材 料 的距 离 即 料长,称 进 距 也 称 步 距 的长 度,m m;F 件 一 一个 进距 内冲制 冲件 的 实 际面 积,n l l ll一 。实 际 上 用 板、条、带料 冲压时,除产生 搭 边、沿边 外,还 必 将 出现 料 头、料 尾 等 不 能 冲制 同种 冲 件 的部 分,即 使 是无废料或少废料排 样 冲 压,一 般 也难免典 型 冲 件 及 立 体 形 冲 件 展 开 毛 坯在 冲裁 时 的 材料 利 用 率计算 方 法 由 于 篇 幅 听 限 略 去2排样方 法常 用 的 排 样 方 法 有 以 下两 种2.1样 片排样法根 据冲件 图 或 立 体 形 冲件 展 开 毛 坯 图,按1:l或1,2 的 比 例,在道 林 纸 或 牛 皮 纸,亦 可 在废 兰 图纸、马 粪 纸 或 硬 包 装 纸 上,绘 出 平板 冲件或 立 体形 冲件 展开毛 坯铅笔 图,剪 出 1 0 个 以 上 模 拟纸片 而 后用 这 些 样 片在 白纸 上排 列 布 置,排 出 几 个方 案 后.根据 现 场各 种 条件,通 过 综合 对 比,从 中 选 优。初 步 选定排样 形 式 及方 案 后,考 虑 材料种类及 尺 寸,冲压 工艺顺 序 及 工 位安 排、搭 边及沿边 宽 度 的 确 定 以 及 进距 与 料 宽 的 计 算、选 定 进 距 限位 装 置 及 其 位置 的 安排、毛 坯 工 位间 传 递 与输 送 方式等,最 后 绘 出 排样图。这 种排 样方 法 适 用 于 形状复杂且 排样 较 难 的 冲件、需要 进 行两 种 以 上 冲件混 合 排 样的 冲 件、要用 裁搭边 法 冲制 的 细 长 冲 件、要实 施套裁 的 冲 件 等。2.2描 图 排 样 法照 平 板 冲 件 图 和 立 体 形 冲件 展 开 毛 坯 图 用描 图纸 描 出 其落 料外 廓 形 状,而后 依 照 这 个 外 廓 形 状按1,1 或 1,2 划 出几 个 排样 方 案,通过 对 比,重 叠移动.派 生 出 更多排样 方 案,再将 认定 较 好 的 几 个 方 案《 电 子 工 艺 技 术 》1 9 9 4年 第3期DOI: 10.14176 /j.issn. 1001 -3474.1994.03.010 绘 在 白 纸 上,通 过 综合 对 比,从 中选优。初步选 定排样形 式 及 方 案 后,与前 述 样片 排 样法 一 样,按 步 就班进行排样 图 设计 工 作,直 到 绘 出 排样 图。这种 排样方 法适宜形状简 单、经 常 遇 到 的 一 些具 有规则 几何 图 形的 冲件。3排 样 形 式3.1冲压废 料及 其 类别平板 冲 件 或 立体 形 冲 件的 展开 平板 毛 坯,在 用板、条、带 料进行 冲 压 时,要产 生 料头、料尾、搭 边、沿 边 以 及 冲 孔、切口、冲 槽、切 角等废料。这些 废 料通 常 可 分 为两大 类:一 类 是 由 于 设 计 冲 件 的 结 构 形状造成 的,如 冲 内孔、切 口、冲 槽、切 角 等 工 艺 作 业产 生 的 废 料,其 多 少 是 一 定值且 不可 避免,通 称 为结构 ( 设 计 ) 废料;另 一类是 冲 压过 程 中产 生 的废料,诸如:料 头、料 尾、搭 边、沿 边 等。这种废 料 的多少不 是 一个 定 值 且可增 减 甚 至 避 免,通称 为 工 艺废 料,见 图1。合 理 排样 的重 要 目 的 之 一 是减少或 避 免 工 艺 废料,以 提 高 材料利 用 率,从 而 降 低 冲 压 件 的 成本。l 兀1一 一 一七 , 1 3 ǎ 卜一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一百 甘 比 月 下 U一 一[l 乃 ō 卜几审 琴二 二!}_仁 弃 〕{咬 衣 习}一 l 叹一 书一 团 0OJ排 样类 型I有废料排 样」.少 废 料排 样,无 废 料 排 样单1 直排 !拐 例l 一I I I图 例 卜一I I I图 例1 一 l l l行2 斜排2 一工 工2 一I I I2 一 二二3 3 3 3 3 对 头直 排.弓 一工 工3一I I I3 一斑 斑双4直 排4一I I I{ { {: 三 : : :行5 斜排5 一I I I :二 l l l l l6 6 6 6 6 又、 士 排5 一I I I16一万 万 万务直、斜、对、参 排7 一 I I I l l l7 一 万万仃一了 一 l l l l l复8 套 裁 排8 一1 1 1{ { {吕一 石石Z Z Z ` `9 混 合 排1 0 一! ! !一8 一 1 口 一 皿皿目 目 目1 0裁搭边 排一1、一 皿皿 皿单一 一 一行一 般 常规情 况。各 种平 板 冲件 及 立 体 形 冲 件 展 开 的平 板 毛 坯 有 各 种不 同 的 外 形,选 用 哪 一 种 排 样 形 式与 材 料来 源及种 类、供 应状态 与 形 状、套 裁 与 混 合排样 的 可 行性、材料利 用 率 的 高 低等诸多 因 素 有 关。同时,还 涉及到模具结构与 制 模工艺性、冲 压 精 度、现场条件、设 备 能力 黛。故 不 可 能肯定某 一 形 状 的冲 件 采 用 某一种 排 样 形 式 最台 适。而 必须根 据现 有条件及 冲 压 和 制 模 技 术 水平.经多方 案 综 合 对 比 最后 确定。无 废料排样 省 料.但 绝 大 多 数 冲 件 因 结 构 形 状所限.不 能采 用;有些 冲件 虽 能 设计 出 无 废料 排样图,冲 模结 构 不 允许或制 造 不 出冲 模,也 不 能实 施在 现 场 为节 省 材 料.经 常 用 下 脚料、边 角 余 料、冲 孔废料等 冲 制冲件,排 样 形 式 必 然受到制约;当 两 种或两 种 以 上 冲件 混 合 排 样 时,排 样形 式 就 不 可 有更多的选择 余 地;需要 裁搭边 冲 制 的 细 长且 形 状复 杂 的冲件,只 可 能 有 一种 排 样形 式;而 进行 套 裁 排样 甚至也仅 限 于 某 一 种 排 样.如此 等等表l冲 压 件 常 用 的 排 样 方 法 简 图排 样类 型}1有废料 排 样{ 少 废 料排 样 一 无 废 料 排样//一O图1冲 压 废料 的 分 类1.工 艺 废料2.设 计( 结 构 )废料3.2常 用 排 样形 式及 其分类表1 列 出 了 常 用 排样 形 式 及 其分 类。但 这 只 是《 电子 工 艺 技 术 》 1 9 9 4年 第3期表中所示图 例 代 号简图见3 屯 页3.3排 样( l )圆形 件排 样圆 形 件 排样 形 式 有 单行 和 多 行 两 种。多行 一 般均为交 错 排 样,以 节 省材料。应 该 指出,对 于 圆 形 件来说,虽然 交错排 样行数 增 多会提 高 材料利 用 率,但并非交错排样 行 数愈 多,材料利 用 率愈 高。当排 样 行数n一 5 以 后,6 一 9 行 刀 值 仅 增 长 1 % 左 右,而 1 0 一1 9 行刀 值 增长还 不 足 1 %,2 0 行之 后 刀 值 基本 不 再增 长。因此,圆 形 件 多行 交 错排 样,推 荐采 用3、5、7 行,刀 值 最 佳 而 模具 制造也不 复 杂。( 2 )非 圆 形件排样按 照 冲件排样 冲 压 时产 生 废料 的 多 少 与材料 经济利 用 的程度,非 圆 形平板 冲 件 和立 体 形 冲 件展 开 表l图 例 代 号 简 图l ! 行l而再 反石 刃上些 些 坚__ _』耳 疆习O O O O OO O O。 ! ! !0 0 0 0 0O O O0i i i婴 瓢三 曦 瑟 双l 了 i 、 、、易一勺 厂 六j 巨_玉袋 预夕 夕丹 不习_毕O O O0 0 0 0 0 0 0} } }0勺『 『一 一. O OO OO、 , .才 l 、 l仁竺阶 黔次 另 若。{00 1 06」瘩)习一十一一一 一 一 一~卿 歇彭 瑰 彝更 匹 三目 @。}妞 {亚,解 句子。 。一 一小今: : :7毛 坯 的 排 样 形 式 可 分为表2所 列三种:( A ) 有 废 料 排 样这 种排 样形 式是 沿 冲 件及 冲件 展 开毛 坯 全 部 周边 冲裁,俗称落 料。在 落料 外 廓 与材 料边 缘 之 间、相 邻落料件 之 间 均有 工 艺 废 料,即 沿边 与 搭 边。因 材 料 上 留有搭 边 与 沿边.故 冲件质 量好,冲 模 寿 命 较 高。但 材 料 利 用 率 较低,然 使 用 广 泛。( B ) 少 废 料排样它是沿 冲 件 部分 外 廓 切 断分离 原材 料,冲制 冲件。在 冲 件 之间无搭边 而 有 沿边 及《 电 子 工 艺 技 术 》1 9 9 4年 第3期 料尾、料 头,或仅 有搭边 而 无 沿边。工 艺 废 料 比 有 废高 到 9 0一 9 5 %。采 用 该排 样 形式 对 冲 件 的 结 构 形 状料排样显 著减 少。这种 排 样 形 式 材料利 用 率 可 达 7 5 有 一 定 要 求。除 正 方形、矩形、等 腰 三 角 形、直 角 三一 8 5 %。但 受冲 件结 构 形 状 的 制 约,并 非 任意形 状 的角 形、正多 边形、梯形 等 规 则 形 状 的 冲 件之 外.平板 冲件 都 可 采 用 少 废料 排 样 冲 压。异形平板 冲 件 的无 废 料排样 冲压,受其 本 身 结 构 形( C)无 废 料 排 样这 种排 样 形 式 是在 冲 压过 程 状、模 具结构.特 别 是 模具 刃口 形 状 及 其 设计与制造中 不 产 生 诸 如:搭 边、沿边、料 头、料 尾之类 的 废料,工 艺 性、模 具 寿 命等 凶 素 的制约,即 使 可 以 排样并 设直 接 从 板、条、带 料上,经 切 断 分 离获取 冲件或 冲件计 出 排样 图 而 不 一定 能实施 冲 压。展 开 毛 坯。用 这种 排样 形 式 冲 压,可 使 材 料利 用 率 提196 5 年原联 邦 德 国 工 业 技术杂 志 《 e F r t i gu n g s表2非 圆 形 件常 用 排 样 形 式有废料 排样少 废 料排样 无 废料 排 样石卿孚 下一 一”-` . . .O O O O O叭g g g g g 卿皿, ,止{ { {匝 {:} } } 袋卫中( ( (。}0 0t e e h n i ka nd 玫 tr i eb 》 在第 11 期上就发表 了 ( ( 闭 合 平面 理 论 及 其 在冲件排样设 计 上 的应 用 》 一文,较详 细的 介 绍用 闭 合 平面 ( l F a c hen sch lu 助理 论 进行 无废 料排样 的 研究成果。国 内198 8年 出 版 的《 冲 模设计 手册 》 还翻 译收人 这 篇研 究 文 章。但 至 今 尚未看 到 该理论 用于 冲 压 实践 的 报导。实 际 上,异形平板 冲 件要 实现 无废 料排样 必 须在 其 形 状 结 构 上 具 备 一 定 的 条件:同 一 种冲件 任两 件 能在 同 一 平面 上 无 缝 隙 的 拼合 起 来 构成一个闭 合 平面。如 果 沿 该 闭合平 面 拼合缝 设 置 刃口 将 材 料 切 断分离 则 可 获 取 冲 件 且 不 产 生工 艺废料。因 此,要 求 平板 冲件 外 廓 形 状 沿 拼 合 缝 两侧 夹角互 补、圆弧 凸 凹 吻 合、折线 长短 相 等 而 这 些条件 必 须 在 同一 冲件 的 不 同外廓部位成 双 成对的 显示 出 来,才 有 可 能形 成吻 合无缝 的 闭 合 平 面。〔 3 )改进 冲 件结 构 形 状 实 现 少 无 废料排样用 冲 压 件作 为某 种 产 品的 零 部 件,其结构 形 状与 尺 寸 的 设 计.往往都 是 由产 品 设计师完成。有时因产 品 设 计师缺 乏 对冲 压 工 艺 和 冲 压 件 结 构 工 艺性 的全 面 了 解,设 计 出的 冲 压 件 工 艺性 不 良是常 有 的 事。在 这 种情 况下,冲 压 工 艺 师及 冲 模设 计 师 可 以 通过与 产 品 设计师协商,在 不 影 响 冲件 使 用 要 求 及 产 品性能 的 前提 下,对 冲件结构 形 状 进 行 修 改,以 提 高其《 电子 工 艺 技 术 》 1 9 9 4年 第3期 表3改 进冲 件 形 状 实 现 无 废 料、改 进 前少 废 料排样 实例改 进 后冲 压 工 艺性 表3所 列 便是实例。从 该表 可 以看 出.冲 件结构 形状对 选择 排 样 形 式 及 实 现少、无 废 料 冲 压 的 重大 影 响。(4 )套 裁 排样利 用 冲 件的结构 废料在 同一 套 冲模仁 同时 冲制 出 另 一 种 或 几 种 材 料 相同、料 厚 相 等的 冲件冲 压 排样 设 计称之 为套 裁 排 样,详 见图2。由④日匝 欧) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) 卿价 价 价, , , , , , , , , , , , , , , ,一! } 日 l奋 ( ( ( ( ( ( (}甲协J J J甲勺 勺 心母{ { { { { { {百 心 月 、 、人 人甲 甲- - -甲` ` ` ` ` ` ` 中 ` `击口 气气 气蔗尸 冷逐一 飞 一河一__ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _、 、1\ \ \ \ \【一 一} 厌 犷 云少 月_ _)/恻姑 色 习呼_ 二二Q Q Q 卜 众 卜 沪户气又之 夕一令乌厂 七 /辛- - -止 诬 若一c或 亡 军- - -圆 . . Q伞_ _._ 竺圆口@像离“一申一 州 钊到l1 . !州筑\厂 介 、I I I瓜瓦石 必} } }! ! ! ! !} } } } }{} } }}( ( ({.! ! ! 土I I I I IL、」图2套裁排样 提高 材 料 利 用 率 的 例 子鹭一皿匡 民__ _ _『『- - -一 上《 电 子 工 艺 技 术 》1 9 9 理 年 第 3 期