【文章內(nèi)容簡介】 產(chǎn) 方案一模具結(jié)構(gòu)簡單，但需要兩道工序，兩副模具，生產(chǎn)率較低，難以滿足該零件的年產(chǎn)量要求。方案二只需一套模具，沖壓件的形位精度容易保證，且生產(chǎn)率也高，但模具結(jié)構(gòu)較方案一復(fù)雜。方案三只需要一副模具，生產(chǎn)率也高，零件的沖壓精度不高。通過對上述三種方案的分析比較，該件的沖壓生產(chǎn)采用方案三為佳。 8 沖裁排樣設(shè)計 排樣方案的確定 排樣是指沖裁零件在條料、帶料或板料上布置的方法。合理有效的排樣有利于保證在最低的材料消耗和高生產(chǎn)率的條件下， 得到符合設(shè)計技術(shù)要求的工件。在沖壓生產(chǎn)過程中，保證很低的廢料百分率是現(xiàn)代沖壓生產(chǎn)重要的技術(shù)指標(biāo)之一。合理利用材料是降低成本的有效措施，尤其在大批量生產(chǎn)中，沖壓件的年產(chǎn)量達數(shù)十萬件，甚至數(shù)百萬件，材料合理利用的經(jīng)濟效益更為突出。 保證在最低的材料消耗和最高的勞動生產(chǎn)率的條件下得到符合技術(shù)要求的零件，同時要考慮方便生產(chǎn)操作、沖模結(jié)構(gòu)簡單、壽命長以及車間生產(chǎn)條件和原材料供應(yīng)等情況，以選擇較為合理的排樣方案。 根據(jù)材料的合理利用情況，條料排樣方法可以分為以下三種： （一）有廢料排樣：沖件與沖件之間、沖件與條料之間都 存在搭邊廢料，沖件尺寸完全由沖模來保證，因此精度高，模具壽命也高，但材料利用率低。 （二）少廢料排樣：只在沖件與沖件之間或沖件與條料之間留有搭邊值，因受剪裁條料質(zhì)量和定位誤差的影響，其沖件質(zhì)量稍差，同時邊緣毛刺被凹模帶入間隙也影響模具壽命，但材料利用率高，沖模結(jié)構(gòu)簡單。 （三）無廢料排樣：沖件與沖件之間或沖件與條料之間均無搭邊，沿直線或曲線切斷條料而獲得沖件。沖件的質(zhì)量較差，模具壽命較短，但材料利用率高。 采用少、無廢料的排樣可以簡化沖裁模結(jié)構(gòu)，減小沖裁力，提高材料利用率。但是，因條料本身的公差以及條料導(dǎo)向 與定位所產(chǎn)生的誤差影響，沖裁件公差等級低。同時，由于模具單邊受力，不但會加劇模具磨損，降低模具壽命，而且也直接影響沖裁件的斷面質(zhì)量。 綜上分析，并考慮沖裁零件的形狀、尺寸、材料，選取有廢料排樣。 搭邊的選取 排樣時，工件及工件與條料側(cè)邊之間的余料叫搭邊，搭邊的作用是補償定位誤差和保持條料有一定的剛度，以保證沖壓件質(zhì)量和送料方便。搭邊太寬，浪費 9 材料；搭邊太窄會引起搭邊斷裂或翹曲，可能“ 啃刃 ”現(xiàn)象或沖裁時會被拉斷，有時還會拉入模具間隙中、損壞模具刃口，從而影響模具壽命。 搭邊值的大小與下列因素有關(guān)： ① 材料的力學(xué)性能。硬材料可小些，軟材料的搭邊可要大些。 ② 工件的形狀與尺寸。尺寸大或有尖突的復(fù)雜的形狀時，搭邊要取得大值。 ③ 材料厚度。薄材料的搭邊值應(yīng)取的大一些。 ④ 送料方式及擋料方式。用手工送料、有側(cè)壓板導(dǎo)向的搭邊值可以取小些。 表 2 最小搭邊值（教材） 材料厚度 t 圓形件或圓角r2t 矩形件或邊長L50 矩形件邊長 L50 或r2t 工件間 a1 側(cè)面a 工件間a1 側(cè)面a 工件間 a1 側(cè)面 a 0～ ～ ～ ～ ～ 由表 2 確定搭邊值 根據(jù)零件形狀兩式件間按 圓 形取 工件間 搭邊值 a1=，側(cè)邊取搭邊值a=。 10 送料步距、條料寬度及板料間距計算 送料 步 距 送料步距是指兩次沖裁間板料在送料方向移動的距離，用 S表示，值等于沖裁件相應(yīng)部分寬度加上工件間搭邊值 a1，即 S=d+ a1 條料寬度及板料間距的計算 條料寬度 B0Δ =(Dmax+2a+c)0Δ （ 316） 導(dǎo)料板間距離 A=B+C=Dmax+2a+2c (317) 式中： Lmax— 條料寬度方向沖裁件的最大尺寸； a— 側(cè)搭邊值，可參考表 39； Δ — 條料寬度的單向（負向）偏差，見表 3。 C 為導(dǎo)料板與最寬條料之間的間隙，見 表 4； 采用圖 31的排樣方案分別查表 39,310,311,312 得： a1= , a= , Δ = , c= 。則 條料寬度 B0Δ =(Lmax+2a+c)0Δ =（ 24+ 2+） = 導(dǎo)料板間距離 A=B+C=Dmax+2a+2c=24+ 2+ = 送料步距 S=d+2a1+2=12+ 2+= 采用圖 4 的排樣方案分別查表 39,310,311,312 得： a1= , a= , Δ = , c= 。則 條料寬度 B0Δ =(Lmax+2a+c)0Δ =（ + 2+） =間距離 A=B+C=Lmax+2a+2c=24+ 2+ = mm 送料步距 S=φ12+a1=φ 12+= 11 圖 3 排樣方案一 圖 4 排樣方案二 表 3 條料寬度偏差 材料寬度 B/mm 材料厚度 t/mm ～ ～ 1 1～ 2 ～ 20 20～ 30 30～ 50 12 表 4 導(dǎo)料板與條料之間的最小間隙（教材） 條料厚度 t 無側(cè)壓裝置 條料寬度 B 100 以下 100～ 200 ＜ ～ 1 2～ 3 3～ 4 1 4～ 5 1 排樣圖 通過計算得排樣圖如圖 5 ,圖 6所示。 材料的經(jīng)濟利用 材料利用率 在沖壓生產(chǎn)中，沖壓大工件一般采用單個的塊料作為毛坯，沖壓較小的工件時，為了便于操作和提高生產(chǎn)率，通常采用板料裁成的條料作為毛坯。 沖裁件的實際面積與所用板料面積的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的經(jīng)濟性指標(biāo)。 一個步距內(nèi)的材料利用率可用下式表示： 100%ABS? ?? 式中：ξ — 材料利用 率； 2A— 一個步距內(nèi)工作的實際面積，這里 A 采用 CAD 軟件來計算，具體方法為 (1.在 CAD 中按招 1:1 比例畫好零件圖； — 查詢 — 面積 )得到零件的面積A1= 2 ， 由 排 樣 圖 得 兩 種 排 樣 方 案 A 值 相 等 全 為 A=2 13 A1= ； S— 送料步距； B— 板料寬度。 圖 5 排樣圖 1 圖 6 排樣圖 所以得：對于排樣方案一，材料利用率 : 11112 6 2 .7 7 2 41 0 0 % 1 0 0 % 4 7 .7 8 %2 8 .1 1 9 .6ABS? ? ? ? ? ?? 對于排樣方案一，材料利用率 : 22222 6 2 .7 7 2 41 0 0 % 1 0 0 % 5 0 .0 4 %3 8 .6 1 3 .6ABS? ? ? ? ? ?? 提高材料利用率方法 從上述公式可看出，若能減少廢料面積，則材料利用率高。廢料可分為工藝廢料與結(jié)構(gòu)廢料兩種：一類是結(jié)構(gòu)廢料，是由沖件的形狀特點產(chǎn)生的；另一類是由于沖件之間和沖件與條料側(cè)邊之間的搭邊，以及料頭、料尾和邊余料而產(chǎn)生的廢料，稱為工藝廢料。所以只有設(shè)計合理的排樣方案，減少工藝廢料，才能提高材料利用率。 減少工藝廢料的有力措施：設(shè)計合理的排樣方案，選擇合適的板料規(guī)格和合理的裁板法，或利用廢料作小零件 等?？紤]到材料利用率和能否滿足工藝要求等因素，選擇第一種排樣方案。 14 沖裁力和壓力中心的計算 4. 1 沖裁力 沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進入材料的深度而變化的。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設(shè)計模具的重要依據(jù)之一。 用普通平刃口模具沖裁時，其沖裁力 F一般按下式計算： F b=KLt? （ 319） = 255 = 式中： F— — 沖裁力， N； L—— 沖裁周邊長度（用 CAD 計算方法同 中 A 的計算方法相同），mm； t—— 材料厚度， mm； b? —— 材料抗剪強度（τ b=255MPa） K—— 系數(shù)（一般取 K=）?？紤]沖裁模刃口的磨損、凸模與凹模間隙之波動（數(shù)值的變化或分布不均）、潤滑情況、材料力學(xué)性能與厚度公差的變化等因素而設(shè)置的安全系數(shù)。 卸料力、推件力和頂件力是由壓力機和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的。所以在選擇設(shè)備的公稱壓力或設(shè)計沖模時，應(yīng)分別予以考慮。影響這些力的因素較多，而且影響規(guī)律也很復(fù)雜，精確 地計算這些力的大小比較困難，生產(chǎn)中常參照沖裁力用經(jīng)驗公式計算。 卸料力 Fx= xK F （ 321） = = 推件力 TF =n TK F （ 322） =10 = 頂件力 DF = DK F （ 323） 15 = = 式中： Kx、 TK 、 DK —— 卸料力、推件力、頂件力 ,如表 3— 14所示 n—— 同時卡在凹模內(nèi)的沖裁件（或廢料）數(shù) ， n=h∕ t。 h—— 凹模洞口的直刃壁高度， mm； t—— 板料厚度 ， mm。 表 5 卸料力、推件力及頂件力系數(shù)（教材） 沖裁材料 Kx TK DK 純銅、黃銅 ～ ～ 鋁、鋁合金 ～ ～ 鋼 材料厚度mm ～ ～ ～ ～ 0055 ～ ～ ～ ～ ～ 查表 5 Kx = TK = DK = 總沖壓力 Fz，總沖壓力是各種沖壓工藝的總和，根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)計算，由于本模具采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖裁模，則： Fz=F+ Fx+ FD （ 324） =++ = 4. 2 壓力中心的計算 模具的壓力中心 , 就是沖壓力合力的作用點。為了使模具和壓力機正常而又平穩(wěn)地工作 , 必須使沖裁壓力中心與壓力機滑塊中心線重合 (或偏移不大 ) 。否則會產(chǎn)生偏心負載彎矩 , 導(dǎo)致滑塊與導(dǎo)軌非正常磨損 , 影響壓力機精度和壽 16 命 , 導(dǎo)致凸、凹模間隙不均勻 , 降低沖壓件質(zhì)量和加劇磨損 , 甚至碰撞和損壞 零部件 , 因此 , 準(zhǔn)確地求出壓力中心是沖裁模結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)。在沖裁模設(shè)計時 , 形狀對稱的沖壓件 , 其輪廓的幾何中心 , 即對稱點就是壓力中心。而對刃口形狀不對稱的沖模和多凸模、連續(xù)模的壓力中心 , 往往需通過計算法 (解析法 ) 或作圖法采用空間平行力系的合力作用線的求解方法。但對于形狀復(fù)雜的沖件 , 這些方法存在計算煩瑣、容易出錯、精度不高等缺點 , 而且無法計算出包含不規(guī)則曲線信息在內(nèi)的切口模的壓力中心。根據(jù)排樣 ,我們可以在 CAD里使用查詢便能得出壓力中心 ,如圖 7所示建立直角坐標(biāo)系 ,則它的壓力中心為A(0,), 圖 7 壓力中心 刃口尺寸計算 沖裁間隙分析 根據(jù) JB/Z271—— 86 規(guī)定，沖裁間隙是指凸，凹模刃口間隙的距離，用符號 C 表示，其值可為正也可為負，在普通沖裁模中均為正值。它對沖裁件的斷面質(zhì)量有極其重要的影響，此外，沖裁間隙還影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。因此，沖裁間隙是沖裁工藝與模具設(shè)計中的一個非常重要的工藝參數(shù)。 1）、間隙對沖裁件尺寸精度的影響 沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高，這個差值包括兩方面的偏差 ，一是沖裁件相對于凸模或凹模的偏差， 17 二是模具本身的制造偏差。 2）、間隙對模具壽命的影響 模具壽命受各種因素的綜合影響，間隙是也許模具壽命諸因數(shù)中最主要的因數(shù)之一，沖裁過程中，凸模與被沖的孔之間，凹模與落料件之間均有摩擦，而且間隙越小，模具作用的壓應(yīng)力越大，摩擦也越嚴重，所以過小的間隙對模具壽命極為不利。而較大的間隙可使凸模側(cè)面及材料間的摩擦減小，并延緩間隙由于受到制造和裝配精度的限制，出現(xiàn)間隙不均勻的不利影響，從而提高模具壽命。 3）、間隙對沖裁工藝力的影響 隨著間隙的增大，材料所受的拉應(yīng)力增大，材料容易 斷裂分離，因此沖裁力減小。通常沖裁力的降低并不顯著，當(dāng)單邊間隙在材料厚度的 5~20%左右時，沖裁力的降低不超過 5~10%。間隙對卸料力推料力的影響比較顯著。間隙增大后，從凸模里卸料和從凹模里推料都省力當(dāng)當(dāng)單邊間隙達到材料厚度的 15~25%左右時的卸料力幾乎為零。但間隙繼續(xù)增大，因為毛刺增大，又將引起卸料力、頂件力迅速增大。 4）、間隙值的確定