冲压模具排样设计_机械设计_机械知识库_文库_完美毕业网

　　第三章排样设计

　　第一节概述

　　排样，顾名思义，就是图样的排列。在多工位级进模设计中，排样的目的旨在确定从毛坯材料转变为产品零件的工序过程。

　　虽然级进模设计的最终结果是模具结构和相关的零件，但在开展具体的模具设计之前，必须确定如下问题：

　　1）产品零件的毛坯如何从条料上截取？

　　2）构成产品零件的级进冲压工序有哪些？

　　3）各工序如何组合？如何排序？

　　这些内容的确定就是排样的任务。因此，排样是级进模设计的重要依据，是决定级进模优劣的主要因素之一。

　　按照排样所解决的问题及设计过程中所处的阶段，级进模设计中的排样可分为三类，即毛坯排样，冲切刃口设计和工序排样。

　　毛坯排样用于确定毛坯在条料上的截取方位和相邻毛坯之间的关系。

　　在级进冲压加工过程中，零件复杂的几何外形往往被分解为简单几何要素的组合，这部分工作称为冲切刃口设计。

　　工序排样确定模具有多少工位组成、每个工位的具体加工工序等。

　　第二节毛坯排样

　　毛坯排样方案对材料的利用率、冲压加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显著的影响。具统计，在冲压件的成本中，材料费所占比例在60％以上。因此，合理排样对提高材料利用率、降低产品成本有着重要意义。

　　一毛坯排样

　　1.毛坯排样方案

　　毛坯在板料上可截取的方位很多，这就决定了毛坯排样方案的多样性。典型的毛坯排样方案及特征如表3-1所示。

　　根据排样时是否产生废料，毛坯排样可以分为有废料排样和无废料排样。冲裁时的废料可分为工艺废料和设计废料。工艺废料指工件之间和工件与条料之间的搭边材料定位孔和不可避免的料头与料尾所产生的废料。设计废料指由于产品形状的需要，如孔的存在而产生的废料。无废料排样由于无搭边或少搭边，材料利用率高，但要注意：

　　1)存在有侧向力，影响模具精度和寿命。

　　2)前后产品的毛刺方向不一致。

　　3)相邻产品的临接线是共用的，若定位不准，容易产生多切少切问题。

　　2.毛坯排样原则

　　1）材料利用率要尽量高。

　　2）满足产品零件冲裁及后序工序的要求，诸如：

　　1°纤维方向和毛刺方向的要求；

　　2°便于完成后续加工工序；

　　3°生产率要高，便于操作；

　　4°安全性要好。

　　表3-1典型毛坯排样方案比较

　　<　二搭边

　　搭边是指排样时毛坯外形与条料侧边及相邻毛坯外形之间设置的工艺余料。搭边的作用是毛坯从条料上分离，补偿由于定位误差使条料在送进过程中产生的偏移所需的工艺余料。搭边分侧搭边和中心搭边。搭边的基本要求是要有足够的强度，而搭边的强度主要由搭边宽度决定。

　　搭边宽度是排样时的重要工艺参数。搭边宽度的选取需考虑的因素：

　　1）材料利用率2）凸模强度3）条料的刚性4）产品的品质

　　搭边值过小，冲裁时容易翘曲或被拉段，增大冲裁件的毛刺。

　　三步距

　　步距指冲压过程中条料每次向前送进的距离，其值为排样时沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值。步距可定义为

　　S=L+a

　　式中S─冲裁步距；

　　L─沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值；

　　a─沿送进方向的搭边值。

　　四条料宽度

　　条料宽度指根据排样结果确定的毛坯所需宽度方向的最小尺寸。理论上条料宽度可按下式计算：

　　B=D+2b

　　式中B─条料宽度的理论值；

　　D─垂直于送进方向毛坯的最大轮廓尺寸，它随毛坯排样方位变化；

　　b─侧搭边值。

　　由于模具加工误差，条料的裁剪误差及送料时的误差，实际的条料宽度应有一定的裕度，具体尺寸可根据不同的送料侧定位方式计算。

　　无侧压装置的模具，条料送进时可能在导尺之间摆动，从而使某一侧的搭边减少。因此，计算条料宽度时应补偿侧搭边的减小量。条料的宽度可按下式计算：

　　B=D+2(b+△)+Z

　　级进模排样图设计标准式中B─条料宽度尺寸；

　　△─条料宽度的单向（负向）公差，参见表3-3；

　　Z─条料与导料板之间的间隙，参见表3-3。

　　五材料利用率

　　材料利用率定义为

　　Ч=A/（BS）100%

　　式中Ч─材料利用率；

　　A─产品毛坯外形所包容的面积；

　　B─条料宽度；

　　S─冲裁步距。

　　Ч愈大，废料所占面积愈小。因此一般将Ч作为衡量毛坯排样方案优劣的指标。

　　第三节冲切刃口设计

　　冲压件毛坯的外形轮廓及内形孔从几何上可看成是各种封闭的几何曲线，内形或外形轮廓的冲切既可以一次完成，也可以分几次完成。

　　冲切刃口外形设计就是把复杂的内形轮廓或外形轮廓分解为若干个简单几何单元，各单元又通过组合、补缺等方式构成新的冲切轮廓的工艺设计过程，即设计合理的凸模和凹模刃口外形的过程。由此，冲切刃口外形的设计可分为轮廓的分割与重组两个阶段。实际生产中所遇到的冲压件往往十分复杂，通过刃口外形的分解与重组可以达到如下目的：

　　1）简化凸模和凹模外形，便于加工，缩短周期，提高质量，降低成本。

　　2）改善凸模和凹模受力状态，提高模具强度和寿命。

　　3）便于工件在模具中送进，如弯曲工件的分离。

　　4）满足特殊的工艺需要，如拉深工艺切口。

　　一冲切刃口设计的原则

　　1．刃口分解与重组应有利于简化模具结构，分解段数应尽量少，重组后形成的凸模和凹模外形要简单、规则，要有足够的强度，要便于加工。

　　2.刃口分解应产品零件的形状、尺寸、精度和使用要求。

　　刃口外形的分解与重组不具有唯一性，设计过程十分灵活，经验性强，难度大。设计时应考虑几种方案，经综合比较选出最优方案。

　　二轮廓分解时分段搭接头的基本形式

　　内外形轮廓分解后，各段之间必然要形成搭接头，不切当的分解会导致搭接头处产生毛刺错牙尖角塌角不平直和不等质量问题。常见的搭接头有三种。

　　1.交接

　　交接指毛坯轮廓冲切刃口分解与重组后，新的冲切刃口之间相互交错，有少量重叠部分。

　　2.平接

　　平接就是把零件的直边段分两次冲切，两次冲切刃口平行、共线，但不重叠。平接在搭接头容易产生毛刺、错牙、不平直等质量问题，应尽量避免采用。

　　直边分两次冲切时，为消除搭接头处产生毛刺，在第二次冲切的搭接头处用退位槽，第一次先冲出退位槽，第二次在接头处重叠冲切，即设法将平接为交接。

　　3.切接

　　切接是毛坯圆弧部分分段冲切时的搭接形式，即在前一工位先冲切一部分圆弧段，在后续工位上在冲切去其余部分，前后两段应相切。

　　与平接相似，切接也容易在搭接头处产生毛刺错牙不等质量问题。

　　第四节工序排样

　　一工序排样的内容与类型

　　工序排样的目的旨在设计从平板料到产品零件的转变过程，其设计内容主要有：

　　1）在冲切刃口外形设计的基础上，将各工序内容进行优化组合形成一系列工序组；对工序组排序，确定工位数和每一工位的加工工序。

　　2）确定载体形式与毛坯定位方式。

　　3）设定导正孔直径与导正销数量。

　　4）绘制工序排样图。

　　按照级进模中获得毛坯外形和产品零件的方式不同，工序排样可以分为落料型、切边型和混合型三类。

　　工序排样类型：

　　(A)落料型

　　(B)切边型

　　(C)混合型

　　1）落料型工序排样:

　　落料型工序排样是最基本的工序排样，它将产品零件内部孔的冲切工序安排在开始的若干工位，最末工位安排外形落料工序。产品零件通过落料与载体分离，并从凹模孔中落下。

　　落料型工序排样的主要特点是：

　　1°产品上孔与外形的毛刺方向相反。

　　2°与其它类型的工序排样相比，工位数少，模具尺寸小、结构简单；

　　3°外形无搭接头错位现象，适合于冲制外形简单的工件；

　　4°产品易回收，冲切费料容易处理，但产品易出现翘曲；

　　5°条料易于导向。

　　2)切边型工序排样：

　　切边型工序排样将毛坯外廓分解，在不同的工位上分段逐次冲切，最末一个工位通过冲切工序件外形最后一段轮廓处的废料，使工件与条料分离，工件留在凹模面上。

　　切边型工序排样的特点是：

　　1°孔与外形的毛刺方向相同；

　　2°产品留在凹模面上，产品的平整度易；

　　3°适合于外形复杂件的冲压加工；

　　4°外形分几次冲成，凸模数量多，并且容易出现搭接头不平直、错牙和毛刺等问题；

　　5°因要考虑冲切凸模的强度，与落料型排样相比材料利用率低；

　　6°切边凸模的设计度大，有很多设计技巧，因而设计难度大。

　　3）混合型工序排样：

　　混合型工序排样兼有切边型和落料型工序排样之所长，在工序排样时，前边部分按切边型排样，最末工位为落料型排样。混合型工序排样是最常用的工序排样方法。

　　与切边型排样相比，混合型工序排样的主要特点是：

　　1°产品容易回收；

　　2°最终落料的外形部分与其它部分的毛刺方向相反；

　　3°可以冲制外形复杂的产品零件。

　　二空工位

　　空工位简称空位，是指工序件经过时，不作任何冲切加工的工位。在级进模中设置空工位是为了提高模具强度、模具的寿命和产品质量以及模具中设置特殊机构等。

　　三载体设计

　　级进模由多个工位组成，冲压过程中各工位的加工内容不同鼠标上盖注射模具设计，因此，把工序件从第一工位运送到最末工位是级进模的基本条件之一。载体就是级进模冲压时条料上连接工序件并将工序件在模具上稳定送进的部分材料。载体与一般毛坯排样时的搭边有相似之处，但作用完全不同。搭边是为满足把工件从条料上冲切下来的工艺要求而设置的，而载体是为运载条料上的工序件至后续工位而设计的。载体必须要有足够的强度，能平稳地将工序件送进。一旦载体发生变形，条料的送进精度就无法，甚至阻碍条料送进或造成事故，损坏模具。载体与工序件之间的连接段称为桥。

　　载体由形式和尺寸两个因素决定，他们与产品外形和尺寸有密切关系以载体强度不可单纯依靠增加载体宽度来补救，更重要的是靠合理地选择载体形式。按照载体的和数量一般可把载体分为六类，如表3-4所示。

　　1.无载体

　　无载体实际上与毛坯无废料排样是一致的，零件外形具有一定的特殊性，即要求毛坯左右边界在几何上具有互补性。

　　2.边料载体

　　边料载体是利用条料搭边废料作为载体的一种形式。这种载体稳定性好，简单。边料载体主要用于落料型排样。

　　3.单载体

　　单载体是在条料的一侧留出一定宽度的材料，并在适当与工序件连接，实现对工序件的运载。单载体适合于切边型排样中使用。

　　4.双载体

　　双载体又称标准载体，它是在条料两侧分别留出一定的材料运载工序件。双载体比单载体更稳定，具有更高的定位精度。

　　5.中心载体

　　中心载体与单载体类似，但载体位于条料中部，它比单载体和双载体节省材料，在弯曲件的工序排样中应用较多。

　　6.双桥载体

　　双桥载体是双载体和中心载体的发展，在条料中央有两个载体桥，在侧边又类似于双载体。双桥载体具有很好的导向精度，可以稳定运载工序件，多用于非常小的精密零件。

　　表3-4载体的类型和特征

　　四定距与导正孔设计

　　1.步距

　　在级进模中，步距是指条料在模具中逐次送进时每次向前移动的距离。为了前后两次冲切中在工序件上冲切口的准确匹配和连接，级进模任意相邻两工位之间的步距必须相等。

　　步距的准确与否直接影响冲压件的外形精度、内外形相对精度和冲切过程能否顺利完成。

　　2.工序件定位方式

　　1）以条料为基准，工序件的定位可分为纵向和横向，纵向沿条料送进方向，而横向与条料送进方向垂直。一般纵向定位包括定距和导正，而横向定位指导料。

　　2）按照工序件定位精度，可把级进模纵向定位方式分为粗定位和精定位两类。一般，粗定位方式包括固定挡料销、临时挡料销、侧刃等，对工序件送进时定距。精定位方式主要是导正销定位，即对工序件精确定位。

　　3）导正就是用装于上模的导正销插入条料上的导正孔以矫正条料的，保持凸模、凹模和工序件三者之间具有正确的相对。

　　4）导正销设置原则

　　A．导正孔要在第一工位冲出，紧接的工位上要有导正销，在以后的工位上，根据工位数优先在容易窜动的工位设置导正销；

　　B．重要的加工工位之前要有导正销；

　　C．单载体末工位要有导正销，以较正载体横向弯曲；

　　D．导正销至少要设置两个，超过两个时，相互之间应等间隔布置；

　　五工序排样原则

　　1.工序排样应遵循的一般原则：

　　1）工序排样要产品零件的精度和使用要求。

　　2）工序应尽量分散，以提高模具寿命，简化模具结构。

　　3）同一工位各冲切凸模应尽量设计为相同的高度，便于刃磨。

　　4）冲孔在前，外形冲切和落料等在后。

　　5）为条料送进的步距精度，第一工位安排冲导正孔，第二工位设导正销，在其后的各工位上，优先在易窜动的工位设置导正销。

　　6）设置空位，理光打印机支架级进模设计。可以提高凹模、卸料板和凸模固定板强度。

　　7）工件和废料应能顺利排出。

　　8）排样方案要考虑模具加工设备条件。

　　2.级进冲裁模的工序排样

　　级进冲裁工序排样的基本原则是：

　　1）先冲孔，后冲外形。

　　2）复杂型孔可分解为若干简单型孔，分步进行冲裁。

　　3）工序要分散，以确保凹模有足够的强度。所有的孔不应在同一工位上冲切，最好分开。布置在同一工位及相邻工位上的冲切轮廓（包括孔）的间距不应小于凹模最小壁厚。

　　4）尺寸与形状要求高的轮廓应布置在较后的工位上冲切。

　　5）有孔位精度要求的孔应在同一工位上冲，若无法安排在同一工位上时，可安排在相近的工位上冲。

　　6）孔精度有要求并与轮廓靠近，冲外轮廓时孔可能会变形，应先冲外形后冲孔。

　　7）外形薄弱部分的冲切应安排在较前的工位上。

　　8）轮廓周界较大的冲切工艺，尽量安排在中间工位，以使压力中心与模具几何中心重合。

　　3.级进弯曲模的工序排样

　　弯曲是冲压加工的基本工艺，级进弯曲模在弯曲模中占有很大比例。由于弯曲件的加工总是伴随着冲孔、切边、落料等工艺，所以在级进弯曲模中必然要有冲裁工艺。冲裁排样仍按前述级进冲裁模的工序排样原则。而弯曲排样要遵循以下原则：

　　1）毛刺方向一般应位于弯曲区内侧，以减少弯曲破裂的，改善产品外观。

　　2）弯曲线应安排在与纤维方向垂直的方位或成一定的角度。

　　3）应采用合适的措施，以减少回弹。

　　4）弯边处的孔有精度要求时，应在弯曲后在冲孔，以免因弯曲引起孔的变形。

　　5）尺寸精度要求高的弯曲件应设整形工艺。

　　6）在一个工位上，弯曲变形程度不宜太大。对弯曲行程大、角度大的弯曲件可分几次在多个工位上完成，以弯曲的尺寸精度要求，亦便于调试休整。

　　7）复杂弯曲件应分解为简单弯曲工序的组合，经逐次弯曲而成；对精度要求较高的弯曲件应设置整形工艺。

　　8）平板毛坯经弯曲后变为空间立体形状的工序件，为了工序件进一步向前送进时不被凹模挡住，毛坯平面应离开凹模面一定高度，这一高度称为送进线高度。弯曲排样时，应尽量采用小的送进线高度。

　　9）尽可能以冲床行程方向作为弯曲方向。若要作不同于行程方向的弯曲加工，可采用斜锲滑块机构，对闭口型弯曲件，也可采用斜口凸模弯曲。

　　4.级进拉深工序排样

　　突缘材料的收缩是拉深时材料变形的主要特征。在级进拉深工序排样中，关键是要解决因凸缘收缩而导致的各工位步距和条料宽度不一致的问题。为此，在级进拉深工序排样中普遍采用了工艺切口。

　　1）级进拉深工序排样中的工艺切口：

　　在级进拉深工序排样时，为了使拉深过程中材料更易流动，避免步距的改变，获得更好的拉深性，应在拉深工序之前先冲工艺切口。

　　工艺切口形式：

　　(g)(h)(i)

　　特征：

　　(a)为基本型；(b)节约材料；(c)用于变形量小的零件；

　　(d)使用最为普遍;(e)工件的稳定性好；(f)伸缩性好；

　　(g)和(i)不仅伸缩性好，而且稳定；(h)比基本型的伸缩性好。

　　2）级进拉深工序排样原则：

　　1°条料的搭边和载体有足够的强度；

　　2°在最末的落料工位前设置整形工位，可以确保产品零件拉深的质量；

　　3°拉深件底部带有较大孔时，可在拉深前先冲较小的预备孔，改善材料的拉深性，拉深后再将孔冲至要求的尺寸；

　　4°级进拉深时首次拉深的极限拉深系数比简单拉深时要大一般约增大

　　18％～20％，以后各次再拉深的极限拉深系数也比单件拉深时要大一些；

　　5°拉深过程中筒形件高度在逐步增加，使各工序件高度不一致，引起了载体变形，影响拉深件质量，对此，可增加空位以改善拉深件质量；

　　6°为了便于在试模过程中调整拉深次数和各次拉深系数的分配，应适当安排几个空位，作为预备工位。

　　7°要考虑废料的切断处理。

　　3）局部成形时级进模的工序排样原则

　　在级进模中，当零件的成形包含有鼓包、翻边、压印等局部成形工序时，其工序排样应考虑以下原则：

　　1）局部成形工序可视具体情况穿插在各工位上进行注塑模毕业设计，以利于减少工位数，提高产品质量

　　2）局部成形会起条料的收缩，使周围的孔变形，因此，局部成形工序不应安置在条料边缘区或工序件外形处，局部成形区周围的孔应在成形后再冲。

　　3）压鼓包会引起材料拉伸变形，一般是先压鼓包，再冲切工件外形。

　　4）避免在翻边线附近冲孔，如果有孔，则在翻边后再冲孔，以防孔变形。

　　5）若鼓包中心线上有孔，应在压鼓包前先在孔的上冲出直径较小的孔，以利于材料从中心向外流动，待压好鼓包后再冲孔至要求的尺寸。