排样图设计中需考虑的因素

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：根据多工位级进模排样图设计的原则，还应全面细致地考虑其他一些因素。因人工送料时，每一次送进的步距或多或少，因此在排样设计时，首先要考虑侧刃挡料。但对于成卷带料，其纤维方向是固定的，因此在多工位级进模排样图设计时，由排样方位来解决。当不便于斜排时，征得产品设计师同意，可适当加大弯曲制件的内圆半径。所以在设计排样图时应尽量使废料达到最少。

根据多工位级进模排样图设计的原则，还应全面细致地考虑其他一些因素。

1.企业的生产能力与生产批量

（1）企业生产能力生产能力是指企业现有的自动化程度、工人技术水平及压力机的数量、型号、规格。压力机的规格包括公称压力、模具闭合高度、滑块行程高度、装模尺寸及冲压速度等。

（2）生产批量当生产能力与生产批量相适应时，采用单排排样较好。模具结构简单，便于制造，模具刚性好，模具使用寿命也可延长。反之，生产批量较大时，可采用双排或多排排样，在模具上提高生产率，但使模具制造也较为复杂。

2.多工位级进模的送料方式

多工位级进模的送料方式主要有人工送料、自动送料和自动拉料三种。

（1）人工送料人工送料一般用于小批量生产，制件形状较简单、工位数较少的级进模，通常在普通压力机上冲压。因人工送料时，每一次送进的步距或多或少，因此在排样设计时，首先要考虑侧刃挡料。其冲压动作是：条料送进模具内部，首先冲切出料带的侧刃，再冲切导正销孔及其他的型孔，以后每次送进以接触到侧刃为基准。侧刃作为条料的粗定位，导正销为精定位。

（2）自动送料装置自动送料装置的种类较多，其功能及送料原理都是一样的，利用它将卷料进行自动送料，来实现自动化冲压。它可以在普通压力机上使用，但主要是用在高速压力机上。自动送料装置一般同压力机配套使用，但有部分也安装在模具上，其送料步距是可调的，但送料精度有限，因此需要侧刃及导正销配合使用，才能够提高模具的精确定位，使冲压出的制件符合使用要求。自动送料装置可分为模具外部送料及模具内部送料两种：

1）模具外部送料装置。模具外部送料有滚动送料、气动送料、伺服送料、夹持送料等。它主要用于带料比较平直且有较好的刚度的情况。

2）模具内部送料装置。对于比较小的企业，在压力机上没有配套的送料装置，而又想实现自动化冲压，这时可以在模具内部设置自动送料装置。

模具内部送料是一种结构简单、制造方便、造价低的自动送料装置，其共同特点是靠送料杆拉动工艺孔，实现自动送料，这种送料装置大部分使用在有搭边，且搭边具有一定强度的自动冲压中，在送料杆没有拉住搭边的工艺孔时，带料需靠手工送进。在多工位级进模冲压中，模具内部送料通常与导正销配合使用才能保证准确送料步距，一般模具内部的送料装置由上模直接带动，安装在上模的斜楔带动下模滑块进行送料。

（3）自动拉料自动拉料主要有滚动拉料、气动拉料及钩式拉料。滚动拉料一般安装在压力机上，同压力机配套使用。气动拉料和钩式拉料大部分都直接安装在模具上。

自动拉料装置一般用于材料较薄的弯曲、拉深及成形的制件，带料在送进过程中经过各个工位冲压后，带料上的坯件由平面逐渐变成立体状，导致带料变形不平整。用自动送料装置难以稳定送进，因此选用自动拉料较为合理。例如，薄壁多工位连续拉深级进模，带料被首次拉深后，进入第二次拉深时，前后工序有一定的断差，导致带料上下起伏不平，如采用送料方式，料带经常送不到位，无法正常连续冲压。反之，选用自动拉料的方式，可以把模具内部的上下起伏不平的带料经过拉料钩直接把带料拉到下一工位上冲压。

选用自动拉料时，前提是带料的载体上必须有导正销孔或其他的工艺孔，当拉料器上的拉钩进入导正销孔或其他的工艺孔上时实现自动拉料功能。

3.制件形状

分析制件形状，抓住制件的主要特点，分析研究，找出工位之间的关系，保证冲压过程顺利进行。特别对那些形状异常复杂、精度要求高、含有多种冲压工序的制件，应根据变形理论分析，合理分配到一个工位或多个工位上冲压，采取必要措施给予保证冲压全过程能顺利进行。

4.冲裁力的平衡

1）力求压力中心与模具中心重合，其最大偏移量不超过模具长度的1/6或模具宽度的1/6。

2）多工位级进模往往在冲压过程中产生侧向力，必须分析侧向力产生部位、大小和方向，采取一定措施，力求抵消侧向力，保持冲压的稳定性。

5.模具结构

多工位级进模的结构尽量简单，制造工艺性好，便于装配、维修和刃磨。特别对高速冲压的多工位级进模，应尽量减轻上模部分，如上模部分较重，会导致冲压时的惯性大，当冲压发生故障时，不能在第一时间段停止。通常高速冲压的小型多工位级进模的上模座采用合金铝制造，以此减轻上模部分。

6.被加工材料

多工位级进模对被加工材料有严格要求。在设计条料排样图时，对材料的供料状态、被加工材料的物理力学性能、材料厚度、纤维方向及材料利用率等均要全面考虑。

（1）材料供料状态设计条料排样图时，应明确说明是成卷带料还是板料剪切成的条料供料。多工位级进模常用成卷带料供料，这样便于进行连续、自动、高速冲压。否则，自动送料、高速冲压难以实现。

（2）加工材料的物理力学性能设计条料排样图时，必须说明材料的牌号、料厚公差、料宽公差。被选材料既要能够充分满足冲压工艺要求，又要有适应连续高速冲压加工变形的物理力学性能。

（3）纤维方向弯曲线应该与材料纤维方向垂直。但对于成卷带料，其纤维方向是固定的，因此在多工位级进模排样图设计时，由排样方位来解决。有时制件上要进行几个方向上的弯曲，可利用斜排使弯曲线与纤维方向成一α角，一般α=30°～60°。如图5-4所示，图中α=45°。

当不便于斜排时，征得产品设计师同意，可适当加大弯曲制件的内圆半径。

图5-4 材料纤维方向与弯曲线之间的关系

（4）材料利用率材料利用率高低是直接影响制件成本的主要因素之一。多工位级进模材料利用率较低。如提高了材料利用率，也就是说降低了制件的成本，对于生产批量较大的制件，提高材料利用率、降低制件成本非常重要。所以在设计排样图时应尽量使废料达到最少。

在多工位级进模排样中采用双排、多排等可以提高材料利用率，但给模具设计、制造带来很大困难。对形状复杂的、贵重金属材料的冲压件，采用双排或多排排样还是经济的。如图5-5所示，排样方法不同，材料利用率便有高低。四种排样中单排的材料利用率最低，双排次之，三排材料利用率最高。

图5-5 从排样方法看材料利用率

a）单排η=71% b）平行双排η=72% c）交叉三排η=80.1% d）交叉双排η=77%

7.制件的毛刺方向

制件经凸、凹模冲切后，其断面有毛刺。在设计多工位级进模条料排样图时，应注意毛刺的方向。原则是：

1）当制件图样提出毛刺方向要求时，无论排样图是双排还是多排，应保证多排冲出的制件毛刺方向一致，绝不允许一副模具冲出的制件毛刺方向有正有反。如图5-6所示，同是双排排样，但图5-6a中的一个制件相对于另一个制件翻转了一下排样的，结果使冲下的两个制件毛刺方向相反；图5-6b中的一个制件相对于另一个制件在同一平面内旋转了180°后排样的，结果使冲下的两个制件毛刺方向相同。

图5-6 同是双排排样、毛刺方向有正有反

a）两件毛刺方向相反 b）两件毛刺方向相同

2）带有弯曲工艺的制件，排样图设计时，应当使毛刺面在弯曲件的内侧，这样既使制件外形美观，又不会使弯曲部位出现边缘裂纹，对弯曲质量有好处。

3）如果采用分断切除废料方法，会出现一个冲压件的周边毛刺方向不一致，这是不允许的，应十分注意。若在排样图设计时有困难，则可在模具设计时采用倒冲来满足其要求。

4）当最后一工位制件同载体分离时，要使制件所有部位的毛刺方向相同，那么必须采用冲切载体的方式，制件从侧面滑出；反之，采用冲切制件的方式，载体从侧面滑出，会导致制件与载体搭边处毛刺方向相反。

8.正确设置侧刃位置与导正销孔

侧刃是用来保证送料步距的，所以侧刃一般设置在第一工位（特殊情况下可在第二工位）。若仅以侧刃定距的多工位级进模，又是以剪切的条料供料时，应设计成双侧刃定距，即在第一工位设置一侧刃，在最后的工位再设置一个，如图5-7所示。如果仅在第一工位设置一个侧刃，那么，每一条料的前后均剩下四个工位无法冲制，造成很大浪费。

图5-7 双侧刃的设置

a）制件图 b）排样图上侧刃的位置

导正销孔与导正销的位置设置，对多工位级进模的精确定位是非常重要的。多工位级进模由于采用自动送料，因此必须在排样图的第一工位就冲出导正销孔，第二工位以及以后工位，相隔2～4个工位在相应位置上设置导正销定位，在重要工位之前一定要设置导正销定位，为节省材料，提高材料利用率，多工位级进模中可借用被冲裁制件上的孔作导正销孔，但不能用高精度孔，否则在连续冲压时因送料误差而损坏孔的精度，采用低精度孔作导正销孔又不能起导正作用，因此，必须将该孔的精度适当提高。

对圆形拉深件的多工位级进模，一般不设导正，这是因为拉深凸模或在拉深凸模上的定位压边圈本身就对带料起定距导正作用。对拉深后再进行冲裁、弯曲等的制件，在拉深阶段不设导正，拉深后冲制导正销孔，冲制导正销孔后一工位才开始设导正。

9.注意条料在送进过程中的阻碍

设计多工位级进模排样图时，应保证带料在送进过程中畅通无阻，否则就无法实现自动冲压。影响条料送进的因素如下：

1）拉深、弯曲、成形等工序引起带料上下起伏不平，阻碍带料的送料。

2）多工位级进模一般采用浮动送料，条料在送进时，浮离下模平面一定的高度，也有可能产生阻碍送进；加上浮离机构设计不当而失灵，造成带料的送进阻碍。

3）下模本身由于冲压工艺需要加工成高低不平，引起阻滞。

10.具有侧向冲压时，注意冲压的运动方向

多工位级进模经常出现侧向冲裁、侧向弯曲、侧向抽芯等。为了便于侧向冲压机构工作与整副模具和送料机构动作协调，一般应将侧向冲压机构放在条料送进方向的两侧，其运动方向应垂直于条料的送进方向。

11.凸、凹模应有足够的强度

在多工位级进模中，制件的形状一般比较复杂，对特殊制件的形状，制件的局部对凸、凹模来说，可能是最薄弱的地方或者是难以加工之处。为提高凸、凹模的强度，同时也便于加工，当凸、凹模磨损或损坏还可以修理，将制件的局部设计在几个工位上分段冲压，排样要适应这种需要而变化。如图5-8所示，将一异形孔分为三次冲成。这样每一次冲的型孔都比较简单。若异形孔一次冲成，则尖角处很容易损坏。

图5-9的左右是两个不同凹模孔形的设计，按图5-9的左边部分设计，异形孔一次冲成，对于凸模和凹模来说，形状较为复杂，加工比较困难。如将该孔进行分解，分解后的孔形如图5-9的右边部分所示，即先冲异形孔的中间窄长孔，后冲异形孔的两头孔，使每个工位上的冲裁型孔变为简单，对提高凹模强度十分有利。还可以从图中阴影线部分看出，前工位的腰圆孔与后工位的孔是相互交叉延伸的，这样有利于提高分段冲孔的质量，也便于凹模的制造。

图5-8 异形孔分段冲（一）

图5-9 异形孔分段冲（二）

当工位间步距较小时，前后工位均属冲裁，影响到凹模刃口间足够壁厚时（如料厚t<1mm，壁厚<2mm），应考虑排样错开，加大刃口间壁厚。

排样图设计中需考虑的因素

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