五金冲压连续模具的排样技术（一）

在五金、家电及日用工业品生产中，作为主导工艺之一的板料冲压加工，节能降耗具有巨大的潜力有待挖掘。


其中，节省原材料就有很大的空间和潜力。据近年来在全国电器开关、农机、家电及仪表行业的调研，冲压板材料利用率大致在62.5%～73.5%之间。


随着日甚的市场竞争，原材料的售价，跟着能源价格节节攀升而大幅上涨，节省原材料已成为冲压加工中紧迫的节能降耗任务，是相关企业降低成本、增加效益的有效途径，也是增强产品市场竞争力的重要手段。


从表1可以看出，在成批和大量生产中，如果将冲压材料利用率η提高1%，冲件成本将下降0.4～0.5个百分点。




排样及连续冲压的排样图设计原则平板冲裁件（含各种成形冲件的展开平毛坯—下同）落料前，为节省材料，在板、条、带、卷料上进行经济而合理的排列布置，以获取最佳排样，达到尽可能高的材料利用率。在冷冲压工艺设计和冲模设计工作中，这是一项重要而技术性很强的工作；在冷冲模结构设计中，冲压件图、冲压工艺及其排样图是主要依据。


在已知的专业出版物中，都对冲裁件落料即单工位冲裁模、复合模冲件排样给予详尽介绍，对于多工位连续模冲件的排样不曾涉足。


多工位连续冲压件的排样图，要充分表示出冲压工艺及冲压工步的顺序，标注出送料进距、沿边、搭边的具体数据及工位间送进方式和冲压冲件的全部冲压工艺及变形与分离过程。


排样图与模具的选型、结构设计、冲压材料利用率η、冲压生产率和冲件生产成本密切相关，同时也影响到冲压件的质量和模具寿命。


排样时要充分考虑材料供应的状况及冲压设备的生产条件，在保证冲件质量的基础上，力争冲模具有更佳的结构，更好的操作安全性与制模工艺性，要全面综合分析影响排样的各种因素，进行多方案比较，从中选优而确定出最佳排样。


冲模设计开始前要通过分析冲件图和排样图，了解其主要技术要求和冲压加工难点，对照其排样图审定其冲压工艺的合理性和可能存在的问题，以便为冲模结构设计打下基础。


在众多的单工序冲模中，只有落料模和单工位复合模冲件需要进行排样图设计。也就是说，当冲裁（落料）平板冲裁件和成形冲压件展开平毛坯时需要排样。


而且大都是有沿边、有搭边进行有废料冲裁的常规排样方式，间或出现个别一、两个无搭边排样，绝大多数仅能实现少废料冲裁。无论用何种排样方式，一般以材料利用率来衡量其排样的合理与优劣。


连续模冲件的排样，与上述有别。材料利用率η不是最重要和唯一的衡量排样优劣的标准。


连续模冲件的排样，首先要对冲件工艺分析后，合理设计冲压工艺过程和冲压工艺工步顺序，充分考虑连续冲压工艺特点和冲模结构设计的需要，注意送料与工位间送进方式的选择以及定位系统的设计。


因此，连续模冲件的排样是以连续冲压工艺工步设计为基础，以确保冲压件质量及其尺寸与形位精度为核心，以冲压工步顺序安排和工位间送进方式选择为先导，以冲模选型与结构设计为目的，应遵循的基本原则如下：（1）有利于选用更简单的冲模类型与结构，其操作安全、冲件质量好。（2）冲模的制造工艺性好，修磨方便，制模周期短，制模与修模费用低。


（3）板材利用率η值高。（4）模具寿命更高。（5）冲压效率更高，冲件生产成本更低。上述五条中，第（1）条是首要的。


有时不可能各条兼得，应首先考虑用户要求及交货期，其他条款可适当放宽。在很多情况下，更高的材料利用率η往往使冲模的结构复杂化，制模难度更大，甚至现有制模设备和技术水平都难以制造，再好的排样和再高的η值，也必须放弃；有的宁肯降低板材利用率η而获取更好的制模工艺性，更短的制模周期，更高的模具寿命。


排样形式的选择及其与冲模类型和结构的关系对只有一个工位的落料模和复合模而言，平板落料冲件和各种成形冲件展开平毛坯在板、条、带、卷料上的排样方式通常有：单列直排、单列斜排；双列并列直排、双列对头直排、双列对头斜排；多列直排、参错排及混合排等多种形式。


不同排样方式获得不同的材料利用率，不同的排样方式的选择，首先要考虑达到冲件要求的尺寸与形位精度，再决定选用合适的冲模类型及其结构。


如冲件尺寸精度要求1t10级以上，则应采用有沿边、有搭边的排样方式；无搭边排样的冲件尺寸精度较差，一般都在1t12级以下，甚至低到1t14级。如果冲件尺寸精度高达1t9级以上并要求冲件平直，则应选用滑动导向导柱模架带弹压卸料板结构的冲模，且其排样应给有足够的沿边与搭边。


根据德国工业标准din1543对冷冲压钢板按厚度t分类：t＜3mm为薄板。


在仪器仪表和电子行业产品生产中，经常采用t≤0.3～0.1mm甚至≤0.1～0.05mm的超薄箔材冲压件，给冲压排样及其冲模设计带来很多困难。


由于排样的沿边、搭边宽度和冲裁间隙大小都随冲件料厚t增减。


当t≤0.5mm时，搭边与沿边宽度要大于t才不至于在冲裁时被拉入凹模洞口，并使其有足够的强度和保证搭边框有较好的送进刚度；t=0.3mm的低碳钢板，按gb/t16743-1997《冲裁间隙》国际规定的ⅰ类间隙，可取3%t为冲模单边间隙c=3%×0.3mm=0.009mm，t=0.1mm则c=0.003mm，即3μm。


而gb/t2854-90国际ⅰ级滑动导向导柱模架规定的导柱导套配合间隙为0.010～0.016mm。所以，在上述超薄料冲裁与连续冲压时，应特别注意选择合适的排样方式、设计合理而精密的模具结构，否则就难以完成这类冲件的冲制，也不可能达到要求的尺寸与形位精度。


对于t＜0.5mm的超薄料冲件连续冲压成形，其排样搭边与沿边可取等宽，视冲模结构设计需要，还可适当放大。在冲模结构类型选择方面，推荐选导柱模架弹压卸料导板式冲模，而且最好是将弹压导板装在导柱上并在卸料板（导板）上装小导柱，


以保证弹压卸料导板式冲模，具有精准的导向并提高冲模冲压精度；冲件群孔的同轴度、位置度对排样进距精度及冲模送进定位提出了更高要求。排样时应给予特别关注。


料厚t≤0.1mm的超薄料冲件，特别是多工位一模成形的复杂形状冲件，不宜采用多列斜排、对头排及翻身冲，更不宜采用混合排。


否则，搭边框在送料时易变形、拉断、甚至拉入凹模，影响生产，增加废次品，损坏模具；料厚t≥3mm的中厚板冲件，不推荐采用裁搭边排样，t≥4.75mm的冲件，不推荐采用套裁与拼裁排样。否则，将给模具的结构设计带来困难。


尺寸精度≤±0.01mm，料厚t≤0.1mm的箔材高精度冲件，尤其精度高于1t9级的形状复杂的冲件，推荐采用滚珠导柱模架弹压卸料导板式冲模结构。


排样图设计要点单工位落料模和复合模的排样图设计，是按平板冲裁件及立体成形件展开平毛坯的外形，在条、带料上反复布置，在保证冲件质量和工艺要求的生产效率的情况下，冲模结构更简单，


制模更方便，达到尽可能高的材料利用率为准则，选定更佳排样方式。一般情况下，冲裁件的外形及尺寸结构决定了排样类型，大多要采用有沿边、有搭边的传统排样方式，进行有废料冲裁。


根据多年实践经验，对于单工序落料与复合冲裁及单工位综合式复合冲压的冲件排样图设计，都可以按平板冲裁件及立体成形件展开平毛坯一次落料来考虑。连续模冲件排样与单冲模相比要复杂的多，其排样要保证连续冲压工艺顺利实施并获取尽可能高的η值，操作安全，效率高，影响因素多，要求高。其步骤与要点如下：


（1）通过对冲件详尽的工艺分析后，就冲件连续冲压一模成形的可行性进行研究并提出多个冲压工艺方案进行对比，从中选优后实施排样。


（2）冲件的形状、尺寸及精度，直接影响到连续冲压工艺及工步顺序，排样时要考虑连续冲压的工艺性、冲模结构设计的需要，在工步顺序与工位安排上注意以下各点：


a、冲件上群孔中对孔距精度要求在1t10级以上或孔距公差值小于0.01mm的孔，均应在一个或相邻两个工位上冲出；


b、冲件上孔壁、孔边小于料厚t或不足2mm，应分步在两个工位上冲出，以增强凹模强度及扩大凸模在其固定板上的安装位置；


c、对于群孔同轴度、位置度要求很高，允差小于0.01mm，可将有关孔一次冲出或在相邻二工位上冲出，要求光洁冲孔与冲裁的部位应集中在一两个工位上实施；


d、如冲件外形和成形件展开毛坯尺寸公差很严，可考虑整体落料而后弯形或拉深；如冲裁件局部凸台或凹口尺寸要求严，可用多工位分开单独冲切后拼合；


e、对于产量大的小型复杂形状成形冲件，应尽量采用多工位连续冲压一模成形，以提高冲件质量与效率；


f、尺寸精度要求1t10级以上的高精度冲件，排样时应尽量减少工步，防止工位数多，送料积累误差大，降低冲压精度，局部精冲、镦挤、打扁等均应安排专门工位；


h、具有复杂的多向弯曲、侧向冲成形与切口等要横向施力冲压的冲件，应考虑在平面冲孔、切口后或落料之前，采用楔传动横向冲压一模成形，以提高精度与效率。


（3）考虑冲模结构设计的需要和冲压变形所需位置的要求，设置必要的空挡工位，加大凸模在固定板上的安装位置；如有材料打扁减薄增大覆盖的凹模表面积，也应增设空工位以加大凹模壁厚。