冲压模具设计：排好工序，冲压件成本才能算准！

第一期冲压实验室试着找到每个件的工艺排布遵循的原则。

第二期冲压实验室从案例中提炼了工序排布的要点共计13项。

2020年3月1号下午，ABC冲压工艺学习小组开展了第三次讨论。由于受冠状病毒影响，本次讨论转为线上交流，明显感受到沟通的顺畅度不如线下，尤其是谈到具体产品细节结构时，用语言难以描述，期望疫情快快结束，期望能和小伙伴们面对面沟通。本次讨论共参与人数7人，时长3小时；共讨论了三个案例；找到工艺排布要点13个。

本文所引用的图片不代表任何企业产品，仅为说明工艺排布知识用途。

案例一

产品图见图一所示工件：

我们分析该件通过工程模（及复合模），共需要5个工序加工。分析步骤如下：

通过观察图一产品结构图，发现该图上有以下特征（见图二）：

2个圆孔，3个异形孔，4个腰圆形沙拉孔，6个圆形沙拉孔；5处折弯，2处浅拉深以及工件周边的许多切口特征。

故该件的工序排布要点是处理落料（切口），冲孔，折弯，拉深四类工序之间的先后顺序及组合可能性。

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步骤1： 这里我们检验下第一期提到的一个冲压工序排布原则：“有拉深时先做拉深”（第1期原则10）。对于该件，第一步应当按照这个原则先拉深再落料吗？答案是否定的。（推翻之前的结论是可预见的，且还会不断出现；随着讨论范围扩大，案例的丰富及讨论的深入，前期认为是正确的观点，可能会发生变化；探索中逐渐找到规律及真相）。为什么不是呢？让我们来试想一下，这第一工序有几种可能：拉深；落料+拉深；落料。

拉深：先做拉深违反了工序数最少原则（第一期原则12），因为拉深在该件上可以与工序折弯1和折弯5合并。

落料+拉深：想要将落料与拉深第一工序中同时完成，通过模具是可以实现的，但对于该件，我们不推荐采用该方法，理由有而：一则该工件需要冲切的周边形状比较多，并且在折弯2及折弯4处均有仿形冲切；二来如果在冲裁模上复合拉深模，除了会由于模具复杂度高导致成本高以外，还容易引起后期模具的维修较为麻烦，容易产生毛刺。综上所述，第一步我们选择落料。落料的同时，可以将尺寸精度要求不高或者是不受后道工序影响的孔（比如方形孔，异形孔）先冲出；同时完成右侧重要孔（10个沙拉孔）的底孔。

步骤2：解决完落料及冲部分孔的部分，剩下的工作就是捋清折弯、孔成形和拉深三者之间关系了。图二中拉深1与折弯4相交，对于这类结构，应当先拉深后折弯，才能保证折弯处曲面形状。如果先折弯后拉深就会使得拉深模具的复杂度上升，造成模具成本变高，并且产品形状难以控制。该产品上也有拉深与折弯不相交的特征（拉深1与折弯1、2、3、5），从操作便捷性及模具复杂度上考虑，先拉深更有优势，因此第二步我们选择成形两处拉深结构（图二拉深1、2），同时在该工序中还能合并做压段差（图二折弯1）、右侧部分的3个相连边的折弯（图二中的折弯5）。需要注意的是右侧的3边相连的包角结构（见图三红线所示外围部分结构）是通过折弯而非拉深来实现的，但是折弯的高度有严格限制，且与R角大小、材料厚度、材料延伸率等密切相关。

步骤3： 经过上述3步之后，剩下的特征是冲孔（图二圆孔1、2和10个沙拉孔）与三处折弯（折弯2、3、4）。如果先折弯，圆孔1和折弯3存在冲突，导致模具干涉，因此折弯应在冲孔以后。基于此考虑，我们选择先冲孔，同时进行长边外边沿的第一道弯（折弯2）。

步骤4： 还剩下两处折弯 (折弯3、4) 。考虑到工件的装卸便捷性，选择先完成折弯3。

步骤5： 完成折弯4。

工序排布总结如下：

工序排布原则提炼如下，重复的原则不再单独提出，详见前两期内容。

1. 有浅凸包、小而浅加强筋等结构特征的工件，第一工序应优先考虑落料先行及工序合并原则，第一步优先落料，将拉深放在落料后。2. 对于沙拉孔，需要2-3步成形，因图示件尺寸精度要求不高，我们采用两步成形法。详见图四，第一步冲底孔，第二步成形锥形。

3. 拉深与折弯特征相交时（图二中拉深1与折弯4相交），先拉深后折弯；才能保证折弯处曲面形状。先折弯后拉深会带来拉深模具的复杂度上升，成本变高，甚至难以拉深。4. 从操作便捷性考虑折弯先后顺序，先成形长边后成形短边。

除了讨论工序排布要点以外，小伙伴们还讨论了延伸话题：如何提高冲压件平面度。经讨论后要点总结如下：

案例二

产品图见图五所示工件：

为了便于说明，我们给该产品的特征加上注释。见图六。

通过观察该件结构可知，该件有以下几类特征：孔、折弯边、包角和台阶面。工序排布顺序围绕复杂结构特征-折弯边展开。如何进行工序排布呢，我们分析步骤如下：

步骤1：基于零件，第一步我们采用落料，能同时进行的还有冲孔。这一选择符合冲压工序排布原则：无拉深特征的件，第一步是落料，且将后道工序不影响孔精度的孔冲出（见第一期原则9）。其余的特征例如台阶面、折弯边、包角等，因模具干涉原因不能在该工序实现。

步骤2：剩下的特征有：多处折弯、多处包角及一处台阶面。在如何排布时我们需要逐步进行思考。从特征的组合情况来看，包角可以与上下折弯边等一起实现，而台阶面则可以与左侧折弯一起实现，所以此时我们分析的重点是在多个折弯边如何先后实现的问题。从上下方向来看，该产品下面有一部分结构是左右对称的，而上面的大部分结构是左右不对称的。相较于对称结构，我们认为不对称的结构要略微复杂些。至于复杂结构与简单结构谁先谁后，就要提到第一期提到的两个看似无用而且矛盾的观点：原则2说一般情况下，先成型简单结构，后成型复杂结构；而原则3则说特殊情况下复杂结构优先成型。此处我们无法通过上述两个原则判断简单和复杂结构哪个应该优先成型，在此处暂且把这两个原则列为待细化待补充的原则。考虑到如果将左4折弯边当作复杂结构来优先成形，将会带来工序的增加以及模具成本的上升。因此在这步考虑先成形简单结构，按照由外向内的顺序完成左3折弯边及右侧的台阶面。

步骤3：按照由外向内的原则，将四周的折弯边（左2和左4折弯边、下折弯边，右2折弯边，上折弯边）在一个工序内同时成形出来；同时包角特征也可以被成形出来。

步骤4：将剩下的左1折弯边和右1折弯边完成。

（步骤5）：如果包角质量要求较高（压痕，擦伤），可以考虑增加整形工序。

工序排布总结如下：

对于该件，我们提炼出其工序排布遵循的要点如下：

1. 需要考虑取件及模具干涉问题。

2. 对于有多种成形可能性的件，排工序时需要从模具成本、节拍时间、操作复杂度、设备数量及设备使用率等多方面进行综合分析后确定最优方案。

3. 对称结构和四周R角相同的折弯边尽量一步完成。

4. 对于具有对称结构的折弯件，也可以采用分步折（先完成一侧部分，再完成另一侧部分），优势是模具小、模具成本低，且所需设备也小，但需要员工在一个工序内调转工件，工时会增加。

5. 对于带有包角结构的件，包角处的要求要重视。包角可以分一次或两步成形，也可以考虑在包角处增加狭小缺口释放应力，以保证形状及表面质量。

6. 对于有多处折弯的件（Z字形，框型），尺寸要求高或者各边高度比较大（超过50mm）的件一般要分布折弯，尺寸精度要求低的可以一步成形多道弯。

案例三

产品图见图七所示工件，工件上具备的特征已注明。

从该件具备的特征来看，折弯较多，所以工序排布处理的要点主要在处理各个折弯边的先后顺序。

对于该件第一步做什么，我们此处按照前几期提到过的原则：对于无拉深的件，第一步是落料；在该案例中是适用的。因此第一步我们选择落料+冲孔。但是采用何种模具呢？复合模与切角模均可实现，但复合模的模具成本比切角模高很多。此处我们给出建议：如果该件是外观件，表面质量要求很高，则应当优先选择复合模，复合模更易保证；如果是一般结构件，没有外观要求， 则应当优先选择成本较低的切角模。参会的不少小伙伴表示不了解两个模具的概念及区别，后续我们将会对模具&工序排布相交部分的知识进行讨论及分享。落料后就是各个折弯边的先后顺序了，这里主要从模具的大小和成本、定位的准确度、模具的动作（如何开模）以及取件难易程度等角度进行工序排布。篇幅原因不再一一说明。

工序排布总结如下：

该案例中我们提炼出的工序排布要点：

1. 对于冲裁工序，要从模具结构的角度考虑冲裁工序的多少及先后顺序。

2. 定位基准的选择，需要按照定位的精度排序：冲切孔优先冲切边，冲切边优于成形。

3. 对于叠死边的特征:对于平面度要求不高的件，或者非狭长件、死边不是很长的件可以用翻转机构1步成形；对于狭长件、外观件一般是通过两步折弯来加工；当需要与其他工序合并时，也可通过3步来实现，及第一步折90度，第二步折成135度，第三步折成180度。

因为时间原因，原计划本次讨论的工序排布原则梳理及关键概念澄清没来的及进行，我们随后将整理出一个【冲压工序排布要点整理版】。

经过这次讨论，我们再次意识了解模具结构并深入理解相关概念的重要性。需要知晓的概包括：沙拉孔与锥形孔概念上的区别；拉深、拉伸及拉延在概念的相同和不同之处；折弯与拉深的区别；连续模、级进模和多工位有何相同和不同之处？

对于这些概念的理解, 我们将会在后几期逐步展开讨论。在我们看来，理解了概念上的区别，能够使得我们在处理工序排布及解决实际问题解决时，思路会更加清晰，也有助于更快找到解决方案。