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沖壓工藝中的少無(wú)廢料沖裁技術(shù)

一惰渐、前言

沖裁是沖壓工藝中重要工序,沖壓工藝是重要的壓力加工方法之一。在沖壓加工過(guò)程中舱卡,由于工藝上的需要不得不留下尺寸不同、形狀各異的廢料和剪切余料队萤,使板材的利用率降低轮锥,造成浪費(fèi),影響了沖壓工藝的經(jīng)濟(jì)性要尔。因此舍杜,要針對(duì)沖壓生產(chǎn)中存在的有關(guān)問(wèn)題,開展少無(wú)廢料排樣沖裁技術(shù)的研究赵辕,采取相應(yīng)的措施既绩,努力開發(fā)節(jié)約板材的途徑,充分挖掘材料的潛力膘掀,具有特殊的實(shí)際意義殿腺。

二、運(yùn)用和合理論實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料排樣沖裁

在滿足沖壓零件設(shè)計(jì)技術(shù)要求和零件對(duì)材質(zhì)纖維方向無(wú)硬性規(guī)定的前提下既倾,除了應(yīng)遵循一般的板料排樣原則外(如為了減少條料的端頭廢料損失瓮窑,剪裁窄條料時(shí),應(yīng)沿板的順長(zhǎng)方向進(jìn)行队屋;零件盡量排成寬條料拱屈,減少剪裁次數(shù)和沖壓時(shí)的送料進(jìn)距;盡量采用側(cè)壓板送料温履,盡量不用定距刀送料姑王,可以減少搭邊和條料寬度),應(yīng)盡量采用少?gòu)U料亥护、無(wú)廢料排樣沖裁技術(shù)盆战。

“和合幾何”——少無(wú)廢料排樣理論粗排,它是討論這樣一種平面圖形,即每一個(gè)能和其全同形無(wú)縫隙地拼合起來(lái)——“和合圖形”诈火。在沖壓工藝過(guò)程中兽赁,運(yùn)用“和合幾何”理論,在基本和合圖形的基礎(chǔ)上冷守,經(jīng)過(guò)純平移(或旋轉(zhuǎn))刀崖、純對(duì)稱滑移、平移加旋轉(zhuǎn)拍摇、平移加對(duì)稱滑移亮钦、旋轉(zhuǎn)加對(duì)稱滑移、平移加旋轉(zhuǎn)對(duì)稱滑移等步驟充活,就可實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料排樣沖裁蜂莉。

構(gòu)成和合圖形輪廓的任意圖形是指聯(lián)結(jié)兩點(diǎn)之間任意形狀的線,但曲線描述時(shí)不能轉(zhuǎn)成圈子或后退混卵。作為少無(wú)廢料排樣的沖裁件映穗,和合圖形必須至少有一條與條料或卷料邊緣重合的直線。圖1是少?gòu)U料排樣沖裁的例子幕随。圖2表示的是基本和合圖形經(jīng)過(guò)平移加旋轉(zhuǎn)后蚁滋,實(shí)現(xiàn)的無(wú)廢料排樣沖裁。


圖1和合圖形純平移 圖2和合圖形平移加旋轉(zhuǎn)

少無(wú)廢料排樣沖裁較常規(guī)排樣沖裁技術(shù)存在許多優(yōu)勢(shì)赘淮。但在應(yīng)用少無(wú)廢料排樣沖裁技術(shù)時(shí)泵李,條料和卷料寬度公差大多直接影響工件精度;在條料的所謂“匯合點(diǎn)”(即三個(gè)或更多工件相交的一點(diǎn))玉唉,可能出現(xiàn)毛刺银悄;常因單邊沖裁点溶,造成壓力中心偏移婚拭,影響模具的使用壽命;有時(shí)也會(huì)增加模具的制造困難比端。因此墅波,應(yīng)該綜合地權(quán)衡少無(wú)廢料排樣沖裁技術(shù)的利弊,而不是盲目地應(yīng)用侵念。

三帚棚、更改零件外形實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料排樣沖裁

一般情況下,產(chǎn)品設(shè)計(jì)師根據(jù)使用要求設(shè)計(jì)零件和工藝師根據(jù)零件產(chǎn)品圖編制工藝捎虚,這是順理成章兆性。但是,有時(shí)材料就會(huì)通過(guò)設(shè)計(jì)師們的手送入廢料箱泳柴,造成浪費(fèi)赋荆。因此笋妥,在對(duì)零件進(jìn)行沖壓工藝分析、選擇工藝方案時(shí)窄潭,適當(dāng)?shù)馗牧慵庑未盒沟媒?jīng)更改外形后的零件能成為和合圖形,零件與零件之間以及零件與毛坯之間毫無(wú)間隙地拼合嫉你,就可實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料排樣沖裁月帝,這樣不僅能夠提高材料利用率(高達(dá)100%),還能提高生產(chǎn)效率幽污,減少?zèng)_模的加工難度嚷辅,有助于產(chǎn)品質(zhì)量的改善。如圖3所示的沖壓零件距误,在使用過(guò)程中起作用的主要是有關(guān)孔的尺寸要素(孔徑和孔位)潦蝇,至于孔以外的金屬只是起連接作用和增加強(qiáng)度,即零件的外形尺寸對(duì)零件的功能沒(méi)有顯著影響深寥,這就為產(chǎn)品設(shè)計(jì)師與工藝師的合作提供了條件攘乒。


圖3更改零件外形,實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料排樣沖裁

如果沖裁件的外形不是完整的和合圖形怀程,則可以增加“補(bǔ)合”把它拼湊成和合圖形袁挟。不同的補(bǔ)合將得到不同的和合圖形。補(bǔ)合實(shí)際上是廢料遣备,因而帶補(bǔ)合的排樣是少?gòu)U料排樣拘栅。若將產(chǎn)品稍加修改,使之成為完整的和合圖形休贴,雖然這樣做沒(méi)有減少單件耗料角涯,但模具結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化(圖4)。


圖4補(bǔ)合或更改零件外形钥陪,實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料排樣沖裁

四腻区、大小零件套裁實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料排樣沖裁

在實(shí)際生產(chǎn)中,因受板材規(guī)格的限制螟扮,一些零件在沖裁排樣中產(chǎn)生很大的廢料份良,造成浪廢。在規(guī)模較大的沖壓生產(chǎn)中骏挎,可以將兩種或多種材料各項(xiàng)指標(biāo)相近汗忠、產(chǎn)量協(xié)調(diào)的零件的毛坯在同一塊板材上排樣沖裁,從而減少兜叨、甚至消除沖裁廢料穿扳,降低材料消耗(圖5)。


圖5大小零件套裁
1.零件A2.零件B3.零件C

對(duì)于產(chǎn)量不能相協(xié)調(diào)的零件国旷,若有條件也可采用套裁矛物,產(chǎn)量不足部分的零件仍采用常規(guī)排樣顿乒,同樣可以一定程度提高材料的利用率。

利用較大零件沖裁得到的邊角廢料泽谨,生產(chǎn)較小零件而實(shí)施的大小零件混合套裁是沖壓生產(chǎn)中開發(fā)利廢璧榄、節(jié)約挖潛、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要內(nèi)容吧雹。這種方法直觀骨杂、容易實(shí)現(xiàn),且經(jīng)濟(jì)效果明顯雄卷。但它要求大小零件各項(xiàng)指標(biāo)(料厚搓蚪、性能、表面狀態(tài))相近丁鹉,因此受到限制妒潭。事實(shí)上,大多數(shù)小型沖壓件料厚適當(dāng)增大是不影響其使用性能的榆博,可以利用料厚稍大的零件的廢料生產(chǎn)仲及;還有一些沖壓件可以減薄后利用材料力學(xué)性能指標(biāo)較高的零件的廢料生產(chǎn),從而在強(qiáng)度上得到彌補(bǔ)侧焚;對(duì)于減薄能夠利廢生產(chǎn)的零件锭偿,還可采取增加壓筋、翻邊摆地、表面熱處理強(qiáng)化等工藝手段或疊加使用來(lái)增加其強(qiáng)度挂剪、剛度,以滿足產(chǎn)品的使用要求增量。

圖6是利用沖裁兩個(gè)硅鋼片的廢料她打,得到兩個(gè)細(xì)條制件,大小零件套裁后實(shí)現(xiàn)的無(wú)廢料生產(chǎn)的例子童唧;圖7所示工藝方法栽埠,經(jīng)三工步后可以得到大小不同的三種零件。


圖6大小零件混合套裁實(shí)例(一)


圖7大小零件混合套裁實(shí)例(二)

實(shí)現(xiàn)混合套裁的條件主要取決于零件的形狀叮凸。因此兵罢,設(shè)計(jì)師在考慮一些較大的沖壓件的工藝孔、減重孔時(shí)滓窍,有必要結(jié)合一些小型沖壓件的外形尺寸來(lái)設(shè)計(jì),為實(shí)現(xiàn)混合套裁創(chuàng)造條件巩那。

五吏夯、實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料沖裁的其它工藝方法

圖8所示的沖裁彎邊模,將凹募春幔口在進(jìn)料一邊倒角噪生,沖裁同時(shí)折彎裆赵;在下次沖裁時(shí),彎邊起擋料作用跺嗽,這樣可以節(jié)省制造一套彎曲模的費(fèi)用战授;因不須留搭邊,可以實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料排樣沖裁桨嫁,提高生產(chǎn)效率植兰。


圖8沖裁—彎邊模
1.凸模2.固定卸料板3.毛坯4.凹模

圖9是文獻(xiàn)[2]給出的合理利用板材公差,實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料沖裁的例子璃吧。圖中所示的沖裁排樣圖在理論上是不容許的楣导,但卻作為正式的工藝文件指導(dǎo)生產(chǎn),經(jīng)長(zhǎng)期實(shí)踐忌颠,并未出現(xiàn)尺寸不足的廢次品漏匿。這是因?yàn)楣に噹煈{經(jīng)驗(yàn)在工藝設(shè)計(jì)和修改中合理地利用了板材長(zhǎng)寬尺寸公差。按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定敲非,板材長(zhǎng)度和寬度尺寸公差的上偏差為正值衅洞,下偏差為零,具有可利用的余地笋窍。因此揽仔,根據(jù)板材供給的歷史情況和零件毛坯尺寸精度的要求在工藝設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮適當(dāng)利用板材的公差,大大地提高了板材利用率凰茫。


圖9合理利用板材公差實(shí)例

在生產(chǎn)過(guò)程中如果偶然出現(xiàn)正偏差過(guò)小的情況琅戏,可將尺寸不足部分均勻地分配到排樣中的各種坯料中沖裁,以保證零件毛坯尺寸的精度要求必工。

利用板材公差特別適宜于符合下列條件的零件的沖裁:(1)毛坯尺寸允許負(fù)偏差择常;(2)板材規(guī)格尺寸偏差為零時(shí),排樣中各坯料能夠獲得最小極限尺寸球垂。對(duì)于沖裁毛坯尺寸有特殊要求的零件滋戳,利用板材公差時(shí)要慎重,應(yīng)對(duì)來(lái)料有充分把握啥刻;還有這種工藝方法對(duì)模具的制造精度要求高奸鸯,從而增加模具的制造費(fèi)用。

此外可帽,板料的規(guī)格也影響材料的利用率娄涩。在大批量生產(chǎn)大型沖壓件時(shí),應(yīng)盡量訂制尺寸與毛料成倍數(shù)關(guān)系的特種板材映跟;而在大批量生產(chǎn)小型沖壓件時(shí)蓄拣,應(yīng)盡量選用冷軋帶代替板材。

各種新型切割技術(shù)的進(jìn)步努隙,如激光切割球恤、
電火花線切割和高壓水切割(磨料噴射水切割)辜昵,使得有可能采用較小縫隙,實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料排樣沖裁咽斧,并能提高制件的質(zhì)量堪置。應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM),可以真正實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料沖裁糯锦。

六攒陋、結(jié)論

在沖壓生產(chǎn)過(guò)程中,只要正確運(yùn)用“和合理論”赃律,通過(guò)補(bǔ)合薯荷、更改零件外形、合理利用板材公差咆比、實(shí)施大小零件套裁戒舆、應(yīng)用新型切割技術(shù),就能進(jìn)一步拓展節(jié)約板材的途徑扩芋,實(shí)現(xiàn)少無(wú)廢料排樣沖裁睦柏。

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