沖裁工藝在工業(yè)機(jī)械設(shè)計中重要性探析
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摘要：沖裁工藝作為工業(yè)機(jī)械制造中的常用技術(shù)手段，對產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率起著至關(guān)重要的作用。通過增強(qiáng)沖裁工藝水平，有助于縮減產(chǎn)品的整體制造流程，令產(chǎn)品的生產(chǎn)成本也得到較好的控制。而計算機(jī)時代的全面到來，為沖裁工藝的改進(jìn)與優(yōu)化提供了良好的方向，使其從最初的手工設(shè)計逐漸向計算機(jī)輔助設(shè)計轉(zhuǎn)變，極大程度提升了該工藝的運(yùn)用水平。為我國工業(yè)的長遠(yuǎn)有序發(fā)展，起到良好的促進(jìn)作用。本文根據(jù)沖裁工藝在工業(yè)機(jī)械設(shè)計中的重要性，結(jié)合各種沖壓工序和排樣方案的優(yōu)劣勢，淺談一下沖裁工藝的具體應(yīng)用流程及優(yōu)化方向。
關(guān)鍵詞：沖裁工藝；工業(yè)；機(jī)械設(shè)計
0引言
工業(yè)是我國社會發(fā)展的重要支柱，為各個地區(qū)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，起到了極大的促進(jìn)作用。而隨著近些年國內(nèi)市場競爭的日趨加劇，對各類產(chǎn)品的加工質(zhì)量提出了更高的要求，使沖裁工藝成為了工業(yè)管理者關(guān)注的焦點(diǎn)，也是增強(qiáng)機(jī)械制造水平的主要手段。筆者根據(jù)沖裁工藝的具體含義，結(jié)合實際運(yùn)用過程中的操作流程、注意事項及相關(guān)影響因素，深入分析了改進(jìn)沖裁工藝的方法，具體的研究內(nèi)容如下。
1沖裁工藝的具體內(nèi)容及重要性
沖裁工藝具有適用范圍廣、生產(chǎn)效率高和加工效果精密的優(yōu)勢，使各類產(chǎn)品的生產(chǎn)工作變得更加快捷規(guī)范，成為了工業(yè)機(jī)械制造中不可或缺的重要手段。沖裁工藝主要是根據(jù)工業(yè)機(jī)械制造的具體需求，借助各類模具對板料進(jìn)行沖壓處理，使板料之間產(chǎn)生分離，為后續(xù)的深加工做足良好的鋪墊[1]。沖裁工藝主要分為落料、沖孔、切口、剖切和修邊等工序，既可以使板料直接轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)規(guī)格的零件，也能夠使板料在外力的影響下成為毛坯，為后續(xù)的生產(chǎn)制造提供幫助。其中，落料和沖孔是沖裁工藝的核心流程，也是工業(yè)機(jī)械制造中常用的兩個步驟。落料是指根據(jù)實際的生產(chǎn)需求，從板料上沖下所需的形狀。而沖孔和落料類似，只不過是根據(jù)生產(chǎn)需求，從板料上沖下所需的形狀口，以去除廢料的方式達(dá)到加工板料的目的。由于沖裁工藝的加工主體為沖裁件，所以該工藝的整體操作水平，對沖裁件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和模具使用年限，有著密不可分的聯(lián)系。當(dāng)沖裁工藝選擇不合理時，會直接影響到?jīng)_裁件加工后的幾何形狀和大小尺寸，使其整體規(guī)格與深加工需求產(chǎn)生嚴(yán)重偏差，甚至因兩者之間精度差異過大而導(dǎo)致后續(xù)使用不便，對沖裁件的深加工造成了極為不利的影響。而選擇科學(xué)合理的沖裁工藝，不僅能夠使沖裁件加工后的幾何形狀、尺寸大小和精密度，均滿足沖裁件深加工的基本需求。還可以顯著減少沖裁件的整體加工流程，讓產(chǎn)品生產(chǎn)的操作難度大大降低，從而起到加快生產(chǎn)效率的良好效果[2]。而且，合理的沖裁工藝還能夠在降低沖裁件損耗和提高沖裁質(zhì)量方面發(fā)揮出有力的幫助作用，為我國工業(yè)機(jī)械制造的今后發(fā)展，起到較大的促進(jìn)作用。
2沖壓工藝的方案選擇
沖孔和落料是采用沖裁工藝的兩個基本步驟，常見的加工方案主要有單工序模式、復(fù)合模式和級進(jìn)模式三種。單工序模式的操作流程分為兩個步驟，即先落料后沖孔，該模式具有結(jié)構(gòu)簡單和模具量少的優(yōu)勢。但單工序模式的加工效率比較低，無法滿足大批量的生產(chǎn)需求，使其在工業(yè)機(jī)械制造中的普及度也受到較大影響。復(fù)合模式的操作流程僅有一個步驟，為落料———沖孔復(fù)合沖壓。相比于單工序模式，復(fù)合模式所使用的模具量從兩套降至一套，其生產(chǎn)效率方面也遠(yuǎn)高于前者，可以滿足大批量生產(chǎn)的需求，在工業(yè)機(jī)械制造中普及度較高[3]。而且，這種落料———沖孔復(fù)合沖壓模式，僅使用一套模具就可以同時完成落料和沖孔兩項操作，使沖裁件加工后的幾何形狀與大小尺寸，都符合深加工的基本需求，令沖裁件的加工質(zhì)量也實現(xiàn)了較大幅度的提升。但該種方法也存在著明顯的弊端，主要體現(xiàn)在模具結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，故復(fù)合模式更適用于幾何形狀簡單的制作工作中。級進(jìn)模式的操作流程為沖孔———落料連續(xù)沖裁，盡管該種模式具有加工效率高和模具量少的優(yōu)勢，但沖裁件加工后的規(guī)格效果均比前兩者低，對后續(xù)的深加工造成了極為不利的影響。若想提升級進(jìn)模式的整體加工質(zhì)量，可以在模具上安裝校正設(shè)備，以此調(diào)整沖裁件加工過程中的精密度，進(jìn)而為后續(xù)的深加工操作奠定堅實的基礎(chǔ)。但如果專門在生產(chǎn)模具上安裝校正設(shè)備，會使其整體結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜，令該模式的應(yīng)用難度也出現(xiàn)大幅度的提升[4]。而且，在生產(chǎn)模具上添加校準(zhǔn)設(shè)備，也會顯著提升級進(jìn)模式的運(yùn)行成本，對工業(yè)機(jī)械制造的整體利潤產(chǎn)生極為不利的影響。通過從模具量、運(yùn)行成本、模具結(jié)構(gòu)、加工效率和精準(zhǔn)度等多方面對比，可以發(fā)現(xiàn)以落料———沖孔復(fù)合沖壓為加工流程的制作模式，更適用于多數(shù)沖裁件的落料和沖孔加工中，為后續(xù)的深加工起到良好的幫助作用[5]。
3沖裁排樣方案的選擇
排樣是沖裁工藝的重要步驟，其內(nèi)容通常是將沖裁零件合理放置于條料、帶料或板料上，使其加工成預(yù)期的效果，為后續(xù)的深加工提供便利。在排樣的過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循低損耗和高效率的基本生產(chǎn)原則，將模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)條件和原材料供應(yīng)水平融入其中，盡全方位的可能為產(chǎn)品生產(chǎn)提供便利，促進(jìn)工業(yè)機(jī)械制造水平的不斷提高。根據(jù)廢料的產(chǎn)生情況，可以將排樣方案劃分為有廢料排樣、少廢料排樣和無廢料排樣三種情況。①有廢料的排樣方案，是指在沖裁件與沖裁件之間、沖裁件與條料之間均留有搭邊廢料。使模具能夠完全控制沖裁件的尺寸大小，令沖裁加工的整體精準(zhǔn)度顯著提高。而且，有廢料的排樣方案在實際應(yīng)用過程中，會使模具的日常損耗明顯降低，讓模具的使用壽命大幅度延長[6]。但是，此類排樣方案的材料損耗率較高，致使沖裁件的加工成本大幅度提升，對產(chǎn)品的生產(chǎn)成本造成極為嚴(yán)重的影響。②少廢料的排樣方案，是指在沖裁件與沖裁件或沖裁件與條料之間留有搭邊廢料。相比于前種排樣方案，此方案的材料損耗率相對較低，其沖裁件的模具結(jié)構(gòu)也非常簡單。但少廢料的排樣方案，極容易因條料質(zhì)量和定位方面等多方面的影響，對沖裁件的加工效果產(chǎn)生較大的干擾。而且，該種排樣方法在實際運(yùn)用過程中，會對沖裁件的模具造成較大的損耗，令模具的使用壽命明顯降低。③無廢料的排樣方案，與有廢料排樣方案恰恰相反，即沖裁件與沖裁件、沖裁件與條料之間均不留搭邊廢料，通過直線或曲線的方式將條料切斷，從而獲得滿足深加工需求的裁沖件。此排樣方案比上述兩種方法的材料利用率都高，但在裁沖件加工效果和模具損耗程度方面存在著較大的劣勢[7]。通過對三種不同的排樣方案對比研究可以發(fā)現(xiàn)，相比于有廢料排樣方案，少廢料和無廢料的排樣方法在簡化模具結(jié)構(gòu)、降低沖裁力和減少材料損耗方面具有明顯優(yōu)勢，使裁沖工藝的整體操作難度和材料使用量明顯減少。但這兩種排樣方法也會由于條料本身因素或?qū)蚺c定位的因素，產(chǎn)生一定程度的公差與誤差，致使裁沖件的加工精準(zhǔn)度明顯降低，對后續(xù)的加工也造成了極為不利的影響。除此之外，模具在單邊受力的長期影響下，其使用壽命和整體性能也會受到大幅度的影響，令接下來沖裁件斷面質(zhì)量明顯降低。而有廢料的排樣方案除了在材料損耗方面存在劣勢，在延長模具使用年限和提高沖裁件精準(zhǔn)度效果顯著，為后續(xù)的深加工奠定堅實的基礎(chǔ)。從綜合角度來看，根據(jù)沖裁件的幾何形狀、尺寸大小和材料特質(zhì)，選擇有廢料排樣方案，有助于提升沖裁工藝的整體加工能力，令工業(yè)機(jī)械制造水平明顯提高。
4搭邊值選取時的注意事項及影響因素
搭邊值通常是指在排樣過程中，沖裁件和沖裁件、沖裁件與條料側(cè)邊的余料取值。通過科學(xué)合理的調(diào)整搭邊值，既能夠起到降低加工誤差和保持條料剛度的良好作用，使沖裁件加工后的規(guī)格效果可以滿足深加工的需求。還能夠發(fā)揮出降低材料損耗的顯著效果，令沖裁工藝的材料利用率得到明顯提升。而且，把控好搭邊值能夠有效預(yù)防“啃刃”的情況發(fā)生，讓模具的使用年限大大延長，令工業(yè)機(jī)械制造成本出現(xiàn)大幅度地降低[8]。經(jīng)過專業(yè)的研究分析可以發(fā)現(xiàn)，材料性能和厚度、工件的幾何形狀及尺寸大小、送擋料方式，均為搭邊值的相關(guān)影響因素。通常情況下，材料硬度越大或越厚，其搭邊值就越小。反之，軟材料或薄材料的搭邊值應(yīng)適當(dāng)取大一些。對于工件尺寸小、形狀簡單、無側(cè)壓板導(dǎo)向和機(jī)械送料的情況，應(yīng)將搭邊值取大一些，以此提升沖裁工藝的整體精準(zhǔn)度，為后續(xù)的深加工提供便利。
5結(jié)語
綜上所述，沖裁工藝是通過外界對板料施加壓力，使其幾何形狀和尺寸大小發(fā)生變化，從而滿足后續(xù)深加工的需求，為接下來的產(chǎn)品生產(chǎn)做足良好的鋪墊。為了使沖裁工藝的整體操作水平顯著提升，應(yīng)從生產(chǎn)率、精準(zhǔn)度、模具量、模具結(jié)構(gòu)、材料利用率和模具損耗程度等方面，對沖壓工序和排樣方案進(jìn)行科學(xué)合理的選擇。并結(jié)合材料性能及厚度、工件形狀和尺寸、送擋料方式，選取適宜的搭邊值，使沖裁料的加工效果達(dá)到最佳，令我國工業(yè)機(jī)械制造水平顯著提升，促進(jìn)社會和諧有序的長遠(yuǎn)發(fā)展。
作者:黃鵬 單位:湖北工程職業(yè)學(xué)院
