冲裁工艺设计

冲裁工艺性设计包括冲裁件的工艺性分析、冲裁件工艺方案的确定和技术经济性分析。劳动量和工艺成本是衡量冲裁工艺设计的重要指标。

3．6．1 冲裁工艺分析

冲裁件的工艺性，指冲裁件对冲裁工艺的适应性，即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求是否符合冲裁加工的工艺性要求。

（1）冲裁件的形状和尺寸

1）形状

冲裁件的形状应尽量简单、对称、排样废料少。

如图3．27（a）所示零件，若零件的外形对使用没有影响，仅三孔有要求时，可改成如图3．27（b）所示的形状，即采用了无废料排样，材料利用率大大提高。

图3．27 冲裁件形状对冲裁工艺的影响

2）避免尖角

除在少废料、无废料排样或采用镶拼模结构时允许有尖角外，冲裁件的外形或内孔交角处应采用圆角过渡，避免尖角。圆角值按表3．15选取。

表3．15 冲裁件的最小圆角半径R

注：t为零件厚度。

3）避免过长悬臂与狭槽

如图3．28所示，其悬臂应避免过长，悬臂宽b≥1．5t。

4）冲裁件中孔与孔、孔与零件边沿之间的壁厚不能太小

一般要求c≥1．5t，c′≥t，若在弯曲件或拉深件上冲孔，冲孔位置与零件壁间距应满足如图3．29所示的尺寸。

图3．28 冲裁件结构工艺性

图3．29 弯曲件冲孔位置

5）冲裁件孔径不宜过小

冲裁孔受凸模强度和刚度的限制不宜过小，否则凸模容易折断和压弯。冲裁孔的最小尺寸取决于材料的机械性能、凸模强度和模具结构。用自由凸模和带护套的凸模所能冲制的最小孔径见表3．16和表3．17，孔距的最小尺寸见表3．18。

表3．16 自由凸模冲孔的最小尺寸／mm

续表

表3．17 带护套的凸模冲孔的最小尺寸／mm

表3．18 最小孔间距／mm

（2）冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求

冲裁件的精度应在经济精度范围内，普通冲裁的经济精度不高于IT11，冲孔比落料高一级。冲裁件断面的表面粗糙度和允许的毛刺高度见表3．19和表3．20。冲裁件外形与内孔尺寸公差见表3．21。若工件的精度高于上述要求，则需在冲裁后进行修整或采用精密冲裁。冲裁件两孔孔心距所能达到的公差见表3．22。

表3．19 冲裁件断面的表面粗糙度

表3．20 冲裁件断面允许毛刺的高度／mm

表3．21 冲裁件的外形与内孔尺寸公差

表3．22 冲裁件孔中心距的公差

（3）冲裁件的尺寸基准

冲裁件的尺寸基准应尽可能与制模时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误差。如图3．30所示，原设计尺寸的标注为如图3．30（a）所示不合理，这样标注，一旦模具磨损后就很难保证两孔的中心距，改为如图3．30（b）所示标注，即使模具磨损也不会影响两孔的中心距。

图3．30 冲裁件尺寸标注

3．6．2 冲裁加工的经济性分析

（1）冲裁件的制造成本

所谓经济性就是尽可能地减少生产消费，获得尽可能大的经济效益。在进行冲压工艺设计时，应运用经济分析方法找到降低成本，获取最优经济效果的工艺途径。

冲裁件制造成本

C∑＝CC＋CJ＋CM（3．34）

式中 C∑——冲裁件制造成本；

CC——冲裁件材料费用；

CJ——加工费用（包括工人工资、设备折旧、管理等费用）；

CM——模具费用。

上述成本中，模具费用、设备折旧费与生产量无关，加工费用中的工人工资、管理费在一定时间内也基本不变，这部分费用称为固定费用，用Ca表示；而材料、外购件费随产量变化而变化，这部分费用称为可变费用，用Cb表示。若产量为Q，则

C∑＝Ca＋QCb（3．35）

因此，产品的制造成本就由固定费用和可变费用两部分组成。降低固定费用或可变费用都可以降低制造成本。如图3．31所示为总固定费用与产量、单位固定费用与产量的关系。

如图3．32所示为总可变费用与产量、单位可变费用与产量的关系。

图3．31 固定费用与产量的关系

图3．32 可变费用与产量的关系

如图3．33所示为成本曲线，由图可知，单位成本随产量增加而下降。

（2）降低成本的途径

①降低小批量生产的成本费用。如试制或小批量生产时，以降低固定费用最有效，其中模具费用是最主要的。

图3．33 成本曲线

②工艺合理化。合理的工艺是降低成本的可靠保证。其工艺的制订与生产批量有着密切关系，工艺安排可采用工序集中或工序分散的原则：批量大采用工序集中原则，设计复合模具或级进模具；批量小采用工序分散原则，尽量采用简单模具。

③多件同时冲压。产量大时采用多件同时冲压，但要工件结构、尺寸允许，这样可大大降低成本。

④采用高速或自动化生产。

⑤提高材料利用率。

⑥节约模具费用。

3．6．3 冲裁工艺方案的确定

在进行冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上，根据冲裁件特点确定冲裁工艺方案。

（1）冲裁工序的组合

冲裁工序分为单工序冲裁、复合冲裁、级进（连续）冲裁。

单工序冲裁指在压力机的一次行程中，仅完成一道工序。

复合冲裁指在压力机的一次行程中，在模具的同一位置同时完成两道或两道以上的工序。

级进冲裁指在压力机的一次行程中，使条料在冲模的不同位置分别完成所要求的工序。

一般，组合工序冲裁精度低于单工序冲裁，而生产效率高于单工序冲裁。确定冲裁组合方式时，应考虑以下因素：

①生产批量。单件小批生产采用单工序冲裁，大批生产采用组合工序冲裁。

②制件精度。单工序冲裁高于组合冲裁；复合冲裁高于级进冲裁。

③制件的尺寸和形状。尺寸较小时宜采用复合冲裁或级进冲裁，中等尺寸宜采用复合冲裁，尺寸较大宜采用单工序冲裁；形状简单宜采用单工序冲裁，形状复杂宜采用复合或级进冲裁；特别是形状复杂，宽度小且有一定厚度的异形工件，采用级进冲裁。

④模具制造、安装调试难度及制造成本。单工序冲裁模比复合模制造、安装调试容易，且制造成本低；复合模比级进模制造、调试容易，成本低。

⑤操作与安全。单工序冲裁操作简单，安全性较高；复合冲裁比级进冲裁操作困难，安全性较差。

综上所述，对于同一工件可以得出多种工艺方案，设计时对各种方案进行对比分析，根据需求得出最佳方案。

（2）冲裁顺序安排

1）多工序工件用单工序冲裁工艺

①先落料，后冲孔或冲缺口。

②先冲大孔，后冲小孔。

2）级进冲裁工艺

①先冲孔（或冲缺口），后落料（或切断）。

②采用定距侧刃时，定距侧刃切边工序与首次冲孔同时进行，采用两个侧刃时安排成一前一后或并列。