沖壓產(chǎn)品設計與經(jīng)濟性初探070503

沖壓產(chǎn)品的設計及其經(jīng)濟性初探一．前言原材料的消耗是影響零件成本的主要因素。因此，期求最大程度地提高沖壓件的經(jīng)濟性，自然要重點地從充分利用材料抓起。同時，材料利用率的高低又是衡量企業(yè)技術和管理水平的重要指標。所以，如何最大限度地提高材料利用率、節(jié)約原材料的消耗應該是企業(yè)技術人員研究的重要課題。本次講座主要是結合沖壓生產(chǎn)實際來探索了沖壓產(chǎn)品的結構設計和工藝設計與沖壓經(jīng)濟性的密切關系。同時，介紹生產(chǎn)中工藝上通過產(chǎn)品設計的合理修改來尋求節(jié)材途徑的方法。以此說明產(chǎn)品零件的結構設計與產(chǎn)品沖壓工藝設計與改進的結合對提高零件經(jīng)濟性的重要作用。二．從沖壓產(chǎn)品設計方面尋求節(jié)材途徑在沖壓生產(chǎn)中，工程技術人員可以通過合理選材排樣、利廢挖潛等手段來達到節(jié)約材料的目的。但是，單純地從工藝角度考慮節(jié)約材料畢竟是有限度的。因此，有必要首先對沖壓產(chǎn)品本身的結構加以分析研究，來尋求更廣泛的節(jié)材途徑。沖壓產(chǎn)品的設計，一般是以滿足使用性能為主，同時兼顧其它方面，在多品種、大批量的沖壓生產(chǎn)中，產(chǎn)品設計很難把工藝上的材料利用等諸方面考慮周全。因此，從產(chǎn)品的生產(chǎn)準備直至投產(chǎn)以后，產(chǎn)品設計應結合沖壓工藝不斷地對產(chǎn)品結構進行深入研究，將影響產(chǎn)品使用性能的各因素加以綜合平衡，從中選出最為經(jīng)濟的方案。1、零件外形與少無廢料排樣有著直接的關系沖壓件展開毛坯在板材上的排樣方式是由沖壓件外形決定的，而排樣方式直接關系到材料的消耗和利用率。因此工藝上希望沖壓件具有理想的外形，以便使展開毛坯的排樣具有最低的材料消耗。最為理想的是零件外形能夠使展開毛坯排樣時具有和合圖形，即排樣中毛坯與毛坯之間可以毫無縫隙地拼合，實現(xiàn)無廢料或少廢料排樣。由此可見工藝上沖壓件的外形對于節(jié)材的重要性。而在產(chǎn)品設計上沖壓件的外形往往顯得不十分重要，因為許多沖壓件在使用中起作用的主要是孔，至于孔周圍的金屬只是起聯(lián)接作用和保證強度的，也就是說零件的外形在適當范圍內是可以調整的。那么，如果一些零件的外形按照工藝上排樣的需要進行設計就可以使排樣合理化，實現(xiàn)少廢料或無廢料排樣，從而減少甚至消除工藝廢料，大大提高材料利用率、降低材料消耗。圖一是按工藝需要對產(chǎn)品設計修改實現(xiàn)無廢料排樣的實例，每項修改實現(xiàn)后節(jié)省材料都在30%以上，材料的利用率接近100%。圖一2.材料厚度與利廢利廢是大規(guī)模沖壓生產(chǎn)中節(jié)約材料的常用方法，這種方法簡便易行且經(jīng)濟效果明顯，但在實際就髟中有時因受料厚限制而不能實現(xiàn)。事實上，對于大多數(shù)沖壓件來講材料厚度是保證強度和剛度的，換言之，這類零件只要能滿足強度、剛度及關鍵的尺寸要求，材料厚度適當上下浮動是不影響其使用性能的。這就為一些小型沖壓件的利廢生產(chǎn)拓寬了選擇余地，因此在生產(chǎn)實際中可根據(jù)現(xiàn)有的廢料在產(chǎn)品設計上對一些沖壓件的料厚做相應修改：一些零件可將料厚適當增大以便實現(xiàn)利廢，如果零件自重有嚴格的控制范圍，可以結合零件本身結構修改以保證自重不超過限度；也有零件可以將料厚適當減小同時提高對材料機械性能指標的要求，以彌補減薄后強度的損失，從而使零件利用相應的廢料生產(chǎn)；還有一些零件可以在料厚減小的同時結合零件本身結構的修改，通過增加壓盤、翻邊等手段增大強度或剛度，最終實現(xiàn)利廢生產(chǎn)。盡管這樣做有時會使工藝復雜，但綜合經(jīng)濟效果仍十分可觀。圖2是通過料厚更改使零件利廢生產(chǎn)的三個實例：圖2（a）所示零件料厚由2.8mm增至3mm，同時將所有尖角改為圓角，修改后實現(xiàn)利廢生產(chǎn)，料厚增大后零件自重無增加；圖2(b)所示零件料厚由4.5mm減至4mm，同時將材料牌號由20改為10TiL,實現(xiàn)利廢生產(chǎn)，料厚減小后強度未受損失；圖2(c)所示零件料厚由2mm減至1.75mm，同時在零件上增加翻邊以保證剛度的要求，修改后實現(xiàn)利廢生產(chǎn)。3.零件孔形、外形與混合套裁較大沖壓件上一般都有一些各種形狀和尺寸的孔，有些孔是產(chǎn)品結構需要的，一般不可輕易改動。還有一些孔是為加工、裝配而設計的工藝孔或減重孔，這類孔根據(jù)具體需要適當?shù)貙π螤詈统叽缱龈膭?，一般不會影響零件的使用。前面已談過，許多沖壓件外形也是可以適當改動的，因此，如果設法對零件的外形或孔形結合起來設計，讓較小零件展開毛坯外形與較大零件的孔形相吻合，就可以實現(xiàn)混合套裁?；旌咸撞脤嵸|上也是一種利廢，而且利廢零件和產(chǎn)生可利用廢料的零件一些工序在同一組模具上同時完成，因此，不僅可以節(jié)省材料，有時還可節(jié)省模具、工序（工時、臺時），經(jīng)濟效果更為明顯。圖3是生產(chǎn)中經(jīng)產(chǎn)品設計修改實現(xiàn)混合套裁的實例。4.尺寸靈活標注與經(jīng)濟性沖壓產(chǎn)品設計若能夠對某些局部尺寸在滿足產(chǎn)品使用要求的前提下給以靈活的標注，往往可以擴大沖壓工藝的選擇范圍，以便選取更為經(jīng)濟的工藝方案4(a)所示的零件，如果圖紙上注明注明尖角允許R3代替，那么工藝上就有兩種方案可供選擇：其一是若有合適的邊角廢料可用來生產(chǎn)該件，則零件四角均以R3代替，采用落料模；其二是若無合適的廢料可利用，則零件四角取尖角，采用切斷連續(xù)模、無廢料排樣。上述二方案分別如圖4(b)和4(c)所示。圖4(d)所示的零件是各類汽車車架橫梁的典型結構，如果外形尺寸按圖4(d)的標注方法，那么工藝上就要考慮成形后修邊，不僅損失了修下的廢料，也使模具結構復雜化。如果外形尺寸按圖4(e)所示的標注方法則可避免上述弊端。實踐證明，按圖4(e)制訂工藝所生產(chǎn)的零件在尺寸上與圖4(d)極其接近。由此可見，尺寸標注的靈活性應值得提倡。二、生產(chǎn)應用中的實例根據(jù)以上思路，在吊扇葉叉的實際生產(chǎn)中，我們依據(jù)沖壓工藝的需要對產(chǎn)品設計圖進行了修改、對吊扇的葉叉零件采取了“調整外形、少無廢料排樣和模具設計”這樣三個步驟的“外科手術式”的改造：首先，在適當范圍內調整零件的外形。（其所產(chǎn)生的效果見圖二）圖二圖二為改進設計前后葉叉外形對比：虛線為原葉叉圖形，實線為改后葉叉圖形，孔的位置不變。其次，設計無廢料工藝排樣圖（見圖三）圖三由于外形是按照工藝上排樣的需要進行設計，所以可以使葉叉排樣達到最合理化，減少工藝廢料，降低材料消耗。最后，設計無廢料沖裁模具結構圖（見圖四）工藝方案的順利實施是否能夠得到保證，取決于模具結構設計是否可行。所以，作為無廢料沖裁模具結構設計的第三步是否有可能實現(xiàn)工藝要求，將是至關重要的環(huán)節(jié)。只有當確定了模具結構是可行的，工藝方案才可能得以進行下去。圖四實現(xiàn)了以上改進后，葉叉的用料比改進前平均節(jié)省材料16%以上，材料的利用率也達到95%以上。以每年產(chǎn)銷400萬臺吊扇計算，需用鋼材1600噸。該項目實施后，每年可節(jié)約鋼材256噸。三．結束語沖壓生產(chǎn)中提高零件經(jīng)濟性的工作涉及面是很廣泛的。因此，深入開發(fā)節(jié)材途徑同樣應從多方面去考慮。實踐證明，只要設計人員能夠充分開動腦筋，通過工藝