冲裁工艺在工业机械设计中的重要性

黄鹏

摘要：冲裁工艺作为工业机械制造中的常用技术手段，对产品的加工质量和生产效率起着至关重要的作用。通过增强冲裁工艺水平，有助于缩减产品的整体制造流程，令产品的生产成本也得到较好的控制。而计算机时代的全面到来，为冲裁工艺的改进与优化提供了良好的方向，使其从最初的手工设计逐渐向计算机辅助设计转变，极大程度提升了该工艺的运用水平。为我国工业的长远有序发展，起到良好的促进作用。本文根据冲裁工艺在工业机械设计中的重要性，结合各种冲压工序和排样方案的优劣势，浅谈一下冲裁工艺的具体应用流程及优化方向。

Abstract： As a common technical means in the manufacturing of industrial machinery， blanking process plays a vital role in the processing quality and production efficiency of products. By enhancing the blanking technology level， it is helpful to reduce the overall manufacturing process of products， so that the production cost of products is also better controlled. The full arrival of the computer era provides a good direction for the improvement and optimization of blanking process， which makes it gradually change from the initial manual design to the computer-aided design， and greatly improves the application level of the process. For the long-term orderly development of China's industry， play a good role in promoting. In this paper， according to the importance of blanking process in industrial machinery design， combined with the advantages and disadvantages of various stamping processes and layout scheme， a brief talk about the specific application process and optimization of blanking process.

关键词：冲裁工艺;工业;机械设计

Key words： blanking process;industry;mechanical design

中圖分类号：TH122                                      文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）14-0034-02

0  引言

工业是我国社会发展的重要支柱，为各个地区的经济建设，起到了极大的促进作用。而随着近些年国内市场竞争的日趋加剧，对各类产品的加工质量提出了更高的要求，使冲裁工艺成为了工业管理者关注的焦点，也是增强机械制造水平的主要手段。笔者根据冲裁工艺的具体含义，结合实际运用过程中的操作流程、注意事项及相关影响因素，深入分析了改进冲裁工艺的方法，具体的研究内容如下。

1  冲裁工艺的具体内容及重要性

冲裁工艺具有适用范围广、生产效率高和加工效果精密的优势，使各类产品的生产工作变得更加快捷规范，成为了工业机械制造中不可或缺的重要手段。冲裁工艺主要是根据工业机械制造的具体需求，借助各类模具对板料进行冲压处理，使板料之间产生分离，为后续的深加工做足良好的铺垫[1]。

冲裁工艺主要分为落料、冲孔、切口、剖切和修边等工序，既可以使板料直接转变为相应规格的零件，也能够使板料在外力的影响下成为毛坯，为后续的生产制造提供帮助。其中，落料和冲孔是冲裁工艺的核心流程，也是工业机械制造中常用的两个步骤。落料是指根据实际的生产需求，从板料上冲下所需的形状。而冲孔和落料类似，只不过是根据生产需求，从板料上冲下所需的形状口，以去除废料的方式达到加工板料的目的。

由于冲裁工艺的加工主体为冲裁件，所以该工艺的整体操作水平，对冲裁件的加工质量、生产效率和模具使用年限，有着密不可分的联系。当冲裁工艺选择不合理时，会直接影响到冲裁件加工后的几何形状和大小尺寸，使其整体规格与深加工需求产生严重偏差，甚至因两者之间精度差异过大而导致后续使用不便，对冲裁件的深加工造成了极为不利的影响。而选择科学合理的冲裁工艺，不仅能够使冲裁件加工后的几何形状、尺寸大小和精密度，均满足冲裁件深加工的基本需求。还可以显著减少冲裁件的整体加工流程，让产品生产的操作难度大大降低，从而起到加快生产效率的良好效果[2]。而且，合理的冲裁工艺还能够在降低冲裁件损耗和提高冲裁质量方面发挥出有力的帮助作用，为我国工业机械制造的今后发展，起到较大的促进作用。

2  冲压工艺的方案选择

冲孔和落料是采用冲裁工艺的两个基本步骤，常见的加工方案主要有单工序模式、复合模式和级进模式三种。单工序模式的操作流程分为两个步骤，即先落料后冲孔，该模式具有结构简单和模具量少的优势。但单工序模式的加工效率比较低，无法满足大批量的生产需求，使其在工业机械制造中的普及度也受到较大影响。复合模式的操作流程仅有一个步骤，为落料——冲孔复合冲压。相比于单工序模式，复合模式所使用的模具量从两套降至一套，其生产效率方面也远高于前者，可以满足大批量生产的需求，在工业机械制造中普及度较高[3]。而且，这种落料——冲孔复合冲压模式，仅使用一套模具就可以同时完成落料和冲孔两项操作，使冲裁件加工后的几何形状与大小尺寸，都符合深加工的基本需求，令冲裁件的加工质量也实现了较大幅度的提升。但该种方法也存在着明显的弊端，主要体现在模具结构相对复杂，故复合模式更适用于几何形状简单的制作工作中。

级进模式的操作流程为冲孔——落料连续冲裁，尽管该种模式具有加工效率高和模具量少的优势，但冲裁件加工后的规格效果均比前两者低，对后续的深加工造成了极为不利的影响。若想提升级进模式的整体加工质量，可以在模具上安装校正设备，以此调整冲裁件加工过程中的精密度，进而为后续的深加工操作奠定坚实的基础。但如果专门在生产模具上安装校正设备，会使其整体结构变得非常复杂，令该模式的应用难度也出现大幅度的提升[4]。而且，在生产模具上添加校准设备，也会显著提升级进模式的运行成本，对工业机械制造的整体利润产生极为不利的影响。

通过从模具量、运行成本、模具结构、加工效率和精准度等多方面对比，可以发现以落料——冲孔复合冲压为加工流程的制作模式，更适用于多数冲裁件的落料和冲孔加工中，为后续的深加工起到良好的帮助作用[5]。

3  冲裁排样方案的选择

排样是冲裁工艺的重要步骤，其内容通常是将冲裁零件合理放置于条料、带料或板料上，使其加工成预期的效果，为后续的深加工提供便利。在排样的过程中，应严格遵循低损耗和高效率的基本生产原则，将模具结构、生产条件和原材料供应水平融入其中，尽全方位的可能为产品生产提供便利，促进工业机械制造水平的不断提高。根据废料的产生情况，可以将排样方案划分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种情况。

①有废料的排样方案，是指在冲裁件与冲裁件之间、冲裁件与条料之间均留有搭边废料。使模具能夠完全控制冲裁件的尺寸大小，令冲裁加工的整体精准度显著提高。而且，有废料的排样方案在实际应用过程中，会使模具的日常损耗明显降低，让模具的使用寿命大幅度延长[6]。但是，此类排样方案的材料损耗率较高，致使冲裁件的加工成本大幅度提升，对产品的生产成本造成极为严重的影响。

②少废料的排样方案，是指在冲裁件与冲裁件或冲裁件与条料之间留有搭边废料。相比于前种排样方案，此方案的材料损耗率相对较低，其冲裁件的模具结构也非常简单。但少废料的排样方案，极容易因条料质量和定位方面等多方面的影响，对冲裁件的加工效果产生较大的干扰。而且，该种排样方法在实际运用过程中，会对冲裁件的模具造成较大的损耗，令模具的使用寿命明显降低。

③无废料的排样方案，与有废料排样方案恰恰相反，即冲裁件与冲裁件、冲裁件与条料之间均不留搭边废料，通过直线或曲线的方式将条料切断，从而获得满足深加工需求的裁冲件。此排样方案比上述两种方法的材料利用率都高，但在裁冲件加工效果和模具损耗程度方面存在着较大的劣势[7]。

通过对三种不同的排样方案对比研究可以发现，相比于有废料排样方案，少废料和无废料的排样方法在简化模具结构、降低冲裁力和减少材料损耗方面具有明显优势，使裁冲工艺的整体操作难度和材料使用量明显减少。但这两种排样方法也会由于条料本身因素或导向与定位的因素，产生一定程度的公差与误差，致使裁冲件的加工精准度明显降低，对后续的加工也造成了极为不利的影响。除此之外，模具在单边受力的长期影响下，其使用寿命和整体性能也会受到大幅度的影响，令接下来冲裁件断面质量明显降低。而有废料的排样方案除了在材料损耗方面存在劣势，在延长模具使用年限和提高冲裁件精准度效果显著，为后续的深加工奠定坚实的基础。

从综合角度来看，根据冲裁件的几何形状、尺寸大小和材料特质，选择有废料排样方案，有助于提升冲裁工艺的整体加工能力，令工业机械制造水平明显提高。

4  搭边值选取时的注意事项及影响因素

搭边值通常是指在排样过程中，冲裁件和冲裁件、冲裁件与条料侧边的余料取值。通过科学合理的调整搭边值，既能够起到降低加工误差和保持条料刚度的良好作用，使冲裁件加工后的规格效果可以满足深加工的需求。还能够发挥出降低材料损耗的显著效果，令冲裁工艺的材料利用率得到明显提升。而且，把控好搭边值能够有效预防“啃刃”的情况发生，让模具的使用年限大大延长，令工业机械制造成本出现大幅度地降低[8]。

经过专业的研究分析可以发现，材料性能和厚度、工件的几何形状及尺寸大小、送挡料方式，均为搭边值的相关影响因素。通常情况下，材料硬度越大或越厚，其搭边值就越小。反之，软材料或薄材料的搭边值应适当取大一些。对于工件尺寸小、形状简单、无侧压板导向和机械送料的情况，应将搭边值取大一些，以此提升冲裁工艺的整体精准度，为后续的深加工提供便利。

5  结语

综上所述，冲裁工艺是通过外界对板料施加压力，使其几何形状和尺寸大小发生变化，从而满足后续深加工的需求，为接下来的产品生产做足良好的铺垫。为了使冲裁工艺的整体操作水平显著提升，应从生产率、精准度、模具量、模具结构、材料利用率和模具损耗程度等方面，对冲压工序和排样方案进行科学合理的选择。并结合材料性能及厚度、工件形状和尺寸、送挡料方式，选取适宜的搭边值，使冲裁料的加工效果达到最佳，令我国工业机械制造水平显著提升，促进社会和谐有序的长远发展。

参考文献：

[1]苏庆勇.电子信息技术在机械模具设计中的重要性探讨[J].科技经济导刊，2021，29（06）：62-63.

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[3]张贺楠.基于四通组件准双相贯线冲裁集成系统研究及工装夹具设计[D].山东大学，2020.

[4]熊建武，朱惠芳，孙孝文，孙忠刚，简忠武.电机励磁扇形定子冲片一模双腔复冲模具设计[J].江苏科技信息，2020，37（15）：59-63.

[5]蒋飞.厚板精冲成形工艺研究及毂安装板精冲工艺开发[D].重庆理工大学，2020.

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[7]吴钒.基于有限元模拟的钛合金冲裁间隙研究及其公差分析[D].江汉大学，2020.

[8]王端义.响应曲面法优化钢铝异种材料自冲铆接工艺参数的研究[J].锻压技术，2019，44（12）：65-69，76.