沖裁工藝在工業機械設計中的重要性

黃鵬

摘要：沖裁工藝作為工業機械制造中的常用技術手段，對產品的加工質量和生產效率起著至關重要的作用。通過增強沖裁工藝水平，有助于縮減產品的整體制造流程，令產品的生產成本也得到較好的控制。而計算機時代的全面到來，為沖裁工藝的改進與優化提供了良好的方向，使其從最初的手工設計逐漸向計算機輔助設計轉變，極大程度提升了該工藝的運用水平。為我國工業的長遠有序發展，起到良好的促進作用。本文根據沖裁工藝在工業機械設計中的重要性，結合各種沖壓工序和排樣方案的優劣勢，淺談一下沖裁工藝的具體應用流程及優化方向。

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.

關鍵詞：沖裁工藝;工業;機械設計

Key words： blanking process;industry;mechanical design

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0034-02

0? 引言

工業是我國社會發展的重要支柱，為各個地區的經濟建設，起到了極大的促進作用。而隨著近些年國內市場競爭的日趨加劇，對各類產品的加工質量提出了更高的要求，使沖裁工藝成為了工業管理者關注的焦點，也是增強機械制造水平的主要手段。筆者根據沖裁工藝的具體含義，結合實際運用過程中的操作流程、注意事項及相關影響因素，深入分析了改進沖裁工藝的方法，具體的研究內容如下。

1? 沖裁工藝的具體內容及重要性

沖裁工藝具有適用范圍廣、生產效率高和加工效果精密的優勢，使各類產品的生產工作變得更加快捷規范，成為了工業機械制造中不可或缺的重要手段。沖裁工藝主要是根據工業機械制造的具體需求，借助各類模具對板料進行沖壓處理，使板料之間產生分離，為后續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變為相應規格的零件，也能夠使板料在外力的影響下成為毛坯，為后續的生產制造提供幫助。其中，落料和沖孔是沖裁工藝的核心流程，也是工業機械制造中常用的兩個步驟。落料是指根據實際的生產需求，從板料上沖下所需的形狀。而沖孔和落料類似，只不過是根據生產需求，從板料上沖下所需的形狀口，以去除廢料的方式達到加工板料的目的。

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，對沖裁件的加工質量、生產效率和模具使用年限，有著密不可分的聯系。當沖裁工藝選擇不合理時，會直接影響到沖裁件加工后的幾何形狀和大小尺寸，使其整體規格與深加工需求產生嚴重偏差，甚至因兩者之間精度差異過大而導致后續使用不便，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，讓產品生產的操作難度大大降低，從而起到加快生產效率的良好效果[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量方面發揮出有力的幫助作用，為我國工業機械制造的今后發展，起到較大的促進作用。

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、復合模式和級進模式三種。單工序模式的操作流程分為兩個步驟，即先落料后沖孔，該模式具有結構簡單和模具量少的優勢。但單工序模式的加工效率比較低，無法滿足大批量的生產需求，使其在工業機械制造中的普及度也受到較大影響。復合模式的操作流程僅有一個步驟，為落料——沖孔復合沖壓。相比于單工序模式，復合模式所使用的模具量從兩套降至一套，其生產效率方面也遠高于前者，可以滿足大批量生產的需求，在工業機械制造中普及度較高[3]。而且，這種落料——沖孔復合沖壓模式，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，令沖裁件的加工質量也實現了較大幅度的提升。但該種方法也存在著明顯的弊端，主要體現在模具結構相對復雜，故復合模式更適用于幾何形狀簡單的制作工作中。

級進模式的操作流程為沖孔——落料連續沖裁，盡管該種模式具有加工效率高和模具量少的優勢，但沖裁件加工后的規格效果均比前兩者低，對后續的深加工造成了極為不利的影響。若想提升級進模式的整體加工質量，可以在模具上安裝校正設備，以此調整沖裁件加工過程中的精密度，進而為后續的深加工操作奠定堅實的基礎。但如果專門在生產模具上安裝校正設備，會使其整體結構變得非常復雜，令該模式的應用難度也出現大幅度的提升[4]。而且，在生產模具上添加校準設備，也會顯著提升級進模式的運行成本，對工業機械制造的整體利潤產生極為不利的影響。

通過從模具量、運行成本、模具結構、加工效率和精準度等多方面對比，可以發現以落料——沖孔復合沖壓為加工流程的制作模式，更適用于多數沖裁件的落料和沖孔加工中，為后續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，使其加工成預期的效果，為后續的深加工提供便利。在排樣的過程中，應嚴格遵循低損耗和高效率的基本生產原則，將模具結構、生產條件和原材料供應水平融入其中，盡全方位的可能為產品生產提供便利，促進工業機械制造水平的不斷提高。根據廢料的產生情況，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度顯著提高。而且，有廢料的排樣方案在實際應用過程中，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，對產品的生產成本造成極為嚴重的影響。

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，其沖裁件的模具結構也非常簡單。但少廢料的排樣方案，極容易因條料質量和定位方面等多方面的影響，對沖裁件的加工效果產生較大的干擾。而且，該種排樣方法在實際運用過程中，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現，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構、降低沖裁力和減少材料損耗方面具有明顯優勢，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導向與定位的因素，產生一定程度的公差與誤差，致使裁沖件的加工精準度明顯降低，對后續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度效果顯著，為后續的深加工奠定堅實的基礎。

從綜合角度來看，根據沖裁件的幾何形狀、尺寸大小和材料特質，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，令工業機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、沖裁件與條料側邊的余料取值。通過科學合理的調整搭邊值，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格效果可以滿足深加工的需求。還能夠發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防“啃刃”的情況發生，讓模具的使用年限大大延長，令工業機械制造成本出現大幅度地降低[8]。

經過專業的研究分析可以發現，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適當取大一些。對于工件尺寸小、形狀簡單、無側壓板導向和機械送料的情況，應將搭邊值取大一些，以此提升沖裁工藝的整體精準度，為后續的深加工提供便利。

5? 結語

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生變化，從而滿足后續深加工的需求，為接下來的產品生產做足良好的鋪墊。為了使沖裁工藝的整體操作水平顯著提升，應從生產率、精準度、模具量、模具結構、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行科學合理的選擇。并結合材料性能及厚度、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到最佳，令我國工業機械制造水平顯著提升，促進社會和諧有序的長遠發展。

參考文獻：

[1]蘇慶勇.電子信息技術在機械模具設計中的重要性探討[J].科技經濟導刊，2021，29（06）：62-63.

[2]董建鵬，王時龍，周杰，楊波，馬馳.基于修正GTN模型的不銹鋼管剪切過程韌性斷裂準則研究[J].工程力學，2021，38（03）：239-247.

[3]張賀楠.基于四通組件準雙相貫線沖裁集成系統研究及工裝夾具設計[D].山東大學，2020.

[4]熊建武，朱惠芳，孫孝文，孫忠剛，簡忠武.電機勵磁扇形定子沖片一模雙腔復沖模具設計[J].江蘇科技信息，2020，37（15）：59-63.

[5]蔣飛.厚板精沖成形工藝研究及轂安裝板精沖工藝開發[D].重慶理工大學，2020.

[6]陳庭.基于正交試驗的螺母沖裁成形模具磨損分析及參數優化[J].鍛壓技術，2020，45（03）：141-145.

[7]吳釩.基于有限元模擬的鈦合金沖裁間隙研究及其公差分析[D].江漢大學，2020.

[8]王端義.響應曲面法優化鋼鋁異種材料自沖鉚接工藝參數的研究[J].鍛壓技術，2019，44（12）：65-69，76.