沖壓產(chǎn)品設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性初探070503

沖壓產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及其經(jīng)濟(jì)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(jì)性，自然要重點(diǎn)地從充分利用材料抓起。同時(shí)，材料利用率的高低又是衡量企業(yè)技術(shù)和管理水平的重要指標(biāo)。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(yīng)該是企業(yè)技術(shù)人員研究的重要課題。本次講座主要是結(jié)合沖壓生產(chǎn)實(shí)際來(lái)探索了沖壓產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)與沖壓經(jīng)濟(jì)性的密切關(guān)系。同時(shí)，介紹生產(chǎn)中工藝上通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理修改來(lái)尋求節(jié)材途徑的方法。以此說(shuō)明產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品沖壓工藝設(shè)計(jì)與改進(jìn)的結(jié)合對(duì)提高零件經(jīng)濟(jì)性的重要作用。二．從沖壓產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面尋求節(jié)材途徑在沖壓生產(chǎn)中，工程技術(shù)人員可以通過(guò)合理選材排樣、利廢挖潛等手段來(lái)達(dá)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(duì)沖壓產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)加以分析研究，來(lái)尋求更廣泛的節(jié)材途徑。沖壓產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，一般是以滿足使用性能為主，同時(shí)兼顧其它方面，在多品種、大批量的沖壓生產(chǎn)中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(zhǔn)備直至投產(chǎn)以后，產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合沖壓工藝不斷地對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jì)的方案。1、零件外形與少無(wú)廢料排樣有著直接的關(guān)系沖壓件展開(kāi)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(guān)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(kāi)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(kāi)毛坯排樣時(shí)具有和合圖形，即排樣中毛坯與毛坯之間可以毫無(wú)縫隙地拼合，實(shí)現(xiàn)無(wú)廢料或少?gòu)U料排樣。由此可見(jiàn)工藝上沖壓件的外形對(duì)于節(jié)材的重要性。而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上沖壓件的外形往往顯得不十分重要，因?yàn)樵S多沖壓件在使用中起作用的主要是孔，至于孔周?chē)慕饘僦皇瞧鹇?lián)接作用和保證強(qiáng)度的，也就是說(shuō)零件的外形在適當(dāng)范圍內(nèi)是可以調(diào)整的。那么，如果一些零件的外形按照工藝上排樣的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)就可以使排樣合理化，實(shí)現(xiàn)少?gòu)U料或無(wú)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(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)修改實(shí)現(xiàn)無(wú)廢料排樣的實(shí)例，每項(xiàng)修改實(shí)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(jiǎn)便易行且經(jīng)濟(jì)效果明顯，但在實(shí)際就髟中有時(shí)因受料厚限制而不能實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，對(duì)于大多數(shù)沖壓件來(lái)講材料厚度是保證強(qiáng)度和剛度的，換言之，這類(lèi)零件只要能滿足強(qiáng)度、剛度及關(guān)鍵的尺寸要求，材料厚度適當(dāng)上下浮動(dòng)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(shí)際中可根據(jù)現(xiàn)有的廢料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上對(duì)一些沖壓件的料厚做相應(yīng)修改：一些零件可將料厚適當(dāng)增大以便實(shí)現(xiàn)利廢，如果零件自重有嚴(yán)格的控制范圍，可以結(jié)合零件本身結(jié)構(gòu)修改以保證自重不超過(guò)限度；也有零件可以將料厚適當(dāng)減小同時(shí)提高對(duì)材料機(jī)械性能指標(biāo)的要求，以彌補(bǔ)減薄后強(qiáng)度的損失，從而使零件利用相應(yīng)的廢料生產(chǎn)；還有一些零件可以在料厚減小的同時(shí)結(jié)合零件本身結(jié)構(gòu)的修改，通過(guò)增加壓盤(pán)、翻邊等手段增大強(qiáng)度或剛度，最終實(shí)現(xiàn)利廢生產(chǎn)。盡管這樣做有時(shí)會(huì)使工藝復(fù)雜，但綜合經(jīng)濟(jì)效果仍十分可觀。圖2是通過(guò)料厚更改使零件利廢生產(chǎn)的三個(gè)實(shí)例：圖2（a）所示零件料厚由2.8mm增至3mm，同時(shí)將所有尖角改為圓角，修改后實(shí)現(xiàn)利廢生產(chǎn)，料厚增大后零件自重?zé)o增加；圖2(b)所示零件料厚由4.5mm減至4mm，同時(shí)將材料牌號(hào)由20改為10TiL,實(shí)現(xiàn)利廢生產(chǎn)，料厚減小后強(qiáng)度未受損失；圖2(c)所示零件料厚由2mm減至1.75mm，同時(shí)在零件上增加翻邊以保證剛度的要求，修改后實(shí)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(jié)構(gòu)需要的，一般不可輕易改動(dòng)。還有一些孔是為加工、裝配而設(shè)計(jì)的工藝孔或減重孔，這類(lèi)孔根據(jù)具體需要適當(dāng)?shù)貙?duì)形狀和尺寸做改動(dòng)，一般不會(huì)影響零件的使用。前面已談過(guò)，許多沖壓件外形也是可以適當(dāng)改動(dòng)的，因此，如果設(shè)法對(duì)零件的外形或孔形結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)，讓較小零件展開(kāi)毛坯外形與較大零件的孔形相吻合，就可以實(shí)現(xiàn)混合套裁。混合套裁實(shí)質(zhì)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(shí)完成，因此，不僅可以節(jié)省材料，有時(shí)還可節(jié)省模具、工序（工時(shí)、臺(tái)時(shí)），經(jīng)濟(jì)效果更為明顯。圖3是生產(chǎn)中經(jīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)修改實(shí)現(xiàn)混合套裁的實(shí)例。4.尺寸靈活標(biāo)注與經(jīng)濟(jì)性沖壓產(chǎn)品設(shè)計(jì)若能夠?qū)δ承┚植砍叽缭跐M足產(chǎn)品使用要求的前提下給以靈活的標(biāo)注，往往可以擴(kuò)大沖壓工藝的選擇范圍，以便選取更為經(jīng)濟(jì)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(lái)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(wú)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(wú)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(lèi)汽車(chē)車(chē)架橫梁的典型結(jié)構(gòu)，如果外形尺寸按圖4(d)的標(biāo)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(jié)構(gòu)復(fù)雜化。如果外形尺寸按圖4(e)所示的標(biāo)注方法則可避免上述弊端。實(shí)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(jiàn)，尺寸標(biāo)注的靈活性應(yīng)值得提倡。二、生產(chǎn)應(yīng)用中的實(shí)例根據(jù)以上思路，在吊扇葉叉的實(shí)際生產(chǎn)中，我們依據(jù)沖壓工藝的需要對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖進(jìn)行了修改、對(duì)吊扇的葉叉零件采取了“調(diào)整外形、少無(wú)廢料排樣和模具設(shè)計(jì)”這樣三個(gè)步驟的“外科手術(shù)式”的改造：首先，在適當(dāng)范圍內(nèi)調(diào)整零件的外形。（其所產(chǎn)生的效果見(jiàn)圖二）圖二圖二為改進(jìn)設(shè)計(jì)前后葉叉外形對(duì)比：虛線為原葉叉圖形，實(shí)線為改后葉叉圖形，孔的位置不變。其次，設(shè)計(jì)無(wú)廢料工藝排樣圖（見(jiàn)圖三）圖三由于外形是按照工藝上排樣的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以可以使葉叉排樣達(dá)到最合理化，減少工藝廢料，降低材料消耗。最后，設(shè)計(jì)無(wú)廢料沖裁模具結(jié)構(gòu)圖（見(jiàn)圖四）工藝方案的順利實(shí)施是否能夠得到保證，取決于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否可行。所以，作為無(wú)廢料沖裁模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第三步是否有可能實(shí)現(xiàn)工藝要求，將是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。只有當(dāng)確定了模具結(jié)構(gòu)是可行的，工藝方案才可能得以進(jìn)行下去。圖四實(shí)現(xiàn)了以上改進(jìn)后，葉叉的用料比改進(jìn)前平均節(jié)省材料16%以上，材料的利用率也達(dá)到95%以上。以每年產(chǎn)銷(xiāo)400萬(wàn)臺(tái)吊扇計(jì)算，需用鋼材1600噸。該項(xiàng)目實(shí)施后，每年可節(jié)約鋼材256噸。三．結(jié)束語(yǔ)沖壓生產(chǎn)中提高零件經(jīng)濟(jì)性的工作涉及面是很廣泛的。因此，深入開(kāi)發(fā)節(jié)材途徑同樣應(yīng)從多方面去考慮。實(shí)踐證明，只要設(shè)計(jì)人員能夠充分開(kāi)動(dòng)腦筋，通過(guò)工藝