第2章冲裁工艺与冲裁模设计 > 2.5冲裁排样设计

冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。

1．材料利用率
冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的经济性指标。
一个步距内的材料利用率 (图2.5.1)可用下式表示

图2.5.1 废料的种类图

若考虑到料头、料尾和边余料的材料消耗，则一张板料(或带料、条料)上总的材

值越大，材料的利用率就越高，在冲裁件的成本中材料费用一般占60％以上，可见材料利用率是一项很重要的经济指标。
2．提高材料利用率的方法
冲裁所产生的废料可分为两类（图2.5.1）：一类是结构废料，是由冲件的形状特点产生的；另一类是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边，以及料头、料尾和边余料而产生的废料，称为工艺废料。
要提高材料利用率，主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有力措施是：设计合理的排样方案，选择合适的板料规格和合理的裁板法（减少料头、料尾和边余料），或利用废料作小零件（如表2.5.1中的混合排样）等。
对一定形状的冲件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能的。当两个不同冲件的材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。如电机转子硅钢片，就是在定子硅钢片的废料中取出的，这样就使结构废料得到了充分利用。另外，在使用条件许可下，当取得零件设计单位同意后，也可以改变零件的结构形状，提高材料利用率，如图2.5.2所示。

2.5.2 零件形状不同材料利用情况的对比

根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种，如图2.5.3所示。

图2.5.3 排样方法分类

1．有废料排样如图2.5.3a所示。沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，但材料利用率低。
2．少废料排样如图2.5.3b所示。沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
3．无废料排样如图2.5.3c所示。冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料利用率最高。另外，如图2.5.3c所示，当送进步距为两倍零件宽度时，一次切断便能获得两个冲件，有利于提高劳动生产率。
采用少、无废料的排样可以简化冲裁模结构，减小冲裁力，提高材料利用率。但是，因条料本身的公差以及条料导向与定位所产生的误差影响，冲裁件公差等级低。同时，由于模具单边受力（单边切断时），不但会加剧模具磨损，降低模具寿命，而且也直接影响冲裁件的断面质量。为此，排样时必须统筹兼顾、全面考虑。
对有废料排样，少、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上的布置方法加以分类，其主要形式列于表2.5.1。

对于形状复杂的冲件，通常用纸片剪成3~5个样件，然后摆出各种不同的排样方法，经过分析和计算，决定出合理的排样方案。
在冲压生产实际中，由于零件的形状、尺寸、精度要求、批量大小和原材料供应等方面的不同，不可能提供一种固定不变的合理排样方案。但在决定排样方案时应遵循的原则是：保证在最低的材料消耗和最高的劳动生产率的条件下得到符合技术条件要求的零件，同时要考虑方便生产操作、冲模结构简单、寿命长以及车间生产条件和原材料供应情况等，总之要从各方面权衡利弊，以选择出较为合理的排样方案。

排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；同时，搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙，从而提高模具寿命。
搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响，因此一定要合理确定搭边数值。搭边过大，材料利用率低；搭边过小时，搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口。根据生产的统计，正常搭边比无搭边冲裁时的模具寿命高50％以上。
1．影响搭边值的因素
(1）材料的力学性能硬材料的搭边值可小一些；软材料、脆材料的搭边值要大一些。
(2）材料厚度材料越厚，搭边值也越大。
(3）冲裁件的形状与尺寸零件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值取大些。
(4）送料及挡料方式用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。
(5）卸料方式弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。
2．搭边值的确定
搭边值是由经验确定的。表2.5.2为最小搭边值的经验数表之一，供设计时参考。

在排样方案和搭边值确定之后，就可以确定条料的宽度，进而确定导料板间的距离。由于表2.5.2所列侧面搭边值a已经考虑了剪料公差所引起的减小值，所以条料宽度的计算一般采用下列的简化公式。

1．有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离，如图2.5.4

有侧压装置的模具，能使条料始终沿着导料板送进，故按下式计算：

2．无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离，如图2.5.5

图2.5.4 有侧压板的冲裁

图2.5.5 无侧压板的冲裁

侧压装置的模具，应考虑在送料过程中因条料的摆动而使侧面搭边减少。为了补偿侧面搭边的减少，条料宽度应增加一个条料可能的摆动量，放按下式计算：

条料宽度

式中

——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a ——侧搭边值，可参考表2.5.2；
△——条料宽度的单向（负向）偏差，见表2.5.3、表2.5.4；
C——导料板与最宽条料之间的间隙，其最小值见表2.5.5。

3．用侧刃定距时条料的宽度与导料板间距离，如图2.5.6

图2.5.6 有侧刃的冲裁

当条料的送进步距用侧刃定位时，条料宽度必须增加侧刃切去的部分，故按下式计算：

条料宽度

式中 Lmax——条料宽度方向冲裁件的最大尺寸；
a——侧搭边值，可参考表2.5.2；
n——侧刃数；
b1——侧刃冲切的料边宽度，见表2.5.6
C——冲切前的条料宽度与导料板间的间隙，见表2.5.5；
y——冲切后的条料宽度与导料板间的间隙，见表2.5.6。

在确定条料宽度之后，还要选择板料规格，并确定裁板方法(纵向剪裁或横向剪裁)。值得注意的是，在选择板料规格和确定裁板法时，还应综合考虑材料利用率、纤维方向(对弯曲件)、操作方便和材料供应情况等。当条料长度确定后，就可以绘出徘样图。如图2.5.7所示，一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸、条料长度L、板料厚度t 、端距l、步距S、工件间搭边和侧搭边a。并习惯以剖面线表示冲压位置。
排样图是排样设计的最终表达形式。它应绘在冲压工艺规程卡片上和冲裁模总装图的右上角。

图2.5.7 排样图

图2.5.8 排样动画

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