面向高職學生的沖壓排樣教學設計

于位靈　王樸

【摘 要】沖壓排樣是沖模設計前一項重要的工藝技術工作，一副模具預先可以有多個排樣方案，如何從中選出一種最優(yōu)排樣方案，非常重要。本文結合目前在讀高職學生的學習特點，以一個具體沖制件為例，闡述了排樣方法和對一種排樣方案的評價辦法，圖文并茂、簡單實用。期望為相關學生、教師和企業(yè)技術人員提供一種思路，起到一定的啟發(fā)和借鑒作用。

【關鍵詞】高職學生；排樣方法；教學設計；排樣方案；評價辦法

中圖分類號： G718.5；F279.2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0176-002

目前在讀高職學生中，部分存在學習主動性不強的問題，部分存在學習方法不得當的現象，部分存在重技能、輕理論的思想，也存在一部分不愿動手、不愿動腦、渾渾噩噩過日子的學生。如何提高他們在學校的學習效果，增強他們的學習成就感，從而激發(fā)他們的學習興趣，就需要教師在教學上花更多的功夫，精心進行課程難點和重點的教學設計，選取恰當的教學案例，教會他們一些淺顯易懂行之有效的方法。比如沖壓工藝與模具設計課程中的一項重要內容——沖壓排樣，其教學過程設計如下。

1 排樣概念和意義

平板沖件或立體成形件的展開平板毛坯在板、條、帶料上的沖件排列與布置方式， 稱之為排樣。在沖壓工藝編制與沖模設計中， 排樣設計是一項技術性很強、涉及面很廣且十分復雜又十分重要的設計工作。沖壓排樣直接影響到沖壓材料利用率、沖模結構及其壽命、沖壓精度及沖件質量、沖壓生產率及沖件成本等。因沖壓排樣不僅有方法和技巧， 而且含有大量的沖壓工藝技術和沖模設計的技術內容。

2 排樣方法

根據材料經濟利用的程度，排樣方法可以分為有廢料、少廢料和無廢料排樣三種。

2.1 有廢料排樣法

有廢料排樣是沿著沖件的全部周邊輪廓進行沖裁，沖件與沖件之間以及沖件與條料側邊之間，都有工藝余料（稱搭邊）存在。此種排樣法沖件斷面質量較好，模具壽命較長，但材料利用率較低。

2.2 少廢料排樣法

少廢料排樣法是沿沖件的部分外輪廓切斷或沖裁，只在沖件與沖件之間，或沖件與條料側邊之間留有搭邊。這種排樣方法的材料利用率可達70%～90%。

2.3 無廢料排樣法

無廢料排樣法是沖件與沖件之間以及沖件與條料側邊之間均無搭邊存在。這種排樣方法的沖件是直接由切斷條料獲得，所以材料利用率可達85%～95%。

采用少、無廢料排樣法，材料利用率高，不但有利于一次沖壓獲得多個沖件，而且可以簡化模具結構、降低沖裁力。但是少、無廢料排樣的應用范圍有一定的局限性，受到沖件形狀、結構的限制，且由于條料本身的寬度公差以及條料導向與定位所產生的誤差會直接影響制件尺寸，從而使沖件的精度降低。同時，在單邊切斷時，因為模具單面受力而使其加快磨損，降低模具壽命，而且也會直接影響沖件的斷面質量。為此，排樣設計時不要一味追求高的材料利用率，必須全面權衡利弊得失。

無論是采用有廢料或少、無廢料的排樣，根據沖件在條料上的不同布置方法，排樣方

法又有直排、斜排、對排（直對排、斜對排）、混合排及多排等多種形式的排列方式。

3 排樣實施辦法

是否選擇有廢料排樣，到底采用直排、斜排還是對排等，需要根據不同的待沖裁件形狀加以選用。對于形狀較復雜的沖裁件，常用的排樣實施方法有以下三種：

3.1 樣片排樣法

根據沖件圖或立體形沖件展開毛坯圖， 按1 ： l或1 ：2 的比例， 在紙上繪出平板沖件或立體形沖件展開毛坯鉛筆圖， 剪出三個以上模擬紙片而后用這些樣片在紙上排列布置， 排出幾個方案。

3.2 描圖排樣法

根據平板沖件圖和立體形沖件展開毛坯圖用描圖紙描出其落料外輪廓形狀， 而后依照這個外輪廓形狀按1： 1或1： 2劃出幾個排樣方案， 通過對比、移動， 派生出更多排樣方案。

3.3 CAD排樣法

根據平板沖件圖和立體形沖件展開毛坯圖利用CAD軟件繪出一個沖件圖， 利用平移復制、移動或旋轉、鏡像等方法，排出多個可能的排樣方案。

4 排樣方案評價方法

目前，沖壓排樣設計相關教學資源中，排樣教學案例比較多，但關于如何對一個排樣方案進行具體評價的辦法尚比較缺乏，影響了學生對這塊內容的學習和掌握，提供一種簡單、實用、易學的評價辦法，顯得尤為必要。

將認定較好的幾個方案，根據現場各種條件， 通過綜合對比從中選優(yōu)。選優(yōu)過程，是一個需要合理的方法和技巧的過程，下面將以圖1所示沖件為例，提供一種具體的排樣方案評價辦法。

為了節(jié)約材料，采用級進沖裁時的排樣方案之一如圖2所示。

圖3模擬了條料自右向左運行通過沖孔凸模和落料凸模的情景。第一次送進時，使條料盡可能接近落料凸模，條料位置如a圖所示。此時如果壓力機下行，沖孔凸模A將沖出第一個孔，此孔在條料上以一個圓圈表示。

當條料第二次送進，即送進到b圖所示位置，也即條料上已沖孔與落料凸模上導正銷B對準的位置。如果此時壓力機下行，落料凸模C將沖出部分落料件，同時兩個沖孔凸模將在條料上沖出兩個孔。在模擬條料上沿著落料凸模畫圖，可以看到條料被沖切后有一小塊料被分離出來，同樣沿著沖孔凸模畫圖。

當條料第三次送進，即送進到c圖所示位置，即孔與導正銷對齊。此時若壓力機下行，將在條料上沖切出一個完整的落料件和兩個孔。在模擬條料上畫出落料凸模的輪廓和兩個孔。

從圖3可以看出，條料需要送進三次，才可以得到第一個完整的沖件，以后每送進一次，即可得到一個完整的沖件。但在第二次送進時，條料上會沖切出一小塊料，以及一個輪廓不完整的落料件。

經過上述三次送進、沖切以后，我們得到的條料如圖4中a所示，沖切下落的沖件和廢料如圖b所示。通過分析，我們不難發(fā)現看似節(jié)約材料的排樣A存在嚴重的錯誤。條料在第二次送進時會被切出一小塊料C，將滯留在凹模上，在這里，有可能進入落料凸模刃口下，從而被切碎，或者進入沖孔凸模下面，從而折斷沖孔凸模。雖然這一小塊料僅產生于每一條料的料頭，也可能在料尾，但是在一副模具壽命期內，將會沖壓成百上千的條料，因此，這一排樣方案需要改進，可以通過擴大搭邊、調整沖制件角度等方式，然后重復圖3的模擬運行，直到得到合適的排樣方案。

5 繪制排樣圖

排樣方案確定后，計算條料寬度及送料步距；計算材料的利用率；繪制排樣圖。在排樣圖上應標注條料寬度及其公差、送料步距及搭邊值。若采用斜排排樣時，還應注明傾斜角度的大小。必要時，還可用雙點劃線畫出條料在送料時定位元件的位置。對有纖維方向要求的排樣圖，則應用箭頭表示條料的紋向。

6 結語

本文根據查閱的沖壓相關國內外教學資源，結合自身多年沖壓課程教學和企業(yè)實踐經歷，為高職學生設計了沖壓排樣內容的教學過程，重點闡述了對某一排樣方案的評價辦法。應用到教學后，收到了良好的教學效果，對于較為復雜的排樣，學生們不再僅僅依靠材料利用率來判斷排樣方案的優(yōu)劣，也不再一籌莫展，而是應用文中闡述的評價辦法，利用紙帶模擬條料在模具上的運行，分析每一工位上的條料沖切情況，進行評判。

【參考文獻】

[1]于位靈，李厚佳，等.基于工作過程的課程設計研究[J].科技創(chuàng)新導報，2010（28）.

[2]于位靈，等.實用冷沖模設計[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[3]張正修.沖壓排樣技術上[J].電子工藝技術，1994（3）.

[4]Vukota Boljannovic、J.R. Paguin. Die Design Fundamentals[M]. Industrial Press，2005.