第三章 排样设计
第一节 概述
排样，顾名思义，就是图样的排列。在多工位级进模设计中，排样的目的旨在确定从毛坯材料转变为产品零件的工序过程。
虽然级进模设计的最终结果是模具结构和相关的零件，但在开展具体的模具设计之前，必须确定如下问题：
1） 2） 3）
产品零件的毛坯如何从条料上截取？ 构成产品零件的级进冲压工序有哪些？ 各工序如何组合？如何排序？
这些内容的确定就是排样的任务。因此，排样是级进模设计的重要依据，是决定级进模优劣的主要因素之一。
按照排样所解决的问题及设计过程中所处的阶段，级进模设计中的排样可分为三类，即毛坯排样，冲切刃口设计和工序排样。
毛坯排样用于确定毛坯在条料上的截取方位和相邻毛坯之间的关系。
在级进冲压加工过程中，零件复杂的几何外形往往被分解为简单几何要素的组合，这部分工作称为冲切刃口设计。
工序排样确定模具有多少工位组成、每个工位的具体加工工序等。
第二节 毛坯排样
毛坯排样方案对材料的利用率、冲压加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显著的影响。具统计，在冲压件的成本中，材料费所占比例在60％以上。因此，合理排样对提高材料利用率、降低产品成本有着重要意义。 一 毛坯排样 1. 毛坯排样方案
毛坯在板料上可截取的方位很多，这就决定了毛坯排样方案的多样性。典型的毛坯排样方案及特征如表3-1所示。
根据排样时是否产生废料，毛坯排样可以分为有废料排样和无废料排样。冲裁时的废料可分为工艺废料和设计废料。工艺废料指工件之间和工件与条料之间的搭边材料定位孔和不可避免的料头与料尾所产生的废料。设计废料指由于产品形状的需要，如孔的存在而产生的废料。无废料排样由于无搭边或少搭边，材料利用率高，但要注意：
1) 存在有侧向力，影响模具精度和寿命。 2) 前后产品的毛刺方向不一致。
3) 相邻产品的临接线是共用的，若定位不准，容易产生多切少切问题。
2.毛坯排样原则 1） 2）
材料利用率要尽量高。
满足产品零件冲裁及后序工序的要求，诸如：
1°纤维方向和毛刺方向的要求； 2°便于完成后续加工工序； 3°生产率要高，便于操作；
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4°安全性要好。
表3-1 典型毛坯排样方案比较 排样方案 单排 图例 适用范围 适用于形状简单的产品 斜排 受产品形状限制，适用范围窄 对排 需将条料倒过来冲，效率不高，对特定形状材料利用率高 无废料 排样 数量多、形状单一的产品，材料利用率高，模具费用高 多排 产品精度差，毛刺方向不一致 混合排样
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二 搭边
搭边是指排样时毛坯外形与条料侧边及相邻毛坯外形之间设臵的工艺余料。搭边的作用是保证毛坯从条料上分离，补偿由于定位误差使条料在送进过程中产生的偏移所需的工艺余料。搭边分侧搭边和中心搭边。搭边的基本要求是要有足够的强度，而搭边的强度主要由搭边宽度决定。
搭边宽度是排样时的重要工艺参数。搭边宽度的选取需考虑的因素： 1）材料利用率 2）凸模强度 3）条料的刚性 4）产品的品质 搭边值过小，冲裁时容易翘曲或被拉段，增大冲裁件的毛刺。 三 步距
步距指冲压过程中条料每次向前送进的距离，其值为排样时沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值。步距可定义为
S=L+a
式中 S─冲裁步距；
L─沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值； a─沿送进方向的搭边值。
四 条料宽度
条料宽度指根据排样结果确定的毛坯所需宽度方向的最小尺寸。理论上条料宽度可按下式计算：
B=D+2b
式中 B─条料宽度的理论值；
D─垂直于送进方向毛坯的最大轮廓尺寸,它随毛坯排样方位变化； b─侧搭边值。
由于模具加工误差，条料的裁剪误差及送料时的误差，实际的条料宽度应有一定的裕度，具体尺寸可根据不同的送料侧定位方式计算。
1. 无侧压装臵时条料的宽度
无侧压装臵的模具，条料送进时可能在导尺之间摆动，从而使某一侧的搭边减少。因此，计算条料宽度时应补偿侧搭边的减小量。条料的宽度可按下式计算：
B=D+2(b+△)+Z
式中 B─条料宽度尺寸；
△─条料宽度的单向（负向）公差，参见表3-3； Z─条料与导料板之间的间隙，参见表3-3。 2. 有侧压装臵时条料的宽度
模具有侧压装臵时，条料在侧压装臵的顶压下始终沿某一侧的导料板送进。条料宽度可按下式计算：
B=D+2b+△
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表3-3 条料裁剪公差和与导料板的间隙
单位：mm 条料厚度 公差与间隙 条 料 宽 度 ∽50 〉50∽100 〉100∽150 〉150∽220 〉220∽300
五 材料利用率 材料利用率定义为
Ч=A/（B*S）*100%
式中 Ч─材料利用率；
A─产品毛坯外形所包容的面积； B─条料宽度； S─冲裁步距。
Ч愈大，废料所占面积愈小。因此一般将Ч作为衡量毛坯排样方案优劣的指标。
第三节 冲切刃口设计
冲压件毛坯的外形轮廓及内形孔从几何上可看成是各种封闭的几何曲线，内形或外形轮廓的冲切既可以一次完成，也可以分几次完成。
冲切刃口外形设计就是把复杂的内形轮廓或外形轮廓分解为若干个简单几何单元，各单元又通过组合、补缺等方式构成新的冲切轮廓的工艺设计过程，即设计合理的凸模和凹模刃口外形的过程。由此，冲切刃口外形的设计可分为轮廓的分割与重组两个阶段。实际生产中所遇到的冲压件往往十分复杂，通过刃口外形的分解与重组可以达到如下目的：
1） 2） 3） 4）
简化凸模和凹模外形，便于加工，缩短周期，提高质量，降低成本。 改善凸模和凹模受力状态，提高模具强度和寿命。 便于工件在模具中送进，如弯曲工件的分离。 满足特殊的工艺需要，如拉深工艺切口。
∽1.0 △ 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.3 0.2 Z 0.1 〉1.0∽2.0 △ 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.4 0.3 Z 0.2 〉2.0∽3.0 △ 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 0.6 0.5 Z 0.4 〉3.0∽4.0 △ 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 0.8 0.7 Z 0.6 一 冲切刃口设计的原则
1．刃口分解与重组应有利于简化模具结构，分解段数应尽量少，重组后形成的凸模和凹模外形要简单、规则，要有足够的强度，要便于加工。
2.刃口分解应保证产品零件的形状、尺寸、精度和使用要求。 3. 内外形轮廓分解后各段间的连接应平直或圆滑。
4. 分段搭接点应尽量少，搭接点位臵要避开产品零件的薄弱部位和外形的重要部位，放
在不注目的位臵。
5. 有公差要求的直边和使用过程中有滑动配合要求的边应一次冲切，不宜分段，以免误
差积累；
6. 复杂外形以及有窄槽或细长背的部位最好分解，复杂内形最好分解。
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7. 外轮廓各段毛刺方向有不同要求时应分解。
8. 刃口分解应考虑加工设备条件和加工方法，便于加工。
刃口外形的分解与重组不具有唯一性，设计过程十分灵活，经验性强，难度大。设计时应考虑几种方案，经综合比较选出最优方案。 二 轮廓分解时分段搭接头的基本形式
内外形轮廓分解后，各段之间必然要形成搭接头，不切当的分解会导致搭接头处产生毛刺错牙尖角塌角不平直和不圆滑等质量问题。常见的搭接头有三种。 1. 交接
交接指毛坯轮廓冲切刃口分解与重组后，新的冲切刃口之间相互交错，有少量重叠部分。 2. 平接
平接就是把零件的直边段分两次冲切，两次冲切刃口平行、共线，但不重叠。平接在搭接头容易产生毛刺、错牙、不平直等质量问题，应尽量避免采用。
直边分两次冲切时，为消除搭接头处产生毛刺，在第二次冲切的搭接头处用退位槽，第一次先冲出退位槽，第二次在接头处重叠冲切，即设法将平接转化为交接。 3. 切接
切接是毛坯圆弧部分分段冲切时的搭接形式，即在前一工位先冲切一部分圆弧段，在后续工位上在冲切去其余部分，前后两段应相切。
与平接相似，切接也容易在搭接头处产生毛刺错牙不圆滑等质量问题。
第四节 工序排样
一 工序排样的内容与类型
工序排样的目的旨在设计从平板料到产品零件的转变过程，其设计内容主要有： 1） 2） 3） 4）
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在冲切刃口外形设计的基础上，将各工序内容进行优化组合形成一系列工序组；对工序组排序，确定工位数和每一工位的加工工序。 确定载体形式与毛坯定位方式。 设定导正孔直径与导正销数量。 绘制工序排样图。