沖裁力和壓力中心的計(jì)算

1、第2章沖栽工藝與沖裁模設(shè)計(jì)0 26 沖裁力和壓力中心的計(jì)算沖栽力的計(jì)算沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進(jìn)人材料的深度(凸模行程)而變化的，如圖223所示。通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具的重要依據(jù)之一。用普通平刃口模具沖裁時(shí)，其沖裁力F般按下式計(jì)算：F =(2.6 1)式中F 沖裁力；L 沖裁周邊長度；t 材料厚度；材料抗剪強(qiáng)度；K 系數(shù)。系數(shù)K是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，模具間隙值的波動(dòng)和不均勻、刃口的磨損、板料力學(xué)性能和厚度波動(dòng)等因素的影響而給出的修正系數(shù)。一般取K= 1.3。為計(jì)算簡便，也可按下式估算沖裁力：F « Ltab(262)式中一一

2、材料的抗拉強(qiáng)度。卸料力二推件力及頂件力的計(jì)算在沖裁結(jié)束時(shí)，由于材料的彈性回復(fù)(包括徑向彈性回復(fù)和彈性翹曲的回復(fù))及摩擦的存在，將使沖落部 分的材料梗塞在凹模內(nèi)，而沖裁剩下的材料則緊箍在凸模上。為使沖裁工作繼續(xù)進(jìn)行，必須將箍在凸模上的料卸下， 將卡在凹模內(nèi)的料推出。從凸模上卸下箍著的料所需要的力稱卸料力；將梗塞在凹模內(nèi)的料順沖裁方向推出所需要的 力稱推件力；逆沖裁方向?qū)⒘蠌陌寄?nèi)頂出所需要的力稱頂件力，如圖所示。卸料力、推件力和頂件力是由壓力機(jī)和模具卸料裝置或頂件裝置傳遞的。所以在選擇設(shè)備的公稱壓 力或設(shè)計(jì)沖模時(shí)，應(yīng)分別予以考慮。影響這些力的因素較多，主要有材料的力學(xué)性能、材料的厚度、模具間隙、

3、凹模 洞口的結(jié)構(gòu)、搭邊大小、潤滑情況、制件的形狀和尺寸等。所以要準(zhǔn)確地計(jì)算這些力是困難的，生產(chǎn)中常用下列經(jīng)驗(yàn) 公式計(jì)算：卸料力圖261推件力(264)頂件力(265)式中F 沖裁力； 圖卸料力 推件力和頂件力 二'二-卸料力、推件力、頂件力系數(shù)，見表;n同時(shí)卡在凹模內(nèi)的沖裁件 (或廢料)數(shù)。h式中h 凹模洞口的直刃壁高度;t板料厚度。表2Q 卻料力、推件力和頂件力系數(shù)料厚t /mmKrKd鋼WQ” 10.060.07:50 10.14>0.1050.040.0550.(530.080.04-0 050J50,06>2.5650i 03-0 040.450.05>650

4、.02-0030.250.03鋁"鋁合金0.025-0.030.03-0.07黃啊Oi.OSO.OS0 03-009注：卸料力系數(shù) Kx,在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜制件時(shí)取上限值。壓力機(jī)公稱壓力的確定Fz。Fz的計(jì)算應(yīng)根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)分別對待,壓力機(jī)的公稱壓力必須大于或等于各種沖壓工藝力的總和即采用彈性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時(shí)Fz-F+Fx + Ft采用彈性卸料裝置和上出料方式的沖裁模時(shí)采用剛性卸料裝置和下出料方式的沖裁模時(shí)F廠(268)降低沖載力的方法_J為實(shí)現(xiàn)小設(shè)備沖裁大工件，或使沖裁過程平穩(wěn)以減少壓力機(jī)振動(dòng)，常用下列方法來降低沖裁力。1階梯凸模沖裁在多凸模的沖模中，將凸

5、模設(shè)計(jì)成不同長度，使工作端面呈階梯式布置，如圖所示，這樣，各凸模沖裁力的最大峰值不同時(shí)出現(xiàn)，從而達(dá)到降低沖裁力的目的。圖凸模的階梯布置法在幾個(gè)凸模直徑相差較大，相距又很近的情況下，為能避免小直徑凸模由于承受材料流動(dòng)的側(cè)壓力而產(chǎn)生折斷 或傾斜現(xiàn)象，應(yīng)該采用階梯布置，即將小凸模做短一些。凸模間的高度差 H與板料厚度t有關(guān)，即 t v 3mm H= tt > 3mm H= 0.5t階梯凸模沖裁的沖裁力，一般只按產(chǎn)生最大沖裁力的那一個(gè)階梯進(jìn)行計(jì)算。2.斜刃沖裁用平刃口模具沖裁時(shí)，沿刃口整個(gè)周邊同時(shí)沖切材料，故沖裁力較大。若將凸模(或凹模)刃口平面做成 與其軸線傾斜一個(gè)角度的斜刃，則沖裁時(shí)刃口就不

6、是全部同時(shí)切人，而是逐步地將材料切離，這樣就相當(dāng)于把沖裁件 整個(gè)周邊長分成若干小段進(jìn)行剪切分離，因而能顯著降低沖裁力。斜刃沖裁時(shí)，會(huì)使板料產(chǎn)生彎曲。因而，斜刃配置的原則是：必須保證工件平整，只允許廢料發(fā)生彎曲變形。因此，落料時(shí)凸模應(yīng)為平刃，將凹模作成斜刃，如圖、b所示。沖孔時(shí)則凹模應(yīng)為平刃， 凸模為斜刃，如圖、 d、e所示。斜刃還應(yīng)當(dāng)對稱布置，以免沖裁時(shí)模具承受單向側(cè)壓力而發(fā)生偏移，啃傷刃口，如圖所示。向一邊斜的斜刃，只能用于切舌或切開，如圖 所示。斜刃沖模雖有降低沖裁力使沖裁過程平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，但模具制造復(fù)雜，刃口易磨損，修磨困難，沖件不夠平整， 且不適于沖裁外形復(fù)雜的沖件，因此在一般情況下盡量

7、不用，只用于大型沖件或厚板的沖裁。最后應(yīng)當(dāng)指出，采用斜刃沖裁或階梯凸模沖裁時(shí)，雖然減低了沖裁力，但凸模進(jìn)入凹模較深，沖裁行程增加， 因此這些模具省力而不省功。a)、b)落料用 c)、d)、e)沖孔用f)切舌用圖263各種斜刃的形式3.加熱沖裁(紅沖)金屬在常溫時(shí)其抗剪強(qiáng)度是一定的，但是，當(dāng)金屬材料加熱到一定的溫度之后，其抗剪強(qiáng)度顯著降低，所 以加熱沖裁能降低了沖裁力。但加熱沖裁易破壞工件表面質(zhì)量，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱變形，精度低，因此應(yīng)用比較少。I沖模壓力中心的砂定丨模具的壓力中心就是沖壓力合力的作用點(diǎn)。為了保證壓力機(jī)和模具的正常工作，應(yīng)使模具的壓力中心與 壓力機(jī)滑塊的中心線相重合。否則，沖壓時(shí)滑塊就

8、會(huì)承受偏心載荷，導(dǎo)致滑塊導(dǎo)軌和模具導(dǎo)向部分不正常的磨損，還 會(huì)使合理間隙得不到保證，從而影響制件質(zhì)量和降低模具壽命甚至損壞模具。在實(shí)際生產(chǎn)中，可能會(huì)出現(xiàn)由于沖件的 形狀特殊或排樣特殊，從模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造考慮不宜使壓力中心與模柄中心線相重合的情況，這時(shí)應(yīng)注意使壓力中 心的偏離不致超出所選用壓力機(jī)允許的范圍。1.簡單幾何圖形壓力中心的位置(1 )對稱沖件的壓力中心，位于沖件輪廓圖形的幾何中心上。(2 )沖裁直線段時(shí)，其壓力中心位于直線段的中心。(3 )沖裁圓弧線段時(shí)，其壓力中心的位置，如圖，按下式計(jì)算：y = 180Ssii)= Rs/b (2.6 9)式中：b弧長。其他符號意義見圖。圖 2.確

9、定多凸模模具的壓力中心確定多凸模模具的壓力中心，是將各凸模的壓力中心確定后，再計(jì)算模具的壓力中心(見圖265 )。計(jì)算其壓力中心的步驟如下：(1 )按比例畫出每一個(gè)凸模刃口輪廓的位置。(2 )在任意位置畫出坐標(biāo)軸線 x, y。坐標(biāo)軸位置選擇適當(dāng)可使計(jì)算簡化。在選擇坐標(biāo)軸位置時(shí)，應(yīng)盡量把坐標(biāo)原點(diǎn)取在某一刃口輪廓的壓力中心，或使坐標(biāo)軸線盡量多的通過凸模刃口輪廓的壓力中心，坐標(biāo)原點(diǎn)最好是幾個(gè)凸模刃口輪廓壓力中心的對稱中心。(3 )分別計(jì)算凸模刃口輪廓的壓力中心及坐標(biāo)位置二' L和 比' -(4 )分別計(jì)算凸模刃口輪廓的沖裁力八.'七、二:或每一個(gè)凸模刃口輪廓的周長(5)對于平

10、行力系，沖裁力的合力等于各力的代數(shù)和。即 匚理；'X1圖 2.6.5(6)根據(jù)力學(xué)定理，合力對某軸之力矩等于各分力對同軸力矩之代數(shù)和，則可得壓力中心坐標(biāo)()計(jì)算公式。V Fx ” _耳百十碼工】+及召厶! ! 兀0 耳十遲+巴/-I*-1 (2610)” -+匚仍+ 十yn/o；厶+厶+厶科(2.6.11)因?yàn)闆_裁力與周邊長度成正比，所以式中個(gè)沖裁力"k上；可分別用沖裁周邊長度厶坷+珂X】! h匚必絞_厶+ © +厶2-J(2612)fL科EA.1-1(2613)十-A?i + Sa +十厶)兒;厶+厶+ Ln3 復(fù)雜形狀零件模具壓力中心的確定復(fù)雜形狀零件模具壓力中心的計(jì)算原理與多凸模沖裁壓力中心的計(jì)算原理相同(見圖266 )。其具體步驟如下:(1 )選定坐標(biāo)軸x和y。(2 )將組成圖形的輪廓線劃分為若干簡單的線段，求出各線段長度_ 、 、f(3 )確定各線段的重心位置勺、比擴(kuò)：“、£和F廣少 旳、 ' .(4 )然后按公式()、( )算出壓力中心的坐標(biāo) 亠'圖 沖裁模壓力中心的確定，除上述的解析法外，還可以用作圖法和懸掛法。但因作圖法精確度不高，方法也不簡 單，因此在應(yīng)用中受到一定限制。懸掛法的理論根據(jù)是：用勻質(zhì)金屬絲代替均布于沖裁件輪廓的沖裁力，該模擬件的