【文章內(nèi)容簡介】 其中 D 為沖壓件在送料方向上寬度，即 D=L ； 此處 L 為沖壓件的展開長度，在此取工件的中性層來計算其等效長度，但是坯料在塑性彎曲時，其中性層會發(fā)生內(nèi)移，相對彎曲半徑越小，中性層的內(nèi)移量就越大。中性層的曲率半徑用 ? 來表示則由經(jīng)驗公式可得： r kt??? 式 () 式中： r—— 零件的內(nèi)彎半徑； t—— 材料的厚度； 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 沖壓件的工藝參數(shù)的確定 8 k—— 為中性層的位移系數(shù)。 因為 r/t=,所以 《沖壓工藝及模具設(shè)計與制造》 表 35 可查得： k= ,所以： 6 2 k t mm? ? ? ? ? ? ? 所以由 r=6 =? ，所以彎曲件的長度由 《沖壓工 藝及模具設(shè)計與制造》 P126式 32 計算： ? ??? ??12L = L + L + / 1 8 0r k t 式中： 12LL和 分別為豎直和水平方向到內(nèi)圓弧的長度。 由零件圖可知 12L = 59 m m L 19 mm? 所以 ? ??? ??12L = L + L + / 1 8 0r k t ????=59+19+ 90 / 180 = 所以 H= D+ a =2L +a = 5+ =180 m m 由于是采用少廢排樣的方式，所以只在送料方向上設(shè)計了搭邊值，所以條料的寬 度可近似為沖壓件本身的寬度值，即條料寬度 B=100mm。 由軟件（ PRO/E）可求該制件的實際面積 S= 板料的剪裁及材料利用率的計算 條料是從板料剪裁而得。條料寬度一經(jīng)決定，就可以裁板。軋制的板料一般都是長方形，所 以就有縱裁（沿長邊裁，也就是沿輾制纖維方向裁）和橫裁（沿短邊裁）兩種方法（圖 ） 圖 板料的縱裁與橫裁 查《冷沖壓工藝手冊》 P523 表 選用 1100 4500 5標準軋制 35鋼板。 裁板方案有縱裁和橫裁兩種，比較兩種方案，選用其中材料的利用率較高的一種。 縱裁時： 每張板料裁成條料數(shù)： n1 = 1100/100 = 11 余 0mm 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 沖壓件的工藝參數(shù)的確定 9 每塊條料沖制的制件數(shù)： n2 =（ 45002 .5） /180 = 24 余 ∴每張板料沖制的制件數(shù) n=n1 n2=11 24=264 個 查《沖壓工藝與模具設(shè)計》 P65 材料的總利用率： η 0=LBnS 100% n—— 條料（或整個板料）上實際沖裁的零件數(shù)； L—— 條料（或板料）長度； B—— 條料（或板料）寬度； S—— 一個零件的實際面積； 回彈量的計算及彎曲參數(shù)的選擇 在前面的分析中已經(jīng)知道，回彈將會使工件在形狀尺寸上達不到要求，必須采取相應(yīng)措施來保證沖壓件的尺寸精度。但是由于影響回彈值的因素很多，要在理論上準確計算回彈值是很困難的，常常是按照試驗總結(jié)出來的數(shù)據(jù)來選擇，經(jīng)試沖之后再對模具工作部分加以修正來保證沖壓件的形狀尺寸。 由于 r/t=5～ 8，所以在彎曲變形后，彎曲半徑變化不大，只角度的回彈。查《冷沖壓工藝手冊》 P74 表 由材料硬度得其校正性彎曲時的回彈角為：1?? ?? ，所欲使彎曲之后的角度為： 90???則在卸載前的彎曲中心角度應(yīng)為： 0 90 1 89? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?。 又因為此工件的厚度為 5mm，所以根據(jù)前人經(jīng)驗可知，當(dāng) 2t mm? 時，彎曲件的孔邊距應(yīng)有 2Lt? ，從零件圖上分析可知此項條件能夠滿足；其次對彎曲件最小彎曲半徑查《冷沖壓工藝手冊》 P72 表 由材料硬度得最小彎曲半徑應(yīng)為 ： 0 .2 0 .2 5 1r t m m? ? ? ?， 此設(shè)計中取 r=6mm；滿足要求。 最后還必須確定彎曲的直邊高度 H，因為在彎曲 90? 角時，必須保證足夠長的彎曲力臂，其彎曲的直邊高度應(yīng)滿足： 2 2 5 1 0H t m m? ? ? ?， 從零件圖上看出，此項要求也能滿足設(shè)計條件而不必增加其它的工藝措施了 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 沖壓件的工藝計算 10 4 沖壓件的工藝計算 此處的工藝計算主要是各種力和間隙值的計算，計算的目的在于合理的選擇沖壓設(shè)備和對模具的設(shè)計。所謂的沖壓力主 要是指沖裁力、彎曲力、卸料力、推件力、頂件力和壓料力，同時基于上述各力來選擇相應(yīng)的壓機。下面將分別對落料、沖孔和彎曲三個部分的力和間隙進行計算。 沖裁部分沖壓力的計算 本次設(shè)計中 ,有兩個部分的沖裁 ,即沖孔和在彎曲結(jié)束前對工件的切斷 ,無論是哪種沖裁 ,在整個沖裁過程中沖裁力是隨著凸模進入材料的深度 (也即是凸模行程 )而變化的。前面已經(jīng)分析過并選擇了沖壓件的材料為 35 鋼。則可查閱相關(guān)的設(shè)計手冊，根據(jù)金屬材料的力學(xué)性能可繪制其在沖裁過程中沖裁力的變化曲線如圖 ，繪制時參照資料 [4]圖 319。 凸模行程沖裁力 圖 沖裁力變化曲線 從上圖可以看出，在 AB階段，曲線近似成比例上升，為彈性變形階段，而在BC 段曲線上升變慢，表現(xiàn)出塑性變化的特征，屬于塑性變形階段，在 C 點處沖裁力達到最大值。在此點之后，隨著凸模的繼續(xù)下降，材料的變形繼續(xù)增大，由于材料在此時已達到了最大變形程度，之后將開始剪裂。 CD 段即為斷裂階段，而 DE段的壓力主要用于克服摩擦力和將材料從凹模內(nèi)推出來。我們通常所說的沖裁力也即是指沖裁過程中沖裁力的最大值 ,它是選擇壓力機和模具設(shè)計的重要依據(jù)之一，也 是選擇設(shè)備噸位和設(shè)計、檢驗?zāi)＞邚姸鹊闹匾罁?jù)。由于沖裁加工的復(fù)雜性和變形的瞬時性，使得建立理論計算公式相當(dāng)困難，因此常依據(jù)前人的經(jīng)驗所得出的計算公式進行設(shè)計計算。對于平刃口模具沖裁時，其沖裁力為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 沖壓件的工藝計算 11 0F Lt?? 式 () 式中 ? 的數(shù)值查閱相關(guān)的設(shè)計手冊而來。但是可能出現(xiàn)手冊中的 ? 值不全，從而查不到此值，此時則 可以按剪切應(yīng)力與材料的抗拉強度之間通過一定系數(shù)聯(lián)系起來，從而計算出 ? 值，它們之間的計算關(guān)系為： ??? ，即有 0 bF Lt?? 。但是在實際選擇沖壓設(shè)備時 ,為了安全起見 ,常在沖壓力的基礎(chǔ)上乘上一個安全系數(shù) K ,并常取 ? ,故由上述分析可得設(shè)備上最小沖裁力為 : bbF F L t L t??? ? ? ?設(shè) 式 () 在上式中： L—— 沖裁件沖裁輪廓周長； t—— 為材料的厚度； b? —— 為材料的抗拉強度。 所以 ,在下面對沖壓件的沖裁力的計算時均采用此公式進行計算。 切斷時沖裁力的計算 由零件圖可知，切斷落料為圓弧加直邊。同時查《冷沖壓工藝手冊》的表 查得材料為 35 鋼的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的抗拉強度為： 4 9 0 6 3 5MPa MPa，在本設(shè)計中取其值為： 510b MPa? ? 。 由零件圖幾何關(guān)系計算 1 67. 77 44. 72 2 157 .21L m m m m m m? ? ? ?， 5t mm? 代入公式 中計算其切斷沖裁力為： 13 3 630 .80 .8 1 5 7 .2 1 1 0 5 1 0 5 1 0 1 03 2 0 .7 1 1 0bF L tNN????? ? ? ? ? ? ??? 沖孔時沖裁力的計算 在沖孔時，公式中除沖裁的周長 L 有所變化外，其它參數(shù)均不發(fā)生變化。 豎直大孔沖裁的輪廓周長為： 21 3 .1 4 3 0 9 4 .2L D m m?? ? ? ? 故此時沖裁力為： 213 3 632 2 94. 2 10 5 10 510 10384 .34 10bF L tNN?????? ? ? ? ? ? ? ??? 水平小孔沖裁輪廓周長為： 22 4 14 43. 96L D m m?? ? ? ? 故此時沖裁力為： 223 3 632 2 43. 96 10 5 10 510 10179 .36 10bF L tNN?????? ? ? ? ? ? ? ??? 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 沖壓件的工藝計算 12 卸料力、推件力的計算 由于沖裁中材料的彈性形變及摩擦的存在，在沖裁之后因為彈性形變及彎曲彈性恢復(fù)的作用，沖裁后的帶孔部分的板料可能會緊箍在凸模上，而沖落部分的材料則可能會卡在凹模的洞口中，所以為了保證沖裁過程能夠連續(xù)、順利地進行，必須將箍在凸模上材料（ 本設(shè)計中即為工件）卸下，將卡在凹模內(nèi)的材料（本設(shè)計中即為沖裁后的廢料）推出去。因此，我們把條料或制件從凸模上卸下來所需的力稱為卸料力；而把將制件或廢料從凹模中推出的力稱為推出力；另外，所謂的頂件力是指將制件或廢料從凹模洞口逆著沖裁的方向中頂出時所需的力。因為在本設(shè)計中所用到的主要是推件力，所以對頂件力不再作計算。對這三個力，可基于本設(shè)計由圖 所示來說明。 卸卸頂推 圖 卸料力、推件力及頂件力示意圖 通過上圖 ,我們可以對各力有了清楚的認識 ,由于影 響這些力的因素很多 ,其主要的因素有 :材料的力學(xué)性能、材料的厚度、模具間隙、凹模洞口的結(jié)構(gòu)、搭邊的大小、潤滑的情況、制件的形狀和尺寸等。在實際的生產(chǎn)過程中，常采用經(jīng)驗公式來計算這些力，則根據(jù)《沖壓手冊》 P61 可得： 卸料力： xxF KF? 式 () 推件力： ttF nKF? 式 () 式中 xK —— 為卸料力系數(shù)， tK —— 為推件力系數(shù)， n —— 為留在凹模洞口內(nèi)的件數(shù)，由于本次設(shè)計加工的零件形狀簡單，精度要求也不是很高。采用每次沖孔后即由推料桿將廢料從凹模中推出，所以可以凹模的結(jié)構(gòu)形式如何均取 1n? 。 根據(jù)《沖壓手冊》表 237可查得： ? ，取 ? 。 ? ，攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 沖壓件的工藝計算 13 所以計算此二力的大小為： 330. 04 38 4. 34 10 15 .3 7 10xxF K F N N? ? ? ? ? ? 331 0 .0 4 5 3 8 4 .3 4 1 0 1 7 .3 0 1 0ttF n K F N N? ? ? ? ? ? ? 從減小沖裁力的角度考 慮 ,沖孔和切斷兩道工序不同時 進行 ,采用先沖孔再切斷的方法加工 ,因此在計算總的沖裁力時 ,以切斷和沖孔中力較大者參與計算 ,故總的沖裁力的大小為： 213333 8 4 .3 4 1 0 1 7 .3 0 1 04 0 1 .6 3 1 0tF F FN??? ? ? ???總 彎曲部分沖壓力的計算 此次設(shè)計中所使用的方法為復(fù)合 沖壓，所以只計算沖裁部分的沖裁力，在選擇壓力機方面是遠遠不夠的，它必須結(jié)合彎曲部分的彎曲力，由兩者共同來選擇壓力機，因此還必須計算彎曲力的大小。在前面已經(jīng)詳細分析了沖裁的變形及沖裁力的變化 ,在對板料彎曲分析也一樣開始是彈性彎曲，其后是變形區(qū)內(nèi)外層纖維首先進人塑性狀態(tài)，并逐漸向板的中心擴展進行自由彎曲，最后是凸、凹模與板料互相接觸并沖擊零件的校正彎曲。如圖 所示為彎曲各階段彎曲力與彎曲行程的變化關(guān)系。 圖 彎曲力變化曲線 在上圖中， 1 是 彈性彎階段， 2 是自由彎曲階段， 3 是校正彎曲階所以由上圖示可知，各階段的彎曲力是不同的，彈性彎曲階段的彎曲力較小，可略去小計，自由彎曲階段的彎曲力不隨行程的變化而變化，校正彎曲力隨行程急劇增加。 彎曲力的計算 通過對零件的工藝分析知，要加工的工件一次彎曲就可成形，同沖裁力計算一樣，彎曲力也受到如材料性能、零件形狀、彎曲方法、模具結(jié)構(gòu)等諸多因素的影響，使得靠理論分析來進行準確計算存在很大困難。查《冷沖壓工藝及模具設(shè)計與制造》表 310 可得其 U形件自由彎曲力經(jīng)驗公式為： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 沖壓件的工藝計算 14 2