【文章內(nèi)容簡介】 ）]100%=% 36 第四章 沖裁工藝力的計算沖裁力計算包括沖裁力、卸料力、推件力、頂件力的計算。沖裁力是凸模與凹模相對運動使工件與板料分離的力，其大小主要與材料力學(xué)性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度等參數(shù)有關(guān)。沖裁力是設(shè)計模具、選擇壓力機的重要參數(shù)。計算沖裁力的目的是為了合理的選用沖壓設(shè)備和設(shè)計模具。選用沖壓設(shè)備的標稱壓力必須大于所計算的沖裁力，所設(shè)計的模具必須能傳遞和承受所計算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。 在沖裁過程中，沖裁力的大小是不段變化的，圖41為沖裁時沖裁力凸模行程曲線。圖中AB段相當于沖裁的彈性階段，凸模進入材料后，載荷急劇上升，但當凸模刃口一旦擠入材料，即進入塑性變形階段，載荷的上升就緩慢下來，如BC段所示。雖然由于凸模擠入材料使承受沖裁力的材料面積秒減小，但只要材料加工硬化的影響超過受剪切面積小的影響，沖裁力就繼續(xù)上升，當兩者達到相當?shù)挠绊懙乃查g，沖裁力達最大值，即圖中C點。此后，受剪面積的減少超過硬化的影響，于是沖裁力下降。凸模再繼續(xù)下壓，材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋并迅速擴張，沖裁力急劇下降，如圖中CD段所示，此為沖裁的斷裂階段。此后所用的力僅是克服摩擦阻力,推出已分離的料。沖裁力的大小主要與材料力學(xué)性能、厚度及沖裁件分離的輪廓長度有關(guān)。考慮到成本和沖裁件的質(zhì)量要求，此用平刃口模具沖裁，沖裁力F（N）：F=KLtτ 41式中 L——沖裁件周邊長度（mm）； t——材料厚度（mm）；τ——材料抗剪強度（MPa）；K——系數(shù)?？紤]到模具刃口的磨損，模具間隙的波動，材料力學(xué)性能的變化及材料厚度偏差等因素，一般取系數(shù)K=。沖裁件周邊長度L=9+2+2+2= 42材料的抗剪強度（MPa）查文獻《沖模設(shè)計與制造實用計算手冊》表P43：取τ=235MPaσb=294MP F=Ltσb=294= 43式中σb——材料的抗拉強度（MPa）。在沖裁高強度材料或厚度大、周邊長時，所需的沖裁力較大。如果超過現(xiàn)有壓力機噸位，就有必須采取措施降低沖裁力，主要有以下幾種方法：（一）階梯凸模沖裁在多凸模沖裁模具中，為避免各凸模沖裁力的最大值同時出現(xiàn)，可根據(jù)凸模尺寸的大小，做成不同高度，形成階梯布置，從而減少沖裁力。這種模具的缺點是長凸模插入凹模較深，容易磨損，修磨刃口也比較麻煩。（二）斜刃口沖裁在用平刃口模具沖裁時，整個刃口同時與沖裁件周邊接觸，同時切斷，所需沖裁力大。若采用斜刃口模具沖裁，也就是將凸模（或凹模）刃口做成有一定斜度的斜刃，沖裁時刃口就不是同時切入，而是逐步切入材料，逐步切斷，這樣，所需的沖裁力可以減小，并能減小沖擊、振動和噪聲，對于大型沖壓件，斜刃沖裁用的比較廣泛。斜刃沖裁降低了沖裁力，使壓力機性能在比較柔和、平穩(wěn)的條件下工作。但模具制造與修磨比較復(fù)雜，增加了困難，刃口容易磨損，工件不夠平整，一般只用于大型工件沖裁及厚板沖裁。除上述兩種方法外，將材料加熱沖裁也是一種行之有效的降低沖裁力的方法，因為材料在加熱狀態(tài)的抗剪強度有明顯下降。但材料加熱后產(chǎn)生氧化皮，且因為要加熱，勞動條件差。另外，在保證沖裁件斷面質(zhì)量的前提下，也可適當增大沖裁間隙等方法來降低沖裁力。、推件力、和彎曲力等其他力的計算當沖裁完成后，由于沖裁中材料的彈性變形及摩擦的存在，在板材上沖裁出的廢料（或工件）孔徑沿徑向發(fā)生彈性收縮，會箍在凸模上。而沖裁下來的工件或（廢料）徑向會擴張， 因此會卡在凹模內(nèi)，為了使沖裁過程連續(xù)，操作方便，就需要把套在凸模上的材料卸下，把卡在凹模孔內(nèi)的工件或廢料推出。從凸模上將零件或廢料卸下來的力稱卸料力，順著沖裁方向?qū)⒘慵驈U料從凹模腔推出的力稱推件力，逆著沖裁方向?qū)⒘慵驈U料從凹模腔內(nèi)頂出的力稱。卸料力、推件力、頂件力是由壓力機和模具的卸料、頂件裝置獲得的。影響這些力的因素主要有材料的力學(xué)性能、材料厚度、模具間隙、凸、凹模表面粗糙度、零件形狀和尺寸以及潤滑情況等。在此用經(jīng)驗公式計算： 44卸料力、推件力、頂件力系數(shù)查表41。表41 卸料力、推件力和頂件力系數(shù)料厚（mm）K卸K推K頂鋁 鋁合金紫銅 黃銅～～～～ 注：卸料力系數(shù)K卸在沖多孔、大搭邊和輪廓復(fù)雜時取上限值。 沖裁時，所需沖壓力為沖裁力、卸料力和推件力之和，這些力在選擇壓力機時是否要考慮進去，應(yīng)根據(jù)不同的模具結(jié)構(gòu)區(qū)別對待。采用剛性卸料裝置和下出料的沖裁模的總壓力為 45采用彈性卸料裝置和下出料的總壓力為 46采用彈性卸料裝置和上出料方式的的總壓力為 47卸料力： == 48（1）沖孔力：=2294= 49（2）推件力：凹模孔口直壁高度 查《沖壓模具簡明設(shè)計手冊》；材料厚度為t=則工件數(shù)目為n=h/t=10 =10= 410（3）彎曲力：板料彎曲時變形區(qū)內(nèi)的切向應(yīng)力在內(nèi)層為壓()外層為拉()，形成的彎矩為 411代入式(3—2b)，可計算M。對于無加工硬化的板料純彎曲（相當與） 412作用于毛坯上的外載所形成的彎矩應(yīng)等于M。如圖所示，在V形件彎曲時 413不難看出，彎曲力的數(shù)值與毛坯尺寸(B，t)、材料力學(xué)性能、凹摸支點間等因素有關(guān)，同時還與彎曲形式和模具結(jié)構(gòu)等多種因康有關(guān)。因此，生產(chǎn)中通常采用經(jīng)驗公式來計算 414 C—與彎曲形式有關(guān)的系數(shù),； 圖42 單角彎曲力的計算；K——安裝系數(shù)，一般取1,3；B一一料寬(mm)‘t——料厚；r一—彎曲半徑(mm)，——材料強度極限(MPa)。則 == 415（4）壓料力：=（30%～80%）=60%= 416則加工該工件總共所需要的力為： 417=+++++=≈4．3沖壓壓力中心沖裁時的合力作用或多工序模各工序沖壓力的合力作用點，稱為模具壓力中心。如果模具壓力中心與滑塊的壓力中心不一致，沖壓時會產(chǎn)生偏載，導(dǎo)致模具以及滑塊與導(dǎo)軌的急劇磨損，降低模具壽命和壓力機的使用壽命。計算壓力中心時，先畫出凹模型口圖，如圖42所示。，將xoy坐標系建立在圖示的對稱中心上，因為該工件輪廓是軸對稱圖形，在計算壓力中心時，只需要計算如圖x軸方向的值即可。將沖裁輪廓線按集合圖形分解為共段基本線段，用解析法求得該模具的壓力中心C點的坐標（，0）。，模柄孔Φ25，C點仍在壓力機模柄孔投影面積范圍內(nèi)，滿足要求。有關(guān)計算如表41。 圖43 壓力中心的計算 表41 基本要素長度 L/mm基本要素壓力中心坐標值XL1=X1=L2=X2=7L3=X3=L4=4X4=5=9X5=L6=4X6=L7=X7=L8=X8=7L9=X9= 其計算公式如下： = 418 式中 xx2……xn——各圖形沖裁力的x軸坐標（mm）； 、……——各圖形沖裁周邊長度（mm）。第五章 沖壓設(shè)備的選擇 根據(jù)所要完成的沖壓工藝的性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小、沖壓件的幾何尺寸和精度要求來選定設(shè)備類型。開式曲柄壓力機雖然剛度差，降低了模具壽命。但是它成本低，且有三個方向可以操作的優(yōu)點廣泛適用于中小型沖裁件、彎曲件或拉深件的生產(chǎn)中。閉式曲柄壓力機剛度好、精度高，只能兩個方向操作，適用于大型復(fù)雜沖壓件的生產(chǎn)。雙動曲柄壓力機有兩個滑塊，壓邊可靠易調(diào)，適用于較復(fù)雜的大中型拉深件的生產(chǎn)。高速壓力機或多工位自動壓力機適用于大批量生產(chǎn)。液壓機沒有固定的工作行程，不會因板厚超差而過載，全行程中壓力恒定，但是壓力機的速度低、生產(chǎn)效率低。適用于小批量，尤其是大型厚板沖壓件的生產(chǎn)。摩擦壓力機結(jié)構(gòu)簡單、造價低、不易發(fā)生超負荷損壞。在小批量生產(chǎn)中用來完成彎曲、成型等沖壓工作。肘桿式精壓機剛度大、滑塊行程小，在行程末端停留時間長，適用于校平、校正和整形等類沖壓工序。考慮到以上的因素，選用開式曲柄壓力機比較合適。（1）壓力機的行程大小，應(yīng)該能保證成型零件的取出和毛坯的放進，例如拉深所用的壓力機行程，至少應(yīng)大于成型零件高度兩倍以上。（2）壓力機工作臺面的尺寸應(yīng)大于沖模平面尺寸，且還需留有安裝固定的余地，但過大的工作臺面上安裝小尺寸的沖模，工作臺的受力條件也是不利的。（3）所選壓力機的閉合高度應(yīng)與沖模閉合高度相適應(yīng)。模具的閉合高度H0是指上模在最低工作位置時，下模板的底面到上模板的頂面的距離，如圖51。壓力機的閉合高度H是指滑塊在下死點時，工作臺面到滑塊下端面的距離。大多數(shù)壓力機，其連桿長度能調(diào)節(jié)，也即壓力機的閉合高度可以調(diào)整，故壓力機有最大的閉合高度,最小閉合高度。圖51 壓力機與模具的閉合高度設(shè)計模具時，模具的閉合高度的數(shù)值應(yīng)該滿足下式 51無特殊情況H0應(yīng)取上限值，即最好取在：，這是為了避免連桿調(diào)節(jié)過長，螺紋接觸面積小而壓壞。如果模具閉合高度實在太小，可以在壓床下面加墊板。如上圖51所示。（4）沖壓力與壓力機能的配合關(guān)系：當進行沖裁等沖壓加工時，由于其施力行程較小，近于板材的厚度，所以可按沖壓過程中作用于壓力機滑塊上所有力的總和F總選取壓力機。通常取壓力機的名義噸位比F總大20%30%。當拉深行程較大，特別是采用落料拉深復(fù)合沖壓時，不能簡單地將落料力和拉深力疊加去選擇壓力機。因為曲柄壓力機的標稱壓力上指滑塊下死點（或接近下死點）時發(fā)生的。因此，應(yīng)該注意曲柄壓力機的允許壓力曲線。否則，很可能會由于過早地出現(xiàn)最大沖壓力而使壓力機超載損壞。見圖52。 圖52 壓力曲線 由于復(fù)合模的特點，為防止設(shè)備超載，可按公稱壓力F壓≥（～）F總選擇壓力機。考慮到制件的精度要求，按參考文獻《模具設(shè)計與制造簡明手冊》，其主要技術(shù)參數(shù)如下： 公稱壓力： 滑塊行程：25mm 最大封閉高度：120mm 封閉高度調(diào)節(jié)量：25mm 工作臺尺寸（前后左右）：160250mm 工作臺孔徑（前后左右直徑）：90120110mm 模柄孔尺寸（直徑深度）：Φ25mm40mm第六章 沖裁模工作部分設(shè)計計算沖裁間隙是沖裁模的凸模和凹模刃口之間的間隙。沖裁間隙分為單邊間隙和雙邊間隙單邊間隙用C表示,雙邊間隙用Z表示。間隙值的大小對沖裁件質(zhì)量、模具壽命、沖裁力的影響很大，是沖裁工藝與模具設(shè)計中一個極其重要的工藝參數(shù)。沖裁件的質(zhì)量主要是指斷面質(zhì)量、尺寸精度、和形狀誤差。斷面應(yīng)平直、光滑；圓角小；無裂紋、撕裂、夾層和毛刺等缺陷。零件表明應(yīng)盡可能平整。尺寸應(yīng)在圖樣規(guī)定的公差范圍內(nèi)。影響沖裁件質(zhì)量的因素有：凸、凹模間隙值的大小及其分布的均勻性，模具刃口鋒利狀態(tài)、模具結(jié)構(gòu)與制造精度，材料性能等，其中，間隙值的大小與分布的均勻性是主要因素。沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實際尺寸與標稱尺寸的差值（δ），差值越小，精度越高。這個差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對凸?；虬寄３叽绲钠睿悄＞弑旧淼闹圃炱?。沖裁件相對凸?；虬寄３叽绲钠?，主要是由于沖裁過程中，材料受拉伸、擠壓、彎曲等作用引起的變形，在加工結(jié)束后工件脫離模具時，會產(chǎn)生彈性恢復(fù)而造成的。偏差值可能是正的，也可能是負的。影響這一偏差值的因素主要是凸、凹模的間隙。當間隙較大時，材料所受拉伸作用增大，沖裁完畢后，因材料的彈性恢復(fù)，沖裁件尺寸向?qū)嶓w方向收縮，使落料件尺寸小