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1、Case Study 行业应用方案 文夏伟李黎明冯全保孙厚创徐州锻压机床厂集团 有限公司技术中心 冲压设计中压力机选型 、 压设备的选择，直接关系到设备的合理使 用、产品质量、安全、模具寿命等一系列重 要问题。所以，冲压设备的正确选择是直接决定生 产质量、生产效率的一个关键步骤，必须从多方面 进行研究。实际过程中，有些厂家在选用冲压设备 时只注意设备或所加工零件的部分参数，根据零件 所需冲压设备的公称力等基本参数进行选型，往往 会出现选型不对 制约生产或者设备使用不当等问 题。那么如何正确的选型才能避免不必要的麻烦 呢7 压力机选型 首先根据所要完成工序的工艺性质，批量大 小、工件的几何尺寸和
2、精度等选定压力机类型。冲 压生产中常用的是曲柄压力机和液压机在表1中 表1曲柄压力机与液压机对比 做了相应性能方面的比较。 (1)中小型冲裁件、弯曲件或浅拉深件多用具有 C型床身的开式曲柄压力机，如：JEJLJH等系 列，其操作空间三面敞开 操作方便，具备易于安 装机械化附属设备和成本低廉等优点，是目前中小 件生产使用的主要设备。 (2)在大中型和精度要求较高的；中压件生产中， 多采用闭式机身的曲柄压力机，如JH31，JH36等。 这类压力机两侧封闭刚度较好且精度较高，但不 如开式压力机方便。 (3)对于大型、较复杂的拉深件多采用闭式双动 拉深压力机其中的2个滑块包括拉深用的内滑块 和压边用的
3、外滑块，外滑块通常4个加力点，用来 调整作用于坯料压边力的周边。模具结构简单，压 边可靠易调特别适用于大量生产。 行程次数(生产速度) 行程长度 行程长度的变化 下死点位置 产生压力与行程有关 保压作用 锤击作用 过载情况 维修情况 快于液压机 不能太长(010 5 (0525 (2 56 5 0 040 07 0 0250 06 O O2005 0065 O O5 0 045 O 08 O 06 0 O5 刚性卸料板和下出料方式的冲裁力为： F总 F 4-F推 弹性卸料板和下出料方式的冲裁力为： F总 F+F 4-F 冲裁后由凹模顶出工件(废料)时(弹性卸料)冲裁力为： F总=F-F F推+
4、F卸+F顶 F氲、F推、Fe分别表示卸料力、推件力 顶出力。表4为不 同材料的卸料力、推件力、顶出力因数，需要注意的是卸料力 F甸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂的工件时取上限值，冲裁间隙 取大时，因数数值可取小些。 表4不同材料的卸料力、推件力及顶出力因数 墨囊_ 铝、铝合金 纯铜、黄铜 0 030 08 O 02O 06 弯曲 (1】V形弯曲件自由弯曲力的计算公式为 F1=06KB (R+t) (2u形弯曲件自由弯曲力的计算公式为 F1=0 7KBt2仃 (R+t) 在以上两式中 F1自由弯曲力(未校正)，N； 0O30 07 OO3OO9 Case Study 行业应用方案 安全系数一般取K=
5、13； 8弯曲件宽度mm： 卜一弯曲件材料厚度 mm Cr 材料抗拉强度MPa； 月弯曲内半径mm。 (3)校正弯曲弯曲力的计算公式为： F2=QA 式中 弯曲校正力N； 0单位校正力MPa； A工件被校正部分的投影面积，mm 。 如表5所示为厚度不同、材质不同材料的单位校正力。 表5不同材料在不同厚度下的单位校正力(单位：MPa) 墨_圜圈 1 (12) (25) f510 101 5 1 52O 203O 3040 1 52O 203O 3040 406O 203O 3040 4060 608O 3040 4050 5070 701OO (4)弯曲时压力机的压力为自由弯曲力与校正弯曲力之和
6、， 即： F +F2 式中，F压力机的压力N： F1自由弯曲力 N； 校正弯曲力，N。 拉深 (1)拉深因数。对于旋转类工件来说，拉深因数m是指工 件拉深后的直径 与拉深前毛坯(或半成品)的直径d一 之比， 拉深因数用m表示，公式为： m= 一， 若工件为非圆筒形件，则总的拉深因数为： m =工件周长毛坯周长 一个需要拉深的工件首先应计算总的拉深因数如果 小于极限拉深因数(根据力学分析，拉深因数的减少有一个限 度这个限度称为极限拉深因数，超过这一限度会使变形区 的危险断面产生破裂。)就必须进行多次拉深。材料的相对厚 度tDiJx时，拉深变形区易起皱，防皱压边圈的压边力加大而 引起摩擦阻力也增大
7、，因此变形抗力加大，使极限拉深系数提 高。反之tD大时可不用压边圈，变形抗力减小 有利于 20097 Forging&Memfforming l 43 Case Study 行业应用方案 表6无凸缘圆筒件不用压边圈拉深时的拉深因数 0 4 O 6 0 8 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3以上 0 9O 0 84 08O O 80 0 80 O 75 表7无凸缘圆筒件用压边圈拉深时的拉深因数 O 87 0 84 0 84 0 84 0 78 O 9O 0 87 0 87 0 87 O 82 0 9O 0 90 0 90 O 85 2 O5 0 1 51 0 1 00 6 O 60 3
8、0 3O 1 5 0 1 5008 0 480 5O 0 5O0 53 0 53O 55 0 550 58 0 58O 60 O 6OO 63 0730 75 0 750 76 0 760 78 0 78079 0 790 80 O 8O0 82 0 760 78 0 780 79 0 790 8O 0 800 81 0 810 82 0820 84 0 780 8O 0 800 81 0 810 82 O 82O 83 O 83O 85 0 85086 拉深故极限拉深系数可减少。如表6、7为相对厚度不同的 凸缘圆筒件分别在使用和不使用压边圈拉深时的拉深因数。 (2)压边力及拉深力的确定。压边
9、是防止起皱的一个有 效方法。用锥形凹模拉深时不用加压边的条件是首次拉深f D0 03(1一m)以后各次拉深tD003(1m一1)； 用普通平端面凹模拉深时，不用加压边的条件是首次拉深tD 0045(1一m)，以后各次拉深tD0045(1m一1)。 压边力大小的选择。压边力选择要适当，压边力过大工件 会被拉断：如果压边力过小工件凸缘会起皱。 拉深任何形状的工件压边力计算式为： Fo AP 圆筒件第一次拉深(用平板毛坯)压边力计算式为： Fo= 【 一(dI 4-2r ) 】P4 圆筒件以后各次拉深(用筒形毛坯)压边力计算式为： F0= ( 一 一 )尸l4 上两式中：A在压边圈下的毛坯投影面积，
10、mm ； 尸单位压边力 MPa： D平板毛坯直径，mm； 44 I锻造与冲压20097 0 8O0 82 O 820 84 0 840 85 O 85O 86 O 860 87 O 87O 88 表8单动压床上拉深时单位压边力的数值 铝 紫铜、硬铝(退火或刚淬火的 黄铜 压轧青铜 O8钢、2O 、镀锡钢板 软化状态的耐热钢 高合金钢、高镒冈、不锈钢 O 812 1 218 1 52 O 2O2 5 253 0 283 5 3 04 5 d1，d2， 第1，2，n 次的拉深直径，mm： r 拉深凹模圆角半径，mm。 其中，单动压床拉深时的单位压边 力如表8所示。 拉深力的计算。采用压边圈的圆 筒
11、形件，拉深力计算公式为： F=K 7r dt 式中，d拉深件直径 mm； 卜材料厚度，mm； F拉深力N； 修正因数。 不采用压边圈的圆筒形工件中，K1=125，K2=13。 横截面为矩形、椭圆形等拉深件的拉深力为： F=KLt盯b 式中L横截面周边长度，mm： 修正因数可取0508。 压力机吨位选择。 浅拉深时：F (12514)(F+F0) 深拉深时：F 1 72)(F+F。) 式中F 压力机公称压力，N： F拉深力，N； Fn压边力N。 为提高压力机的保险系数，仅用压力参数的大小选择 压力机吨位是不够的，还需对压力机所需功进行核算，否则会 损坏电动机。拉深所需的功按下式计算： 罢宕踮 加
12、 0 O 0 O O O O O O 踮 O O O 0 0 0 O O O W CP& H1000 式中，w拉深所需的功J L拉深深度，m： Ptk拉深最大压力，N； c修正系数，C=0 60 8。 压力机的电动机功率按下式核算： N=KWn(60 X 75 1 r2 X 136)=KWn61 20 r1 r2 式中，工件拉深时所需的功率(kW)，经 核算N要小于电动的功率； 不均衡系数K=1 21 4： w拉深所需的功，J； r7，压力机效率0608； r7，电动机效率，09095； n压力机每分钟行程次数次min； 1 36由马力转换为千瓦的转换系数。 拉深时使行程调的足够大一般不能小于
13、拉深零件高 度的25倍。 表9所示为采用压边圈的条件。 表9采用压边圈的条件 _圈霜冒墨 用压边圈 可用可不用 不用压边圈 2 0 06 1 5 0 8 一般情况下，压力机最大闭合高度H不应小于最大拉深 深度一的555倍，即要保证H(555)。 在根据压力选定压力机以后，还须对压力机的功进行核 算。如冲裁工艺中计算出的冲裁力大于压力机的公称压力时 一般采用斜,2-J；e裁，此时力降低功却增加了。压力机在力的方 面能正常承载，而在功率方面却可能过载，压力机在功方面过 载将会出现滞住现象 飞轮转数急剧降低，会引起电动机的滑 差导致线圈过热电机的损坏。 平刃冲裁变形功可由下式决定： WxFt、000
14、 式中w平刃冲栽变形功J： F冲裁力N 卜一料厚，mm x系数由材料的种类及厚度决定，见表10。 Case Study 行业应用方案 表1 0不同材料厚度不同时的系数 4 0700 65 0650 6O 0 600 50 0 450 35 0 600 55 O5505O O50O42 0 400 30 045040 0400 35 O 35O 3O O 3001 5 0 750 70 0 70O 65 O 65O 55 O 5O0 40 斜刃冲裁的变形功由下式决定： W=X1F(t 4-h)1000 式中， 斜刃冲裁的变形功J； F斜刃冲裁力N： 斜刃高度mm： ，系数，对于软钢近似可取：h=
15、t时x， (0506)：万=2f时X1 f0708)。 拉深时的变形功，由下式求得： W=CFh、000 式中，w拉深变形功，J； F一最大拉深力，N： 拉深深度mm； c系数 一般取0608。 最终求得的变形功与压缩缓；中器及顶件装置等所需功加 在一起 应小于压力机一个工作行程所产生的功，即： WW 4-W铺 压力机的功由飞轮的有效能量及电机输出的小部分能量 组成。电动机的能量主要消耗在克服有害阻力和恢复飞轮在 冲压后降低的速度上。飞轮的有效能量才是被用来完成冲压 加工所需的能量，即压力机的有效功等于飞轮转数降低时的 能量损失： W=(no 一n， )m 710 式中，w压力机的有效功，J； 仃n飞轮的额定转数，r-min n 飞轮转数降低时的额定转数rmin一： m飞轮的质量，kg； D飞轮的惯量直径(近似为飞轮外圆直径)，m： 当压力机以单
