冲裁工艺计算

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1、第四讲冲裁工艺计算 冲裁力及压力中心计算 冲裁间隙 冲裁模刃口尺寸设计 一 冲裁间隙 定义 冲裁模凸 凹模刃口部分尺寸之差 Z 双面间隙 常用 单面间隙 表示方法 冲裁间隙对冲裁过程的影响 间隙小时 冲裁件断面质量高 尺寸及形状精度也较高 间隙对冲裁质量的影响 一般情况下 间隙大时 一方面板料的弯曲 拉伸严重 断面易产生撕裂 毛刺较大 断面质量低 另一方面 冲裁件尺寸及形状也不易保证 尺寸及形状精度低 冲裁间隙大 可减小模具磨损 提高模具使用寿命 反之反然 间隙对冲裁力的影响 冲裁间隙小 所需的冲裁力大 冲裁间隙大 所需的冲裁力小 但过大的冲裁间隙会导致毛刺过大 造成卸料力 推件力等迅速增加

2、反而对减小冲裁力不利 间隙对模具寿命的影响 结论 冲裁间隙对冲裁的影响是多方面的 模具设计时应综合考虑 合理选择冲裁间隙 冲裁间隙的确定 当t3mm时 c 15 25 当材料软时 c取小值 当材料硬时 c取大值 经验计算法 t 材料厚度 mm 式中 c 与材料性能及厚度有关的系数 2 查表法 落料 冲孔模具刃口初始间隙由下表查得 Zmax为初始间隙的最大值 即最大合理间隙 它是考虑到凸模和凹模的制造误差 在Zmin的基础上增加一个数值而得 表中经验数据适用于一般条件下的冲裁 模具在使用过程中 由于工作部分的磨损 间隙将会有所增加 因而使凸模和凹模之间的间隙可能超出表中所列最大合理间隙Zmax的

3、数值 注意 Zmin为初始间隙的最小值 即最小合理间隙 模具初始间隙应在Zmin和Zmax之间 二 冲裁模刃口尺寸设计 凸模刃口尺寸按凹模尺寸减去最小间隙值Zmin确定 凸 凹模刃口尺寸计算原则 按落料 冲孔两种情况分别进行 落料工序以凹模为基准件 因为落料工件的尺寸更接近于凹模的刃口尺寸 先确定凹模刃口尺寸 凹模刃口尺寸接近或等于工件最小极限尺寸 以保证模具在一定范围内磨损后 仍能冲出合格零件 冲孔工序以凸模为基准件 因为冲孔工件的尺寸更接近于凸模的刃口尺寸 先确定凸模刃口尺寸 凸模刃口尺寸接近或等于孔的最大极限尺寸 以保证模具在一定范围内磨损后 仍能冲出合格零件 凹模刃口尺寸按凸模尺寸加上

4、最小间隙值Zmin确定 凹模和凸模制造公差主要与冲裁件的精度和形状有关 模具制造精度应比冲裁件精度高2 3级 一般为IT6级左右 可查表 为使新模具间隙不小于最小合理间隙 一般凹模公差标成 凸模公差标成 凸 凹模刃口尺寸计算 根据冲裁件形状的复杂程度 模具制造中 凸 凹模的加工有两种方法 一种是按互换原则组织生产 另一种是按配合加工组织生产 互换加工中凸 凹模刃口尺寸计算 适用于圆形和规则形状的冲裁件 冲孔 式中 d 冲孔工件孔的基本尺寸 mm dp dd 冲孔凸 凹模刃口尺寸 mm 工件公差 mm X 磨损系数 查表 凸 凹模制造偏差 查表 mm 设冲裁件的落料尺寸为 根据刃口尺寸计算原则

5、计算公式为 落料 式中 中心孔 孔心距 模具L模 设孔心距为 为零件孔心距公差 为零件孔心距偏差 因为凸 凹模分开加工 要分别标注凸 凹模刃口与制造公差 所以为保证冲裁间隙在合理范围内 应保证下式成立 计算结果校验 如不满足 则应提高模具制造精度 即减小 优点 凸 凹模具有互换性 制造周期短 便于成批生产 缺点 模具制造公差小 模具制造困难 成本高 刃口尺寸计算注意点 1 分清是冲孔还是落料 2 冲裁间隙Z的确定 与材料和料厚有关 3 冲裁件的尺寸标注是否标准 孔的标注 落料的标注 中心距标注 L 4 模具制造精度一般IT6级 查表得 P和 凹模的公差标成 8 未标注公差的尺寸 依据表2 4确

6、定精度后查表 5 凸模公差标成 7 磨损系数X 只与公差和料厚有关 如图冲压件 材料为45号钢 料厚t 0 5mm 计算凸凹模刃口部分尺寸 例1 解 此冲压件的外形属落料 内孔属冲孔查表得 由公差值可查表得磨损系数X为 6 X 0 75 36 X 0 5 1 孔 6 校核 0 004 0 006 0 010 0 020 2 36落料 校核 0 004 0 006 0 010 0 020 冲裁如图的垫圈 材料为10号钢 厚度为1mm 计算凸凹模工作部分的尺寸 请问若冲压件的厚度为3mm 请问模具制造精度能否为IT6级 例2 解 由10号钢和厚度1mm查表得 1 冲孔 51 5 0 50为 510

7、 0 5 由公差值可查得磨损系数x为 51 5 X 0 5 68 X 0 5 2 落料 改为 验证 若t 3mm IT6级 所以 精度应高于IT6级 已知某冲裁件如图 材料为10钢 厚度为1mm 中批量生产 试按互换加工计算该零件落料 冲孔复合冲裁模的刃口尺寸 例3 外形为落料 以凹模为基准 45 0 5 0 56 0 0 01 44 720 0 01 尺寸45 尺寸44 尺寸10 尺寸120 凹模 44 0 5 0 54 0 0 01 43 730 0 01 10 0 5 0 22 0 0 008 9 890 0 008 120 0 5 0 54 0 0 015 119 730 0 015

8、凸模 尺寸45 尺寸44 尺寸10 尺寸120 44 72 0 1 0 0 007 44 620 0 007 43 73 0 1 0 0 007 44 620 0 007 9 89 0 1 0 0 006 9 790 0 006 119 73 0 1 0 0 01 119 630 0 01 内形为冲孔 以凸模为基准 凹模 尺寸26 26 0 5 0 24 0 0 007 26 120 0 007 尺寸26 26 12 0 1 0 0 01 26 220 0 01 既不属于冲孔也不属于落料类尺寸 可按冲裁件公差等级 查得约为IT16 提高 级 即IT13 公差为0 33mm 确定 尺寸22 即2

9、2 0 17 校验 尺寸45 44 0 01 0 007 0 1 0 117 0 13 Zmax 尺寸10 0 006 0 008 0 1 0 114 0 13 Zmax 尺寸120 0 01 0 015 0 1 0 125 0 13 Zmax 尺寸26 0 01 0 007 0 1 0 117 0 13 Zmax 例4 冲制图示零件 材料为Q235钢 料厚t 0 5mm 计算冲裁凸 凹模刃口尺寸及公差 解 由图可知 该零件属于无特殊要求的一般冲孔 落料 则 查表得 设凸 凹模分别按IT6和IT7级加工制造 则 冲孔 0 008 0 012 0 06 0 040 02 0 02 满足间隙公差条

10、件 校核 孔距尺寸 L模 18 0 25 0 09 18 0 023 mm 因此 只有缩小公差 提高制造精度 才能保证间隙在合理范围内 由此可取 落料 校核 0 016 0 025 0 04 0 02 不能满足间隙公差条件 配合加工中凸 凹模刃口尺寸计算 适用于形状复杂或薄料冲裁件 注 目前 一般工厂均采用此法 首先加工凸 凹模中的一件作为基准件 落料时选凹模为基准件 冲孔时选凸模为基准件 然后以选定的间隙配合加工另一件 特点 允许在加工基准件时适当放宽公差 降低模具加工难度 配合加工 计算过程 凹模 凸模 为基准件 尺寸分三类 凹模 凸模 磨损后增大尺寸 A类凹模 凸模 磨损后减小尺寸 B类

11、凹模 凸模 磨损后不变尺寸 C类 式中 A B C 基准件基本尺寸 mm 模具制造公差 mm 计算注意事项 1 A B C三类尺寸的确定2 冲裁间隙的确定3 磨损系数的确定4 A B类尺寸的最大 最小5 A B C三类尺寸的偏差6 公式中的 为公差 不是偏差7 磨损量的增与减 就是 X 还是 X 8 C类尺寸要求正负偏差值相同 否则需要转换 如图冲裁件 材料为钢20 厚度为2 试计算凸凹模的工作尺寸 例5 解 由公差值可知 0 落料凸模尺寸按凹模尺寸配制 并留双面间隙 mm 由钢 和 查表得 如图冲裁件 材料为10号钢 厚度为2mm 计算凸凹模工作部分尺寸 例6 解 A类尺寸 B类尺寸 查表得

12、 Zmin 0 30mm Zmax 0 34mm 磨损系数X 70尺寸X 0 75 其余为0 5 C类尺寸 落料凸模尺寸按凹模尺寸配制 并留双面间隙0 40 0 55mm 例7 冲制如图所示的变压器铁心片 材料为硅钢片1342 料厚t 0 35mm 未注公差尺寸为ITl4级 试进行单工序落料模的刃口尺寸计算 解 查标准公差数值表有 孔类尺寸 自由长度尺寸 30 0 26 轴类尺寸 工件相应尺寸分类 凹模磨损图 磨损系数x a3尺寸为ITl3级 x 0 75其余尺寸为ITl4级 x 0 5 在凸模零件工作图上 只注与凹模刃口尺寸对应的基本尺寸 不注公差 并在技术要求中注明 刃口尺寸按凹模实际尺寸

13、配作 保证单边间隙为0 01mm 查电器类冲裁件之小间隙值得该件冲裁模初始合理双面冲裁间隙为 mm 0 02mm 三 冲裁力及压力中心计算 冲裁力是选择压力机的重要依据 也是模具设计和模具强度校核的依据 1 冲裁力的计算 冲裁力计算公式 式中 F 冲裁力 N L 冲裁端面周长 mm 材料抗剪强度 MPa t 冲裁件厚度 mm k 系数 一般k 1 3 卸料力及推件力的计算 逆着冲裁方向将零件或废料从凹模腔顶出的力 为了简便 也可用材料的抗拉强度按下式估算 1 卸料力 从凸模上将零件或废料卸下来所需的力 2 推件力 顺着冲裁方向将零件或废料从凹模型腔推出的力 3 顶件力 经验计算公式 式中 F

14、冲裁力 N 分别为卸料力 推件力 顶件力系数 冲裁压力中心的计算 冲裁力的合力作用点 2 形状对称冲裁件 冲裁压力中心位于冲裁轮廓的几何中心上 1 冲裁压力中心 建立直角坐标系xOy 3 复杂形状工件或多凸模冲裁件的冲裁压力中心 按力矩平衡原理解析计算 方法如下 按比例将冲裁件的冲裁轮廓画出 如图 将冲裁件的冲裁轮廓分解为若干直线和圆弧等基本线段l1l2 ln 因为冲裁力与轮廓线长度成正比关系 故可用线段长度代替冲裁力进行压力中心计算 计算各基本线段的长度及其重心到坐标轴x y的距离x1 x2 xn和y1y2 yn 计算压力中心坐标 冲裁圆弧线段时 其压力中心的位置 按下式计算 特别地 例1 计算图示冲裁件的压力中心 单位 mm 解 建立坐标系 如图 例2 求图示零件落料时的压力中心 各直线段的长度和重心坐标如下 该图形的压力中心坐标 例3 根据图示零件排样图 级进模 计算压力中心 零件图 排样图 各型孔的冲裁长度和重心坐标如下 经计算可得压力中心的坐标为 注意 1 求压力中心必须依据完全确定了的排样图进行 2 常用模具都具有一定的对称性 尽可能取压力中心靠近排样图几何中心的方案 3 只要计算的压力中心不偏离到模柄直径以外 对一般的冲模是允许的