冲裁力和压力中心的计算

冲裁力和压力中心的计算

2.4.1冲裁力的计算

计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。普通平刃冲裁模，其冲裁力 P一般可按下式计算：

F P＝KptLτ

式中τ——材料抗剪强度，见附表 (MPa)；

L——冲裁周边总长(mm)；

t——材料厚度(mm)

系数 Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损、凸模与凹模间隙之波动(数值的变化或分布不均)、润滑情况、材料力学性能与厚度公差的变化等因素而设置的安全系数，一般取 13。当查不到抗剪强度τ时，可用抗拉强度σ b代替τ，而取K p＝1的近似计算法计算。当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而紧箍在凸模上。为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料料刮下 ,将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力；从凹模内向上顶出制件需的力，称为顶件力 (图2.4.1)。影响卸料力、推料力和顶件力的因素很多，要精确地计算是困难的。在实际生产中常采用经验公式计算：

卸料力FＱ＝ＫFＰＮ( 2.4.2)

推料力FＱ1＝nＫ1FＰ（ 2.4.3)

顶件力FＱ２＝Ｋ２FＰ（ 2.4.4 )

图 2.4.1 工艺力示意图

式中 P——冲裁力(N)；

K——卸料力系数，其值为～(薄料取大值，厚料取小值)；

K１——推料力系数，其值为～(薄料取大值，厚料取小值)；

K2——顶件力系数，其值为～(薄料取大值，厚料取小值)；

n——梗塞在凹模内的制件或废料数量(n＝h/t);

h——直刃口部分的高(mm)；t——材料厚度(mm)。卸料力和顶件力还是设计卸料装置和弹顶装置中弹性元件的依据。

2.4.2 压力机公称压力的选取

冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。

采用弹压卸料装置和下出件的模具时：

F P总＝FＰ＋FＱ＋FＱ１ (2.4.5)

采用弹压卸料装置和上出件的模具时：

F P总＝FＰ＋FＱ＋Ｑ2 (2.4.6)

采用刚性卸料装置和下出件模具时：

F P总＝FＰ＋FＱ１ (2.4.7)

2.4.3 降低冲裁力的措施

在冲压高强度材料、厚料和大尺寸冲压件时，需要的冲裁力较大，生产现场压力机的吨位不足时，为不影响生产，可采用一些有效措施降低冲裁力。

1.凸模的阶梯布置图

2.4.2凸模阶梯布置

凸模阶梯布置由于各凸模工作端面不在一个平面，各凸模冲裁力的最大值不同时出现，从而达到降低冲裁力的目的。当凸模直径有较大差异时，一般把小直径凸模做短一些，高度差H=～1 )t。凸模的阶梯布置会给刃磨造成一定困难，仅在小批量生产采用。

图2.4.3 斜刃冲裁

（a）、（b）落料凹模为斜刃；（c）、（d）、（e）、冲孔凸模为斜刃；（f）用于切口或切断的

单边斜刃

2.斜刃冲裁（图2.4.3）

斜刃是将冲孔凸模或落料凹模的工作刃口作成斜刃，冲裁时刃口不是全部同时切入，而是逐步地将材料分离，能显著降低冲裁力，但斜刃刃口制造和刃磨都比较困难，刃口容易磨损，冲件也不够平整。为了能得到较平整的工件，落料时斜刃做在凹模上；冲孔时斜刃做在凸模上。

另外，加热冲裁使金属抗剪强度降低，也能降低冲裁力。

2.4.4 冲压模具压力中心的确定

模具压力中心是指冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。对于带有模柄的冲压模，压力中心应通过模柄的轴心线。否则会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨之间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。

冲模的压力中心，可按下述原则来确定：

（1）对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。

（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。

（3）形状复杂的零件、多凸模的压力中心可用解析计算法求出冲模压力中心。

解析法的计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之代数和等于诸力的合力对该坐标轴力矩。求出合力作用点的座标位置 O0(x0, y０)，即为所求模具的压力中心(图2.4.4)。

图 2.4.2 解析法求压力中心

（a）复杂零件冲压压力中心; （b）多凸模冲压压力中心

计算公式为：

（2.4.8）

（）

因冲裁力与冲裁周边长度成正比，所以式中的各冲裁力 FP1、FP2、FP3…FPn，可分别用各冲裁周边长度L1、L2、L3…Ln代替，即：

（）

（）