冲裁力与压力中心计算

3．4．1 冲裁力的计算

冲裁力计算是为了选用合适的冲裁设备，并检验模具强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力。

普通平刃冲裁模具，冲裁力可用下式计算：

FP＝KPt Lτ（3．19）

式中 FP——普通平刃冲裁力，N；

KP——安全系数，一般取1．3，当用σb代替τ时，取KP＝1；

t——板料厚度，mm；

L——冲裁周边总长，mm；

τ——材料剪切强度，MPa。

3．4．2 卸料力、推件力的计算

图3．15 卸料力、推件力、顶件力

冲裁结束后，由于材料的弹性回复及摩擦的存在，将使冲落部分的材料阻塞在凹模内，冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上，为使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的料卸下，将卡在凹模内的料推出。从凸模上卸下箍着的料所需的力称为卸料力；将阻塞在凹模中的料顺冲裁方向推出所需的力称为推件力；逆着冲裁方向将料从凹模中顶出的力称为顶件力。

卸料力、推件力、顶件力是从机床、卸料装置或顶件装置中获得的，如图3．15所示，在选择设备的公称压力或设计冲模时，应予以考虑。影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凹模洞口的结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸，由于影响因素较多，故准确计算较为困难，一般用以下经验公式计算：

卸料力

FX＝KXFP（3．20）

推件力

FT＝n KTFP（3．21）

顶件力

FD＝KDFP（3．22）式中 KX、KT、KD——卸料力、推件力、顶件力系数，见表3．8。

n——同时卡在凹模内的冲裁件数。

表3．8 卸料力、推件力和顶件力系数

注：卸料力系数KX在冲多孔、大搭边和轮廓复杂制件时取上限值。

3．4．3 压力机公称压力的确定

压力机公称压力必须大于或等于冲压力。冲裁中的冲压力由冲裁力、卸料力、推件力或顶件力组成。

采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模具时，公称压力为

FG＝FP＋FX＋FT（3．23）

采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模具时，公称压力为

FG＝FP＋FX＋FD（3．24）

采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模具时，公称压力为

FG＝FP＋FT（3．25）

3．4．4 降低冲裁力的方法

（1）采用阶梯凸模

一方面可以减小冲裁力，因这样布置可以避免各凸模同时冲裁；另一方面还可以避免小直径凸模由于承受材料流动的侧压力而产生折断或倾斜的现象。一般将小凸模做短一些，如图3．16所示。

当t＜3mm时，H＝t；

当t＞3mm时，H＝0．5t。

图3．16 凸模的阶梯布置

（2）采用斜刃

用平刃口模具冲裁时，沿刃口整个周边同时冲切材料，故冲裁力大。若将凸模或凹模刃口平面做成与其轴线倾斜一定的角度，使平刃变成斜刃，则冲裁时刃口就不是同时全部切入，而是逐渐切入，其冲裁力可显著减小。各种斜刃如图3．17所示，斜刃应采用对称布置，如图3．17（c）只能用于切舌。

图3．17 各种斜刃形式

斜刃的主要参数有斜刃角φ和斜刃高度H，其值与板料厚度有关，可参见表3．9选用。

表3．9 斜刃参数H、φ值

斜刃冲裁力的计算如下：

F斜＝K斜Ltτ（3．26）式中

K斜——斜刃冲裁力系数，当H＝t时，K斜＝0．4～0．6；当H＝2t时，K斜＝0．2～0．4。

斜刃冲裁过程平稳，但刃口制造复杂，刃磨不便，且冲件不平整，因此一般很少采用，只有在大型制件或厚板冲裁中采用。

（3）采用加热

材料加热后强度降低，因此冲裁力降低。表3．10所列为各类钢在加热状态时的抗剪强度。

表3．10 钢在加热状态的抗剪强度／MPa

3．4．5 冲模压力中心的确定

模具压力中心是指冲压时各冲压力合力的作用点位置。为了保证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重合；否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间及模具导向零件的磨损加剧。模具压力中心确定的原则如下：

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工件的形状相同，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，或多孔冲模、级进模的压力中心可用解析法求出冲模压力中心。

冲裁直线段时，压力中心位于直线段的中点。冲裁圆弧段时（见图3．18），压力中心按下式计算：

或

解析法求压力中心的依据是：各分力对某轴的力矩之代数和等于各力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置O0（x0，y0），即为所求模具压力中心，如图3．19所示。

图3．18 圆弧段重心

图3．19 解析法求解压力中心

计算压力中心如下：

因冲裁力与冲裁周边长度成正比，所以也可用下式计算：

式中 L1、L2、…、Ln——冲裁周边长度。