2.6 冲压力和压力中心计算

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冲压件工艺性分析与计算

冲压件工艺性分析与计算一.冲压件工艺性分析（1）材料分析08F是优质沸腾钢，强度低与硬度、塑性、韧性好，易于拉伸与冲裁成形。

（2）结构分析冲压件为外形为弧形与直边构成近似矩形的结构、有凸缘筒形浅拉深、冲三个圆孔的结构。

零件上有3个孔，其中最小孔径为5.5mm，大于冲裁最小孔径dmin ≥1.0t=1.2mm的要求。

另外，孔壁与制件直壁之间的最小距离满足L=3.475≥R+0.5t=1.6.的要求。

因此，该零件的结构满足冲裁拉深的要求。

（3）精度分析零件上有4个尺寸标注了公差要求，由公差表查得其公差要求都属于IT11~IT13，因此，普通冲裁能够满足零件的精度要求。

由以上分析可知，该零件能够用普通冲裁与拉深的加工方法制得。

二.冲压件工艺方案的确定（1）冲压方案完成此工件需要落料、拉深、冲孔三道工序。

因此能够提出下列5种加工方案分：方案一：先落料，再冲孔，后拉深。

使用三套单工序模生产。

方案二：落料—拉深—冲孔复合冲压，使用复合模生产。

方案三：冲孔—拉深—落料连续冲压，使用级进模生产。

方案四：拉深—冲孔复合冲压，然后落料，使用级进模生产。

方案五：落料—拉深复合冲压，然后冲孔。

使用两套模生产。

（2）各工艺方案的特点分析方案一与方案五需要多套工序模，模具制造简单，维修方便，但生产成本较低，工件精度低，不适合大批量生产；方案二只需一副模具，冲压件的形状位置精度与尺寸精度易于保证，且生产效率高。

方案三与方案四的级进模，生产效率高，但模具制造复杂，调整维修烦恼，工件精度较低；（3）工艺方案的确定比较三个方案，使用方案五生产更为合理。

尽管模具结构较其他方案复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。

因此，在本设计中，将使用落料、拉深复合模的设计方案。

三．冲压工艺计算（1）凸、凹模刃口尺寸的计算根据零件形状特点，刃口尺寸计算使用分开制造法。

落料件尺寸的计算，落料基本计算公式为A0max A )(δ+-=X ΔD Dmin max 0min A T T T )()(δδ----=-=Z X ΔD Z D D尺寸44mm ，经查得该零件凸、凹模最小间隙Z min =0.126mm ，最大间隙Z max =0.180mm ；凸模制造公差m m 02.0T =δ，凹模制造公差m m 03.0A =δ。

冲裁模压力中心的简化计算

#$&。

其压力中心计算数据如下（过程简略）："$$#!%$%%!%$#’()!!!*%(#)+#+$’)*##类似的计算，在冲裁模设计中较为普遍。

众所周知，对称形状制件，其压力中心位于其几何中心。

在图"中，如果将’(、)*两点连接起来，显而易见：长方形+,-.、*(’)，八边形/012*)34的压力中心位于其几何中心。

比较复杂的冲裁件轮廓形状，通过变换可分解为形状比较简单的，压力中心明确的几个图形的组合，再引入多凸模冲裁模压力中心的求法，其计算可大大简化。

针对图!所示形状，可用笔者的简化计算。

$$#)%$%%#)%$#’()!!!*%(#)+#+$’)*##读者可将前、后计算进行比较，简化法可谓又快又好，事半功倍。

由上可知，简化法综合了单凸模、多凸模冲裁模压力中心算法的特点。

通过增加线段将原图分成几个简单的图形，可方便地计算出各图形压力中心，具有多凸模压力中心计算的特点。

而对负线段的处理，又具有单凸模压力中心算法的特点。

三、简化算法的理论依据如上所述，“沿冲裁件轮廓分布的冲裁力与轮廓的长度成正比”。

为了计算方便，增加线段，使原来不封闭的图形成为几个封闭的对称的几何图形，去掉线段（即引入负线段），并不改变分力大小和力矩的大小。

同样可用“对同一轴线的分力之和的力矩等于各分力力矩之和”进行推导。

本文不再赘述。

此简化算法曾在我公司部分专业厂广泛使用，取得了较好效果。

作者通讯地址：东风汽车公司刃量具厂分公司（湖北十堰++"&"#）收稿日期：!...&+!###机械工艺师"&&&)(万方数据冲裁模压力中心的简化计算作者：邓世谦作者单位：东风汽车公司刃量具厂分公司,湖北十堰,442023刊名：机械工艺师英文刊名：MACHINERY MANUFACTURING ENGINEER年，卷(期)：2000，(5)被引用次数：0次本文链接：/Periodical_jxgys200005018.aspx授权使用：广东机电职业技术学院(gdjdzyjsxy)，授权号：89e685fa-574b-4d62-a2e4-9ec4016e1a08下载时间：2011年4月13日。

压力中心的计算

代入公式，得 X0=（L1X1+ L2X2+…+L8X8）/（L1+
L2+…+L8） =-6.37mm Y0=（L1Y1+ L2Y2+…+L8Y8）/（L1+
L2+…+L8）=-6.52mm
冷冲模具设计
计算法依据的原理平行力系合力作用点的方法，即合力对于一个坐标轴的力矩等于各分力对该轴力矩之和。
计算法求压力中心的步骤如下：
① 按比例画出工件（即凸模横断面）的轮廓形状。
② 在其轮廓外（或内）任意处，作坐标轴X-Y。
③ 把图形轮廓线分成几部分，计算各段长度
L1，…，Ln，求各部分重心位置的坐标（X1， Y1）、（X2，Y2）、…、（Xn，Yn）。
冷冲模具设计
压力中心的计算
冲裁力合力作用点称为压力中心。对称形状的
工件，其压力中心图2.19 对称工件的压力中心
复杂形状功件或多凸模冲裁的压力中心可用计算法和作图法求得
用作图法求压力中心比较省事，特别对形状复杂或多凸模的情况尤其显著，但准确度不高。
式中
X0、Y0——为压力中心分别到X、Y轴的距离； P1，…，Pn——各段轮廓的冲裁力； L1，…，Ln——各段轮廓的长度； X1，…，Xn——各段轮廓压力中心到Y轴的距离； Y1，…，Yn——各段轮廓压力中心到X轴的距离。
冲裁轮廓多数由线段和圆弧组成，线段的重心即线段中心
圆弧的重心按下式计算：
Xr=R弦长/弧长
式中 Xr——圆弧重心与圆心距离； R——圆弧半径。对于多凸模的模具，可以先确定凸模的压力中
心，然后按上述原理求模具压力中心。
例2.4 计算图 2.20 所示落料刃口的压力中心位置。

冲压模压力中心的计算方法综述

压力中心的计算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。

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、多孔冲模、级进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轴的力矩。

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)。

图 2 解析法求压力中心计算公式为：因冲裁力与冲裁周边长度成正比，所以式中的各冲裁力 P１、Ｐ２、Ｐ３……P n，可分别用各冲裁周边长度 L１、Ｌ２、Ｌ３……Ln代替，即：冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进人材料的深度(凸模行程)而变化的，如图2.2.3所示。

通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。

用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：式中 F——冲裁力；L——冲裁周边长度；t——材料厚度；——材料抗剪强度；K——系数。

系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。

一般取K＝1.3。

为计算简便，也可按下式估算冲裁力：式中——材料的抗拉强度。

在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向弹性回复和弹性翘曲的回复）及摩擦的存在，将使冲落部分的材料梗塞在凹模内，而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要的力称卸料力；将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件力；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称顶件力，如图2.6.1所示。

冲裁力和压力中心的计算

卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的。所以在选择设备的公称压力或设计冲模时,应分别予以考虑。影响这些力的因素较多,主要有材料的力学性能、材料的厚度、模具间隙、凹模洞口的结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。所以要准确地计算这些力是困难的，生产中常用下列经验公式计算:ﻫ卸料力 (2．6．3）
式中F——冲裁力；ﻫL——冲裁周边长度;ﻫt——材料厚度；
——材料抗剪强度;ﻫK——系数。ﻫ系数K是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。一般取K=1.3。ﻫ为计算简便，也可按下式估算冲裁力：
(２.6.2）
式中 ——材料的抗拉强度。
压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz。Fz的计算应根据不同的模具结构分别对待，即ﻫ采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时
(2.6.６)ﻫ采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时ﻫ (2.6.7）
采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时
(２.６．8)
为实现小设备冲裁大工件，或使冲裁过程平稳以减少压力机振动,常用下列方法来降低冲裁力。
图2.6.1
推件力 (2.6.4)ﻫ顶件力 (2.6．5)ﻫ式中F——冲裁力；图２.6.1卸料力推件力和顶件力ﻫ ——卸料力、推件力、顶件力系数,见表2.6.1;ﻫn——同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。ﻫ ﻫ式中h——凹模洞口的直刃壁高度;
t——板料厚度。
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。
在冲裁结束时，由于材料的弹性回复（包括径向弹性回复和弹性翘曲的回复)及摩擦的存在,将使冲落部分的材料梗塞在凹模内，而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要的力称卸料力；将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力称推件力；逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力称顶件力,如图２.6．1所示。

压力中心计算.

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复杂形状零件模具压力中心的计算原理与多凸模冲裁压力中心的计算原理相同，其具体步骤如下：（1）在刃口轮廓内、外任意处，建立坐标系。使坐标轴尽可能多的通过基本要素的压力中心，这样可使计算简化。
复杂形状零件冲裁时的压力中心
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多凸模冲裁时压力中心的计算
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（3）分别计算凸模刃口轮廓的压力中心及坐标位置和；
（4）分别计算每一个凸模刃口轮廓的周长（5）根据力学定理，各分力对某轴力矩之和等于某合力对同轴之矩，则可得压力中心坐标计算公式。
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多凸模冲裁时压力中心的计算
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3.复杂形状零件冲裁时的压力中心
建立坐标系将刃口轮廓拆分成直线和圆弧
1 5
代入公式求解确定每段直线或圆弧的压力中心位置（计算横纵坐标）
2 4 3
求解每段直线或圆弧的长度
冲裁生产中，必须使压力中心通过压力机滑块的中心线，否则，会产生偏心载荷，形成弯矩，使得模具歪斜，加速模具磨损，甚至会造成啃刃或设备、人身事故。
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二、压力中心的计算方法
1.简单几何形状零件冲裁时的压力中心
对称件
一切对称冲裁件的压力中心，均位于冲件轮廓图形的几何中心。
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冲裁力计算

2.2冲裁力和压力中心的计算2.2.1.冲裁力的计算冲裁力是指冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度（凸模行程）而变化的。

通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。

用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算F=KLt (2.8)式中：F——冲裁力；L——冲裁周边长度；t——材料厚度；——材料抗剪强度；K——系数。

系数K要考虑到实际生产情况时，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、材料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。

一般表2.5 冲压常用金属材料的力学性能取K=1.3。

为计算简便，也可按下式计算冲裁力：F≈Lt（2.9）式中为材料的抗拉强度。

查表2.5得=400Mpa 。

F= Lt=47.1×4×400 N=75000 N2.2.2.卸料力、推件力及顶件力的计算卸料力、推件力和顶件力是由压力机和模具卸料装置或顶件装置传递的。

所以在选择设备的公称压力或设计冲模时，应分别予以考虑。

影响这些力的因素较多，主要有材料的力学性能、材料的厚度、模具间隙、凹模洞口的结构、搭边大小、润滑情况、制件的形状和尺寸等。

所以要准确地计算这些力是困难的，生产中常用下列经验公式计算：卸料力=F （2.10）推件力=nF （2.11）顶件力=F （2.12）式中：F——冲裁力；、、——卸料力、推件力、顶件力系数，需查表得到；N——同时卡在凹模内的冲裁件数。

n=h/t式中：h——凹模洞口的直刃壁高度；t——板料厚度。

查表2.6得， =0.04；=0.045；=0.05；n=h/t=20/4=5；卸料力=F=0.04×75000N=3000N推件力=nF=5×0.045×75000N=17000N顶件力=F=0.05×75000N=37500N表2.6卸料力、推件力、顶件力系数2.2.3.压力机公称压力的确定压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和。

第二章冲裁工艺及冲裁模设计

普通冲裁件的断面情况：
普通冲裁变形所得到的冲裁件端面常带有一定的锥度，并且都有明显的区域特征，不同的是各区域的大小占整个断面的比例不一样。光亮带产生于塑性变圆角带
发生在弹性变形后期和塑性变形初期，由金属的弯曲和拉伸而形成。其大小与材质有关。
形阶段，断面主要受剪应力和压应力作用。断面平整、光滑。通常占整个区域的 1/2~1/3，与材质有关。
第二章冲裁工艺及冲裁模设计
普通冲裁原理

冲裁间隙冲裁模刃口尺寸的计算（重点）冲裁件的排样（重点）冲压工艺力（重点）压力中心的计算（重点）冲裁件的工艺性冲裁模的基本形式及特点冲裁模主要零、部件结构和设计（重点）冷冲模的设计程序（重点）
2.1 普通冲裁的基本原理
冲模刃口尺寸、制造公差的大小主要取决于冲裁件的形状和精度。
刃口尺寸的计算方法
冲模刃口尺寸公差带分析图
1. 凸、凹模分开加工时的刃口计算
δd＋δp≤Zmax－Zmin 运用该方法必须使模具的制造公差与间隙满足或 δp＝ 0.4（Zmax－Zmin） δd＝ 0.6（Zmax－Zmin）
根据刃口尺寸的计算原则，分开加工时凸、凹模刃口尺寸的计算公式如下：
推件力Pd： Pd = KdP
冲压工艺力的计算：
（它是选取压力机吨位的主要依据，具体计算要考虑模具的结构型式）采用刚性卸料自然漏料方式：Pz≥P+Pt = P +nKtP 采用刚性打料、弹性卸料的倒装结构方式：Pz≥P + Px = P + KxP 采用弹性卸料和弹性顶料方式：Pz≥P + Px + Pd = P + KxP + KdP 采用弹性卸料自然漏料方式：Pz≥P + Px + Pd = P + KxP + nKdP （选择压力机时，压力机的公称压力N必须大于或等于Px）

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案例解析
该模具采用级进模，拟选择弹性卸料、下出件。冲压力的相关计算见表 8.2.1。根据计算结果，冲压设备拟选J2325。
第二章冲裁
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五、模具压力中心的计算
第二章冲裁
模具压力中心：指模具冲压力全力的作用点。要求：冲压时，其压力中心应与压力机滑块中心相重合。作用： 1）以避免模具在工作中产生偏弯矩而发生歪斜，加速模具导向机构的不均匀； 2）保证凸凹模间隙的一致，从而保证制件质量和延长模具寿命。
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第二章冲裁ຫໍສະໝຸດ 1. 简单形状的工件压力中心的计算 1)对称形状的零件压力中心，位于刃口轮廓图形的几何中心上；
2) 直线段的压力中心位于直线段的中心；
3) 等半径的圆弧段的压力中心，位于任意角2 角平分线上，且距离圆心为x0的点上。
—弧度
式中
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2.6 冲压力和压力中心计算
第二章冲裁
1
2 3 4 5 6
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案例引入
讲授新课
案例解析
课堂练习
课堂小结
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第二章冲裁
目的和要求： 1. 2. 3. 了解冲压力与模具压力中心的概念理解模具压力中心的计算方法理解压力中心与冲床滑块中心重合的意义重点难点： 1. 冲压力与模具压力中心的概念
2.
3.
模具压力中心的计算方法
压力中心与冲床滑块中心重合的意义
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第二章冲裁
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1. 合理间隙的确定 2. 凸、凹模刃口尺寸的计算原则 3. 凸、凹模刃口尺寸的计算方法及优缺点
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案例引入
第二章冲裁
工件名称：手柄
生产批量：中批量
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第二章冲裁
a）-向上卸料
b）-向下卸料
倒装式模具的弹压卸料板，方便调整卸料力；柳州铁道职业技术学院上一页下一页返回
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第二章冲裁
橡胶等弹性元件卸料板，用于简单冲裁模
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第二章冲裁
以弹压卸料板作为细长小凸模的导向，卸料板本身又以两个以上的小导柱导向，以免弹压卸料板产生水平摆动，从而保护小凸模不被折断。
a）-卸料板与导料板一体
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b）-卸料板与导料板分开
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悬臂式：适用于窄而长的毛坯冲裁。
钩形：适用于弯曲件和拉深件的冲裁。
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c）-悬臂式卸料板
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d）-钩式卸料板
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2）弹压卸料板
第二章冲裁
特点：有敞开的工作空间，操作方便，生产效率高，冲压前对毛坯有压紧作用，冲压后又使冲压件平稳卸料，从而制件较为平整；但卸料力较小，结构复杂，可靠性与安全性较差。适用范围：卸料力不是特别大的各种冲裁模。
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第二章冲裁
3.降低冲裁力的方法之三
☆ ☆ ☆阶梯凸模冲裁特点和应用:
材料加热后抗剪强度显著降低,从而降低了冲裁力;
适用于厚板或表面质量要求不高的零件。注意: 在设计模具时,凸、凹模应选用热冲模具材料,受热部分不能设置橡皮等
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FZ F FX FT
采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时：
FZ F FX FD
采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：
FZ F FT
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二、常用卸料、出件及压料零、部件
第二章冲裁
（1）卸料板：指将包在凸模上的制件或废料从凸模上刮下来的零件。
形式：刚性卸料板和弹压卸料板。
1）刚性卸料板特点：能承受较大的卸料力，卸料可靠、安全；但操作不方便，生产效率不高。适用范围：料厚在0.5mm以上的材料，常用于单工序模，与凸模间的单边间隙一般：0.10.5mm。
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封闭式：适用于一般条料的冲裁。
第二章冲裁
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（2）卸料力（F卸）：指将箍在凸模上的材料卸下时所需的力。
FX K X F
第二章冲裁
式中：K卸——卸料力系数。（3）推料力（F推）：指将冲入凹模的制件或废料顺着冲裁方向从凹模洞口推出时所需的力。
FT nKT F
式中：K推——推料力系数； n—同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。 n h / t h——凹模洞口的直刃壁高度； t——板料厚度。
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案例解析
第二章冲裁
图8.2.3 凹模型口图
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第二章冲裁
1.斜刃冲裁比平刃冲裁有 _______ 的优点。 A 模具制造简单
B 冲件外形复杂
C 冲裁力小 D
很遗憾！答错恭喜！答对了了
冲裁力大
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很遗憾！答错恭喜！答对了了
C 顶件力
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课堂小结
冲压力与模具压力中心的概念
第二章冲裁
模具压力中心的计算方法
小结
压力中心与冲床滑块中心重合的意义
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2.6 冲压力和压力中心计算讲授新课
第二章冲裁
再见!
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1-弹压卸料板
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2-弹性元件
3-小凸模
4-小导柱
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第二章冲裁
（2）出件装置：指将在凹模中的制件或废料从凹模口推出的装置。 1）刚性推件装置
特点：推件力大，推件可靠，但不具有压料作用。
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推件横梁
第二章冲裁
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2. 复杂形状冲裁件压力中心的计算计算步骤： 1）选定坐标系； 2）计算各轮廓的长度或冲压力；
第二章冲裁
3）计算各轮廓或冲压力中心的坐标值；
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案例解析
第二章冲裁
5.冲压力和压力中心计算计算压力中心时，先画出凹模型口图，如图8.2.3所示。在图中将xoy坐标系建立在图示的对称中心线上，将冲裁轮廓线按几何图形分解成L1～L6共6组基本线段，用解析法求得该模具的压力中心C点的坐标（13.57，11.64）。有关计算如表8.2.2所示。由以上计算结果可以看出，该工件冲裁力不大，压力中心偏移坐标原点O较小，为了便于模具的加工和装配，模具中心仍选在坐标原点O。若选用J23-25冲床，C点仍在压力机模柄孔投影面积范围内，满足要求。
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第二章冲裁
2. 模具的压力中心就是冲压力_____的作用点。 A 最大分力 B 最小分力
很遗憾！答错恭喜！答对了了
C 合力
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第二章冲裁
3. 为使冲裁过程的顺利进行，将梗塞在凹模内的冲件或废料顺冲裁方向从凹模孔中推出，所需要的力称为_________。 A 推料力 B 斜料力
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第二章冲裁
（4）顶料力（F顶）：指将冲入凹模的制件或废料逆着冲裁方向从凹模刃口推出时所需的力。
FD K D F
式中:K顶——顶料力系数。
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（5）总冲压力（F∑）
第二章冲裁
压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz 采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：
材料：Q235-A钢
材料厚度：1.2mm
提问：
分析冲裁如图所示工件的工艺方案
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一、冲压力
第二章冲裁
指冲裁力、卸料力、推件力和顶料力的总称
（1）冲裁力：指凸、凹模使材料产生分离所需的力。计算公式：
F KLt b
式中： F——冲裁力（N）； L——冲裁件周边长度（mm）； K——冲压系数，一般取K=1.3； K值与冲裁间隙、模具刃口锋利成度、压力机状况、模具润滑情况及模具设计安全系数等有关。 t——材料厚度（mm）； τb——材料抗剪强度（MPa）。
第二章冲裁
☆阶梯凸模冲裁
特点和应用:
工作端面呈阶梯分布,使各凸模冲裁力的最大峰值不同时出现,从而降低冲裁力,适用于几个凸模直径相差很大,相距又很近的情况.
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讲授新课
第二章冲裁
2.降低冲裁力的方法之二
☆ ☆斜刃冲载
特点和应用: 降低冲裁力,冲裁平稳,但模具复杂,刃口易损,修磨困难, 冲件不够平整,且不选用于复杂冲件,一般情况下不用, 仅用于大型或板厚冲件