金属冲裁,如何计算平刃口冲裁力

冲裁力是选择冲压设备的主要依据,也是选择模具结构、校验模具强度的重要依据。

冲裁力在冲裁变形过程中并不是一个常数,工程术语定义冲裁力,是指冲裁过程中的最大剪切抗力。计算冲裁力的目的是为了合理选择压力机吨位和校核模具强度。

平刃口冲裁的冲裁力计算公式为=

F=A*T =C*t*T

式中F是计算的理论冲我裁力(kN)
A是冲(剪)切面的面积(mm平方)
C是冲裁件的冲裁线长度(mm)
t是冲裁件料厚(mm)
T是材料的抗剪强度(MPa)。

考虑到冲我材料厚度的偏差大,尤其热轧钢板,而且总有同板差,实际冲裁料厚t总是在一定范围波动,冲裁模刃口工作一段时间后就逐渐磨损而变钝,
冲裁力会随之增大$。冲裁间隙分布不够合理和不均匀、材料力学性能的波动等因素,使实际冲裁力还会比计算的理论冲裁力增加10%~30%,故要在理论计
算冲裁力F的基础上,增加安全系数K,即:

F 平 = K*F

式中K是安全系数,通常K值为1.1~1.3。

以上各式中的T值是一个随剪切工具结构形式及剪切条件变化较大的数值,
通常都要在真实或相似条件下试验获取接近实用的数据,一般资料中难以查到。
鉴于材料的抗拉强度x与抗剪强度T有x=(1.1~1.3)T的近似关系,所以,
通常可根据此获得常用实际冲裁力,计算公式如下:

F平=C*t*x

常用材料的抗冲剪和抗拉强度如下表:
金属冲裁,如何计算平刃口冲裁力 金属加工 冲裁力

金属加工,如何确定冲裁间隙的大小

金属冲裁间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关。由于各种冲压件对K其断面质量和尺寸精度要求不同,以及生产条件的差异,在实际生产中,很难有一种统一的间隙数值,而应区别对待,在保证冲裁件断面质量和尺寸精度的前提下,使 模具寿命最高。首先按如下表确定拟采用的间隙类别。

金属加工,如何确定冲裁间隙的大小 金属加工 冲裁间隙 -1

金属加工,如何确定冲裁间隙的大小 金属加工 冲裁间隙 -2

然后按如下表相应 选取该类间隙的比值,经计算便可得到间隙数值。
金属加工,如何确定冲裁间隙的大小 金属加工 冲裁间隙 -3

金属加工,如何确定冲裁间隙的大小 金属加工 冲裁间隙 -4

常用非金属材料冲裁间隙值 见下表。
金属加工,如何确定冲裁间隙的大小 金属加工 冲裁间隙 -5

确定模具间隙时还应注意以下几点:
(1) 当不要求特殊光洁、垂直的剪切面时,应采用表中推荐的正常间隙值;
(2) 厚料冲件,对冲裁断面无特殊要求时,应采用大间隙;
(3)厚料冲件,要求冲裁断面光洁、比较平整时,应采用小间隙(凹模带圆角或椭圆圆角刃部);
(4) 当冲制材料厚度小于0. 3mm的薄料时,可不用间隙,而将淬硬后的凸 模(或凹模)在第一次试冲时,直接在未淬硬的凹模(或凸模)刃部冲出间隙来;
(5) 在高速冲床 (>200次/min) 上进行冲裁,应采用较大间隙,以增加 模具使用寿命;
(6) 当冲床吨位较小时,应采用较大间隙。

金属加工冲裁间隙对生产和模具寿命的影响

1. 冲裁间隙与冲切面质量
由于冲裁模存在间隙而使冲裁件冲切面具有一定斜度,随着冲裁间隙值增减及其分布情况的不同,冲裁件冲切面质量也随之发生变化。冲裁间隙对冲切 面质量的影响如图所示。

金属加工冲裁间隙对生产和模具寿命的影响 金属加工 冲裁间隙 -1

2. 冲裁间隙对冲裁模寿命的影响
冲裁模具的寿命是以冲出合格制品的冲裁次数来衡量的,分为两次刃磨间的寿命与全磨损后总的寿命。当间隙小时,摩擦发热严重,导致模具磨损加剧,使模具与材料之间产生黏结现象,还会引起刃口的压缩疲劳破坏,使之崩刃。间隙过大时,板料弯曲拉伸相对增加,使模具刃口端面上的正压力增大,容易 产生崩刃或产生塑性变形,使磨损加剧。可见,间隙过小与过大都会导致模具 寿命降低。冲裁间隙对冲裁模寿命的影响见下图。
金属加工冲裁间隙对生产和模具寿命的影响 金属加工 冲裁间隙 -2

模具刃口磨损,导致刃口的钝化和间隙增加使制件尺寸精度降低,断面粗糙,毛刺增大,冲裁能量增大。为了提高模具寿命,一般需采用较大间隙, 若制件要求精度不高时,采用合理大间隙,模具寿命可以提高。若采用小间隙 就必须提高模具硬度与制造精度,对冲模刃口进行充分润滑,以减少磨损。

3. 间隙对冲裁力的影响
一般认为,增大间隙可以降低冲裁力,而小间隙则使冲裁力增大。当间隙合理时,上下裂纹重合,最大剪切力较小。而小间隙时,材料所受力矩和拉应力减小,压应力增大,材料不易产生挪裂,上下裂纹不重合,产生二次剪切, 使冲裁力、冲裁功有所增大;增大间隙时,材料所受力矩与拉应力增大,材料易于剪裂分离,故最大冲裁力有所减小。如对冲裁件质量要求不高,为降低冲裁力、减少模具磨损,倾向于取偏大的冲裁间隙。

什么是冲裁间隙及其对冲裁作业的影响

什么是冲裁间隙及其对冲裁作业的影响 金属加工 冲裁间隙 -1

从图所示可以看出,冲裁模与凸模间刃口侧壁相应位置 的距离,即冲裁间隙。冲裁零件的尺 寸取决于冲裁模的工作零件尺寸落料件尺寸取决于凹模尺寸,用缩小匹 配凸模尺寸,取得冲裁间隙。冲孔时, 孔的尺寸等于冲孔凸模尺寸,依放大匹配冲尺寸,取得冲孔间隙。

冲裁间隙对冲裁作业的影响如下表:
什么是冲裁间隙及其对冲裁作业的影响 金属加工 冲裁间隙 -2

模具型式对冲裁精度的影响

冲裁件的精度与粗糙度 主要的材料与模具型式影响。
1、冲裁件的表面平整度。一般冲裁中,应符合工件选用的原材料供货状态的平整度要求。冲裁时若工件产生拱凹陷等不平整,应在模具设计时加弹性压料板或顶板等 。
2、模具型式。模具的精度分普通和高级,模具的定位方式也会影响冲裁件的精度。如下表:

模具型式对冲裁精度的影响 金属加工 冲裁精度

金属加工 钢铁材料的工艺性能

钢铁材料的工艺性能是指钢铁材料适应加工工艺要求的能力。在设计机械 零件和选择其加工方法时,都要考虑金属材料的工艺性能。按成形工艺方法不 同,一般工艺性能有:铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性。另外,常把与 材料最终性能相关的热处理工艺性也作为工艺性能的一部分。

(1)铸造性:钢铁材料的铸造性是指金属熔化成液态后,再鋳铸造成型时所 具有的一种特性。通常衡量金属材料祷铸造性的指标有:流动性、收缩率和偏析倾向,见如下表。
金属加工 钢铁材料的工艺性能 金属加工 金属加工基础 -1

(2) 锻造性: 锻造性是指金属材料在锻造过程中承受塑性变形的性能。如果金属材料的塑性好,易于锻造成形而不发生破裂,就认为锻造性好。铜、铝的合金在冷态下就有很好的锻造性;碳钢在加热状态下,锻造性也很好;而青铜的可锻性就差些。至于脆性材料的锻造性就更差,如祷铁几乎就不能锻造。 为了保证热压加工能获得好的成品质量,必须制订科学的加热规范和冷却规范。
金属加工 钢铁材料的工艺性能 金属加工 金属加工基础 -2

(3)切削加工性:金属材料的加工性是指金属在切削加工时的难易程度。加工性如何是与多种因素有关的。诸如:材料的组织成分、硬度、强度、塑性、韧性、导热性、金属加工硬化程度及热处理等。具有良好切削性能的金属材料,必须具有适宜的硬度(一般希望硬度控制在170~230HBS)和足够的脆性。在切削过程中,由于刀具易于切入,切屑易碎断,就可减少刀具的磨损,降低刃部受热的温度,使切削速度提高,从而降低工件加工表面的粗糙度。一般说来,有色金属材料比黑色金属材料的加工性好,铸铁比钢的加工性好、中碳钢比低碳钢的可加工性要好。热轧低碳钢加工表面精度差,切削加工中易出现“粘刀”现象,这是由于它的硬度、强度低而塑性、韧性高的缘故。难切削金属材料,如不锈钢和耐热钢是由于它们的强度、硬度(特别是高温强度、硬度)和塑性、韧性都偏高,所以难于加工。金属材料的加工性很难用一个指标来评定可切削性能的好坏,通常用“切削率”或“切削加工系数”来相对地表示,亦即“相对切削加工性”。这种表示方法,对于加工部门来说是比较实用的,因而使用较为广泛。所谓“切削率”或“切削加工系数”,是指选用某一钢种作为标准材料(一般选用易切结构钢——Y12,也有采用其他钢种的),取其在切削加工精度、粗糙度相同和刀具寿命一致的情况下,用被试材料与标准材料的最大切削速度之比值来表示。比值以百分数表示的,称为“切削率”(标准材料的切削率规定为100%,比值以整数或小数表示,称为”切削加工系数”(标准材料的切削加工系数规定为1)。凡切削率高或切削加工系数大的,这种材料的加工性就较好,反之,就不好。

各种金属材料的可加工性,按其相对切削加工性的大小,可以分为8级。
金属加工 钢铁材料的工艺性能 金属加工 金属加工基础 -3

金属加工 钢铁材料的工艺性能 金属加工 金属加工基础 -4

(4)热处理工艺性能:热处理是指金属或合金在固态范围内,通过一定的加热、保温和冷却方法,以改变金属或合金的内部组织,而得到所需性能的一种工艺操作。衡量金属材料热处理工艺性能的指标有:淬硬性、淬透性、淬火变形及开裂趋势、表面氧化及脱碳趋势、过热及过烧敏感趋势、回火稳定性、回火脆性等。

金属冲压常用到的钢铁材料分类

金属冲压常用到的钢铁材料分类 金属加工 金属加工基础

生铁:
含碳量>2%,并含硅、锰、硫、磷 等杂质的铁碳合金 。

通常分为炼钢用生铁和铸造用生铁两大类 。

工业纯铁:
杂质总含量< 0. 2%及含碳量在0.02%〜0. 04%的纯铁。

重要的软磁材料,也是制造其他磁性合 金的原材料。

祷铁:

用祷造生铁为原料,在重焰后直接饶 注成祷件,是含碳量>2%的铁碳合金。

主要有灰祷铁、可锻祷铁、球墨祷铁. 耐磨祷铁和耐热祷铁。

铸钢:
祷钢是指采用祷造方法产出来的一 种钢祷件,其含碳量一般在0.15%〜 0. 60%之间。

一般分为祷造碳钢和祷造合金钢两大类。

钢:
以铁为主要元素,含碳量一般< 2%,并含有其他元素的材料。

炼钢生铁经炼钢炉溶炼的钢,除少数是 直接饶注成钢祷件外,绝大多数是先祷成 钢锭、连祷坯,再经过锻压或礼制成锻件 或各种钢材。通常所讲的钢,一般是指轧制成各种型材的钢 。