冲裁凸模的强度计算.docx
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冲裁凸模的强度计算
产品数据〕冲裁凸模的强度计算
在冲裁加工中,有时会发生凸模刃部折损和肩部破损等问题。
这些问题大多是由于零件的技术数据不足,以及冲裁工具的材质和形状选择错误所引起的。
为了减少这些问题,并考虑到工具钢的疲劳强度和肩部的应力集中等,本页列出了正确使用凸模的基准。
1.冲裁力的计算
冲裁力P[kgf]
2.凸模刃部的破损
施加于刃部的应力σ[kgf/mm2]
[例2]使用肩型凸模 SPAS6-50-P2.8
顶料型凸模SJAS6-50-P2.8
(d1尺寸根据
点击此处为0.7)时,求取凸模刃部的破损可能性。
(冲裁条件与例1相同。
)
(a)肩型凸模则根据公式
(2)
σs=4×1.2×64/2.8=110kgf/mm2
(b)顶料型凸模则根据公式(3)
σJ=4×2.8×1.2×64/(2.82-0.72)
=117kgf/mm2
根据图2,σs为110kgf/mm2时,SKD11凸模约9000冲次时凸模的刃部有可能发生破损。
此外,将材料更换为SKH51后,发生可能性提高到4万冲次左右。
顶料型凸模也可以同样方法求得破损发生可能性,但由于其截面面积较小,因此5000冲次左右即发生破损。
使用时,使施加于凸模的应力σ低于凸模材质的许用应力则不会发生破损。
(根据模具精度、模具结构、被加工材料的规格偏差、凸模的表面光洁度、热处理等条件的不同会有所变化,请将该图作为参考标准。
)
〔图2〕工具钢的疲劳特性
〔表1〕各种材料的抗剪强度、抗拉强度
材料
抗剪强度τ
(kgf/mm2)
抗拉强度σB
(kgf/mm2)
软质
硬质
软质
硬质
铅
锡
铝
硬铝
锌
2~3
3~4
7~11
22
12
-
-
13~16
38
20
2.5~4
4~5
8~12
26
15
-
-
17~22
48
25
铜
黄铜
青铜
白铜
银
18~22
22~30
32~40
28~36
19
25~30
35~40
40~60
45~56
-
22~28
28~35
40~50
35~45
26
30~40
40~60
50~75
55~70
-
热轧钢板(SPH1~8)
冷轧钢板(SPC1~3)
拉深用钢板
结构用钢板(SS330)
结构用钢板(SS400)
26以上
26以上
30~35
27~36
33~42
28以上
28以上
28~32
33~44
41~52
钢0.1%C
〃0.2%C
〃0.3%C
〃0.4%C
〃0.6%C
25
32
36
45
56
32
40
48
56
72
32
40
45
56
72
40
50
60
72
90
钢0.8%C
〃1.0%C
硅钢板
不锈钢板
镍
72
80
45
52
25
90
105
56
56
-
90
100
55
66~70
44~50
110
130
65
-
57~63
革
云母厚0.5mm
〃厚2mm
纤维
桦木材料
0.6~0.8
8
5
9~18
2
-
-
-
-
-
*{N}=kgf×9.80665
(Schuler公司、Bliss公司)
3.最小冲裁直径
最小冲裁直径dmin.
〔图3〕冲裁的加工限度
4.由纵弯曲引起的破损
纵弯曲负荷P[kgf]
从该欧拉公式可以看出,若要提高纵弯曲强度P,使用卸料导向件,采用纵弹性系数较大的材质(SKD→SKH→HAP),并将刃部的长度缩短后即可。
纵弯曲负荷P表示的是凸模受到纵弯曲负荷发生破损时的值,选定凸模时必须考虑安全系数为3~5。
冲小孔时,选择凸模时特别需要注意纵弯曲负荷和施加于凸模的应力。
[例4]即便用直杆型凸模在不锈钢板SUS304(板厚1mm,抗拉强度σb=60kgf/mm2)上用直杆型凸模(SKD11)冲φ8的孔
也不会发生纵弯曲时,求其全长。
此外,若凸模固定板的厚度T=20mm,则使用全长在107mm以下的凸模,可防止纵弯曲。
如果是卸料板基准(将凸模固定板与杆部以间隙配合,利用凸模刃部导向)的凸模,则全长需在87mm以下。
5.凸缘部的破损
凸缘部的破损原因正如
点击此处的厚板冲裁用凸模概要中所述,主要是由于冲裁加工时产生的弹性波造成的拉力(在穿通时,相当于冲裁负荷的拉力施加在凸模上)和应力集中所引起的。
凸缘部的防破损方法有
1.为了缓和应力集中,增大肩部过渡圆弧半径。
(使用厚板冲裁用凸模)
2.增大肩部的强度,使其超过凸模刃部的强度。
在此,我们采用方法2,求得不会使肩部破损的最佳杆径。
计算法
施加在凸模上的冲孔负荷P为
P=πdtτ
凸缘部的容许应力σw为
(a)肩型凸模的情况下
σw=Pα/At
=4Pα/πD2
(b)顶料型凸模的情况下
σwJ=4Pα/π(D2-M2)
求得冲裁条件与例1相同时
的凸缘部强度。
At:
凸缘部的截面面积[mm2]
(a)肩型凸模的情况下
At=πD2/4
(b)顶料型凸模的情况下
At=π(D2-M2)/4
D:
杆部直径
α:
应力集中系数
(a)肩型凸模的情况下α≈3
厚板冲孔用凸模α≈2
斜肩凸模α≈1.6
(b)顶料型凸模的情况下α≈5
〔图5〕凸缘部的破损
图表求值法
〔图6〕
a)求板厚t与抗剪强度τ的交点a。
b)从交点a向左或右延长,求得与凸模刃部直径的交点b。
・交点b在冲裁数105线下方,因此SKH、SKD均表示可以承受105次以上的冲裁数。
〔图7〕
c)从交点a向右延长,求得与凸模刃部直径的交点c。
d)从交点c向下,求得与冲裁数104线(标准、厚板用)的交点d、d'。
e)从交点d、d'向右延伸,求得杆径。
・由于标准凸模(SKH)为14.0,因此选定杆径为φ16。
・由于厚板用凸模(SKH)为11.8,因此选定杆径为φ13。
本选定表是根据拉伸压缩的疲劳试验结果所得出的结论,与实际的冲裁有些差异,
本表仅供参考。
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