某零件級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中壓力中心的確定、沖壓力計(jì)算及壓力機(jī)的選擇計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u23467某零件級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中壓力中心的確定、沖壓力計(jì)算及壓力機(jī)的選擇計(jì)算案例 121686第1章設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)及產(chǎn)品圖 1133961.1零件介紹 1136101.2技術(shù)要求 25058第2章壓力中心的確定、沖壓力計(jì)算及壓力機(jī)的選擇 2215362.1模具壓力中心的確定 216456（1）對(duì)稱(chēng)沖件 428410（2）直線段 422676（3）圓弧線段 433612.2沖壓力的計(jì)算 11256272.2.1沖裁力的計(jì)算 11264262.2.2卸料力及推件力的計(jì)算 13214752.3壓力機(jī)的選擇 15167092.3.1壓力機(jī)的選擇原則 15第1章設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)及產(chǎn)品圖1.1零件介紹產(chǎn)品零件名稱(chēng)：搭接板產(chǎn)品零件尺寸及示意圖如圖2-1圖2-1材料：紫銅料厚：0.5mm生產(chǎn)批量：大批量精度要求：IT141.2技術(shù)要求毛刺小于0.1mm表面平整無(wú)嚴(yán)重劃傷，孔不允許變形第2章壓力中心的確定、沖壓力計(jì)算及壓力機(jī)的選擇2.1模具壓力中心的確定模具壓力中心的定義：沖裁時(shí)的合力作用點(diǎn)或多工序模各工序沖壓力的合力作用點(diǎn)，稱(chēng)為模具壓力中心。進(jìn)行沖裁加工時(shí)，我們必須提前確定好模具的壓力中心，否則如果模具壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心不一致，沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生片在，這就會(huì)加劇模具以及滑塊與導(dǎo)軌的磨損，進(jìn)而降低模具和壓力機(jī)的使用壽命。在確定模具壓力中心時(shí)，通常有兩種方法即解析法和圖解法。此處，我們使用解析法來(lái)確定模具壓力中心。理論依據(jù)：根據(jù)力學(xué)定理，諸分力對(duì)某軸力矩之和等于其合力對(duì)同軸之矩，則有xc＝F1xyc＝F1y因?yàn)镕1＝l1tσb，F(xiàn)2＝l2tσb，…，xc＝l1yc＝l1式中F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)x1，x2，…，xy1，y2，…，yl1，l2，…，lt——板材厚度（mm）；σb——

思路方法：找出每一個(gè)圖形的壓力中心，之后重新建立坐標(biāo)系，找出模具的壓力中心。壓力中心的確定方法：對(duì)稱(chēng)沖件如圓、長(zhǎng)方形、正方形等，對(duì)稱(chēng)沖件的壓力中心是其幾何中心。直線段直線段的壓力中心為其中點(diǎn)圓弧線段圓弧線段的壓力中心按該式計(jì)算：y＝R·sinαα式中y——圓弧中心到壓力中心的距離；α——圓弧中心角的一半（用弧度表示）。實(shí)際數(shù)據(jù)：①直徑d＝3mm的圓圖6-1如圖建立直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)與圓心重合。由于該圖形為中心對(duì)稱(chēng)圖形，因此該圖形的壓力中心為其幾何中心，壓力中心的坐標(biāo)為（0,0）。

②長(zhǎng)為7mm，寬為2mm的長(zhǎng)方形圖6-2如圖建立直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)與長(zhǎng)方形的幾何中心相重合。由于該長(zhǎng)方形是軸對(duì)稱(chēng)圖形，因此該圖形的壓力中心是其幾何中心，壓力中心的坐標(biāo)為（0,0）。③長(zhǎng)為15mm，寬為3mm的長(zhǎng)方形圖6-3如圖建立直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)與長(zhǎng)方形的幾何中心相重合。由于該長(zhǎng)方形是軸對(duì)稱(chēng)圖形，因此該圖形的壓力中心是其幾何中心，壓力中心的坐標(biāo)為（0,0）。

④長(zhǎng)為12mm，寬為8mm的長(zhǎng)方形圖6-4如圖建立直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)與長(zhǎng)方形的幾何中心相重合。由于該長(zhǎng)方形是軸對(duì)稱(chēng)圖形，因此該圖形的壓力中心是其幾何中心，壓力中心的坐標(biāo)為（0,0）。⑤直徑d＝16mm的圓圖6-5如圖建立直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)系原點(diǎn)與圓心重合。由于該圖形為中心對(duì)稱(chēng)圖形，因此該圖形的壓力中心為其幾何中心，壓力中心的坐標(biāo)為（0,0）。⑥軸對(duì)稱(chēng)五邊形圖6-6如圖建立直角坐標(biāo)系，由于該圖形不是簡(jiǎn)單的對(duì)稱(chēng)沖件，因此需要用到理論依據(jù)中提到的計(jì)算公式。數(shù)據(jù)如下：L＝2mm，坐標(biāo)為（1,8）、（-8，-1）L＝10mm，坐標(biāo)為（2,3）、（-3，-2）L＝82mm，坐標(biāo)為（-4,4）代入公式xc＝l1yc＝l1得x0＝（?8）×2＋（?4）×82＋1×2＋2×10＋（﹣3）×102＋82y0＝（﹣1）×2＋4×82＋8×2＋3×10＋（﹣2）×10故（x0，y

⑦圖6-7如圖建立直角坐標(biāo)系，該圖形為軸對(duì)稱(chēng)圖形。在該圖形中，除了有直線段可以直接選取線段的中點(diǎn)作為壓力中心點(diǎn)以外，還有圓弧，計(jì)算圓弧處的壓力中心時(shí)需要用到圓弧壓力中心的計(jì)算公式。計(jì)算過(guò)程如下：y＝R·sinαα＝8×22×y·sin45°＝y(tǒng)×cos45°＝7.203×22橫坐標(biāo)＝3.5＋5.093＝8.593縱坐標(biāo)＝12＋5.093＝17.093弧長(zhǎng)＝0.25×2×π×R＝0.25×2×π×8＝12.567代入公式xc＝l1yc＝l1得x0＝（?3.5）×12＋（?8.593）×12.597＋（﹣11.5）×2＋0×23＋11.5×2＋8.593×12.597＋3.5×12＋0×7y0＝6×12×2＋17.093×12.567×2＋21×2×2＋22×23＋0×712×2＋12.567×2＋2×2＋23＋7＝1163.61583.134故（x0，y⑧圖6-8該圖形為一軸對(duì)稱(chēng)圖形，如圖所示建立直角坐標(biāo)系。該圖形關(guān)于y軸對(duì)稱(chēng)，因此壓力中心中的x坐標(biāo)可直接得到為0。該圖形可看成由直線和半圓弧所組成。直線段可以直接取其中點(diǎn)為其壓力中心點(diǎn)，對(duì)于圓弧可利用公式進(jìn)行計(jì)算。α＝π，R＝2.5mm代入公式得y＝R·sinαα代入公式xc＝l1yc＝l1得x0＝2.5×10＋（﹣2.5）×10＋5×0＋7.834×0y0＝5×10＋5×10＋0×5＋10×7.83410＋10＋5＋7.834＝故（x0，y

得到了每一個(gè)圖形的壓力中心之后，接下來(lái)就是將每一個(gè)圖形放在排樣圖中，重新繪制坐標(biāo)系，得到模具的壓力中心，如下圖所示。圖6-9①L＝2πR＝9.425，圓心坐標(biāo)（80,11）、（80,37）；②L＝18，中心坐標(biāo)（82,12.5）；③L＝36，中心坐標(biāo)（62.5,1.5）；④L＝40，中心坐標(biāo)（58,23.2）；⑤L＝50.265，中心坐標(biāo)（46,37）；⑥L＝35.314，中心坐標(biāo)（33,4）；⑦L＝83.133，中心坐標(biāo)（11.5,39）；⑧L＝32.854，中心坐標(biāo)（9.43,10.5）。代入公式xc＝l1yc＝l1得x0＝＝12441.395314.416y＝9.425×11＋9.425×37＋18×16.5＋36×1.5＋40×23.3＋50.265×37＋35.314×4＋83.133×39＋32.854×10.5＝7323.615314.416綜上，該模具壓力中心坐標(biāo)為（x0，y2.2沖壓力的計(jì)算模具采用彈性卸料方式，沖孔廢料采用下出料的方式。因此總壓力為沖裁力、卸料力和推件力三者之和。2.2.1沖裁力的計(jì)算計(jì)算沖裁力的目的是為了合理地選擇壓力機(jī)和設(shè)計(jì)模具，壓力機(jī)的噸位必須大于所計(jì)算的沖裁力，以適應(yīng)沖裁的要求。為了降低模具的磨損，提高模具的使用效率，在進(jìn)行沖裁時(shí)可以選擇平刃口或者是斜刃口。此處我們所設(shè)計(jì)的模具選擇的是平刃口。沖裁力的大小主要與材料力學(xué)性能、厚度以及沖裁件分離的輪廓長(zhǎng)度有關(guān)。用平刃口模具沖裁時(shí)，沖裁力F（N）可按下式進(jìn)行計(jì)算F＝KLtτ（6-4）式中L——沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）；t——材料厚度（mm）；τ——材料抗剪強(qiáng)度（MPa）；K——系數(shù)?？紤]到材料力學(xué)性能的變化、模具的刃口磨損、材料厚度的偏差等多種因素的影響，一般取K＝1.3。查表可知，材料為紫銅的抗剪強(qiáng)度為τ＝160MPa圖6-10①處沖裁力：（2個(gè)）R＝1.5mmD＝2πR＝9.425mmF1＝KLtτ＝1.3×9.425×0.5×②處沖裁力：（1個(gè)）L＝2×7＋2×2＝18mmF2＝KLtτ＝1.3×18×0.5×③處沖裁力：（1個(gè)）L＝15×2＋3×2＝36mmF3＝KLtτ＝1.3×36×0.5×④處沖裁力：（1個(gè)）L＝12×2＋8×2＝40mmF4＝KLtτ＝1.3×40×0.5×⑤處沖裁力：（1個(gè)）R＝8mmD＝2πR＝50.265mmF5＝KLtτ＝1.3×50.265×0.5×⑥處沖裁力：（1個(gè)）L＝82＋2×2＋10×2＝35.312mmF6＝KLtτ＝1.3×35.312×0.5×⑦處沖裁力：（1個(gè)）L＝23＋2×2＋12×2＋7＋π×R＝83.133mmF7＝KLtτ＝1.3×83.133×0.5×⑧處沖裁力：L＝10×2＋5＋π×R＝32.854mmF8＝KLtτ＝1.3×32.854×0.5×綜上，沖裁力F沖＝2×F1＋F2＋F3＋F4＋F5＋2×980.2＋1872＋3744＋4160＋5227.56＋3672.448＋8645.832＋3412.816＝32699.056N2.2.2卸料力及推件力的計(jì)算無(wú)論是采用哪一種刃口沖裁，當(dāng)沖裁工作完成之后，由于彈性變形，在板料上沖裁出的廢料（或者是工件）孔徑的大小會(huì)沿著徑向方向發(fā)生一定程度的收縮，因此會(huì)緊緊地卡在凸模上。而沖裁下來(lái)的工件（或者是廢料）會(huì)沿著徑向方向擴(kuò)張，由于其會(huì)力圖恢復(fù)彈性彎，所以會(huì)卡在凸模孔內(nèi)。此時(shí)就需要卸料力來(lái)將套在凸模上的材料卸下來(lái)，把卡在凹模孔內(nèi)的沖件或廢料推出。綜上所述，卸料力F卸可簡(jiǎn)單定義為從凸模上將零件或廢料卸下來(lái)所需要的力，推件力F由于卸料力和推件力是由壓力機(jī)和模具的卸料裝置獲得的。這些力會(huì)受到材料的力學(xué)性能、材料的厚度、模具的間隙、零件的形狀和尺寸、凸、凹模表面粗糙度以及潤(rùn)滑條件等的影響。為了準(zhǔn)確計(jì)算出這些力，實(shí)際生產(chǎn)中我們會(huì)使用如下的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算F卸＝KF推＝K式中F——沖裁力（N）；K卸、K表6-1卸料力、推件力和頂件力系數(shù)料厚（mm）KKK銅≤0.1＞0.1~0.5＞0.5~2.5＞2.5~2.5＞2.50.065~0.0750.045~0.0550.04~0.050.03~0.040.02~0.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03鋁鋁合金0.025~0.080.02~0.060.03~0.070.03~0.09紫銅黃銅由表6-1可知，當(dāng)材料厚度t＝0.5mm，材料選用紫銅時(shí)K卸為0.02~0.06，取KK推為0.03~0.09，取K因此F卸＝K卸F＝0.06F推＝K推F＝0.08注：實(shí)際生產(chǎn)中，凹?？卓跁?huì)同時(shí)卡有好幾個(gè)工件，所以在計(jì)算推件力時(shí)應(yīng)考慮工件數(shù)目。設(shè)h為凹?？卓谥北鄣母叨龋瑃為材料厚度，則工件數(shù)n：n＝?th＝3mm，t＝0.5mm，代入公式可知n＝30.5故可得到真正的推件力F推＝6×K推F＝6×0.08綜上所述，總壓力F總＝F沖＋F＝32699.056＋1961.944＋15695.544＝50352.544N≈51KN2.3壓力機(jī)的選擇2.3.1壓力機(jī)的選擇原則沖壓設(shè)備選擇的合理與否直接關(guān)系到模具使用的安全性、合理性以及工件的質(zhì)量等問(wèn)題。此外，模具的使用壽命、生產(chǎn)效率外加生產(chǎn)成本等一系列的問(wèn)題也是與沖壓設(shè)備息息相關(guān)的。在進(jìn)行模具裝配時(shí)，如若選擇不合理的壓力機(jī)，如壓力不足則達(dá)不到?jīng)_壓目的、壓力太大則很可能會(huì)引發(fā)安全問(wèn)題。因此，在選用壓力機(jī)時(shí)必須保證壓力機(jī)的各個(gè)參數(shù)均是滿足模具工藝要求的規(guī)定。對(duì)于壓力機(jī)的類(lèi)型，這需要全方位考慮獲得工件所需要完成的工序的工藝性質(zhì)、生產(chǎn)批量的大小制件的幾何尺寸和精度等因素。沖裁設(shè)備的選擇原則：①?zèng)_裁件形狀及大小的影響對(duì)于中小型的沖裁件，一般會(huì)選用具有C型開(kāi)式曲柄壓力機(jī)。對(duì)于大中型或者是對(duì)精度要求比較高的沖裁件，在生產(chǎn)中一般會(huì)選用閉式曲柄壓力機(jī)。②生產(chǎn)批量的影響進(jìn)行大批量生產(chǎn)時(shí)，考慮精度與剛度的要求，一般選擇三梁四柱立式壓力機(jī)。進(jìn)行小批量生產(chǎn)時(shí)，一般選用液壓機(jī)。③在實(shí)際生產(chǎn)中要考慮成本和設(shè)計(jì)方案的可行性。綜合考慮多方面的因素后，為了保證達(dá)到零件要求的加工精度，根據(jù)計(jì)算所得的總沖壓力F總選用的壓力機(jī)的公稱(chēng)壓力為P≥（1.1~1.3）F總即P≥（1.1~1.3）×51＝52.1~62.3K