冲孔落料设计说明书(3)

5 工艺参数计算

5.1 排样方式的选择

冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。排样的意义在于减小材料消耗、提高生产率和延长模具寿命，排样是否合理将影响到材料的合理利用、冲件质量、生产率、模具结构与寿命。

排样的方法有：直排、斜排、对直排、混合排 ，根据设计模具制件的形状、厚度、材料等方面全面考虑。因此有下列三种方案：

方案一：有废料排样 沿冲件外形冲裁，在冲件周边都留有搭边。冲件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。

方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。

方案三：无废料排样 冲件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。 采用少、无废料排样法，材料利用率高，不但有利于一次冲程获得多个制件，而且可以简化模具结构，降低冲裁力，但受条料宽度误差及条料导向误差的影响，冲裁件的尺寸精度不易保证，分析零件形状，应采用单直排的排样方式，排样图如图5-1所示。

图5-1 排样图示意图

搭边值的确定

排样中相邻两工件之间的余料或工件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边是废料，从节省材料出发，搭边值应愈小愈好。但过小的搭边容易挤进凹模，增加刃口磨损，降低模具寿命，并且也影响冲裁件的剪切表面质量。一般来说，搭边

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值是由经验和查表来确定的，该制件的搭边值采用查表取得。

如表5-1所示：根据此表和工件外形可知L﹥50mm，可确定搭边值a和a1，a取1.3mm，a1取1.5mm，较为合理。

表5-1 搭边a和a1数值（低碳钢） mm

材料厚度t 0.25以下 0.25~0.5 0.5~0.8 0.8~1.2 1.2~1.6 1.6~2.0 2.0~2.5 2.5~3.0 矩形件边长L≥50mm或圆角r≤2t的工件 工件间a1 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 2.2 2.5 沿边a 3.0 2.5 2.0 1.3 2.0 2.2 2.5 2.8 送料步距A：送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离，每次只冲一个零件的步距按式：S＝D＋a1，S＝28＋1.5＝29.5mm 条料宽度B：B＝（40+2×1.3）mm=42.6mm 材料利用率的计算

冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比就叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的经济性指标。关于材料利用率，可用下式表示：

η=A/BS×100% (5-2) 式中: A-一个步距内冲裁件的实际面； B-条料宽度； S-步距。

由cad测量工具求得面积：

A≈63.44(mm2)

纵排 ： η=A/BS×100%

=[（28×40-3.14×2×2）÷(42.6×29.5)]×100% ≈88.1(％) 最终的排样图如图5-2所示：

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图5-2 最终排样图

5.2 冲压力的计算

计算冲裁力是为了选择合适的压力机，设计模具和检验模具的强度，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适宜冲裁的要求，普通平刃冲裁模，其冲裁力Fp一般可以按下式计算：

Fp=KptLτ (5-3)

式中:τ-材料抗剪强度，见表5-3(MPa)； L-冲裁周边总长(mm)； t-材料厚度(mm);

系数Kp是考虑到冲裁模刃口的磨损，凸模与凹模间隙之波动（数值的变化或分布不均）润滑情况，材料力学性能与厚度公差的变化等因数而设置的安全系数Kp，一般取1～3。当查不到抗剪强度τ时，可以用抗拉强度σb代替τ，而取Kp=1.3的近似计算法计算。

由于45钢的力学性能查表可得：抗剪强度τ取350MPa。

τ的数值取决于材料的种类和坯料的原始状态，可在设计资料及有关手册中查找，本设计τ取值的通过查下表2-1确定，材料厚度t=1.0mm，取τ=350MPa。

5.2.1 总冲裁力的计算

由于冲裁模具采用弹性卸料装置和自然落料方式。

F冲= F1+F2 (5-4)

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式中: F冲-总冲裁力； F1-落料时的冲裁力； F2-冲孔时的冲裁力。 冲裁周边的总长(mm)，落料周长为：

L1≈116.52(mm)(利用CAD测量工具)

冲孔周长为：

L2≈88 (mm) (利用CAD测量工具) 落料冲裁力由公式(5-3)得：

F1=KptL1τ

=1.3×1.0×116.52×350 =53(KN) 冲孔冲裁力由公式(5-3)得：

F2=KptL2τ =1.3×1.0×88×350 =40(KN) 5.2.2 卸料力、推件力的计算

当上模完成一次冲裁后，冲入凹模内的制件或废料因弹性扩张而梗塞在凹模内，模面上的材料因弹性收缩而会紧箍在凸模上。为了使冲裁工作连续，操作方便，必须将套在凸模上的材料刮下，将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力。

模具采用弹性卸料装置和推件结构，凹模型口直壁高度h=5mm，所需卸料力F卸和推件力F推分别为：

推件力、卸料力计算公式如下：

F推=nK推F冲 (5-5) F卸= K卸 F落 (5-6)

式中：F推-推件力； F卸-卸料力； F冲-冲裁力；

K卸-卸料力系数，见表5-5；

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K推-推件力系数，见表5-5； n-卡在凹模里的工件个数，n=h/t。

表5-4 卸料力、推件力和顶件力系数 mm

料厚/mm 钢 ≤0.1 ＞0.1~0.5 ＞0.5~2.5 ＞2.5~6.5 ＞6.5 铝及铝合金 紫铜、黄铜 K卸 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.02 0.025~0.08 0.02~0.06 K推 0.1 0.063 0.055 0.045 0.025 0.03~0.07 0.03~0.09 K顶 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 注：卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 K推-推件力系数通过查表5-4确定，推件力系数取K推＝0.055； 由公式(5-5)得： 推件力 F推=nK推F冲 =4/1.0（取整5）×0.055×40 =8.8（KN）

K卸—卸料力系数通过查表5-4确定，卸料力系数取K卸＝0.045； 由公式(5-6)得： 卸料力 F卸= K卸 F落

=0.045×53

=2.4（KN） 5.2.3 总冲压力的计算

F= F冲+F落+F卸+F推 =53+40+8.8+2.4

≈104.2KN

5.2.4 初选压力机

压力机可分为机械式和液压式，机械式分为摩擦压力机、曲柄压力机、高速冲床，液压式分为油压机、水压机，而在生产中一般常选用曲柄压力机，曲柄压力机分有开式和闭式两种，开式机身形状似英文字母C，其机身前端及左右均敞开，操作可见大，但机身刚度差，压力机在工作负荷作用下会产生变形，一般压力机吨位不超过2000KW。闭式机左右两侧封闭，操作不方便，但机身刚度好，压力机精度高。考虑到经济性能、加工要求和操作方便在此选开式压力机。根据以上计算数值，查下表5-5初选压力机为J23-16型压力机。

表5-5 开式压力机规格及参数

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