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2～33～47～112212－－13～1638202.5～44～58～122615－－17～224825铜黄铜青铜白铜银18～2222～3032～4028～361925～3035～4040～6045～56－22～2828～3540～5035～452630～4040～6050～7555～70－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30～3527～3633～4228以上28以上28～3233～4441～52钢0.1%C〃0.2%C〃0.3%C〃0.4%C〃0.6%C2532364556324048567232404556724050607290钢0.8%C〃1.0%C硅钢板不锈钢板72804552901055656901005566～7011013065－镍25－44～5057～63革云母厚0.5mm〃厚2mm纤维桦木材料0.6～0.8859～182－－－－－*{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)／4D：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。