厚板冲孔冲头的设计

22DieandMouldTechnologyNo.62000文章编号:1001-4934(2000)06-0022-03

厚板冲孔冲头的设计

冯玉玲

(郑州日产汽车有限公司工艺处,河南郑州 451450)

摘 要:分析了厚料冲孔用冲头破损的主要原因,针对这些易产生的问题,设计了一

种冲头,并说明了其特点。实践证明,其强度和寿命都得到了很大提高。

关键词:厚板冲孔;冲头;结构设计

中图分类号:TG382 文献标识码:B

Abstract:Thispaperanalyzesmainreasonwhythicksheetpiercingpunchiseasilydestroyed,

anddesignanewpunchtoabove-mentionedproblemandintroducesitssomecharacters.Itis

provedinpracticethatstrengthandlifeofthenewpunchareimproved.

Keywords:thicksheetpiercing;punch;structuredesign

0 引言

在冲模设计时,时常会遇到厚度大于6.5mm,特别是大于10mm的板料,或如高张力钢板及钢板不易剪断的材料,通常情况下是按照 汽车冲模标准 选用QM2102-93提供的厚料冲头,但在冲压生产过程中还经常发生冲头刃口折损或凸缘部破损等问题,大多数都是对冲孔冲头的技术资料不能充分了解或选择的材质及形状错误所致。要减少这些问题,就应考虑工具钢疲劳强度及凸缘部应力集中的原因、热处理的情况等。

(1)一般情况下,最大冲裁力P=lt

式中l!!!冲孔周长;

t!!!材料的厚度;

!!!材料抗剪强度。

(2)加在冲头刃口端的应力 =P/A

式中P!!!冲裁力;

A!!!冲头刃口的断截面积。

因此,在冲头刃口端的应力 ,在小于冲头材质的许用应力以下,就无破损的可能性,但也与模具精度、模具结构、被加工材料不同、冲头表面粗糙度、热处理条件有很大关系。下面着重分析头部凸缘部的破损。

收稿日期:2000-02-11(),,工

模具技术2000.No.6231 冲头凸缘部破损的原因

冲头凸缘部破损的原因一般是因为加工的板料太厚或在剪断抵抗力大的材料时,

凸缘部发生应力集中和弹性波引起的拉力所造成。如图1所示。

1 1 应力集中

冲头凸缘部是从柄部开始骤变的形状,此种形状,一般

就会发生应力集中,致使强度降低,引起凸缘部破损,而缓

和造成这种破损的应力集中则以放大凸缘下的R(或作成

锥形形状),抑制形状急激变化。如图2所示。

1 2 弹性波引起的拉力

冲头在冲孔时,受到很大的压缩力,

在冲头突穿材料的

瞬间,即急骤松开压缩力,相反同时会产生很大的冲

击拉力,这种因弹性波引起的冲拉力,有时会大到相

当于冲孔负荷的力量,这就是造成凸缘部破损的原

因之一,如图3所示。图1 冲头的破坏

2 厚板冲孔用冲头的设计及特点

图2 凸缘应力集中

为了减少以上分析所发生的问题,所

设计的冲

头形状如图4所示,其特点:

(1)冲头凸缘部

冲头凸缘部的厚度,为防止因弹性波引起的

动击力造成剪断破坏,设定为8mm。

(2)冲头凸缘部外径及下周缘部下R

从图2可知,冲头凸缘部下R愈大,集中应

力数值愈小,强度就提高。考虑到耐实用性,经济

性,R决定为1.2~1.5mm,外径比冲头柄部(D)

加大5mm(D+5mm)。

(3)冲头凸缘部上面外周

冲头凸缘上部外周形成10 斜面,这是为尽量

(4)冲头强度(a)!R大时 (b)!R小时图3 发生拉力状况(a)!加工时 (b)!加工后减少因外周附近的力量,产生的弯曲力矩而产生的。如图5所示,h1>h2。

冲孔条件相同的情况下,一样的柄径,强度是标准冲头的2倍,如图6所示,D=5mm时,同样条件下此种冲头与标准冲头的疲劳强度示意图。

(5)冲头刃口的阶梯状

24DieandMouldTechnologyNo.62000模间隙较大)和失稳的作用。

(6)专用固定座

因此种冲头凸缘下R的形状,固定座与之配合、加

工成1.5mm#45 的倒角,如图7所示。如果冲头使用

压板时,也应配合凸缘下部R的形状,加工成1.5mm#

45 的倒角。

(7)柄径的选择(如图8所示)

由上述可知,附加在冲头的拉力P为P= d

而凸缘部的许用应力为 W=P!/A=4dt !/D2

由此可得D=4dt !/ W

式中A!!!柄径部的断截面积;

D!!!柄径;

!!!!凸缘部应力集中因数(标准冲头时

!=3,厚料冲头时!=2);

d!!!冲头直径。

因此,在设计冲头时,柄径D dt

!/

W。图4 冲头形状

图5

减小弯曲力矩图6

厚板用和标准冲头的疲劳强度

图7 固定座图8 柄径(下转第62页)

62DieandMouldTechnologyNo.620003 应用效果讨论[2]

该成形件的尺寸公差满足要求,表面粗糙度Ra<6.3 m,机械性能指标达到现有同类产品;与现有制造技术相比,可节材50%,生产率提高60%,成本降低40%。

由于过梁中间没有铆钉孔,同时采用了挤压工艺,使得金属组织细化,内部流线分布合理,提高了机械性能。因此,用较窄的过梁即可满足保持器的要求,相对于车制保持器就可以采用较多的兜孔,就可以容纳更多的滚子,不但提高了整个轴承的刚度、强度和承载能力,而且增加了轴承的稳定性,降低了噪音。

4 结论

该工艺兼顾了等温变形和挤压成形的优点,可提高挤压生产复杂形状零件的能力,用它来生产铜合金保持器可减少机加工工时,节约材料,降低能耗,提高生产率,因此,前景非常广阔。参考文献:

[1] C.3菲格林等.金属等温变形工艺[M].北京:国防工业出版社,1982.

[2] 周福章.滚动轴承制造工艺学[M].西安:西北工业大学出版社,1993.

(上接第24页)

3 结束语

在设计或选定冲头时,应根据加工材料的剪切力、板厚、冲头的直径及冲孔数量等,来选择最适合的冲头刃口的直径及柄径。在条件相同的情况下,此种冲头的寿命和强度是标准冲头的4~8倍。

参考文献:

[1] 冲模编制组 汽车冲模标准汇编[M] 中国汽车工业总公司,1993:56~60

[2] 王孝培 冲压设计资料[M] 北京:机械工业出版社,1984:33~69

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