非封闭形孔冲裁的受力分析

1、PAGE 2PAGE 8非封闭形孔冲裁的受力分析李宗义* 董冠文*(甘肃机电职业技术学院 机械工程系，天水 741001)摘 要: 模具在非封闭形孔的冲裁过程中，其凸模既受冲裁力的作用，又受到凸模与坯料接触面相互作用产生侧压力的作用并且侧压力不易平衡，常常会因凸凹模碰撞而发生崩刃报废，为避免凸凹模碰撞而发生崩刃报废，本文在分析非封闭形孔冲裁受力的基础上提出了非封闭形孔冲裁的校核方法，并通过一实例进行了验证，完善了冲压理论关于对非封闭形孔冲裁校核。关键词：非封闭形孔, 冲裁力, 侧压力, 崩刃报废1引言模具是一种工艺装置，由多个模具零件组合装配而成，模具零件正是符合材料力学研究的机械零件或机构，

2、它们在受到材料变形力作用下发生变形，其变形形式包括拉伸、压缩、剪切、弯曲及其组合、乃至断裂。模具零件在工作时，保持某种稳定平衡状态，其结构尺寸、形状位置关系，遵循一定基本力学规律【7】。所以要将模具正确地设计出来，尤其要在模具结构上有所创新，必须具备材料力学知识。在冲压生产中，除了封闭形孔冲裁外，还会遇到如切舌、冲槽等非封闭形孔的冲裁。模具在非封闭形孔的冲裁过程中，其凸模不但受冲裁力的作用，同时还受到凸模与坯料接触面相互作用产生侧压力的作用。在此情况下，侧压力不易平衡。当侧压力达到一定数值时将会使凸模挠曲变形，产生挠度，挠度超过冲裁间隙时，凸模就会直接触及凹模，造成凸凹模间隙不均，甚至会因凸凹

3、模碰撞而发生崩刃报废。【5】本文通过建立非封闭形孔冲裁的力学模型，为避免凸凹模碰撞而发生崩刃报废，确定非封闭形孔冲裁的校核方法，并通过一实例进行了验证。2非封闭形孔冲裁的受力分析及力学模型的建立图1一端固定，另一端自由的大挠度直杆在非封闭形孔冲裁的条件下，由于作用于凸模上的力除了冲裁力外，同时还有凸模与坯料接触面相互作用产生的侧压力，并且侧压力总是指向凸模。可将此凸模抽象为一端固定，另一端自由的大挠度直杆（图1所示），此杆的自由端受压力（冲裁力）F和横向力（侧压力）F1作用。在任意x截面上，弯矩为挠曲线的近似微分方程为【3】令则上式可写成以上微分方程的通解为 （1）其一介导数为 （2）由边界条

4、件得当时，代入（1）得当时，代入（2）得将L、M两个常数值代入（1）得凸模的挠曲线方程为 （3）3非封闭形孔冲裁的校核最大挠度发生在压杆的自由端，将代入（3）得 （4）将展开成级数形式【2】上式中的为贝努利数取前两项得代入（4）得要使模具稳定，避免安全事故的发生最大挠度不允许超过单侧冲裁间隙得 （5）由文献【1】知侧压力的大小是冲裁力的即代入上式得 （6）非封闭形孔冲裁的补充校核（6）式仅确定了模具凸模长度的上限，但依然存在安全隐患，受文献5的启发，故需对凸模进行补充校核最大弯矩最大弯曲应力将及代入得将（5）变形得代入上式得将（5）代入即 （7）综合（6）、（7）最终确定凸模的取值范围是上式中

5、： Z冲裁间隙（双边值）（mm）；Z=凹模尺寸-凸模尺寸【4】；E凸模材料的弹性模量，对于模具钢，； I凸模最小截面惯性矩（mm4）；A凸模最小截面积（mm2）；W抗弯截面系数（mm3）；F凸模所受的冲裁力（N），凸模工作的许用应力（MP）5 计算实例6如图2为电极板切角模装配图主、俯视图；图3电极板材料为紫铜，中批量生产，料厚为5mm；图4非封闭冲孔凸模材料为Cr12MoV；图5的凹模材料为Cr12MoV；试根据图中的数据校核凸模的长度。图2 电极板切角模装配图主、俯视图上模座；2导套；3凸模固定板；4卸料螺钉；5，6,17,18螺钉；7模柄；8,20销钉；9垫板；10凸模；11橡胶；12导

6、柱；13卸料板；14凹模固定板；15下模座；16凹模；19定位板图3 电极板切角工序图图4 凸模图5 凹模校核如下：先确定冲裁间隙Z由图4-3和图4-4，Z=90-89.46=0.54（mm）计算冲裁力代入公式计算得即（mm）再来补充校核计算代入公式代入上式得即（mm）综上由图4知实际凸模故实际长度满足校核条件参考文献1太田哲.冲压模具结构与设计图解M.北京:国防工业出版社,1982.5-52归行茂等.数学手册M.上海：上海科技普及出版社，1993.44-453刘鸿文.材料力学M.（第四版）北京：高等教育出版社.2005.292-2934赵孟栋.冷冲模设计M. 北京：机械工业出版社.2005.

7、33-355万文诚.冲裁小凸模强度计算的新探讨J.模具制造.2006（3）：44-456周玲.冲模设计实例详解M.北京：化学工业出版社.2007.30-337卢险峰.模具学导论M. 北京：化学工业出版社.2007.180-181第一作者简历李宗义，男，回族，1960年8月生，甘肃张家川人，1993年6月加入中国共产党，1982年7月参加工作，毕业于西安交通大学机械工程系，研究生学历，教授，天水市领军人才，兰州理工大学硕士生导师。现任甘肃机电职业技术学院党委书记、甘肃装备制造业技师学院院长。参加工作以来多次受到学校、省市主管部门、国务院有关部门等的表彰奖励。2005年被教育部、人事部等七部委评为全