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1、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:BAbstract:Thispaperanalyzesmainreasonwhythicksheetpiercingpunchiseasilydestroyed,anddesignan
2、ewpunchtoabove-mentionedproblemandintroducesitssomecharacters.Itisprovedinpracticethatstrengthandlifeofthenewpunchareimproved.Keywords:thicksheetpiercing;punch;structuredesign0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,
3、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作者简介:冯玉玲(1967~),女,工程师
4、。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。11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。图1冲头的破坏12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
5、就是造成凸缘部破损的原因之一,如图3所示。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(a)!R大时(b)!R小时头形状如图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图3发生拉力状况冲头凸缘上部外周形成10∀斜面,这是为尽量(a)!加工时(b)!加工后减少因外周
6、附近的力量,产生的弯曲力矩而产生的。如图5所示,h1>h2。(4)冲头强度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)冲头刃口的阶梯状冲头刃口设计一阶梯状,不仅可以减小剪切应力,还起到冲头不致偏移(厚料冲孔时凸凹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
7、8所示)由上述可知,附加在冲头的拉力P为P=d2而凸缘部的许用应力为W=P!/A=4dt!/D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∃4dt!/W。图4冲头形状图6厚板用和标准冲头的疲劳强度图5减小弯曲力矩图7固定座图8柄径(下转第62页)62DieandMouldTechnolog
