第四節 衝壓件模具設計常用公式
一. 衝裁間隙分類見表4-1
表4-1 衝裁間隙分類(JB/Z 271-86)
分 類 依 據 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 類 別 剪切面特征 制 件 剪 切 面 質 量 t=材料厚度 塌角深度a 光亮帶b 剪裂帶E (4~7)%t (35~55)%t 小 一般 4°~ 7° (6~8)%t (25~40)%t 中 小 7°~ 8° (8~10)%t (15~25)%t 大 一般 8°~ 11° 毛刺高度h 斜度β 制 件 精 度 撓角f 落料件 尺寸精度 沖孔件 模 具 壽 命 稍小 小 較大 接近凹模尺寸 接近凸模尺寸 較低 稍小于凹模尺寸 稍小于凸模尺寸 較高 小于凹模尺寸 小于凸模尺寸 最高 適 用 場 合 制件剪切面質量﹑尺制件剪切面質量﹑制件剪切面質量﹑寸精度要求高時采用,尺寸精度要求一尺寸精度要求不模具壽命較低 般時采用,適用于高時采用,以利提 繼續塑變的制件 高模具壽命
二. 衝裁間隙選取(僅供參考) 見表4-2 (見下頁)
1
表4-2 衝裁間隙比值(單邊間隙) (單位:%t)
類 別 分 類 依 據 Ⅰ 低碳鋼 08F﹑10F﹑10﹑20﹑A3﹑B2 中碳鋼45 不銹鋼1Cr18Ni9Ti、4Cr13 可伐合金4J29 高碳鋼 T8A、T10A、65Mn 純鋁L2、L3、L4、L5 鋁合金(軟態)LF21 黃銅(軟態)H62 紫銅(軟態)T1、T2、T3 黃銅(硬態) 鉛黃銅 紫銅(硬態) 鋁合金(硬態)LY12 錫磷青銅、鋁青銅 鈹青銅 鎂合金 硅 鋼 3.0~7.0 3.5~8.0 8.0~12.0 Ⅱ 7.0~10.0 8.0~11.0 12.0~15.0 Ⅲ 10.0~12.5 11.0~15.0 15.0~18.0 2.0~4.0 4,5~6.0 6.5~9.0 3.0~5.0 5.5~8.0 8.5~11.0 3.5~6.0 1.5~2.5 2.5~5.0 7.0~10.0 5.0~9.0 11.0~13.0 (注: 1. 本表適用于厚度為10mm以下的金屬材料, 厚料間隙比值應取大些; 2. 凸,凹模的制造偏差和磨損均使間隙變大, 故新模具應取最小間隙; 3. 硬質合金衝模間隙比鋼模大20% 左右.)
注: 衝裁間隙選取應綜合考慮下列因素: 1. 衝床﹑模具的精度及剛性.
2. 產品的斷面品質﹑ 尺寸精度及平整度. 3. 模具壽命. 4. 跳屑.
5. 被加工材料的材質﹑硬度﹑供應狀態及厚度. 6. 廢料形狀. 7. 衝子﹑模仁材質﹑硬度及表面加工質量. 三. 衝裁力﹑卸(剝)料力﹑ 推件力﹑頂件力 F衝 = 1.3 * L * t *τ(N) (公式4-1) F卸 = K卸 * F衝 (N) (公式4-2) F推 = N * K推 * K衝 (N) (公式4-3) F頂 = K頂 * F衝 (N) (公式4-4) 其中:
L ―― 衝切線長度 (mm)
2
t ―― 材料厚度 (mm)
τ ―― 材料抗剪強度 (N/mm2 ) 1.3 ―― 安全系數
K卸 ――卸(剝)料力系數 K推 ―― 推料力系數 K頂 ―― 頂料力系數 K卸 K推 K頂 數值見表4-3
表4-3 卸料力﹑推件力和頂件力系數
料 厚 ≦0.1 >0.1~0.5 鋼 >0.5~2.5 >2.5~6.5 >6.5 鋁﹑鋁合金 紫銅﹑黃銅 K卸 0.065~0.075 0.045~0.055 0.04~0.05 0.03~0.04 0.02~0.03 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頂 0.14 0.08 0.06 0.05 0.03 注:卸料力系數K卸在衝多孔﹑大搭邊和輪廓復雜時取上限值.
四. 中性層彎曲半徑
R = r + x * t (mm) (公式4-5) 其中:
R―― 中性層彎曲半徑 (mm) r ―― 零件內側半徑 (mm) x ―― 中性層系數
中性層系數見表4-4(僅供參考)
3
表4-4 中性層系數x值
r／t X
r／t X 1.0 0.35 1.5 0.37 2.0 0.40 3.0 0.43 4.0 0.45 5.0 0.48 6.5 0.5 0.1 0.23 0.2 0.28 0.25 0.30 0.3 0.31 0.4 0.32 0.5 0.33 0.8 0.34 注: 彎曲件展開尺寸與下列因素有關: 1. 彎曲成形方式. 2. 彎曲間隙. 3. 有無壓料.
4. 材料硬度﹑延伸率﹑厚度. 5. 根据實際狀況精確修正. 五. 材料最小彎曲半徑,見表4-5
表4-5 最小彎曲半徑
退 火 或 正 火 材 料 垂直于縴維 08﹑10 15﹑20 25﹑30 35﹑40 45﹑50 55﹑60 65Mn﹑T7 Cr18Ni9 軟杜拉鋁 硬杜拉鋁 磷 銅 半硬黃銅 軟 黃 銅 紫 銅 鋁錠 鎂合金 MB1 MB8 鈦合金BT1 BT5 鉬合金 t≦2mm 彎 曲 線 位 置 平行于縴維 垂直于縴維 平行于縴維 0.1t 0.4t 0.1t 0.5t 0.2t 0.6t 0.3t 0.8t 0.5t 1.0t 0.7t 1.3t 1t 2t 1t 2t 1t 1.5t 2t 3t — — 0.1t 0.35t 0.1t 0.35t 0.1t 0.35t 0.1t 0.35t 加熱到300~400℃ 2t 3t 1.5t 2t 1.5t 2t 3t 4t 加熱到400~500℃ 2t 3t 4t 0.4t 0.8t 0.5t 1t 0.6t 1.2t 0.8t 1.5t 1.0t 1.7t 1.3t 2t 2t 3t 3t 4t 1.5t 2.5t 3t 4t 1t 3t 0.5t 1.2t 0.35t 0.8t 1t 2t 0.5t 1t 冷 彎 6t 8t 5t 6t 3t 4t 5t 6t 冷 彎 5t 冷 作 硬 化 注:表列數据用于彎曲中心角≧90∘﹑斷面質量良好的情況.
六﹑ 彎曲回彈半徑及回彈角
4
r凸 = r0 / ( 1 + K r0 / t ) (公式4-6)
回彈角的數值為
Δα = (180°-α0 )( r0 / r凸 - 1) (公式4-7)
式中 r凸 ―― 凸模的圓角半徑, [r凸 ]為mm; r0 ―― 工件的圓角半徑, [r0 ]為mm; α0 ――工件的彎曲角度, [α0]為(°); t ―― 工件材料厚度, [t]為mm; K ―― 簡化系數, 見表4-6
表4-6 簡化系數k值
名 稱 鋁 防銹鋁 牌 號 L4, L6 LF21 LF12 LY11 硬 鋁 LY12 銅 T1, T2, T3 H62 黃 銅 H68 狀 態 退 火 冷 硬 退 火 冷 硬 軟 軟 硬 軟 硬 軟 硬 軟 半 硬 硬 軟 硬 K 0.0012 0.0041 0.0021 0.0054 0.0024 0.0064 0.0175 0.007 0.026 0.0019 0.0088 0.0033 0.008 0.015 0.0026 0.0148 名 稱 磷青銅 鈹青銅 鋁青銅 碳鋼 碳工鋼 不銹鋼 彈簧鋼 牌 號 QSn65-0.1 Qbe2 QA15 08, 10, A2 20, A3 30, 35, A5 50 T8 1Cr18Ni9Ti 65Mn 60Si2MnA 狀 態 硬 軟 硬 硬 退 火 冷 硬 退 火 冷 硬 退 火 冷 硬 冷 硬 K 0.015 0.0064 0.0265 0.0047 0.0032 0.005 0.0068 0.015 0.0076 0.0035 0.0044 0.018 0.0076 0.015 0.021
七﹑ 彎曲力計算
針對“v”型彎曲:
F彎 = 0.6kbtσb / (R + t ) (N) (公式4-8)
其中:
b――― 彎曲線長度 (mm) t――― 材料厚度 (mm) r――― 內側半徑 (mm) σb―― 材料極限強度 (N/mm2)
5
k――― 安全糸數,一般k=1.3
八﹑ 拉深(抽引)系數
m = d/D (公式4-9) 其中:
d ―― 拉深(抽引)后工件直徑 (mm) D―― 毛坯直徑 (mm)
1. 無凸緣或有凸緣筒形件用壓邊圈拉深系數見表4-7
表4-7 無凸緣或有凸緣筒形件用壓邊圈拉深的拉深系數(適用08,10號鋼)
t/d×100 r1 r/t d/D 凸1.5 1 0.48 0.48 0.48 0.48 0.48 0.48 0.48 0.48 0.48 0.47 0.45 0.43 0.41 0.38 0.33 0.31 0.30 0.73 0.76 0.78 0.80 4 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.49 0.48 0.47 0.45 0.43 0.39 0.34 0.32 0.31 0.75 0.78 0.80 0.82 12 0.51 0.51 0.51 0.51 0.51 0.50 0.49 0.48 0.46 0.45 0.42 0.39 0.35 0.33 0.32 0.75 0.78 0.80 0.82 1.0 5 0.54 0.54 0.54 0.53 0.52 0.51 0.49 0.47 0.45 0.41 0.37 0.34 0.33 0.76 0.79 0.81 0.84 15 0.53 0.53 0.53 0.53 0.53 0.52 0.51 0.49 0.47 0.45 0.41 0.37 0.35 0.33 0.76 0.79 0.81 0.83 0.6 6 0.55 0.55 0.55 0.54 0.53 0.51 0.49 0.46 0.43 0.38 0.36 0.34 0.78 0.80 0.82 0.85 18 0.55 0.55 0.54 0.53 0.52 0.50 0.48 0.45 0.42 0.38 0.36 0.33 0.78 0.80 0.82 0.84 0.3 7 0.58 0.58 0.56 0.54 0.52 0.50 0.48 0.44 0.39 0.37 0.34 0.79 0.81 0.83 0.85 20 0.1 8 0.60 0.58 0.56 0.54 0.52 0.49 0.45 0.40 0.38 0.35 0.80 0.82 0.84 0.86 0.48 0.50 0.51 0.53 0.54 0.55 0.58 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 0.97 0.99 以後 各次 拉深 m m m m 2345 0.58 0.57 0.55 0.53 0.51 0.49 0.47 0.43 0.38 0.36 0.34 0.79 0.81 0.83 0.85 注: 1) 隨材料塑性高低,表中數值應酌情增減.
2) ――線上方為直筒件(d凸=d1 ).
3) 隨 d凸/D 數值增大, r/t 值可相應減小, 滿足2r1≦h1, 保証筒部有直壁. 4) 查用時, 可用插入法, 也可用偏大值.
5)多次拉深首次形成凸緣時,為考慮多拉入材料,m1增大0.02.
2. 帶凸緣筒形件第一次拉深系見表4-8
6
表4-8 帶凸緣筒形件第一次拉深時的拉深系數m1
凸緣相對直徑 d凸/d1 ≦1.1 >1.1~1.3 >1.3~1.5 >1.5~1.8 >1.8~2.0 >2.0~2.2 >2.2~2.5 >2.5~2.8 >2.8~3.0 注:適用于08﹑10號鋼 3.
毛 坯 相 對 厚 度 t /D×100 >0.06~0.2 0.59 0.55 0.52 0.48 0.45 0.42 0.38 0.35 0.33 >0.2~0.5 0.57 0.54 0.51 0.48 0.45 0.42 0.38 0.35 0.33 >0.5~1.0 0.55 0.53 0.50 0.47 0.44 0.42 0.38 0.34 0.32 >1.0~1.5 0.53 0.51 0.49 0.46 0.43 0.41 0.38 0.34 0.32 >1.5 0.50 0.49 0.47 0.45 0.42 0.40 0.37 0.33 0.31 無凸緣筒形件用壓邊圈拉深系數見表4-9
表4-9 無凸緣筒形件用壓邊圈時的拉深系數
拉深 系數 m1 m2 m3 m4 m5 毛 坯 相 對 厚 度 t /D×100 2~1.5 0.48~0.50 0.73~0.75 0.76~0.78 0.78~0.80 0.80~0.82 <1.5~1.0 0.50~0.55 0.75~0.76 0.78~0.79 0.80~0.81 0.82~0.84 <1.0~0.6 0.53~0.55 0.76~0.78 0.79~0.80 0.81~0.82 0.84~0.85 <0.6~0.3 0.55~0.58 0.78~0.79 0.80~0.81 0.82~0.83 0.85~0.86 <0.3~0.15 0.58~0.60 0.79~0.80 0.81~0.82 0.83~0.85 0.86~0.87 <0.15~0.08 0.60~0.63 0.80~0.82 0.82~0.84 0.85~0.86 0.87~0.88 注: 1. 凹模圓角半徑大時 (r凹 = 8 ~ 15t ), 拉深系數取小值, 凹模圓角半徑小時 (r凹 = 4 ~ 8t ),
拉深系數取大值.
2. 表中拉深系數適用于08﹑10S﹑15S鋼與軟黃銅H62 ﹑ H68. 當拉深塑性更大的金屬時(05﹑
08Z及10Z鋼﹑鋁等), 應比表中數值減小1.5-2%. 而當拉深塑性較小的金屬時(20﹑25﹑A2﹑A3﹑酸洗鋼﹑硬鋁﹑硬黃銅等), 應比表中數值增大1.5-2%(符號S為深拉深鋼, Z為最深拉深鋼).
4. 無凸緣筒形件不用壓邊圈拉深系數見表4-10
表4-10 無凸緣筒形件不用壓邊圈時的拉深系數
7
材料相對厚度 t /D×100 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3以上
m 0.90 0.85 0.80 0.75 0.65 0.60 0.55 0.53 0.50 1m 0.92 0.90 0.88 0.85 0.80 0.75 0.75 0.75 0.70 2各 次 拉 深 系 數 m M — — — — — — — 0.90 0.87 0.84 0.84 0.80 0.84 0.80 0.84 0.80 0.78 0.75 34m — — — — 0.90 0.87 0.87 0.87 0.82 5m — — — — — 0.90 0.90 0.90 0.85 6注:適用于08﹑10以及15Mn等材料
5. 有工藝切口的第一次拉深系數見表4-11
表4-11有工藝切口的第一次拉深系數m1 (材料:08﹑10)
凸緣相對直徑 d/d1 凸毛 坯 相 對 厚 度 t /D×100 >0.06~0.2 0.64 0.60 0.57 0.53 0.47 0.43 0.38 0.35 0.33 >0.2~0.5 0.62 0.59 0.56 0.52 0.46 0.43 0.38 0.35 0.33 >0.5~1.0 0.60 0.58 0.55 0.51 0.45 0.42 0.38 0.35 0.33 >1.0~1.5 0.58 0.56 0.53 0.50 0.44 0.42 0.38 0.35 0.33 >1.5 0.55 0.53 0.51 0.49 0.43 0.41 0.37 0.34 0.33 ≦1.1 >1.1~1.3 >1.3~1.5 >1.5~1.8 >1.8~2.0 >2.0~2.2 >2.2~2.5 >2.5~2.8 >2.8~3.0
6. 有工藝切口的以后各次拉深系數見表4-12
表4-12有工藝切口的以後各次拉深系數mn (材料:08﹑10))
拉深系數 mn m m m m 2345>0.06~0.2 0.80 0.82 0.85 0.87 毛 坯 相 對 厚 度 t /D×100 >0.2~0.5 >0.5~1.0 >1.0~1.5 0.79 0.78 0.76 0.81 0.80 0.79 0.83 0.82 0.81 0.86 0.85 0.84 >1.5 0.75 0.78 0.80 0.82
7. 有工藝切口的各次拉深系數見表4-13
表4-13有工藝切口的各次拉深系數
材 料 黃 銅 軟鋼﹑鋁 1 0.63 0.67 2 0.76 0.78 拉 深 次 數 3 4 拉 深 系 數 m 0.78 0.80 0.80 0.82 5 0.82 0.85 6 0.85 0.90 九﹑拉深(抽引)力
8
F抽=3(σb + σs )( D – d - r )t (N) (公式4-10)
凹
其中:
σb―― 材料極限強度 (N/mm2) σs―― 材料屈服強度 (N/mm) D―――毛坯直徑 (mm) d――― 拉深凹模直徑 (mm) r―― 拉深凹模圓角 (mm) t――― 材料厚度 (mm)
凹
2
十﹑孔的翻邊
1. 翻邊系數 K = d/D (公式4-11) d ―― 預衝孔直徑 (mm) D ―― 翻邊后平均直徑 (mm) 各種材料極限翻邊系數見表4-14,表4-15
表4-14 低碳鋼的極限翻邊系數K
100 鑚后去毛刺 0.70 球形凸模 用沖孔模沖孔 0.75 鑚后去毛刺 0.80 圓柱形凸模 用沖孔模沖孔 0.85
翻邊方法 孔的加工方法 50 0.60 0.65 0.70 0.75 35 0.52 0.57 0.60 0.65 20 0.45 0.52 0.50 0.60 比 值 d/t 15 10 8 0.40 0.36 0.33 0.48 0.45 0.44 0.45 0.42 0.40 0.55 0.52 0.50 6.5 0.31 0.43 0.37 0.50 5 0.30 0.42 0.35 0.48 3 1 0.25 0.20 0.42 — 0.30 0.25 0.47 — 表4-15 其它一些材料的翻邊系數
退火的材料 白鐵皮 黃銅H62 ﹑t=0.5~6mm 鋁t=0.5~5mm 硬 鋁 翻 邊 系 數 K 0.70 0.68 0.70 0.89 Kmin 0.65 0.62 0.64 0.80 2. 預衝孔直徑
9
d = D-2( h - 0.43r - 0.72t ) (公式4-12)
h ―― 翻邊高度 (mm) r ―― 翻邊圓角 (mm) t ―― 材料厚度 (mm)
3. 翻邊高度
h = D/[( 1-k )/2] + 0.4r + 0.72t (公式4-13)
4. 翻邊口部材料厚度
t1 = t√k (mm) (公式4-14)
5.翻邊力
F = 1.1tπtσs( D-d )
σs ―― 材料屈服強度 (Mpa)
十一 設計連接器五金零件應注意的要點
1. 尺寸標注:
1) 尺寸標注在最顯要位置,直觀,不封閉; 2) 重要﹑關鍵尺寸直接標注,不能有累積公差;
3) 尺寸公差大小應綜合考慮功能及制造成本,并非越小越好,体現“該精就精,該粗就粗”一般經濟公差為:下料±0.03,成形±0.05,角度±0.5° 4) 重要及關鍵尺寸應綜合考慮制程穩定性、裝配、使用功能并非多益善. 5) 設計基准,制造基准,測量基准相統一; 2. 形位公差:
1) 基准(面或線)不應有變形
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2) 標注應清楚明確,方便量測;
3) 設計基准,制造基准,測量基准相統一;
4) 應綜合考慮制程穩定性及使用要求,并非多多益善,精度一般可達到0.10;
5) 很穩定的尺寸, 如下料尺寸等可以不標. 3. 結構設計及強度要求
1) 材料選用滿足使用要求,又方便采購的原料; 2) 零件外形園角,防止滾鍍表面刮傷;
3) 零件應有足夠的強度及剛性,防止在貯存,電鍍、搬運過程中的變形及尺寸變異;
4) 特殊零件,可采用多種工序組合方式,如多軸成形加工.五金模具+治具等不同方式來完成; 5) 連續料帶要求:
A)Carrier應有足夠的強度及剛性 B)盡量采用雙側Carrier
C)注意包裝時Carrier及零件是否變形 D)連續電鍍的孔徑、孔距特殊要求 4. 五金零件加工工藝: 1) 衝裁
A)斷面質量、光亮面比例大小
B)毛刺大小(一般不超過0.05)及方向,對外觀、功能的影響 C)倒刺結構,不允許有園角 D)盡量避免長懸臂或長槽 E)零件平整度要求,一般為0.10
11
2) 彎曲
A)最小彎曲半徑
B)外側龜裂的影響 C)彎起高度應大于2t,如圖4-4
D)孔邊距離應大于t,如圖4-5,也可采用如圖4-6所示工藝 F)材料方向性對使用性能的影響 3) 抽引
A) 形狀盡量簡單對稱
B) R角不應太小,一般可達R0.30, 如圖4-7 C) 內外尺寸不可同時標注 D) 表面模痕不應有苛刻要求
E) 平面度一般可達0.10 12
第八章 工程圖面作業標准
第二節 五金模具
一. 五金模具開發流程,見表8-1
二. 五金模具裝配圖 (圖8-1) 三. 模具圖面常見符號含義
M,MC ―― 銑 H ――― 熱處理 ELE ―― 鍍鉻 DYE ―― 染黑 G ――― 磨 PG ――― 光學曲線磨 JG ――― 座標磨 W/C,W ――線割 E,EDM―― 放電 L ―――― 車 INT ――― 交點 C ―――― 倒角
四. 典型零件排樣
1. HOOK類,見圖8-2
2. 抽引類,見圖8-3 3. 外殼類,見圖8-4
SP ―――― 基准點 TYP ―――― 典型尺寸RP ―――― 圓弧點 CEN,CL ―― 中心線 TAN ―――― 切點 THR ―――― 穿孔 BOTT ――― 底面 TOP ―――― 頂面 SYM ―――― 對稱 T ――――― 厚度 CB ―――― 沉孔 CLEAR ――― 間隙 13
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