冲裁凸模的强度计算.docx
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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
点击此处为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
2～3
3～4
7～11
22
12
－
－
13～16
38
20
2.5～4
4～5
8～12
26
15
－
－
17～22
48
25
铜
黄铜
青铜
白铜
银
18～22
22～30
32～40
28～36
19
25～30
35～40
40～60
45～56
－
22～28
28～35
40～50
35～45
26
30～40
40～60
50～75
55～70
－
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
30～35
27～36
33～42
28以上
28以上
28～32
33～44
41～52
钢0.1%C
〃0.2%C
〃0.3%C
〃0.4%C
〃0.6%C
25
32
36
45
56
32
40
48
56
72
32
40
45
56
72
40
50
60
72
90
钢0.8%C
〃1.0%C
硅钢板
不锈钢板
镍
72
80
45
52
25
90
105
56
56
－
90
100
55
66～70
44～50
110
130
65
－
57～63
革
云母厚0.5mm
〃厚2mm
纤维
桦木材料
0.6～0.8
8
5
9～18
2
－
－
－
－
－
*{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）／4
D：
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。
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