2.4　冲压力及压力中心计算

2.4.1　冲压力计算公式

冲压力包括冲裁力、卸料力、推料力、顶料力，如图2-7所示。计算冲压力是选择压力机的基础。

（1）冲裁力

F=Ltτ　　（2-14）

式中　F——冲裁力，N；

        L——冲裁件周边长度，mm；

        t——材料厚度，mm；

        τ——材料抗剪强度，MPa。

（2）卸料力、推料力、顶料力

①卸料力是将箍在凸模上的材料卸下所需的力，即：

F_卸=k_卸F　　（2-15）

②推料力是将落料件顺着冲裁方向从凹模孔推出所需的力，即：

F_推=nk_推F　　（2-16）

③顶料力是将落料件逆着冲裁方向顶出凹模孔所需的力，即：

F_顶=k_顶F　　（2-17）

式中　k_卸——卸料力系数；

        k_推——推料力系数；

        k_顶——顶料力系数；

        F——冲裁力；

        n——凹模孔内存件的个数，n=h/t，h为凹模刃口直壁高度，t为制件厚度。

卸料力、推料力和顶料力系数可查表2-8。

（3）冲压设备的选择

如冲压过程中同时存在卸料力、推料力和顶料力时，总冲压力F_总=F+F_卸+F_推+F_顶，这时所选压力机的吨位需大于F_总约30%。

当F_卸、F_推、F_顶并不是与F同时出现时，则计算F_总只加与F同一瞬间出现的力即可。

2.4.2　降低冲裁力的措施

降低冲裁力的目的是为了使较小吨位的压力机能冲裁较大、较厚的制件，常采用阶梯冲裁、斜刃冲裁和加热冲裁等方法。

（1）阶梯冲裁

在多凸模的冲模中，将凸模做成不同高度，按阶梯分布，可使各凸模冲裁力的最大值不同时出现，从而降低冲裁力。

阶梯式凸模不仅能降低冲裁力，而且能减少压力机的振动。在直径相差较大、距离又很近的多孔冲裁中，一般将小直径凸模做短些，可以避免小直径凸模因受被冲材料流动产生水平力的作用，而产生折断或倾斜的现象。在连续冲模中，可将不带导正销的凸模做短些。图2-8中所示H为阶梯凸模高度差，对于薄料，可取长、短凸模高度H等于料厚；对于t>3mm的厚料，H取料厚的一半即可。

（2）斜刃冲裁

用平刃口模具冲裁时，整个制件周边同时参加冲裁工作，冲裁力较大。采用斜刃冲裁时，模具整个刃口不与制件周边同时接触，而是逐步将材料切离，因此，冲裁力显著降低。

采用斜刃口冲裁时，为了获得平整制件，落料时凸模应为平刃，将斜刃口开在凹模上；冲孔时相反，凹模应为平刃，凸模为斜刃，如图2-9所示。斜刃应当是两面的，并对称于模具的压力中心。

斜刃冲裁模刃口制造和修磨都比较复杂，且刃口易磨损，得到的制件不够平整，使用中应引起注意。

（3）加热冲裁

利用材料加热后其抗剪强度显著降低的特点，使冲裁力减小。一般碳素结构钢加热到900℃时，其抗剪强度能降低90%，所以在冲裁厚板时，常将板料加热来解决压力机吨位不足的问题。

2.4.3　压力中心计算

冲压力合力的作用点称为压力中心。在设计冲裁模时，应尽量使压力中心与压力机滑块中心相重合，否则会产生偏心载荷，使模具导向部分和压力机导轨非正常磨损，使模具间隙不均匀，严重时会啃刃口。对有模柄的冲模，使压力中心与模柄的轴线重合，在安装模具时，便能实现压力中心与滑块中心重合。

（1）形状简单的凸模压力中心的确定

由冲裁力公式F=Ltτ可知，冲裁同一种制件时，F的大小决定于L，所以对简单形状的冲件，压力中心位于冲件轮廓图的几何中心。冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中点。冲裁圆弧段时，如图2-10所示，其压力中心可按下式计算：

　　（2-18）

（2）形状复杂凸模压力中心的确定

形状复杂凸模压力中心的确定方法有解析法、合成法、图解法等，常用的是解析法。解析法是基于理论力学的原理，采用求平行力系合力作用点的方法。一般的冲裁件沿冲裁轮廓线的断面厚度不变，轮廓各部分的冲裁力与轮廓长度成正比，所以，求合力作用点可转化为求轮廓线的重心。具体方法如下（参考图2-11）。

①按比例画出冲裁轮廓线，选定直角坐标x、y。

②把图形的轮廓线分成几部分，计算各部分长度l₁ 、l₂、…、l_n，并求出各部分重心位置的坐标值（x₁，y₁）、（x₂，y₂）、…、（x_n，y_n），冲裁件轮廓大多是由线段和圆弧构成，线段的重心就是线段的中心。圆弧的重心可按式（2-18）求出。

③按下列公式求冲模压力中心的坐标值（x₀，y₀）。

　　（2-19）

对于多凸模的模具，可以先分别确定各凸模的压力中心，然后按上述原理求出模具的压力中心。但此时式（2-19）中l₁ 、l₂、…、l_n应为各凸模刃口轮廓线长度，（x₁，y₁）、（x₂，y₂）、…、（x_n，y_n）应为各凸模压力中心。