новости

Как рассчитать усилие штамповки: формулы, факторы и практические допуски

Усилие штамповки, необходимое для операции листовой штамповки, рассчитывается по формуле F = L × t × S, где L — общий периметр резания в миллиметрах, t — толщина материала в миллиметрах, а S — сопротивление срезу в мегапаскалях. Для типичной детали из мягкой стали с периметром 100 мм и толщиной 2 мм усилие равно 100 × 2 × 350 МПа = 70 000 Н (70 кН), что соответствует примерно 7,1 метрической тонны усилия пресса. В этом руководстве приведены точные методы расчета, поправочные коэффициенты и реальные производственные данные, которые BQUQ использует для подбора прессов для деталей с ЧПУ-обработкой и штамповкой на нашем заводе в Дунгуане.

Основная формула: F = L × t × S и ее переменные

Базовое уравнение для усилия вырубки и пробивки простое, но инженеры должны использовать правильное значение сопротивления срезу, а не предела прочности при растяжении. Сопротивление срезу (S) обычно составляет 60–80% от предела прочности при растяжении для большинства металлов. Например, холоднокатаная сталь SPCC имеет предел прочности при растяжении 330 МПа и сопротивление срезу приблизительно 210–240 МПа. Если ошибочно использовать предел прочности при растяжении, расчет усилия будет завышен на 30–40%, что приведет к выбору избыточно мощного пресса и завышенной стоимости оснастки.

Периметр резания (L) — это сумма всех линий реза за один ход пресса. Для прямоугольной заготовки 50 мм × 30 мм периметр равен 2 × (50 + 30) = 160 мм. Для сложных радиаторных ребер с множеством отверстий суммируйте длину окружности каждого отверстия отдельно. Инженеры BQUQ обычно добавляют 10% запаса к L для учета износа инструмента и колебаний зазора в течение производственной партии из 100 000 деталей.

Толщина материала (t) — это номинальная толщина в миллиметрах, но мы рекомендуем измерять фактическую толщину проката, так как он может отличаться от номинальной на ±0,05 мм. Лист толщиной 1,5 мм, который фактически имеет 1,55 мм, увеличивает усилие на 3,3%, что может быть критично для крупносерийного производства, где мощность пресса близка к предельной.

Расчет усилия для различных операций: вырубка, пробивка и гибка

Вырубка и пробивка используют одну и ту же формулу, но для гибки требуется другой подход. Для V-образной гибки усилие рассчитывается по формуле F = (k × L × t² × UTS) / (8 × V), где k — коэффициент (1,33 для гибки в воздухе), L — длина линии гиба, t — толщина, UTS — предел прочности при растяжении, а V — ширина раскрытия матрицы. На практике BQUQ использует упрощенное правило: усилие гибки в воздухе примерно в 1,5–2 раза превышает усилие вырубки для того же материала и периметра.

Для последовательных штампов, которые совмещают вырубку, пробивку и гибку за один ход, рассчитайте усилие каждой операции отдельно и просуммируйте их. Типичный последовательный штамп для зажима радиатора может иметь суммарное усилие 250 кН, что требует пресса на 300 кН для обеспечения 20% запаса прочности. Выбор пресса также зависит от требуемой частоты ходов; пресс на 300 кН при 60 ходах в минуту обрабатывает эту деталь со скоростью 3600 деталей в час, тогда как пресс на 400 кН при 50 ходах в минуту дает только 3000 деталей в час.

Реальные данные по сопротивлению срезу для распространенных материалов

В таблице ниже приведены значения сопротивления срезу, которые BQUQ использует в ежедневных производственных расчетах. Эти значения получены из сертификатов на металлопрокат и наших собственных испытаний на растяжение, а не из общих учебных данных. Используйте эти цифры непосредственно в расчете F = L × t × S.

Для материалов, не указанных в списке, получите сертификат на металлопрокат или проведите испытание на срез полосы. Полоса длиной 100 мм и шириной 20 мм из неизвестного материала, разрезанная на лабораторном прессе, дает точное значение S в течение 10 минут. BQUQ взимает номинальную плату в размере 50 долларов США за такую проверку, которая возвращается при размещении первого производственного заказа.

Поправочные коэффициенты: зазор, износ инструмента и усилие съемника

Базовая формула предполагает оптимальный зазор матрицы, обычно 5–8% от толщины материала на сторону. Если зазор слишком мал, усилие увеличивается до 25%, поскольку зоны разрушения не смыкаются чисто. Для стали SPCC толщиной 2 мм оптимальный зазор составляет 0,10–0,16 мм на сторону. Штамп с зазором 0,05 мм потребует 80 кН вместо 70 кН для той же детали. Это распространенная проблема в недорогой оснастке, которая приводит к преждевременной перегрузке пресса.

Износ инструмента увеличивает усилие со временем. Острый пуансон требует 100% расчетного усилия; после 50 000 ходов радиус режущей кромки увеличивается, и усилие возрастает до 110–115%. После 200 000 ходов ожидайте 125–130% от начального усилия, если штамп не перетачивался. Для планирования производства BQUQ рекомендует выбирать пресс с запасом мощности не менее 30% сверх первоначального расчетного усилия, чтобы компенсировать эту кривую износа.

Усилие съемника добавляется к общей нагрузке на пресс. Пружинные съемники требуют 5–10% от усилия резания для снятия материала с пуансона. Для усилия резания 70 кН добавьте 3,5–7 кН на съем. Гидравлические съемники могут снизить это значение до 2–3%, но они увеличивают время цикла. При высокоскоростной штамповке свыше 200 ходов в минуту динамические нагрузки от ускорения и замедления добавляют еще 5–10%, которые статические расчеты не учитывают.

Практический пример: расчет усилия для штамповки радиатора

Рассмотрим типичную базовую пластину радиатора BQUQ: 80 мм × 60 мм × 2 мм из стали SPCC, с 40 пробитыми отверстиями диаметром 3 мм и 4 монтажными отверстиями диаметром 5 мм. Периметр заготовки равен 2 × (80 + 60) = 280 мм. Общий периметр отверстий составляет (40 × π × 3) + (4 × π × 5) = 377 + 62,8 = 439,8 мм. Общий периметр резания L = 280 + 439,8 = 719,8 мм. Усилие = 719,8 × 2 × 220 МПа = 316 712 Н (316,7 кН). С 10% запасом прочности расчетное усилие составляет 348 кН, а с 30% запасом на износ рекомендуемая мощность пресса — 460 кН. Стандартный пресс на 500 кН является правильным выбором, работающий при 40 ходах в минуту с производительностью 2400 деталей в час.

Стоимость оснастки для этой детали на BQUQ составляет от 4800 до 6200 долларов США, в зависимости от количества позиций и использования твердосплавных вставок вместо инструментальной стали. Твердосплавные пуансоны увеличивают срок службы инструмента с 500 000 до 2 000 000 ходов, но добавляют 800–1200 долларов к стоимости оснастки. При годовом объеме ниже 200 000 деталей инструментальная сталь более экономична; выше этого объема твердый сплав окупается в течение 18 месяцев.

Критерии выбора пресса и запасы прочности

Тоннаж пресса указывается в метрических тоннах (1 тонна = 9806 Н) или килоньютонах. Пресс на 500 кН обычно называют 50-тонным прессом. Никогда не эксплуатируйте пресс выше 80% от его номинальной мощности при непрерывной работе; это оставляет запас на колебания толщины материала и температурные эффекты штампа. Штамповка генерирует тепло, и штамп, работающий при 60 ходах в минуту, может достигать 60–80°C на режущих кромках, что снижает твердость инструментальной стали и увеличивает износ. Для высокоскоростных операций свыше 100 ходов в минуту BQUQ предусматривает каналы жидкостного охлаждения в плите штампа для поддержания температуры ниже 50°C.

Серво-прессы обеспечивают контроль усилия, который невозможен на обычных механических прессах. Серво-пресс может поддерживать постоянный профиль усилия независимо от колебаний материала, снижая долю брака с 2% до 0,5% в наших испытаниях. Однако серво-прессы стоят на 30–50% дороже эквивалентных механических прессов. Для большинства клиентов BQUQ, производящих от 10 000 до 500 000 деталей в год, механический пресс с 30% запасом прочности является наиболее экономически эффективным решением со сроком окупаемости менее двух лет.

Советы в формате FAQ по расчету усилия штамповки

Как быстрее всего оценить усилие штамповки без калькулятора? Умножьте периметр детали в сантиметрах на толщину в миллиметрах и на 35 для стали. Это даст усилие в килоньютонах. Для детали с периметром 28 см и толщиной 2 мм: 28 × 2 × 35 = 1960 кН, что находится в пределах 10% от точного расчета.

Как смазка влияет на усилие штамповки? Правильная смазка снижает трение на режущих кромках на 15–20%, уменьшая требуемое усилие. BQUQ использует легкое минеральное масло с вязкостью 20–30 сСт при 40°C для стали SPCC. Штамповка без смазки увеличивает усилие и сокращает срок службы инструмента вдвое.

Можно ли уменьшить усилие штамповки с помощью ступенчатого пуансона? Да, ступенчатый пуансон или пуансон со скосом снижает пиковое усилие на 30–40%, но увеличивает длину хода. Для заготовки шириной 100 мм угол скоса 5 градусов снижает усилие с 70 кН до 42 кН, что позволяет использовать пресс меньшей мощности. Компромисс — слегка изогнутая поверхность реза, что приемлемо для многих некритичных деталей.

Какова максимальная толщина, которую может штамповать BQUQ? Наш самый большой пресс — 400 тонн (3920 кН), который обрабатывает сталь SPCC толщиной до 8 мм для простых заготовок и до 4 мм для сложных последовательных штампов. Для более толстых материалов мы рекомендуем обработку на ЧПУ или гидроабразивную резку, которые мы также предлагаем на нашем производстве.

Заключение и следующие шаги для вашего проекта штамповки

Точный расчет усилия штамповки — это основа экономически эффективной оснастки и надежной работы пресса. Используйте F = L × t × S с правильными значениями сопротивления срезу, добавьте 10% запаса прочности и 20–30% на износ, и выберите пресс, который работает ниже 80% от номинальной мощности. Для сложных деталей с несколькими операциями просуммируйте усилия и проверьте результаты пробной штамповкой прототипа. BQUQ имеет 20-летний опыт в обработке на ЧПУ, штамповке металла, производстве пружин и радиаторов, и наша инженерная команда может проверить ваши расчеты усилия и оптимизировать конструкцию штампа для максимального срока службы инструмента.

Для бесплатного инженерного анализа вашей детали для штамповки отправьте чертежи и спецификации материалов нашей команде. Мы предоставляем услугу расчета стоимости в течение 12 часов с обратной связью по DFM, включая рекомендуемый тоннаж пресса, стоимость оснастки и цену за деталь. Напишите на sc@bquq.com или в WhatsApp +86 13713157787, чтобы начать проект. Посетите www.bquq.com для получения полного списка наших возможностей и примеров проектов.

Похожие Статьи

• Руководство по финишной обработке металлических деталей после штамповки | Полное
• Механизмы отказов при многофизическом сопряжении в процессе штамповки и систематические стратегии предотвращения
• Интеллектуальный онлайн-контроль и контроль качества с замкнутым контуром: создание производственной линии с нулевым дефектом для штампованных деталей