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第4章 工艺计算
4.1 工件的展开尺寸计算
4.1.1 中性层的确定
中性层曲率半径用?表示。中性层位置与板料厚度t、弯曲半径r、变薄系数?等因素有关，在实际生产中，板料弯曲时应变中性层的曲率半径按下式计算
??r?xt
式中：?—中性层半径；r—弯曲件内弯半径； x为中性层位移系数，其值件下表：
表4.1 应变中性层的位移系数
r/t x r/t x 0.1 0.21 1.3 0.34 0.2 0.22 1.5 0.36 0.3 0.23 2 0.38 0.4 0.24 2.5 0.39 0.5 0.25 3 0.4 0.6 0.26 4 0.42 0.7 0.28 5 0.44 0.8 0.3 6 0.46 1 0.32 7 0.48 1.2 0.33 ≥8 0.5 从弯曲件图可以看到：圆角半径都为r=0.5mm，板料厚度t=1mm，查表-2得x=0.25，则中性层半径为：
ρ?r?xt?0.5?0.25?1 ?0.75mm
4.1.2 毛坯展开尺寸的计算
由于圆角半径r?0.5t，所以弯曲件的展开长度是根据弯曲前后应变中性层长度不变的原则进行计算的。其展开的长度等于直线部分和弯曲部分应变中性层展开长度之和，当工件的弯曲角为900时，尺寸如图4.1所示，
图4.1 90°的弯曲
l?a?b??(r?xt)/2 l弧=??/2?1.18mm
分别计算为： L1
?2?1.5?1.18?10?1.5?10.18mm
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L2?16?1.5?1.18?2?1.5?16.18mm
L总?10.18?16.18?44?70.36mm
b1?8mm b2?12mm 画出工件展开图如图4.2：
图4.2工件的展开图
4.2 排样、计算条料宽度、确定步距、材料利用率
4.2.1 排样方式的选择
方案一：有废料排样 沿工件外形冲裁，在工件周边都留有搭边。工件尺寸完全由冲模来保证，因此冲件精度高，模具寿命高，但材料利用率低。
方案二：少废料排样 因受剪切条料和定位误差的影响，冲件质量差，模具寿命较方案一低，但材料利用率稍高，冲模结构简单。
方案三：无废料排样 工件的质量和模具寿命更低一些，但材料利用率最高。 通过上述三种方案的分析比较，综合考虑模具寿命和工件质量，该工件的排样方式选择方案一为佳，由于喇叭支架腹板上有多个异形孔，两端翼板结构复杂，所以选择直排。
4.2.2 计算搭边和条料宽度
4.2.2.1搭边
搭边是指排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的剩料。其作用是补偿定位误差，保持条料有一定的刚度，以保证零件质量和送料方便。搭边过大，浪费材料；搭边过小，冲裁时容易翘曲或被拉断，会增大冲件毛刺，损坏模具刃口，降低模具寿命。
查表4.2，当t=1mm时，工件间a=1.5mm，侧边a1=1.8mm，考虑到零件腹板上设计有多个异形孔，两端翼板结构复杂，增大工件间a=4mm。
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4.2.2.2 条料宽度
条料宽度的确定原则：最小条料宽度要保证冲裁时工作周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在导料板之间有一定间隙，并能顺利通过。模具采用双侧刃定位。条料宽度公式：
00 B???(l?1.5a1?2b)??
式中：l—工件垂直于送料方向的尺寸； b—侧刃裁切的条边宽度
000查表4.3，计算得： B???(70.36?1.5?1.8?2?1.5)???76?0.5mm
导尺间距离：A?l?1.5a1?2b?c
式中：c—冲裁后的条料宽度与导尺间的间隙 查表4.4，计算得：A?76.1mm
表4.2 搭边值和侧边值的数值（mm）
圆件及类似圆形制件 工件间a ≤0.25 0.2～0.5 0.5～0.8 0.8～1.2 1.2～1.6 1.6～2.0 1.8 1.2 1.0 0.8 1.0 1.2 侧边a1 2.0 1.5 1.2 1.0 1.2 1.5 矩形或类似矩形制件长度≤50 工件间a 侧边a1 2.2 1.8 1.5 1.2 1.5 1.8 2.5 2.0 1.8 1.5 1.8 2.0 矩形或类似矩形制件长度＞50 工件间a 2.8 2.2 1.8 1.5 1.8 2.0 侧边a1 3.0 2.5 2.0 1.8 2.0 2.2 材料厚度t（mm) 表4.3 普通剪床用带料宽度偏差△（mm）
条料宽度b(mm) ≤50 ≤１ ＞１～2 ＞2～3 ＞3～5
条料厚度t(mm) 0.4 0.5 0.7 0.9 ＞50～100 0.5 0.6 0.8 1.0
＞100～200 0.6 0.7 0.9 1.1 ＞200 0.7 0.8 1.0 1.2
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表4.4侧刃冲切得料边定距宽度b（mm）
条料厚度t(mm) ≤1.5 ＞1.5～2.5 ＞1.5～2.5 工件的排样图如图4.3：
条料宽度b 金属材料 1.5 2.0 2.5 非金属材料 2.0 3.0 4.0
图4.3 排样图
4.2.3 确定步距
送料步距S：条料在模具上每次送进的距离称为送料步距，每个步距可冲一个或多个零件。进距与排样方式有关，是决定侧刃长度的依据。条料宽度的确定与模具的结构有关。
进距确定的原则是，最小条料宽度要保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大条料宽度能在冲裁时顺利的在导料板之间送进条料，并有一定的间隙。
级进模送料步距S?l?a?12?4?16mm
4.2.4材料利用率
排样是否合理，经济性是否好，可用材料利用率来衡量。材料利用率是指零件的实际面积与所用材料面积的百分比。
一个进距内的材料利用率
nA ???100%
bh式中 A—冲裁件面积；n—条料宽度；b—条料宽度；h—进距
提高材料利用率的途径是减少废料面积，设计合理排样方案，选择合适的板料规格及
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合理的裁料法。
777.6?64% 经计算得：??1216根据计算结果知道选用直排材料利用率可达64%，满足要求。
4.3 冲压力的确定
4.3.1 冲裁力的计算
用平刃口模具冲裁，实际按下列公式进行计算 F?1.3Lt?b
式中：F—冲裁力； L—冲裁件周长； t—材料厚度； ?b—材料剪切强度
查表得Q215A的?b=270—340MPa, 取270MPa ①工位一：冲腹板上异形孔和翼板上的孔 F1?1.3?(14?16?8?2?)?1?270?15.542KN ②工位二：冲腹板上异形孔和翼板上的孔 F2?1.3?(16?48?2?)?1?270?24.668KN ③工位四：切除废料
L1?16?6?12?16.18?2?6?4?2?78.36mm L2?18?6?10?10.18?2?8?62.36mm F3?1.3?(78.36?62.36)?1?270?49.39KN
④工位九：切断
F4?1.3?96?1?270?33.696KN
⑤侧刃冲裁力 F侧?1.3?35?1?270?12.285KN
4.3.2 弯曲力的计算
弯曲力的大小与毛坯的宽度、厚度、屈服点、凹模支点间距等因素有关，同时还与弯曲形式和模具结构等多种因素有关。在生产中，通常采用下面的经验公式来进行计算。
①自由弯曲力
0.6Kbt2?b V形弯曲件：F?r?t 式中：b—弯曲件的宽度；t—弯曲件厚度；r—内圆弯曲半径；?b—弯曲材料的抗拉强度；K——安全系数，一般取1.3。
工件弯曲分两次而成，第一次弯450，第二次弯900。 Q215A的σb?320MPa
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