Nella mia esplorazione della lavorazione e della fabbricazione dei metalli, mi imbatto spesso nell'aspetto critico di Forza del pugno Calcolo. Capire come calcolare con precisione la resistenza del punzone è essenziale per garantire l'efficienza e la sicurezza delle operazioni. Determinando la resistenza appropriata richiesta per diverse applicazioni, possiamo ottimizzare le prestazioni, ridurre gli sprechi di materiale e aumentare la longevità dei nostri utensili. In questo articolo, condividerò con voi approfondimenti sui metodi e sui fattori che influenzano la resistenza del punzone, aiutandovi a prendere decisioni consapevoli nei vostri progetti. Approfondiamo i calcoli alla base di questo processo fondamentale.

Ci sono casi in cui i problemi, come punch rottura della punta e fratture della flangia si verificano durante l'operazione di punzonatura.

Spesso la causa di questo problema è la mancanza di dati tecnici relativi ai componenti standard o un errore nella scelta del materiale o della forma dell'utensile di punzonatura. Per ridurre l'incidenza di questo tipo di problema, vengono qui presentati degli standard per il corretto utilizzo del punzone, tenendo conto di fattori quali la resistenza a fatica dell'acciaio per utensili e la concentrazione delle sollecitazioni sulle flange.

1. Calcolo della resistenza del punzone

● Forza di punzonatura P［kgf］

P＝ ℓtτ… ………（1）ℓ : Lunghezza del profilo di punzonatura［mm］（Per un punzone rotondo, ℓ＝πd）t : Spessore del materiale［mm］

τ : Resistenza al taglio del materiale［kgf/mm2］（τ≒0,8X Resistenza alla trazioneσB）

[Esempio 1] La massima resistenza alla punzonatura P quando si punzona un foro rotondo di diametro 2,8 mm in una lamiera di acciaio ad alta resistenza di spessore 1,2 mm (resistenza alla trazione 80 kgf/mm2), è la seguente. Quando P = ℓtτ, resistenza al taglio τ = 0,8×80 = 64 kgf/mm2

P＝3,14×2,8×1,2×64＝675 kgf

2. Frattura della punta del punzone

● Sollecitazione applicata alla punta del punzoneσ［kgf/mm2］

σ＝P/A P : Forza di punzonatura, A : Area della sezione trasversale della punta del punzone（a ）Per punzone a spalla

σs＝4 tτ/d… ……………………（2） （b ）Per punzone iniettore σJ＝4d tτ/（d2－d12）………………（3）

(Esempio 2) Trova la possibilità di frattura della punta del punzone quando vengono utilizzati il punzone a spalla SPAS6－50－P2.8 e il punzone a sbalzo SJAS6－50－P2.8 (dimensione d1＝0.7, come mostrato a P. 186). Le condizioni di punzonatura sono le stesse dell'Esempio 1.

（a）Per il punzone della spalla, dalla Formula（2）: σs＝4×1,2×64/2,8＝110 kgf/mm2

（b）Per il punzone dell'iiettore, dalla formula (3):σJ＝4×2,8×1,2×64 /（2,82－0,72）＝117 kgf/mm2

Dalla Fig. 2, vediamo che quando σs è 110 kgf/mm2, c'è la possibilità che si verifichi una frattura con un punzone D2 a circa 9.000 colpi.

Quando il materiale viene modificato in M2, il numero di colpi aumenta a circa 40.000. La possibilità di utilizzare il punzone eiettore si verifica allo stesso modo.

Poiché la sezione trasversale è più piccola, la punta del punzone si fratturerà dopo circa 5.000 colpi. La frattura non si verificherà se la sollecitazione applicata al punzone durante l'uso è inferiore alla sollecitazione massima ammissibile per quel materiale. (Considerate tuttavia questo solo un valore indicativo, poiché il valore effettivo varia a seconda delle variazioni nella precisione della matrice, nella sua struttura e nel materiale punzonato, nonché nella rugosità superficiale, nel trattamento termico e in altre condizioni del punzone.)

3. Diametro minimo di punzonatura

● Diametro minimo di punzonatura: dmin. dmin＝4tτ/σ σ: Resistenza alla fatica dell'acciaio per utensili［kgf/mm2］

[Esempio 3] Il diametro minimo di punzonatura possibile quando si punzonano 100.000 colpi o più in SPCC di spessore 2 mm con un punzone M2 è il seguente. dmin ＝4tτ/σ……………（4） ＝4×2×26/97≒2,1mm Resistenza alla fatica per M2 a 100.000

colpi:σ＝97 kgf/mm2（dalla Fig. 2）τ ＝26 kgf/mm2（dalla Tabella 1）

4. Frattura dovuta a deformazione

● Carico di instabilità P［kgf］ P＝nπ2EI/ℓ2 ………………（5） ℓ＝√ nπ2EI/P ………………（6） n : Coefficiente n＝1 : Senza guida di estrazione

n＝2 : Con guida di estrazione I : Secondo momento di inerzia［a mm4］ Per un punzone rotondo, I＝πd4/64 ℓ : Lunghezza della punta del punzone［mm］

E: Modulo di Young［kgf/mm2］ D2: 21000 M2: 22000 HAP40: 23000 V30: 56000

Come indicato dalla formula di Eulero, le misure che possono essere adottate per migliorare la resistenza all'instabilità P includono l'uso di una guida di estrazione, l'uso di un materiale con un modulo di Young maggiore (SKD→SKH→HAP) e la riduzione della lunghezza della punta del punzone. Il carico di instabilità P indica il carico al momento in cui il punzone si inarca e si rompe. Nella scelta del punzone, è quindi necessario considerare un fattore di sicurezza compreso tra 3 e 5. Nella scelta del punzone per la punzonatura di piccoli fori, è necessario prestare particolare attenzione al carico di instabilità e allo sforzo applicato al punzone.

(Esempio 4) Calcolare la lunghezza totale del punzone che non produrrà deformazione quando un foro φ8 viene punzonato in acciaio inossidabile 304 (spessore della lamiera 1 mm, resistenza alla trazione σb = 60 kgf/mm2) con un punzone dritto (D2). Dalla formula (6): ℓ ＝√ nπ2EI/P＝√ 2×π2×21000× 201/1206＝262 mm Se il fattore di sicurezza è 3, allora ℓ＝262/3＝87 mm Se lo spessore della lamiera della piastra punzonata t è 20 mm, allora la deformazione può essere prevenuta utilizzando un punzone di lunghezza totale pari o inferiore a 107 mm. Per un punzone basato sulla piastra di estrazione (la punta della piastra del punzone è guidata dal gioco), la lunghezza totale dovrebbe essere di 87 mm o inferiore.

[Esempio 5] Il carico di instabilità P quando si utilizza un punzone SHAL5－60－P2.00－BC20 senza guida di estrazione è il seguente.

P ＝nπ2EI/ℓ2＝1×π2×22000×0,785/202＝426 kgf

  Se il fattore di sicurezza è 3, allora P＝426/3＝142 kgf. L'instabilità non si verificherà con una forza di punzonatura pari o inferiore a 142 kgf.