汽车仪表板冲压工艺及模具设计

第一章前言
1.1中国模具的发展现状
模具是机械、汽车、电子、通讯、仪表、家电工业产品的基础工艺装备，模具制造是一切制造业之首，模具行业实现工业化和商品化生产，是制造业生产技术进步的标志。

现代模具设计与制造技术，涉及机械工程、信息与电子工程、冶金与材料工程、工程管理等学科专业范围。

中国经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。

近10年来，中国模具工业一直以每年15％左右的增长速度快速发展。

目前，根据专家统计统计，中国约有模具生产厂点2万余家，从业人员有50多万人，全年模具产值达534亿元人民币。

近年来，模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具标准件、模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度；塑料模和压铸模比例增大；面向市场的专业模具厂家数量及能力增加较快；随着经济体制改革的不断深入，“三资”及民营企业的发展很快。

中国模具工业的发展在地域分布上存在不平衡性，东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。

模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区，其模具产值约占全国产值的三分之二以上。

1.2 中国模具的发展趋势
“十二五”时期是我国妥善应对国内外发展环境重大变化、加快实现全面建设小康社会目标的关键时期，也是我国模具制造行业健康发展的关键时期，国内外环境不确定因素虽然很多，但我国经济发展仍在高速增长期内，我国模具在国际模具市场上的比较优势仍旧存在，国内模具市场预期也继续看好，模具行业发展呈现大趋势。

一是模具的精度越来越高。

10年前，精密模具的精度一般为5微米，现在已达到2～3微米，不久1微米精度的模具将上市。

这要求超精加工。

二是模具日趋大型化。

这是由于模具成型的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的"一模多腔"所造成的。

三是多功能复合模具将进一步发展。

新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高。

四是热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高。

由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在外国发展很快，许多塑料模具厂生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到80%以上，效果十分明显。

热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率上升到20%~30%。

五是随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。

这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很严。

六是标准件的应用将日渐广泛。

模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。

因此，模具标准件的应用在"十五"期间必将得到较大的发展。

七是快速经济模具的前景十分广阔。

现在是多品种小批量生产时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75%以上。

由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好。

因此开发快速经济模具将越来越引起人们的关注。

八是随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。

九是模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。

十是以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。

同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。

第二章 工艺方案的制订
2.1 零件的工艺性分析
本零件为汽车仪表板，材料为Q235，板厚为1)(m m ，大批量生产。

图2.1 汽车仪表板
该零件有四处90度弯曲，有多处冲孔。

因而此工件包含了落料，弯曲，冲孔等工艺步骤。

其工件最小圆角半径1mm 符合最小圆角半径要求。

从技术要求和使用条件来看，零件的精度要求一般，适合冲压生产。

工件的冲压精度和粗糙度都要求不高，符合冲裁要求。

2.2 毛胚尺寸计算
工件的主要成形工序为落料、弯曲、冲孔，零件尺寸如图2.4，所以毛坯的尺寸即为弯曲件的展开尺寸。

U 型弯曲件的毛胚展开长度计算公式
)(321δx r l l l L ++++= （2-1） 式中 1l —U 型弯曲件直边长度)(m m
2l —U 型弯曲件直边长度)(m m
3l —U 型弯曲件直边长度)(m m
r —弯曲半径)(m m
δ—弯曲件厚度)(m m
x —中性层位移系数
则工件毛坯的长度L 1为
)(404)128.01(38488L 1mm =⨯++++=π
工件毛坯的宽度L 2为
)(350)128.01(33088L 2mm =⨯++++=π
依上所述，该零件的坯料尺寸可定为长度404)(m m ，宽度350)(m m 。

2.3 工艺方案的制定
经过以上分析，可以进一步明确，该零件的冲压加工包括以下基本工序：落料、冲孔、弯曲。

此工件的成形工艺可以有以下几种方案：
方案一：按照基本工序顺序：落料→冲孔→弯曲
方案二：落料→弯曲→冲孔
方案三：落料、冲孔复合，其他按照基本工序：落料、冲孔→弯曲
分析以上三种方案，可以看到：
方案一：按照基本工序排列的冲压工艺每步工序都只使用简单模具，结构简单，制造周期短，成本较低，但不能保证冲孔件孔的精度。

方案二：落料后先弯曲，再冲孔，不仅使模具结构简单，制造周期短，成本较低，而且保证冲孔件孔的精度。

方案三：将落料、冲孔复合，实现二道工序在一副模具上完成，减少了工序数和模具数，但模具复杂，提高了生产成本。

通过上述对三种方案的分析，最终选用方案二：落料→弯曲→冲孔
（1） 零件的排样图，如图2.2。

搭边的最小宽度大于塑变区的宽度，由板厚1)(m m 查搭边数值表，沿边搭边为2)(m m ，工件间搭边为1.5)(m m 。

图2.2排样图（2）第一步工序：落料，工件如图2.3。

图2.3落料工件图（3）第二步工序：弯曲，工件如图2.4
图2.4弯曲工件图（4）第三步工序：冲孔，工件如图2.5。

图2.5冲孔工件图
第三章落料模设计
3.1冲压工艺的计算
3.1.1排样方案
查表2-12 合理搭边值[1]，确定搭边数值。

当t=1)
(m m，
(m m时，沿边搭边为2)工件间搭边为1.5)
(m m。

图3.1 排样图
一个进距的材料利用率η
100nA bh
η=⨯% （3-1） 式中 A —冲裁件的面积；
n —一个进距内冲裁件数目；
b —条料宽度；
h —进距；
所以 η=%1005
.351408)10104404350(1⨯⨯⨯⨯-⨯⨯ =98.32%
3.1.2冲压压力的计算
（1） 落料冲裁力
b L f F δσ10= （3-2）
式中 f 1—系数；取决于材料的屈强比，可从图2-5 f 1与材料屈强比的关系[1]求得，因此取f 1=0.65；
L —落料件周长；)(m m ；
δ— 材料厚度；)(m m ；
b σ—材料抗拉强度；)(MPa ；Q235 b σ=375~460)(MPa ，取b σ=420)(MPa ；
所以 b L f F δσ10=
=0.65×2（404+350）×1×420
=411.68(KN)
（2） 推件力的计算
022F nk F = （3-3）
式中 n —卡在凹模洞口里的工件数；
k 2—推件力系数；查表2-7 卸料力、推件力和顶件力系数[1]，取k 2=0.055； F 0—落料力；
所以 022F nk F =
=1×0.055×411.68
=22.64(KN)
（3） 总冲压力的计算
20F F F += （3-4）
=411.68+22.64
=434.32(KN)
（4） 压力机的初步选择
选择压力机吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及波动、力学性能等因素，实际冲裁力可能增大，所以取
1.3F F =总 （3-5） 3
2.434
3.1⨯=
=564.62(KN)
因此初步选择压力机的型号为J23—63开式双柱可倾压力机，公称压力为630KN ，最大封闭高度为360)(m m ，最小封闭高度为270)(m m 。

3.1.3模具的压力中心的计算
由于毛坯内外周边形状对称，所以模具的几何中心就是压力中心。

3.1.4模具刃口尺寸的计算
根据表2-4 冲裁模始用间隙[1]查得间隙值Z min =0.10)(m m ，Z max =0.14)(m m 。

根据表2-15凸凹模的制造公差表[1]查得凸凹模的制造公差为：
凸模)(040.01mm p =δ
)(035.02mm p =δ
)(040.03mm p =δ
)(035.04mm p =δ
凹模)(060.01mm d =δ
)(050.02mm d =δ
)(060.03mm d =δ
)(050.04mm d =δ
为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙：
)(100.0060.0040.03311mm d p d p =+=+=+δδδδ
)(085.0050.0035.04422mm d p d p =+=+=+δδδδ
)(04.010.014.0m in m ax mm Z Z =-=-
因为 m i n m a x 44223311＞＞Z Z d p d p d p d p -+=++=+δδδδδδδδ 则 )(016.004.04.0)(4.0min max 4321mm Z Z p p p p p =⨯=-=====δδδδδ
)(024.004.06.0)(6.0min max 4321mm Z Z d d d d d =⨯=-=====δδδδδ
由于零件形状比较简单，所以凸凹模可以分开加工，且零件的公差等级为IT12，精度要求不高。

由零件的基本尺寸L 1=404)(m m ,L 2=350)(m m ,L 3=384)(m m ,L 4=330)(m m 查表
3-2常用尺寸的标准公差数值表[6]得公差)(57.0)
(57.0)
(57.0)
(63.04321m m m m m m m m =∆=∆=∆=∆查表2-7 系数x [7]得系数
5
.05.05.05.04321====x x x x
则落料凹模的尺寸：
d
x L L d δ+∆-=0
1111)( （3-6） 024
.00)63.05.0404(+⨯-= )(69.403024
.00mm +=
d
x L L d δ+∆-=0
2222)( 024
.00)57.05.0350(+⨯-= )(72.349024
.00mm +=
d
x L L d δ+∆-=0
3333)( 024
.00
)57.05.0384(+⨯-= )(6.403024
.00mm +=
d
x L L d δ+∆-=0
4444)( 024
.00)57.05.0330(+⨯-= )(72.329024
.00mm +=
落料凸模的尺寸：
m i n 1111)(p Z x L L P δ--∆-= (3-7)
0016.0)10.069.403(--= )(59.4030016.0mm
-= 0min 2222)(p Z x L L P δ--∆-=
0016.0)10.072.349(--=
)(62.3490016.0mm
-= 0min 3333)(p Z x L L P δ--∆-=
0016.0)10.072.383(--= )(62.3830016.0mm
-= 0min 4444)(p Z x L L P δ--∆-=
0016.0)10.072.329(--= )(62.3290016.0mm
-= 3.2落料模主要零件的设计
3.2.1落料凹模
（1） 厚度Ha
查表9-6 凹模厚度H 和壁厚C [1]，从凹模孔的最大宽度（404﹥200）及料厚（1>0.8～1.5），取凹模厚度H a =30)(m m ，壁厚C=48)(m m 。

（2） 凹模的外形尺寸
由壁厚C=48)(m m ，可确定凹模的外形尺寸。

凹模长：404+48+48=500)(m m 凹模宽：350+48+48=446)(m m
（3） 刃壁形式
因此落料模结构简单，且材料较薄，结合表9-3 常见冲裁凹模刃口及孔壁结构形式[1]选择序号4直壁形式。

（4） 凹模的固定形式
利用销钉和螺钉固定在下模座上。

3.2.2落料凸模
（1） 凸模的刃口形式 凸模加工成等截面结构。

（2） 凸模的固定形式
利用销钉和螺钉固定在上模座上。

（3） 凸模的长度
凸模的长度根据零件的结构来确定
l H ta +++=321δδδ （3-8） 式中 H ta —凸模的长度；)(m m
1δ—凸模固定板厚度；)(m m
2δ—卸料板厚度；)(m m 3δ—导尺厚度；)(m m l —自由长度；)(m m
则 H ta =0+14+8+60=82 )(m m 所以取凸模长度H ta =85)(m m 。

3.2.3卸料板的设计
由于此件的厚度较小，且要求表面平整，可采用固定卸料版，查表9-15卸料板厚度[1]。

选用卸料板长度 500)(m m
卸料板宽度 446)(m m 卸料板厚度 h 0=18)(m m
卸料板材料选用45钢，不用热处理淬硬。

3.2.4模座的设计
（1） 模座的外形尺寸
由于凹模的最大外形尺寸为500)(m m ，查模架标准结构表[4]，可确定下模座的尺寸为80500500⨯⨯)(m m ，上模座的尺寸为65500500⨯⨯)(m m 。

（2） 模座的材料
一般选用铸铁HT200，也可选用A3,A5结构钢，但从为了降低模具成本，本设计则考虑选用铸铁HT200。

（3） 垫板选择
查表9-23 垫板尺寸[1]，从凹模尺寸（500×446）凸模尺寸（404×350）可确定 上垫板尺寸500×446×12)(m m 下垫板尺寸404×350×12)(m m 3.2.5挡料装置的设计
挡料装置在单工序落料或复合模中，主要作用保持冲件轮廓的完整和适量的搭边。

根据此落料模的设计，选用导尺进行导料。

挡料装置利用挡料销进行挡料。

3.2.6冲模闭合高度的确定
模具闭合高度H 模是模具在最低的工作位置时，下模座的底平面至上模座的顶平面之间的距离（不含模柄高度）。

压力机的闭合高度是指滑块在下止点时工作台面（不含垫板高）至滑块下平面件的距离。

即： ∆-+++++=ta a H H H H H H H 4321模 (3-9) 式中 模H —冲模闭合高度；)(m m
1H —上模座厚度；)(m m 2H —下模座厚度；)(m m
3H —上垫板厚度；)(m m 4H —下垫板厚度；)(m m
a H —凹模厚度；)(m m
ta H —凸模的长度；)(m m
∆—凸模刃口进入凹模刃口的深度；)(m m
则 )(2831853012128065mm H =-+++++=模
冲模设计时，必须使冲模的闭合高度与压力机的闭合高度相适应，通常应满足下列关系：
)(10)(5min max mm H H mm H +≥≥-模 （3-10）
式中 m a x H —压力机最大闭合高度，max H =360)(m m ；
m i n H —压力机最小闭合高度，min H =270)(m m ；
由于冲模闭合高度满足280283355≥≥，则模具的闭合高度为283)(m m 符合要求。

3.2.7模柄、导柱、导套的选用
根据所选压力机的模柄孔，根据标准件表[4]，查得相应标准的模柄，选标标准的压入式模柄d=50)(m m ,D=54)(m m 。

根据标准件表[4]，选用标准的导柱、导套，导柱)(27050mm ⨯，导套
)(7512050mm ⨯⨯。

3.2.8模具材料的选用
凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作，并伴有温度的升高，工作条件极其恶劣。

所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切削性。

硬度要大，热处理变形小，而且价格要低廉。

结合上述原则，由凸、凹模材料的选用与热处理表[5]
推荐材料有： 1) 凸模，凹模采用9Mn2V ； 2) 导柱，导套采用20 钢； 3) 挡料销，定位销采用Q235 钢； 4) 卸料板采用45钢； 5) 上、下模座采用HT200；
第四章 弯曲模设计
4.1弯曲件工艺计算
4.1.1弯曲件展开长度计算
因为零件弯曲半径r ＞0.5δ，所以弯曲件的展开长度按直边区与圆角区分段进行计算。

视直边区在弯曲前后长度不变，圆角区展开长度则在按弯曲前后中性层长度不变的条件下进行计算。

根据前面冲压件毛坯尺寸的计算，可得出此弯曲件展开尺寸如图2.4所示。

4.1.2弯曲件回弹值的计算
(1) 弯曲回弹值确定
由于此工件的r/δ=1/1=1<8，查表4-12 U 形弯曲回弹角[1]
，可确定Δθ=1°。

(2) 工件回弹问题的解决
当工件要求精度不高或校正弯曲时，生产中常采取调整凸凹模间隙的方法解决工件回弹问题，本例采用修整凸模的方法。

4.1.3最小弯曲半径
弯曲时，弯曲半径愈小，板料外表面变形程度愈大，如果弯曲半径过小，则板料的外表面将超过材料的最大许可变形程度而发生裂纹。

因此，弯曲工艺受到最小弯曲半径的限制。

所以工件上的弯曲半径无特殊要求时，应尽量取大一些，不要小于最小弯曲半径值，最小弯曲半径值根据表1-10最小弯曲半径[4]查取，因此确定工件的弯曲半径r t =1)(m m 。

4.1.4弯曲力的计算
(1) U 形接触弯曲力
δ
σδ+=r Cb P b 217.0 （4-1）
式中 C =1~1.3；
b —弯曲件宽度；)(m m
δ—材料厚度；)(m m
b σ—抗拉强度；
（Mpa ）；Q235 b σ=375~460（Mpa ），取b σ=420（Mpa ）； r —凸模圆角半径；)(m m
则 )(06.6311420
13303.17
.0211KN P =+⨯⨯⨯= )(38.731
1420
13843.17
.0212KN P =+⨯⨯⨯= (2) 顶件力或压料力
13)8.0~3.0(P P = (4-2)
则 )(45
.5006.638.08.01131KN P P =⨯=⨯=
)(70.5838.738.08.01232KN P P =⨯=⨯= (3) 总冲压力
31P P P +=总 (4-3) 32311211P P P P +++=
70.5845.5038.7306.63+++=
)(59.245KN =
(4) 初选压力机
由总冲压力)(59.245KN P =总，所以初步选择压力机的型号为J23—25开式双柱可
倾压力机，公称压力为)(250
KN ，最大封闭高度为250)(m m ，最小封闭高度为180)(m m 。

4.1.5模具的压力中心的计算
由于毛坯内外周边形状对称，所以模具的几何中心就是压力中心。

4.1.6模具刃口尺寸的计算
弯曲时凸凹模单边间隙
δδδδk k Z
+∆+=+=max 2
（4-4） 式中 δ—材料厚度；)(m m
∆—料厚正偏差；)(m m 材料公差等级IT10，则∆=0.04)(m m k —间隙系数；取k =0.10
则)(28.2)11.004.01(2)(2mm k Z =⨯++=+∆+=δδ。

零件的公差等级IT12，零件的工作尺寸为)(388057.00
55mm
l -∆-=，)(334057.00
66mm l -∆-= 则凸模尺寸 6550
5)43(h Z l l T -∆-=-δ （4-5）
6)28.257.04
3
388(h -⨯-=
057.029.385-=)(m m
6660
6)43
(h Z l l T -∆-
=-δ 6)28.257.04
3
334(h -⨯-=
057.029.331-=)(m m
凹模尺寸 75505)43
(H l l A ∆-
=+δ
（4-6） 7)57.04
3
388(H ⨯-=
57
.00
57.387+=)(m m 76606)43
(H l l A ∆-
=+δ
7)57.04
3
334(H ⨯-=
57
.00
57.333+=)(m m 4.2弯曲模主要零件的设计
4.2.1落料凹模
（1） 厚度Ha
查表9-6 凹模厚度H 和壁厚C [1]，从凹模孔的最大宽度（388﹥200）及料厚（1>0.8～1.5），取凹模厚度H a =30)(m m ，壁厚C=48)(m m 。

（2） 凹模的外形尺寸
由壁厚C=48)(m m ，可确定凹模的外形尺寸。

凹模长：388+48+48=484)(m m 凹模宽：334+48+48=430)(m m
（3） 凹模圆角半径
查表4-13 V 形和U 形弯曲模工作部分结构与尺寸[1] 可确定凹模圆角半径r a =3)(m m 。

（4） 凹模的工作深度
查表4-13 V 形和U 形弯曲模工作部分结构与尺寸[1] 可确定m=3)(m m ,则凹模的工作深度h a =3+3+10=16)(m m 。

（5） 凹模的固定形式
利用销钉和螺钉固定在下模座上。

4.2.2弯曲凸模
（1） 凸模的刃口形式 凸模加工成等截面结构。

（2） 凸模的固定形式
利用销钉和螺钉固定在上模座上。

（3） 凸模的长度
凸模的长度根据零件的结构来确定
l H ta +=1δ （4-7） 式中 H ta —凸模的长度；)(m m
1δ—凸模工作深度；)(m m
l —自由长度；)(m m
则 H ta =15+40=55 )(m m 所以取凸模长度H ta =55)(m m 。

4.2.3推板的设计
选用推板厚度h 0=14)(m m ，材料选用45钢，不用热处理淬硬。

4.2.4顶料装置的设计
选用带有橡胶垫的弹性顶料装置。

4.2.4模座的设计
（1） 模座的外形尺寸
由于凹模的最大外形尺寸为484)(m m ，查模架标准结构表[4]，可确定下模座的尺寸为65500500⨯⨯)(m m ，上模座的尺寸为55500500⨯⨯)(m m 。

（2） 模座的材料
一般选用铸铁HT200，也可选用A3,A5结构钢，但为了降低模具成本，本设计则考虑选用铸铁HT200。

（3） 垫板选择
凹模底面积278528
334388430484mm S =⨯-⨯= 则)(74.178528
38
.7306.631MPa S P y =+==
δ 因模座采用铸铁材料，)(100][MPa y =δ，则][<y y δδ，不需加垫板。

4.2.5挡料装置的设计
根据此弯曲模的设计，选用定位板进行定位。

挡料装置利用挡料销进行挡料。

4.2.6冲模闭合高度的确定
模具闭合高度H 模是模具在最低的工作位置时，下模座的底平面至上模座的顶平面之间的距离（不含模柄高度）。

压力机的闭合高度是指滑块在下止点时工作台面（不含垫板高）至滑块下平面件的距离。

即： ∆-+++=ta a H H H H H 21 (4-8) 式中 模H —冲模闭合高度；)(m m
1H —上模座厚度；)(m m 2H —下模座厚度；)(m m
a H —凹模厚度；)(m m
ta H —凸模的长度；)(m m
∆—凸模刃口进入凹模刃口的深度；)(m m
则 )(1901555305655mm H =-+++=
冲模设计时，必须使冲模的闭合高度与压力机的闭合高度相适应，通常应满足下列关系：
)(10)(5min max mm H H mm H +≥≥-模 （4-9）
式中 m a x H —压力机最大闭合高度，max H =250)(m m ；
m i n H —压力机最小闭合高度，min H =180)(m m ；
由于冲模闭合高度满足190190245≥≥，则模具的闭合高度为190)(m m 符合要求。

4.2.7模柄、导柱、导套的选用
根据所选压力机的模柄孔，根据标准件表[4]，查得相应标准的模柄，选标准的凸缘模柄d=50)(m m ，D=110)(m m 。

根据标准件表[4]，选用标准的导柱、导套，导柱)(17050mm ⨯，导套
)(759550mm ⨯⨯。

4.2.8模具材料的选用
凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作，并伴有温度的升高，工作条件极其恶劣。

所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切削性。

硬度要大，热处理变形小，而且价格要低廉。

结合上述原则，由凸、凹模材料的选用与热处理表[5]
推荐材料有： 1) 凸模，凹模采用9Mn2V ； 2) 导柱，导套采用20 钢； 3) 挡料销，定位销采用Q235 钢； 4) 推板采用45钢； 5) 上、下模座采用HT200；
第五章 冲孔模设计
5.1冲压工艺的计算
5.1.1冲压压力的计算
（1） 落料冲裁力
b L f F δσ10= （5-1）
式中 f 1—系数；取决于材料的屈强比，可从图2-5 f 1与材料屈强比的关系[1]求得，因此取f 1=0.65；
L —落料件周长；mm ； δ— 材料厚度；mm ；
b σ—材料抗拉强度；Mpa ；Q235 b σ=375~460Mpa ，取b σ=420Mpa ；
所以 F 01=0.65×π×5×1×420=4.29 (KN)
F 02=0.65×π×20×1×420=17.14 (KN) F 03=0.65×π×4×1×420=3.43 (KN)
F 04=0.65×（π×5+90×2）×1×420=53.43(KN) F 05= F 03=3.43(KN)
F 06=0.65×π×10×1×420=8.57(KN) F 07= F 03=3.43 (KN) F 08= F 03=3.43(KN) F 09= F 04=53.43 (KN) F 10= F 03=3.43(KN) F 11= F 03=3.43 (KN) F 12= F 04=53.43(KN)
F 13=0.65×（π×5+54×2）×1×420=33.77 (KN) F 14= F 03=3.43(KN) F 15= F 03=3.43 (KN) F 16= F 04=53.43 (KN) F 17= F 03=3.43 (KN)
F 18=0.65×20×4×1×420=21.84(KN) F 19= F 03=3.43(KN) F 20= F 03=3.43 (KN) F 21= F 04=53.43 (KN) F 22= F 01=4.29 (KN)
F 23= F 03=3.43 (KN)
F 24=0.65×[6
5
×π×10+2（10-225.25-）+5]×1×420=11.60(KN)
F 25= F 24=11.60(KN) F 26= F 01=4.29 (KN) F 27= F 03=3.43 (KN)
F 28=0.65×（20×4+5×4）×1×420=27.3 (KN) F 29=0.65×（100×2+40×2）×1×420=76.44(KN) F 30= F 28=27.3 (KN) F 31= F 03=3.43(KN) F 32= F 03=3.43 (KN)
F 33=0.65×（80×2+40×2）×1×420=65.52(KN) F 34= F 03=3.43(KN) F 35= F 03=3.43 (KN) F 36= F 03=3.43(KN) F 37=F 06=8.57 (KN) F 38= F 03=3.43 (KN) F 39= F 01=4.29 (KN) F 40=F 02=17.14(KN) F 41= F 03=3.43 (KN) F 42= F 03=3.43 (KN)
则 F 0=F 01+F 02+F 03+······+F 42
=4.29+17.14+3.43+53.43+3.43+8.57+3.43+3.43+53.43+3.43+3.43+
53.43+33.77+3.43+3.43+53.43+3.43+21.84+3.43+3.43+53.43+4.29+3.43+11.60+11.60+4.29+3.43+27.3+76.44+27.3+3.43+3.43+65.52+3.43+3.43+3.43+8.57+3.43+4.29+17.14+3.43+3.43
=683.13(KN)
（2） 卸料力计算
011F k F = (5-2) 式中 k 1—推件力系数；查表2-7 卸料力、推件力和顶件力系数[1]，取k 1=0.045； F 0—落料力；
所以 011F k F =
=0.045×683.13 =30.74(KN) （3） 推件力的计算
022F nk F = （5-3）
式中 n —卡在凹模洞口里的工件数；
k 2—推件力系数；查表2-7 卸料力、推件力和顶件力系数[1]，取k 2=0.055； F 0—落料力；
所以 022F nk F =
=1×0.055×683.13
=37.57(KN) （4） 总冲压力的计算
210F F F F ++= （5-4）
=411.68+22.64
=434.32(KN) （5） 压力机的初步选择
选择压力机吨位时，考虑刃口磨损和材料厚度及波动、力学性能等因素，实际冲裁力可能增大，所以取
1.3F F =总 （5-5）
44.7513.1⨯=
=976.87(KN)
因此初步选择压力机的型号为J23—100开式双柱可倾压力机，公称压力为
1000KN ，最大封闭高度为400mm ，最小封闭高度为290mm 。

5.1.2模具压力中心的计算 工件建立如图所示坐标系
各个孔中心坐标
（x 1，y 1）=（10，320）
（x3，y3）=（64，270）
（x4，y4）=（64，210）
（x5，y5）=（128，315）（x6，y6）=（128，300）（x7，y7）=（128，285）（x8，y8）=（128，270）（x9，y9）=（128，210）（x10，y10）=（182，300）（x11，y11）=（192，270）（x12，y12）=（192，210）（x13，y13）=（224，300）（x14，y14）=（266，300）（x15，y15）=（256，270）（x16，y16）=（256，210）（x17，y17）=（320，320）（x18，y18）=（320，300）（x19，y19）=（320，280）（x20，y20）=（320，270）（x21，y21）=（320，210）（x22，y22）=（374，320）（x23，y23）=（320，150）（x24，y24）=（322.5，120）（x25，y25）=（322.5，70）（x26，y26）=（374，10）（x27，y27）=（256，150）（x28，y28）=（256，120）（x29，y29）=（220，60）（x30，y30）=（192，120）（x31，y31）=（192，150）（x32，y32）=（128，150）（x33，y33）=（90，100）（x34，y34）=（140，100）（x35，y35）=（64，150）（x36，y36）=（80，55）
（x37，y37）=（80，40）
（x 39，y 39）=（10，10） （x 40，y 40）=（40，40） （x 41，y 41）=（40，60） （x 42，y 42）=（40，100）
则压力中心坐标 x 0=
42
020142
42202101F F F x F x F x F +∙∙∙++∙+∙∙∙+∙+∙ (5-6)
=13
.6834043.34043.34014.171029.44043.38057.88043.36443.314043.39052.6512843.319243.31923.2722044.762563.2725643.337429.45.32260.115.32260.1132043.337429.432043.5332043.332043.332084.2132043.325643.5325643.326643.322477.3319243.5319243.318243.312843.5312843.312843.312857.812843.36443.536443.36414.171029.4⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯
=186.63 y 0=
42
020142
42202101F F F y F y F y F +∙∙∙++∙+∙∙∙+∙+∙ (5-7)
=13
.68310043.36043.34014.171029.42043.34057.85543.315043.310043.310052.6215043.315043.31203.276044.761203.2715043.31029.47060.1112060.1115043.332029.421043.5327043.328043.330084.2132043.321043.5327043.330043.330077.3321043.5327043.330043.321043.5327043.328543.330057.831543.321043.5327043.330014.1732029.4⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯
=173.87
取工件压力中心为（187，174） 5.1.3模具刃口尺寸的计算
根据表2-4 冲裁模始用间隙[1]查得间隙值Z min =0.10)(m m ，Z max =0.14)(m m 。

根据表2-15凸凹模的制造公差表[1]查得凸凹模的制造公差：
孔1、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、19、20、21、22、23、24、25、26、27、31、32、34、35、36、37、38、39、41、42
凸模)(020.01mm p =δ
凹模)(020.01mm d =δ
孔2、18、28、30、40
凸模)(020.02mm p =δ 凹模)(025.02mm d =δ
孔29、33
凸模)(025.03mm p =δ 凹模)(035.03mm d =δ
为了保证冲模的间隙小于最大合理间隙：
)(040.011mm d p =+δδ )(045.022mm d p =+δδ
)(060.033mm d p =+δδ
)(04.010.014.0m in m ax mm Z Z =-=-
因为 m i n
m a x 11Z Z d p -≤+δδ min max 442233＞＞Z Z d p d p d p -+=++δδδδδδ
则取 )(020.01mm p =δ
)(020.01mm d =δ
)(016.004.04.0)(4.0min max 32mm Z Z p p =⨯=-==δδ )(024.004.06.0)(6.0min max 32mm Z Z d d =⨯=-==δδ
由于零件形状比较简单，所以凸凹模可以分开加工，且零件的公差等级为IT12，精度要求不高。

根据零件孔的基本尺寸查表3-2常用尺寸的标准公差数值表[6]得公差
△1=△3=△4l =△4d =△5=△7=△8=△9l =△9d =△10=△11=△12l =△12d =△13l =△13d =△14=△15=△
16l =△16d =△17=△19=△20=△21l =△21d =△22=△23=△24b =△25b =△24l =△25l =△26=△27=△28b =△30b =△31=△32=△34=△35=△36=△38=△39=△41=△42=0.12)(m m
△6=△24l =△25l =△24d =△25d =△37=0.15)(m m
△2=△18=△28l =△30l =△40=0.21)(m m △29b =△33b =0.25)(m m △33l =0.30)(m m △29l =0.35)(m m
查表2-7 系数x [7]得系数
13725242524642413938363534323130282726252425242322212120191716161514131312121110998754431=================================================x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x d d l l b b l l b b d l d l d l d l d l d l 75.029333329403028182=========l l b b l l x x x x x x x x x
则各孔的模具刃口尺寸 孔1、22、26、39 冲孔凸模尺寸
011139262211)(p x d d d d d P P P P δ-∆+==== （5-8）
002.0)12.015(-⨯+= )(12.5002.0mm
-= 冲孔凹模尺寸
1
min 1113926221)(d Z x d d d d d d d d d δ++∆+==== （5-9） 02
.00)10.012.015(++⨯+= )(22.502
.00mm +=
孔3、5、7、8、10、11、14、15、17、19、20、23、27、31、32、34、35、36、38、41、42
冲孔凸模尺寸
0333424138363534323127232019171514111087531
)(p x d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P δ-∆+===================== 002.0)12.014(-⨯+=
)(12.4002.0mm
-=
1
min 33342413836353432312723201917151411108753)
(d Z
x d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d d δ++∆+=====================
02
.00
)10.012.014(++⨯+= )(22.402
.00mm +=
孔10、37 冲孔凸模尺寸
06663761)(p x d d d P P δ-∆+==
002.0)15.0110(-⨯+= )(15.10002.0mm
-= 冲孔凹模尺寸
1
min 666376)(d Z x d d d d d δ++∆+== 02
.00)10.015.0110(++⨯+= )(25.1002
.00mm +=
孔24、25 冲孔凸模尺寸
024*********)(p d d P P x d d d δ-∆+==
002.0)15.0110(-⨯+= )(15.10002.0mm
-= 024*********)(p l l P P x l l l δ-∆+==
002.0)15.0110(-⨯+= )(15.10002.0mm
-= 024*********)(p b b P P x b b b δ-∆+==
002.0)12.015(-⨯+= )(12.5002.0mm
-=
1
min 2424242524)(d Z x d d d d d d d δ++∆+== 02
.00)10.015.0110(++⨯+= )(25.1002.00mm +=
1
min 2424242524)(d Z x l l l l l d d δ++∆+== 02
.00)10.015.0110(++⨯+= )(25.1002.00mm +=
1
min 2424242524)(d Z x b b b b b d d δ++∆+== 02
.00)10.012.015(++⨯+= )(22.502.00mm +=
孔18 冲孔凸模尺寸
0181818182)(p x l l P δ-∆+=
0016.0)21.075.020(-⨯+= )(16.200016.0mm
-= 冲孔凹模尺寸
2
min 18181818)(d Z x d l d δ++∆+= 024
.00)10.021.075.020(++⨯+= )(26.20024
.00mm +=
孔2、40 冲孔凸模尺寸
02224022)(p x d d d P P δ-∆+==
0016.0)21.075.020(-⨯+= )(16.200016.0mm
-= 冲孔凹模尺寸
2
min 222402)(d Z x d d d d d δ++∆+== 024
.00)10.012.075.020(++⨯+= )(26.20024
.00mm +=
孔28、30 冲孔凸模尺寸
028*********)(p l l P P x l l l δ-∆+==
0016.0)21.075.020(-⨯+= )(16.200016.0mm
-= 028*********)(p b b P P x b b b δ-∆+==
002.0)12.015(-⨯+= )(12.5002.0mm
-= 冲孔凹模尺寸
2
min 2828283028)(d Z x l l l l l d d δ++∆+== 02
.00)10.012.075.020(++⨯+= )(26.20024
.00mm +=
1
min 2828283028)(d Z x b b b d d d d δ++∆+== 02
.00)10.012.015(++⨯+= )(22.502.00mm +=
孔13 冲孔凸模尺寸
0131313131)(p d d P x d d δ-∆+=
002.0)12.015(-⨯+= )(12.5002.0mm
-= 0131313131)(p l l P x l l δ-∆+=
002.0)12.015(-⨯+= )(12.5002.0mm -=
冲孔凹模尺寸
1
min 13131313)(d Z x d d d d d δ++∆+= 02.00)10.012.015(++⨯+= )(22.502
.00mm +=
1
min 13131313)(d Z x l l l l d δ++∆+= 02.00)10.012.015(++⨯+= )(22.502
.00mm +=
孔33 冲孔凸模尺寸
0333333332)(p l l P x l l δ-∆+=
0016.0)3.075.080(-⨯+= )(23.800016.0mm
-= 0333333332)(p b b P x b b δ-∆+=
0016.0)25.075.040(-⨯+= )(19.400016.0mm
-= 冲孔凹模尺寸
2
min 33333333)(d Z x l l d δ++∆+= 024
.00)10.03.075.080(++⨯+= )(33.80024
.00mm +=
2
min 33333333)(d Z x b b d δ++∆+=
024
.00)10.025.075.040(++⨯+= )(29.40024.00mm +=
孔29 冲孔凸模尺寸
029*******)(p l l P x l l δ-∆+=
0016.0)35.075.0100(-⨯+= )(26.1000016.0mm
-= 029*******)(p b b P x b b δ-∆+=
0016.0)25.075.040(-⨯+= )(19.400016.0mm
-= 冲孔凹模尺寸
2
min 29292929)(d Z x l l l l d δ++∆+= 024
.00)10.035.075.0100(++⨯+= )(36.100024
.00mm +=
2
min 29292929)(d Z x b b b b d δ++∆+= 024
.00)10.025.075.040(++⨯+= )(29.40024.00mm +=
孔4、9、12、16、21 冲孔凸模尺寸
0444211612941)(p d d P P P P P x d d d d d d δ-∆+=====
002.0)12.015(-⨯+= )(12.5002.0mm
-= 0444211612941)(p l l P P P P P x l l l l l l δ-∆+=====
002.0)12.015(-⨯+=
)(12.5002.0mm -=
冲孔凹模尺寸
1
min 44421161294)(d Z x d d d d d d d d d d d d d δ++∆+===== 02.00)10.012.015(++⨯+= )(22.502
.00mm +=
1
min 44421161294)(d Z x l l l l l l l l d d d d d δ++∆+===== 02.00)10.012.015(++⨯+= )(22.502
.00mm +=
5.2冲孔模主要零件的设计
5.2.1冲孔凹模
（1） 厚度Ha
查表9-6 凹模厚度H 和壁厚C [1]，从凹模孔的最大宽度（404﹥200）及料厚（1>0.8～1.5），取凹模厚度H a =30)(m m 。

壁厚C=48)(m m 。

（2） 凹模的外形尺寸
根据凹模孔的结构，可确定凹模的外形尺寸 凹模长：458)(m m 凹模宽：364)(m m
（3） 刃壁形式
因此冲孔模结构简单，且材料较薄，结合表9-3 常见冲裁凹模刃口及孔壁结构形式[1]选择序号4直壁形式。

（4） 凹模的固定形式
利用销钉和螺钉固定在下模座上。

5.2.2卸料板的设计
由于此件的厚度较小且要求表面平整，可采用表2.29[8]中的弹性卸料板，弹性卸料板上有与凸模相配合的导向孔，在卸料板两侧装有两个导套与导柱相配合，所以卸料板除了有卸料作用外，在冲孔时还起到对小凸模的导向作用。

设计卸料板外形尺寸
与凸模固定板相同即470×492)(m m 。

厚度为45)(m m ，凸台高度30)(m m 。

卸料螺钉采用表2.31中序号一的结构形式。

卸料板材料选45钢，不用热处理淬硬。

5.2.3卸料橡胶的设计
（1） 根据总的卸料力及模具结构, 拟用4根橡皮板，则每个橡皮板的负荷为： )(69.74
74
.3041KN F F ===
预 （2） 卸料橡胶内径取d=12)(m m ，则橡胶外径
q
F d D 预27
.12+= （5-10）
3
1069.727
.1123
2
⨯+= )(30.58mm = 取D=60)(m m
（3） 卸料橡胶长度
由5.15.0≤≤D
H
则)(90)(30mm H mm ≤≤ 取)(700mm H =
由))(5.10~7()15.0~1.0(0mm H h ==预 取)(9mm h =预 （4） 卸料橡胶校核
'h h h h ++≥预许 （5-11） 式中 ))(21~5.17()3.0~25.0(0mm H h ==许 )(9mm h =预
h — 凸模工作行程，)(m m ，取)(21mm h =+=δ； 'h —凸凹模修磨余量，)(m m ，取)(4'mm h =；
所以 ))(21~5.17(15429mm h h h h =≤=++=++许预，因此所选橡胶满足公式'h h h h ++≥预许符合规格要求。

5.2.4冲孔凸模
（1） 凸模的刃口形式 凸模加工成等截面结构。

（2） 凸模的固定形式
利用凸模固定板固定在上模座上。

固定板厚度)(20mm H =固。

固定板尺寸470×492。

（3） 凸模的长度
凸模的长度根据零件的结构来确定
x ta H H H H ++=预固h -0 （5-12） 式中 H ta —凸模的长度；)(m m
固H —凸模固定板厚度；)(m m
0H —橡胶板厚度；)(m m 预h —橡胶板预压缩量；)(m m x H —卸料板厚度；)(m m
则 H ta =20+70-9+45=126 )(m m 所以取凸模长度H ta =126)(m m 。

（4） 凸模强度校核
冲裁时凸模所受的应力，有平均应力σ和接触应力k σ两种。

孔径大于冲件材料厚度时，接触应力大于平均应力，因而强度校核的条件是接触应力小于或等于凸模材料的许用应力[σ]。

因为本设计中冲圆孔和方形孔，因此只需校核直径最小圆凸模)(4mm φ的强度。

凸模强度按校核公式：
][5
.012δδ
τσ≤-=
d
k （5-13）
式中 K σ—凸模刃口接触应力；)(MPa
δ—冲件材料厚度；)(m m
d —凸模或冲孔直径；)(m m
τ—冲件材料抗剪强度；)(MPa Q235 取τ=304)(MPa ；
[]σ—凸模材料许用压应力，对于常用的合金模具钢，可取1800~2200 )(MPa 。

则 ][86.6944
15
.01304
2σσ≤=-⨯=k 所以凸模强度符合要求。

5.2.5模座的设计
（1） 模座的外形尺寸
由于凹模的最大外形尺寸为458)(m m ，查模架标准结构表[4]，可确定下模座的尺寸为80500500⨯⨯)(m m ，上模座的尺寸为65500500⨯⨯)(m m 。

（2） 模座的材料
一般选用铸铁HT200，也可选用A3,A5结构钢，但从为了降低模具成本，本设计则考虑选用铸铁HT200。

（3） 垫板选择
查表9-23 垫板尺寸[1]，从凹模尺寸（458×364）凸模固定板尺寸（470×492）可确定
上垫板尺寸470×492×12)(m m 下垫板尺寸458×364×12)(m m 5.2.6定位装置的设计
根据此冲孔模的设计，选用定位板进行定位。

挡料装置利用挡料销进行挡料。

5.2.7冲模闭合高度的确定
模具闭合高度H 模是模具在最低的工作位置时，下模座的底平面至上模座的顶平面之间的距离（不含模柄高度）。

压力机的闭合高度是指滑块在下止点时工作台面（不含垫板高）至滑块下平面件的距离。

即： ∆-+++++=ta a H H H H H H H 4321模 (5-14)
式中 模H —冲模闭合高度；)(m m
1H —上模座厚度；)(m m 2H —下模座厚度；)(m m
3H —上垫板厚度；)(m m 4H —下垫板厚度；)(m m
a H —凹模厚度；)(m m
ta H —凸模的长度；)(m m
∆—凸模刃口进入凹模刃口的深度；)(m m
则 )(32411263012128065mm H =-+++++=模
冲模设计时，必须使冲模的闭合高度与压力机的闭合高度相适应，通常应满足下列关系：
)(10)(5min max mm H H mm H +≥≥-模 （5-15）
式中 m a x H —压力机最大闭合高度，max H =400)(m m ；
m i n H —压力机最小闭合高度，min H =290)(m m ；
由于冲模闭合高度满足395324300≥≥，则模具的闭合高度为324)(m m 符合要求。

5.2.8模柄、导柱、导套的选用
根据所选压力机的模柄孔，根据标准件表[4]，查得相应标准的模柄，选标准的压入式模柄d=60)(m m ，D=54)(m m 。

根据标准件表[4]，选用标准的导柱、导套，导柱)(31050mm ⨯，导套
)(7512050mm ⨯⨯。

5.2.9模具材料的选用
凸模和凹模是在强压、连续使用和有很大冲击的条件下工作，并伴有温度的升高，工作条件极其恶劣。

所以对凸凹模的材料要求有较好的耐磨性，耐冲击性，淬透性和切削性。

硬度要大，热处理变形小，而且价格要低廉。

结合上述原则，由凸、凹模材料的选用与热处理表[5]推荐材料有：
1)凸模，凹模采用9Mn2V；
2)导柱，导套采用20 钢；
3)挡料销采用Q235钢；
4)卸料板，凸模固定板，定位板采用45钢；
5)上、下模座采用HT200；。