笔记本电脑壳上壳冲压模设计.doc

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1 绪论

1.1 选题背景及目的
金属镁及其合金是迄今在工程应用的最轻的结构材料，常规镁合金比铝合金轻30%~50%，比钢铁轻70%以上，应用在工程中可大大减轻结构件质量。同时镁合金具有高的比强度和比刚度，尺寸稳定性高，阻尼减震性好，机械加工方便，尤其易于回收利用，具有环保特性。20世纪80年代以来镁合金的研究得到飞速发展，随着镁合金应用面的不断扩大镁合金的研究和开发也进入了新时代。然而镁合金的研究和发展还很不充分，很多工作还处于摸索阶段，很多有关镁合金性能的研究还没有得到完全发展。对镁合金的成型技术的研究目前主要在金属型铸造，砂型铸造，低压铸造，差压铸造，熔模铸造，压力铸造和技压铸造等方面，对镁合金的冲压工艺研究较少。但是，镁合金冲压方面的应用前景较好，除了可以减轻质量，外观漂亮外，特别是电磁屏蔽能力好。
本文结合省自然科学基金项目—镁合金深加工研究，主要进行变形镁合金的板材成型性分析设计。
1.2 国内外研究状况
近年来，镁合金的开发和应用已经受到世界各国的重视，尤其西方发达国家十分重视变形镁合金的研究与开发，变形镁合金材料已开始向系列化发展，产品应用领域不断扩展。其中美国的变形镁合金材料体系较为完备，合金系列有Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE、Mg-Li、Mg-Th等，可以加工成板、棒、型材和锻件，并且开发出了快速凝固高性能变形镁合金非晶态镁合金及镁基复合材料等。美国与世界上最大的镁生产企业—挪威Novsk Hydro 公司签订了长期的合作关系。日本也开始着重研究镁的新合金、新工艺、开发超强高变形镁合金材料和可冷压加工的镁合金板材。英国开发出了Mg-Al-B挤压镁合金用于Magnox核反应堆燃料罐。以色列最近研制出了用在航天飞行器上、兼具优良力学性能和耐蚀性能的变形镁合金[1]。
我国变形镁合金材料的研制与开发仍处于起步阶段，缺少高性能镁合金板、棒和型材，国防军工、航天航空用高性能镁合金材料仍依靠进口，民用产品尚未进行大力开发，因此，研究和开发性能优良、规格多样的变形镁合金材料显得十分重要。
1.3 课题研究方法
镁合金在常温下的塑性很低，因此不适于常温下冲压成形。镁合金在热态下具有较好的塑性，甚至在一些不利于其他材料成形的应力-应变状态下也可以成形，但变形速度不宜太大。镁合金板材在250℃左右拉深时其拉深比超过铝合金和低碳钢板的常温拉深成形极限。在175℃镁合金板形件拉深的拉深比可达2.0，225℃可达3.0。
本次设计主要是根据镁合金AZ31板材加热时的拉深性能来进行模具设计，镁合金AZ31板材拉深成形时主要工艺参数有拉深力、成形速度、坯料温度、模具预热温度、润滑方式、模具圆角、模具间隙、压边力等，这些因素对坯料的拉深成形结果均有不同程度的影响[2]。
1.4 论文构成
(1)选题背景和研究方法和。
(2)冲压工艺规程 通过对工件的工艺分析和工艺计算，考虑经济性和可行性的前提下，确定工艺方案。
(3)进行模具设计 拉深模设计和修边模设计。
(4)设计总结 总结本次设计之后所得到的收获和改进意见。

2 冲压工艺规程的编制

2.1冲压件的工艺分析
冲压件的零件图如图2.1所示

图2.1 零件图

图2.2 立体图
2.1.1 材料
制件材料为镁合金AZ31,料厚为1mm,其化学成分及拉伸力学性能如表1.1所示:

表1.1 镁合金AZ31化学成分
合 金
Mg
Al
Mn
Zn
Zr
Min
Si
AZ31B
剩余
2.5-3.5
0.20-1.0
0.6-1.4
-
0.10
合 金
Cu
Ni
Fe
Ca
其 他 杂 质
AZ31B
0.05
0.005
0.005
0.04
0.30
镁合金具有比重轻，比强度高，阻尼性及切削加工性能好，导热性好、电磁屏蔽能力强等优点，广泛应用于汽车工业、电子、通讯、家用电器、航空航天、计算机、纺织设备、印刷设备、包装设备、军工等行业。
镁合金管材、棒材、型材、线材拉伸力学性能应达到表1.2所列最低。

表1.2 镁合金的拉伸力学性能要求

合 金

状 态

产 品

标定厚度或直径/mm
管材标定横截面积/ mm²或直径/mm

抗拉强度min/MPa
0.2%屈服强度min/mm
伸长率(50mm或4D) min/ %D、E

AZ31

F
棒、型
£6.30
所有
240
145
7

线 材
>6.30-40.00
所有
240
150
7
>40.00-60.00
所有
235
150
7
>60.00-130.00
所有
220
140
7
空心型 材
所 有
所有
220
110
8
管 材
0.70-6.30
£150
220
140
8
本次所做的笔记本电脑外壳冲压模设计所用材料应为镁合金AZ31型材，它为中强合金，可焊，良好的成型性
2.1.2 结构工艺性分析
零件的结构工艺性分析如表1.3所示

表1.3 工艺性分析表
分析项目
冲压件的形状尺寸
工艺性允许值
分析结论
拉深工艺性
形状

圆角半径

拉深压边
盒形,形状规则无尖角

R3

t/D×100=0.38

>1.5t=1.5

<<3
形状相对简单。
工艺结构大于允许最小值。
拉深容易起皱,需要压边。

此零件的设计过程中，有拉深这一工艺过程，液压机没有固定的行程，不会因薄板的厚度的变化而超载，特别是对于需要很大的施力行程加工时，具有明显的优点，并且液压机下面可以原有的液压机顶缸，用来顶出零件，所以选用液压机。
2.2毛坯形状、尺寸的确定
笔记本电脑外壳的拉深是属于盒形件的拉深，盒形件是一种非回转体零件，它的侧壁是由两对长度分别为A-2r和B-2r的直边及四个半径为r的转角所构成。盒形件拉深时，由于其几何形状的非回转性，变形沿壁周向的分布是不均匀的；直边区域变形量小，圆角区域变形量大，变形分布非常复杂。盒形件拉深时，圆角部分近似圆筒形件的拉深，直边部分近似板料弯曲，但是，直边部分并不是单纯的弯曲变形。由于圆角部分的材料要图向直边流动，因而直边部分也产生了 2.3 盒形件形状
横向压缩、纵向伸长的变形。而圆角部分，由于直边的存在，金属的流动，使圆角部分的变形程度大为减小。
2.2.1 盒形件的修边余量
当盒形件的高度小而对上口要求不高时，才可免去修边工序。一般情况下，盒形件在拉深后都需要修边，所以在确定毛坯尺寸和进行工艺计算之前，应在工件高度或凸缘宽度上加修边余量。
H0/r=18/3=6
H0— 图纸要求的盒形件高度
△H— 修边余量
H — 记入修边余量的工件高度
r — 盒形件侧壁间的圆角半径 图2.4 盒形件修边余量

查文献[5]表4-24得
△H=(0.03~0.05)H0
取 △H=0.05H0=0.05ｘ18=0.9
则 H= H0+△H=18.9
2.2.2 盒形件毛坯尺寸计算
r/(B-H)=3/(260-18.9)=0.012<0.22
查文献[5]图4-57可知此盒形件属于Пa区，即角部圆角半径较小的低盒形件。拉深特点：只有微量的材料从盒形件的圆角处转移到侧壁上去，而几乎没有增补侧壁的高度。
其毛坯尺寸计算步骤如下：
(1)计算壁部展开长度：
l=H+0.57r底
由于笔记本电脑外壳两侧不是对称的，且
是一段圆弧，所以，侧壁就取圆弧长度，
两侧统一取H=22mm
l1=22+0.57ｘ3=23.71mm
l2=18.9+0.57ｘ3=20.61
(2)按拉深计算角部毛坯半径R
当r=r底时
R1=(2rH1)1/2=(2ｘ3ｘ23.71)1/2=12mm
R2=(2rH2)1/2=(2ｘ3ｘ20.61)1/2=11mm
统一取R=12mm 图2.5 毛坯尺寸计算方法
(3)从ab线段的中心向半径为R的圆弧引切线。
(4) 在直线与切线的交接处，用半径为R的圆弧，光滑连接，即可得出毛坯外形。
按上述方法计算出毛坯尺寸及外形为：

H/B=18.9/260=0.073
t/Dｘ100=1/293ｘ100=0.34
r/B=3/260=0.0115
查文献[5]表4-26
H/B1=0.3/0.85=0.255
H/B1< H/B, 所以可以一次拉成

图

核算角部的拉深系数 2.6 毛坯尺寸、外形
对于低盒形件,由于圆角部分对直边的影响较小,圆角处的变形最大,故变形程度用圆角处的假想系数来表示：
m=r/ky
式中
r —角部的圆角半径
ky—毛坯圆角部分的假想半径
当r=r底时，拉深系数可以用H/r的比值来表示，本产品r=r底，
所以
m=1/(2H/r)1/2=0.28
查文献[5]表4-27
t/Dｘ100=1/293ｘ100=0.34
r/B1=3/293=0.01
m1=0.31ｘ0.85=0.26
m>m1 所以可以一次拉成
2.3 排样设计及材料利用率计算
2.3.1 排样方式：
为使模具设计简单以及送料方便，故选用尺寸为1000ｘ750mm,厚1.0mm的镁板，每块生产6件。
2.3.2 材料利用率计算：

2.4工艺方案的确定
2.4.1基本工序的确定：
该零件加工的基本工序确定为落料、拉深、冲孔、修边。
对于本产品，如果省去切口工序，即在落料时把切口部分的材料去掉，毛坯外形为，

显然，如果这样则可以省去一道工序，但是，在以后的拉深过程中，各边会发生很大变形，不能保证零件的尺寸精度要求，所以此种方法不能用，切口工序必须有，且应该放在后面的工序中。
显然不能先冲孔在拉深，否则孔很容易变形。若先拉深后冲孔，则能保证成形后尺寸要求。按照常理，落料拉深完全可以做成复合模，但由于镁合金在拉深时必须加热，且在拉深过程中，需要设置拉深筋、拉深坎，所以不宜使用落料拉深复合模。
2.4.2不同工艺方案的比较
方案一：落料-拉深-冲孔-修边
方案二：落料拉深复合模-冲孔 -修边
方案三：落料、拉深、冲孔级进模 -修边
方案四：落料（切口部分材料落料先切去）-拉深冲孔复合模
比较以上四种方案，显然，方案四中落料时省去切口工序，将导致精度不能达到要求，而且在拉深过程中需要加热，并且拉深速度比较慢，所以不宜设计复合模，所以方案四不宜选用。
方案三 设计级进模可以省去工序，使生产效率提高，但是它存在和方案四相同的问题，那就是拉深时需要加热，且拉深速度较慢，这样加热时所有的零件一起加热浪费资源，而且，成本过高，所以也不宜选用。
方案二 也是由于拉深时需要加热，不宜选用复合模。
方案一 设计单工序模，虽然这样效率虽然不是最高，但从节约资源的角度和从科研方面来讲都是最好的，所以选用方案一。
2.5. 工艺计算
此处省去NNNNN需要更多更完整的图纸和说明书请联系 秋 3053703061