笔记本电脑壳上壳冲压模设计

1、、 第19页 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

2、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

3、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

4、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

5、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 AZ31B0.05 0.005 0.005 0.04 0.30 镁合金

6、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/MPa0.2%屈服强度min/mm伸长率(50mm或4D) min/ %D、EAZ31F棒、型£6.30所有2401457线 材>6.30-40.00所有2401507>40.00-60.00所有2

7、351507>60.00-130.00所有2201407空心型 材所 有所有2201108管 材0.70-6.30£1502201408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R3t/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

8、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

9、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=6H0 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=(0.030.05)H0取 H=0.05H0=0.0518=0.9则 H= H0+H=18.9

10、 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a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， (2)不起内皱 图3.7 拉深筋诱发外皱由经验得知，筋的阻力随着位置的外移而呈上升趋势，在结构一定的情况下，阻力近是位置的函数。(3)不拉裂阻力的增大虽然可以消除内皱，但阻力过大又会造成内部的拉裂，

11、在筋结构已定的情况下，通过调整位置参数可以避免。3.3.6 上下模座、导柱导套的设计模座选用标准模座，导柱导套也选用标准的。模座选用GB2855.5-81,硬度为HRC28-32,材料为HT200。上模座尺寸为A40040055，下模座尺寸为A40040065。在安装模具时，模具的方向容易产生误差，防止的办法就是打上和模记号，或使导柱间距不一样。所以模座上的两个导柱的直径不一样，其中一个的导柱直径为45mm,导套直径为60mm，另一个导柱直径为50mm导套直径为65mm。3.3.7 出件装置的设计出件装置的结构如图所示，这样的设计模柄就要选用中间有孔的，以方便打料杆从中间孔中通过，其出件过程就

12、是打料杆1和卸料板2把工件敲出来。图3.8 卸料装置3.4模具闭合高度的计算H=H1+H2+H3+H4=55+70+85+65=275mm其中，H1为上模座高，H2为凹模高，H3为凸模高，H4为下模座高。3.5装配图及零件图的绘制在A1图纸上按比例1:1绘制装配图,在A4图纸上绘制零件图。3.6 压力机校核表2.1 压力机的校核校核内容压力机参数 模具参数结论动梁最大行程600远远小于可以将零件放进取出动梁至工作台面最大距离Hmax=900Hmin=230H=275满足工作台尺寸586×950下模座尺寸为560×560满足要求4 修边模设计4.1 模具的结构形式修边模包括单

13、纯的修边模和修边冲孔复合模，修边模根据镶块的运动方式可以分为三种基本类型：垂直修边模 修边镶块与压力机滑块的运动方向一致作垂直运动的修边模斜楔修边模 修边镶块作水平或倾斜运动的修边模垂直斜楔修边模 一些修边镶块作垂直方向运动，而另一些修边镶块最水平或倾斜方向运动的修边模在本次设计中，如果从经济方面考虑，则应选择垂直斜楔修边模，但是由于其中一个切口尺寸过大，如果选择垂直斜楔修边模，则工件的精度难以得到保证。所以应该先选择斜楔修边模，再用垂直修边模，这样虽然工序多了一个，但是工件的精度保证了，设计时，应在保证质量的前提下，再考虑经济性。其结构形式为：图4.1 修边模装配图设计修边模时，应做到定位方

14、便、可靠、安全，这样才能保证零件修边的尺寸、位置准确。修边模设计时须注意的问题：采用铸造的上模、下模、压料板防止压料板的掉落，需设置压料板安全机构对于承受水平推力的模具要同时使用导柱和背靠块设置支承器，保护弹性元件部工作时处于自由状态设置模具的起吊装置4.2 压力中心计算由于零件形状基本对称,其几何中心就是压力中心，无需计算压力中心。4.3 零件设计及标准件选择4.3.1 斜楔和滑块的设计(1)斜楔和滑块的行程关系斜楔和滑块配对应用，交直运动为水平运动或倾斜运动，从而扩大冲模的行程，根据零件的需要，本次设计是把垂直运动转换为水平运动，其运动简图如图4.2所示。斜楔1向下推动滑块2沿水平向右移。

15、图4.2 斜楔、滑块运动方式对于水平斜楔机构的行程关系,如下:滑块的运动行程S就是加工时所需的水平方向的行程量，零件取出和放入的操作量的总和。下面是水平斜楔的结构图、行程图和工作受力图，如图4.3、4.4、4.5 图4.3 结构图 图4.4 行程图其计算公式为S3/S=tgQ=F/cos1 图4.5 工作受力图斜楔角不但影响到滑块行程的大小，同时对力的传递和效率也有很大的影响。作水平运动时取=500，为了平衡水平运动的斜楔的反侧力，在斜楔背面装有反侧块。取S=8mm,则S3=8tg50=9.53mm取S3=10mm右边的滑块尺寸为7022235mm，左边的滑块尺寸为7013235mm。(2)

16、斜楔和滑块的尺寸设计 斜楔的有效行程S应大于滑块行程S1，滑块作水平运动的斜楔角度一般可取40º。 滑块的长度尺寸L2应当保证当斜楔开始推动滑块时，推动的合力作用线处于滑块长度之内（如图4.6所示）。 合理的滑块高度H2应小于滑块长度L2，一般可取L2：H2=(21)：1 为了保证滑块运动的平稳，滑块的宽度B2一般应小于或等于滑块的长度L2的2.5倍。 斜楔尺寸H1,L1基本上可按不同模具的结构要求 图4.6 滑块尺寸关系图进行设计，但必须有可靠的挡块，以保证斜楔正常工作。 对于大型模具，滑块宽度B2与斜楔宽度B1及所需的斜楔数量可通过查文献11表14-40获得。 4.3.2 滑块返

17、回行程的复位机构斜楔滑块在进行修边时，由于卸料力和滑块重力或其它因素所产生的力会把凸模卡住，工作完毕后，滑块不能自动回到初始位置，为了使滑块回到初始位置，必须设置复位机构。复位机构分为弹簧复位机构和返楔复位机构。返楔复位机构就是在压力机回程时靠返楔机构将滑块回到初始位置。本次零件复位机构的设计采用反楔复位机构，其特点就是结构紧凑，工作可靠。其结构简图如图4.7所示1滑块2调整块3防磨板4返楔块5返楔滑块6卸楔 图4.7 滑块复位机构4.3.3 出件装置的设计由于工件是开口端朝下放在修边模上的，工作时压料板先压着工件，然后修边，工作后，工件留在凸模上，工件与凸模之间无任何间隙，而且有时候工件还被

18、定位件卡的很紧，所以，工件取出很困难，如果取件方法不当，会使其变形，对下道工序产生影响，所以要使工件顺利取出，必须设置取件装置，本次设计是靠气缸推动推杆把工件推出。4.3.4 上模座的设计其结构如图4.8所示图4.8 上模座其中1的作用是装置限位器的限制压料板的下降位置，防止压料板掉下来碰伤工件或操作者。上模座的尺寸及材料为66046095mm HT2504.3.5 下模座的设计其结构如图4.9所示图4.9 下模座其中1、5是落废料的孔，即切掉的废料从1、5处落到下面的废料盒内。3是用来定出托架，即顶出工件，2、4是作导向作用的。下模座的尺寸及材料为660460120mm HT2504.3.6

19、 压料板的设计其结构如图4.10所示：图4.10 压料板其中，1是限制压料板的下降位置, 防止压料板掉下来碰伤工件或操作者。螺纹2的作用是当压料板装入或取出模具时的起吊装置，只要在1处装入起吊装置就可以了。4.3.7 防磨板的设计防磨板的作用主要是提高导向面的耐磨性，防磨板材料一般采用优质工具钢，本次设计的材料采用T8A,硬度为52-56HRC。其尺寸设计原则如下：防磨板宽度：导向面应选在被导向滑动零件轮廓的直线或最平滑的部位，一般取4-8处，且前后左右对称分布。防磨板的总宽度应为内侧滑动零件轮廓全长的25以上，防磨板的总宽度决定后，需按比例配置在各导向部位。防磨板长度：防磨板的长度只能长，不

20、能短。因为当上模下降接触毛坯之前要预先有一定的长度。防磨板的尺寸随零件的不同而不同，序号为04，其尺寸为251005mm，序号为08，尺寸为752228mm，序号为23，尺寸为25505mm，序号为35，尺寸为351005mm。4.3.8 导板的设计导板的作用是用于上下模的导向，所用材料为45钢，硬度为高频淬火HRC55,导板的尺寸为32508mm。4.4 模具闭合高度的计算H闭=H1+H2+H3=95+120+10= 225 mm其中H1是上模座的高度，H2是下模座的高度，H3是斜楔行程。4.5 装配图及零件的图绘制在A1图纸上按比例1:1绘制装配图,在A4图纸上绘制零件图。 4.6 压力机

21、校核表3.1 压力机的校核校核内容压力机参数 模具参数结论滑块行程315接近可以将零件放进取出闭合高度Hmax=490Hmin=490-310=180H=225满足工作台尺寸1000×950下模座尺寸为660×460满足要求设计总结转眼间三个月就过去了，经过这一段时间的毕业设计，我对冲压模具设计又有了一个新的认识，对冲压的了解又加深了一层，同时也对自己独立完成设计增加了一些经验，对以后走向工作岗位打下了坚实的基础。在本次设计中，通过查阅了大量的资料，我认识到自己对冲压是多么的缺乏了解。更深一步的感受到冲压过程中的工艺分析是多么重要，在前面的几周内都是在做工件的工艺分析，当自

22、己认为分析的已经足够，考虑的也足够详细了，可以进行设计了的时候，动起笔来，却不知从何下手，拉深过程中的起皱，拉裂怎样预防，怎样取出工件，加热的炉子应该放在哪里，等等很多问题都不知怎么解决。刚刚认为拉深模的设计可以告一段落时，却发现原本想好的修边模又出了问题，原本打算设计垂直斜楔修边复合模，却发现由于一开始没有考虑到尺寸相对于零件太大，设计出的模具达不到工件的精度要求，根本不能设计成复合模，所以又赶着修改修边模，所幸最后终于按时完成了设计。在设计过程中，拉深筋的位置和尺寸不能很精确的确定，因为它和拉深过程中的很多因素有关，并且有关拉深筋方面的文献资料相对比较少。虽然在冲压过程中拉深筋的有着举足轻

23、重的作用，但是关于拉深筋的理论还很笼统，还不系统，没有非常精确的公式去计算，很多时候都是靠经验，所以拉深筋的最终位置需要在试制过程中确定，需要根据实际生产过程的实际情况来确定。在我即将走向社会的时候，很庆幸自己能够有这样的机会使自己得到锻炼，在巩固专业知识的同时，也学习了一些其他方面的知识，并且感觉在思想上也有所进步。比如这次设计中，我学习了三维造型的软件(UG)和模具设计与制造方面的知识，另外还进一步学习了零件加工工艺方面的知识。我为自己能够在大学的最后阶段上一堂如此难忘的课而感到高兴，四个字形容就是“受益匪浅”。有了这次经历，我将信心百倍的走向今后的工作岗位。参考文献1 余琨，黎文献等变形

24、镁合金的研究、开发及应用J中国有色金属学报，2003,13(2):277-288.2 张士宏，王忠堂等镁合金的塑性加工技术J金属成形工艺，2002(5)：1-43 肖景容冲压工艺学M北京：机械工业出版社，2002：106-109，207-212.4 板金冲压工艺手册编委会板金冲压工艺手册M北京：国防工业出版社，1992：481-482.5 王孝培冲压设计资料M北京：机械工业出版社，1982：195-2066 模具实用技术丛书编委会冲模设计应用实例M北京：机械工业出版社，2000：234-2467 刘心治冷冲压工艺及模具设计M重庆：重庆大学出版社，2000：217-2238 虞传宝冷冲压及塑料成型工艺与模具设计资料M北京：机械工业出版社，1993：1-60，111-1239 成虹冲压工艺与模具设计M成都：电子科技大学出版社，2000.11：217-243，317-3