笔记电脑外壳模具设计Word文档下载推荐.docx
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AZ31B
剩余
-
合金
Cu
Ni
Fe
Ca
其他杂质
AZ31B
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、电磁屏蔽能力强等长处，普遍应用于汽车工业、电子、通信、家用电器、航空航天、运算机、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所列最低。
表镁合金的拉伸力学性能要求
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
%屈服强度min/mm
伸长率（50mm或4D）min/%D、E
AZ31
F
棒、型
≤
所有
240
145
7
线材
>
150
235
220
140
空心型材
所有
110
8
管材
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
结构工艺性分析
零件的结构工艺性分析如表所示«
表工艺性分析表
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=
=
<
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。
此零件的设计进程中，有拉深这一工艺进程，液压机没有固定的行程，不会因薄板的厚度的转变而超载，专门是对于需要专门大的施力行程加工时，具有明显的长处，而且液压机下面能够原有的液压机顶缸，用来顶出零件，所以选用液压机。
毛坯形状、尺寸的肯定
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别离为A-2r和B-2r的直边及四个半径为r的转角所组成。
盒形件拉深时，由于其几何形状的非回转性，变形沿壁周向的散布是不均匀的；
直边区域变形量小，圆角区域变形量大，变形散布超级复杂。
盒形件拉深时，圆角部份近似圆筒形件的拉深，直边部份近似板料弯曲，可是，直边部份并非是单纯的弯曲变形。
由于圆角部份的材料要图向直边流动，因此直边部份也产生了盒形件形状
横向紧缩、纵向伸长的变形。
而圆角部份，由于直边的存在，金属的流动，使圆角部份的变形程度大为减小。
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。
一般情形下，盒形件在拉深后都需要修边，所以在肯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盒形件修边余量
查文献[5]表4-24得
△H=~H0
取△H==ｘ18=
则H=H0+△H=
盒形件毛坯尺寸计算
r/（B-H）=3/=<
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+底
由于笔记本电脑外壳双侧不是对称的，且
是一段圆弧，所以，侧壁就取圆弧长度，
双侧统一取H=22mm
l1=22+ｘ3=
l2=+ｘ3=
（2）按拉深计算角部毛坯半径R
当r=r底时
R1=（2rH1）1/2=（2ｘ3ｘ1/2=12mm
R2=（2rH2）1/2=（2ｘ3ｘ1/2=11mm
统一取R=12mm图毛坯尺寸计算方式
（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，滑腻连接，即可得出毛坯外形。
按上述方式计算出毛坯尺寸及外形为：
H/B=260=
t/Dｘ100=1/293ｘ100=
r/B=3/260=
查文献[5]表4-26
H/B1==
H/B1<
H/B,所以能够一次拉成
图
核算角部的拉深系数毛坯尺寸、外形
对于低盒形件,由于圆角部份对直边的影响较小,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—毛坯圆角部份的假想半径
当r=r底时，拉深系数能够用H/r的比值来表示，本产品r=r底，
所以
m=1/（2H/r）1/2=
查文献[5]表4-27
t/Dｘ100=1/293ｘ100=
r/B1=3/293=
m1=ｘ=
m>
m1所以能够一次拉成
排样设计及材料利用率计算
排样方式：
为使模具设计简单和送料方便，故选用尺寸为1000ｘ750mm,厚的镁板，每块生产6件。
材料利用率计算：
工艺方案的肯定
大体工序的肯定：
该零件加工的大体工序肯定为落料、拉深、冲孔、修边。
对于本产品，若是省去切口工序，即在落料时把切口部份的材料去掉，毛坯外形为«
，
显然，若是如此则能够省去一道工序，可是，在以后的拉深进程中，各边会发生专门大变形，不能保证零件的尺寸精度要求，所以此种方式不能用，切口工序必需有，且应该放在后面的工序中。
显然不能先冲孔在拉深，不然孔很容易变形。
若先拉深后冲孔，则能保证成形后尺寸要求。
依照常理，落料拉深完全能够做成复合模，但由于镁合金在拉深时必需加热，且在拉深进程中，需要设置拉深筋、拉深坎，所以不宜利用落料拉深复合模。
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（切口部份材料落料先切去）-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，将致使精度不能达到要求，而且在拉深进程中需要加热，而且拉深速度比较慢，所以不宜设计复合模，所以方案四不宜选用。
方案三设计级进模能够省去工序，使生产效率提高，可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，如此加热时所有的零件一路加热浪费资源，而且，本钱太高，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，虽然如此效率虽然不是最高，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。
.工艺计算
落料工序
落料工序采用平刃口
落料力
F落==τ=ｘ2ｘ（339+297）ｘ1ｘ140=252616N=
其中t—材料厚度，单位为[mm]；
τ—材料抗剪强度，单位为[Mpa];
L—冲裁周长，单位为[mm]；
卸料力
F卸=K3F落
查文献[3]表2-10得K3=
F卸=ｘ=
所以
F总=F落+F卸=+=
所以选择Y32-100型液压机
落料时凸、凹模工作部份的尺寸与公差
肯定凸、凹模尺寸及制造的原则：
（1）落料件的尺寸取决于凹模尺寸，冲孔尺寸取决于凸模尺寸。
（2）按照刃口的磨损规律，若是刃口磨损后尺寸变大，则刃口应取接近或等于工件的最小极限尺寸，若是刃口磨损后尺寸减少，则刃口应取接近或等于工件的最大极限尺寸。
（3）在选择凸凹模尺寸公差时，既要保证工件的精度要求和合理的冲裁间隙，又不能使凸凹模的尺寸精度太高。
对于简单形状的冲裁模具一般采用凸凹模分开加工
落料件尺寸D0-△
Dd=（D-x△）0δd
Dp=（D-Zmin）0-δp=（D-x△-Zmin）0-δp
式中
Dd、Dp—别离为落料件凹模和凸模尺寸
△—工件公差
δp、δd—别离为凹模、凸模制造公差
x—磨损系数
工件精度为IT14取x=，对直边部份
查文献[3]表2-6得δp=
δd=
查文献[8]附表1得△1=mm
△2=mm
表1-2-20Zmin=mm
Dd1=（ｘ）+=+
Dp1=（）=圆角部份
D0=24D0'
=22
查文献[3]得δp=mm
δd=mm
查文献[8]附表1△1=△2=mm
Dd0=ｘ+=+
Dp0='
=ｘ+=+
Dp0'
=拉深工序
拉深时需要加热到300℃，用来提高镁合金的拉深性能，常温下，镁合金不能拉深。
查文献[9]附表A2得300℃时其抗剪强度τ=35~50Mpa
抗拉强度σb=30~50Mpa
查文献[8]表1-4-29盒形件一次拉深时的拉深力F拉
F拉=（2A+tσbK4
其中A、B—盒形件的长与宽
r—盒形件圆角半径
t—材料厚度
σb—抗拉强度单位（Mpa）
K4—系数
t/Dｘ100=1/297ｘ100=
查文献[80]表1-4-33得K4=
F拉=（2ｘ260+2ｘｘ3）ｘ1ｘ50ｘ
=39369N≈40KN
查文献[8]表1-4-26得
压边力
F压=AP
A—压边圈下的坯料面积
P—单位压边力
由文献[8]表1-4-28得P=3
F压=（293ｘ340-260ｘ305）ｘ3=60960N≈61KN
总压力
F总=F拉+F压=40KN+61KN=101KN
冲孔工序
冲孔力
F冲=τ=ｘ[81ｘ4+4π（15+13）/2]ｘ1ｘ140=99008N≈99KN
推料力
F推=nK推F冲=5ｘｘ99=
F卸=K卸F冲=ｘ99=KN
n=5是同时留在凹模刃口内废料的片数
查文献[3]表2-10得
K推=K卸=
F总=F冲+F推+F卸=99++=130KN
所以选择Y32-100型压力机
修边工序
对于笔记本电脑外壳两头的缺口，能够通过切口
工序完成，切口又分两个方向进行，水平方向和垂直方向，而且切口一、2之间的距离只有5mm，切口3的长度较大，所以不能一次切成，要先在切口一、3的水平方向切一次，然后再切一、3的垂直方向，再在切口2上水平垂直方向一次切成。
现在修边工序才算完成。
切边力的计算：
图修边顺序
（1）第一次切边
F切=τ
式中：
F切－切边力（N）
L－工件轮廓周长（mm）
t-材料厚度（mm）
τ-材料的抗剪强度（Mpa）
则F切=×
780×
×
140＝141960N=142（KN）
（2）第二次切边
F切=τ
724×
140＝131768N=132（KN）
（3）第三次切边
F切=F切1+F切2=×
（80×
2+18×
2）×
1×
140+×
2+4×
=64792N=65KN
选择J31-2500型闭式单点压力机
冲压工艺进程卡片
表冲压工艺进程卡片
湖南大学
冲压工艺卡片
产品型号
零件图号
产品名称
笔记本电脑外壳冲压件
零件名称
材料
板料规格
毛坯尺寸
毛坯可制件数
材料技术要求
共3页
镁合金AZ31
750«
1000
293«
340
6
第1页
工序号
工序名称
工序简图
设备
模具
工时
下料
剪板机
1
落料
Y32-100型液压机
落料模
2
拉深
拉深模
冲孔
冲孔模
4
斜楔修边模
J31—
2500压力机
修边模
5
垂直修边模
垂直斜楔修边复合模
水平垂直修边复合模
3拉深模设计
模具的结构形式
因为制件材料较薄，为保证制件平整，采用弹性压边装置。
为方便操作和取件及保证压边力均匀，压力机采用液压机。
在设计时，弹性压边圈装在下模的拉深模，这种模具的特点就是可选用压力大的弹簧，橡皮或气垫，用以增大压边力，同时压边力是可调的，以知足拉深件的要求。
其结构形式为：
图拉深模装配图
拉深进程中主如果要知足拉深时的外形尺寸，拉深进程中的问题是可能会出现起皱，而且对于这种覆盖件拉深时，毛坯遍地的变形程度相差专门大，需要采用拉深筋来控制毛坯各段流入凹模的阻力，亦即调整毛坯周边各边的径向拉应力。
拉深筋在毛坯周边的布置，与零件的几何形状、变形特点和拉深程度有关。
在变形程度大、径向拉应力也大的圆角处，可不设或少设拉深筋。
直边处则设1~3条拉深筋，以增大变形阻力，从而调整送料阻力和进料阻力。
对于加热时进行拉深，要对毛坯和模具一路进行加热，只对毛坯进行加热的而对模具不加热的冲压只可用于变形程度不大的情形。
因为当只对毛坯进行加热时，毛坯有加热炉送至冷模具上开始冲压，毛坯的温度将有70到150度的降低，所以要想让毛坯拉深时的温度符合要求，则毛坯就需要加热到更高的温度。
由于镁合金拉深性能不好，所以拉深时对毛坯和模具一路进行加热。
.模具刃口尺寸计算
上下模刃口尺寸计算
由于零件一次能够拉成，所以凸模的尺寸就是零件的内部尺寸。
盒形件拉深时的间隙直边部份和圆角部份是不相等的，直边部份一般取z/2=（1~t。
直边部份
z/2==
图凸凹模间隙
圆角部份的间隙求法如图所示[5]
此零件要求外形尺寸，所以计算圆角部份的间隙要用b）图。
rp=+/
式中rp—凸模的圆角半径；
rB=rd-Z/2
本次设计中rB==
rp=ｘ+ｘ1）/=
凸模圆角半径rp=取rp=
a）工件要求内形尺寸b）工件要求外形尺寸
图盒形件圆角部份间隙
压力中心计算
为了保证压力机和模具正常地工作，必需使冲模的压力中心与压力机滑块中心线相重合。
不然冲压时会使冲模与压力机滑块歪斜，引发凸凹模间隙不均和导向零件加速磨损，造成刃口和其他零件的损坏。
在拉深进程中，压力是不均匀的，而且此零件的几何形状不是完全对称的，所以压力中心的计算比较麻烦，又因为此零件近似对称，所以就近似把它的几何中心概念为压力中心。
零件设计及标准件选择
凸模的设计
（1）凸模尺寸
凸模尺寸260ｘ305ｘ85mm
（2）凸模强度校核
由于凸模属于不规则零件，所以要按凸模工作端面尺寸计算，分为两种情形，即凸模端面宽度B大于冲裁件厚度t如图和端面宽度B小于或等于冲裁件厚度t如图b）。
冲裁件厚度只有1mm，所以属于图所示的情形。
查文献[11]，则需核算刃口接触强度应力бk，因此现在接触应力бk应大于平均应力б0。
图计算凸模强度时所取的面积
бk=Ltτ/Fk≤[б]
式中L—冲件轮廓长度（mm）
t—冲件材料厚度（mm）
τ—冲件材料抗剪强度（N/mm2）
Fk—接触面积（mm2）取接触面积宽度为t/2
бk—凸模刃口接触应力
[б]—凸模材料许用应力取[б]=1800N/mm2
бk=（305ｘ2+260ｘ2）ｘ1ｘ50/（305ｘ1+260ｘ1）=100<
[б]=1800
所以强度符合条件
（3）凸模的结构形式
因为凸模与模座接触面积较大，所以直接用螺钉固定，如图所示，因为凸模所受力并非是专门大，所以直接把凸模固定在下模座上，并以底面止扣定位，使整体结构趋于简单。
图凸模
凹模的设计
1）凹模的形状及尺寸
凹模形状如图所示，按照模具实际结构的需要，现设计其尺寸为400ｘ400ｘ70mm，为避免压手应h1大于20mm以上。
图凹模
2）凹模的刃口形式
采用平刃口，特点是刃磨后刃口尺寸不变。
定位板的设计
定位板的作用是对于单个毛坯的外轮廓进行定位，定位板与坯料定位面的配合可采用H9/h9的间隙配合，查文献[8]表1-2-42得:
h=t+2=1+2=3mm
所以定位板的尺寸为400ｘ400ｘ3mm，与压边圈配做。
弹性压边圈的设计
由于笔记本电脑外壳的圆角部份的半径较小，在拉深进程中可能会出现起皱的情形，为保证正常生产，需要加压边圈，压边力的大小对拉深力有专门大影响，压边力太大会增加危险断面的拉应力，致使拉裂或严峻变薄，过小则防皱效果不好。
压边装置有刚性和弹性两种，本次设计采用弹性压边装置，弹性压边装置的压边力系由底油缸、弹簧或橡皮产生，其中，油缸压边力不随凸模行程转变，压边效果较好，弹簧和橡皮压边力都随行程增大而上升，对拉深不利，所以选用油缸压边装置。
弹性压边装置的尺寸按照模具的实际需要设为400ｘ400ｘ8mm，与凸模间隙配合。
拉深筋的设计
毛坯遍地的变形程度相差专门大，需要采用拉深筋来调整，拉深筋的结构和位置对覆盖件的拉深成形的质量有极为重要的影响，拉深筋的结构与产生的阻力紧密相关，不合理的结构，将使筋的作用不能正常发挥。
拉深筋合理的位置应同时知足下列条件
（1）起外皱
图是压筋刹时状态。
包筋所用材料来自外缘，就外缘变形而言，其性质纯属不带压边圈情形下的拉深，应知足不用压边圈的判据，不然会起外皱，若是在dj之外设置一平面压边圈并单独施加平面压边力，则压筋时外皱能够避免。
（2）不起内皱图拉深筋诱发外皱
由经验得知，筋的阻力随着位置的外移而呈上升趋势，在结构必然的情形下，阻力近是位置的函数。
（3）不拉裂
阻力的增大虽然能够消除内皱，但阻力过大又会造成内部的拉裂，在筋结构已定的情形下，通过调整位置参数能够避免。
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,硬度为HRC28-32,材料为HT200。
上模座尺寸为A400ｘ400ｘ55，下模座尺寸为A400ｘ400ｘ65。
在安装模具时，模具的方向容易产生误差，避免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。
出件装置的设计
出件装置的结构如图所示，如此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，其出件进程就是打料杆1和卸料板2把工件敲出来。
图卸料装置
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。
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。
压力机校核
表压力机的校核
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=900
Hmin=230
H=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
修边模包括单纯的修边模和修边冲孔复合模，修边模按照镶块的运动方式能够分为三种大体类型：
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
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