笔记本电脑外壳冲压模具设计.docx

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笔记本电脑外壳冲压模具设计

准考证号：

010*********

本科生毕业论文（设计）

笔记本电脑外壳冲压模具设计

系别：

机电工程系

专业：

模具设计与制造

班级：

09模具四

（1）班

学生姓名：

XXXXX

指导老师：

XXXXX

完成日期：

2013年10月11日

指导教师评语

建议成绩：

优良中及格不及格

指导教师签字

年月日

最终评定成绩：

优良中及格不及格

系主任签字

年月日

本科论文原创性申明

本人郑重申明：

所呈交的论文（设计）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。

本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

学位论文作者签名（手写）：

签字日期：

年月日

本科论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

学位论文作者签名（手写）：

指导老师签名（手写）：

签字日期：

年月日签字日期：

年月日

摘要

分析了笔记本电脑外壳的冲压工艺，设计了一套用于液压机上的结构简单的成形模。

本文从产品的结构和功能出发，介绍了各冲压工序的模具结构及工作过程。

提出了模具设计及制造时应注意的事项。

分析镁合金AZ31的性能，存在常温下不可拉深的问题，通过对零件进行详尽的分析和查阅相关技术资料，设计了在拉深过程中对模具和零件进行加热的拉深模，这样就很容易的解决了上述问题。

该产品要在两个方向进行切边，通过对产品进行工艺分析，如果设计成两个方向同时进行切边的复合模，则很难保证零件切边部分的精度，所以分水平切边和垂直切边为两个单独的工序进行，从而满足产品的技术要求。

关键词：

笔记本电脑外壳，冲压工艺，拉伸模，修边模

Abstract

ThestampingprocessfortheoutershellofthenotebookPCisanalyzedandasetofsimplyconstructedformingdieusedonliquid-presswasdesigned.Thearticleintroducesthestructureandworkingprocessofthedieoneachoperationfromthestructureandthefunctionoftheproduct.Andthepointsforattentioninthedesignandmanufactureofthediesarelisted.TheefficiencyofmagnesiumAZ31isanalyzedinsheetmetalformingandthatitcan’tdrawinnormaltemperature.Theproblemisresolvedbyheatingthedieandworkpieceduringdrawing,afterdetailedanalyzingandrelativetechnicaldataconsulting.Theproducthastobetrimmedintwodirections.Afteranalyzingthetechnicoftheproduct,weknow:

Ifthetwodirectionsarecarriedoutatonetime,itishardtomakesuretheprecision.Onthecontrary,ifwemakeonedirectionatonetime,itiseasytosatisfythetechnicalrequirementoftheproduct.

Keywords:

theoutershellofthenotebookPC,stampingprocess,drawingdie,

trimmingdie

参考文献32

总结33

致谢34

第一章前言

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NovskHydro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。

第二章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

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

，

图2.7毛坯外形图

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

2.5.1落料工序

落料工序采用平刃口

落料力

F落=1.3F0=1.3Ltτ=1.3ｘ2ｘ（339+297）ｘ1ｘ140=252616N=252.6KN

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=0.08

F卸=0.08ｘ252.6=20.2KN

所以

F总=F落+F卸=252.6+20.2=272.8KN

所以选择Y32-100型液压机

落料时凸、凹模工作部分的尺寸与公差

确定凸、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）根据刃口的磨损规律，如果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，如果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过高。

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—分别为落料件凹模和凸模尺寸

△—工件公差

δp、δd—分别为凹模、凸模制造公差

x—磨损系数

工件精度为IT14取x=0.5，对直边部分

查文献[3]表2-6得δp=0.035mm

δd=0.050mm

查文献[8]附表1得△1=1.3mm

△2=1.4mm

表1-2-20Zmin=0.01mm

Dd1=（293-0.5ｘ1.3）0+0.05=292.350+0.05

Dp1=（292.35-0.1）0-0.035=292.250-0.035

Dd2=（340-0.5ｘ1.4）0+0.05=339.30+0.05

Dp2=（339.3-0.1）0-0.035=339.20-0.035

圆角部分

D0=24D0'=22

查文献[3]得δp=0.02mm

δd=0.025mm

查文献[8]附表1△1=△2=0.52mm

表1-2-20Zmin=0.1mm

Dd0=（24-0.5ｘ0.52）0+0.025=23.740+0.025

Dp0=（23.74-0.1）0-0.02=22.640-0.02

Dd0'=（22-0.5ｘ0.52）0+0.025=21.740+0.025

Dp0'=（21.74-0.1）0-0.02=21.640-0.02

2.5.2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+2B-1.72r）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

H/B=18.9/260=0.07

r/B=3/260=0.0115

t/Dｘ100=1/297ｘ100=0.33

查文献[80]表1-4-33得K4=0.7

所以

F拉=（2ｘ260+2ｘ305-1.72ｘ3）ｘ1ｘ50ｘ0.7

=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

所以选择Y32-100型液压机

2.5.3冲孔工序

冲孔力

F冲=1.3Ltτ=1.3ｘ[81ｘ4+4π（15+13）/2]ｘ1ｘ140=99008N≈99KN

推料力

F推=nK推F冲=5ｘ0.055ｘ99=27.23KN

卸料力

F卸=K卸F冲=0.04ｘ99=3.96KN

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=0.055K卸=0.04

F总=F冲+F推+F卸=99+27.23+3.96=130KN

所以选择Y32-100型压力机

2.5.4修边工序

对于笔记本电脑外壳两端的缺口，可以通过切口

工序完成，切口又分两个方向进行，水平方向和垂直方向，并且切口1、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1、3的水平方向切一次，然后再切1、3的垂直方向，再在切口2上水平垂直方向一次切成。

此时修边工序才算完成。

切边力的计算：

图2.8修边顺序

（1）第一次切边

F切=1.3Ltτ

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=1.3×780×1.0×140＝141960N=142（KN）

（2）第二次切边

F切=1.3Ltτ

则F切=1.3×724×1.0×140＝131768N=132（KN）

（3）第三次切边

F切=F切1+F切2=1.3×（80×2+18×2）×1×140+1.3×（80×2+4×2）×1×140

=64792N=65KN

选择J31-2500型闭式单点压力机

2.6冲压工艺过程卡片

表1.4冲压工艺过程卡片

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

1.0

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

0

下料

剪板机

1

落料

Y32-100型液压机

落料模

2

拉深

Y32-100型液压机

拉深模

3

冲孔

Y32-100型液压机

冲孔模

4

斜楔修边模

J31—

2500压力机

修边模

5

垂直修边模

J31—

2500压力机

修边模

垂直斜楔修边复合模

J31—

2500压力机

水平垂直修边复合模

第三章拉深模设计

3.1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，以满足拉深件的要求。

其结构形式为：

图3.1拉深模装配图

拉深过程中主要是要满足拉深时的外形尺寸，拉深过程中的问题是可能会出现起皱，并且对于这类覆盖件拉深时，毛坯各处的变形程度相差很大，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，要对毛坯和模具一起进行加热，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况。

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