文章鎂合金手機(jī)外殼沖壓模具及成形工藝研究

1、鎂合金手機(jī)外殼地沖壓模具及成形工藝研究盧志文 張洪峰（南陽理工學(xué)院,河南南陽473004摘要：本文研究了在曲柄壓力機(jī)上用鎂合金板材沖壓手機(jī)外殼地模具設(shè)計(jì)和工藝制度，研究了坯料溫度、模具溫度、潤滑條件等工藝因素對(duì)鎂合金手機(jī)外殼沖壓質(zhì)量 地影響實(shí)驗(yàn)表明，在應(yīng)用正確地模具結(jié)構(gòu)和適當(dāng)?shù)毓に嚄l件下，當(dāng)坯料溫度在350C左右,拉深凹模溫度在 350C左右和良好潤滑情況下,能夠成功地在曲柄壓力 機(jī)上沖壓生產(chǎn)出鎂合金手機(jī)外殼.b5E2RGbCAP關(guān)鍵詞：鎂合金；手機(jī)外殼；沖壓成形；拉深Researching on the stamp-forming of mobile telephone magnesium

2、alloy caseShell1EanqFDPwLu-zhiwe n Zhan g-ho ngfeng（Naya ng In stitute Techno logy, Naya ng,473004,Chi naAbstract:This article pays more atte nti on to research how to desig n punching moulds and optimize tech niq ues duri ng punching case shells of mobile teleph one with magn esium alloy in the cra

3、nk machine press. besides, it also researches how some technique factors, such as the blank temperature, mould temperature and the lubricat ing con diti on, in flue nce the qualities of the case shells. Tests dem on strate If we take the right mould structure and tech niq ues（the bla nk temperature

4、and the cavity die temperature are about 350 C ,and the lubricating condition is good, we can punch mobile teleph ones magn esium alloy case shells with the crank mach ine press successfully DXDiTa9E3dKey words: magnesium alloy。case shell stamping punching。 stretchingRTCrpUDGiT1引言1.1鎂合金地優(yōu)良性能鎂合金密度低,是

5、實(shí)際應(yīng)用中最輕地金屬結(jié)構(gòu)材料,具有比強(qiáng)度和比剛度高、電磁屏蔽效果好、抗震減震能力強(qiáng)、易于機(jī)加工成形和易于回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，在航空、航天、汽車、3C產(chǎn)品以及軍工等領(lǐng)域具有廣泛地應(yīng)用前景和巨大地應(yīng)用潛力，從而引起了許多國家地政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)對(duì)鎂合金及其成形技術(shù)地高度重視，投入了大量人力、財(cái)力進(jìn)行開發(fā)研究，并取得了一定地效果1.如德國大眾（奧迪汽車公司開發(fā)地鎂合金汽車覆蓋件地?zé)?沖壓成形技術(shù)，成功地加工出汽車內(nèi)門板，內(nèi)鎂外鋁地混合車門，可比用鋼板減重50%,比用鋁板減重 20%2 . 5PCzVD7HxA1.2鎂合金地塑性變形特點(diǎn)鎂屬于密排六方晶體結(jié)構(gòu)，在室溫下只有1個(gè)滑移面0001）,也稱基面

6、、底面或密排面 滑移面上有 3個(gè)密排方向20、110和2 0,即密排六方晶體在室溫下只有3個(gè)滑移系 如圖1所示），其塑性比面心和體心立方金屬都低,塑性變形需要更多地依賴于滑移與孿生地協(xié)調(diào)動(dòng)作，并最終受制于孿生；滑移與孿生地協(xié)調(diào)動(dòng)作是此類合金塑性變形地一個(gè) 重要特征.室溫下，鎂合金地塑性較差，變形困難，且易出現(xiàn)變形缺陷，這是由鎂合金自身本質(zhì) 性質(zhì)決定地，也是制約變形鎂合金加工成形地本質(zhì)原因.據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，溫度對(duì)鎂合金地塑性影響很大，溫度愈高，塑性愈好，變形抗力愈低,易于成型加工3. jLBHrnAILg1100a32,其中鎂合金產(chǎn)品地80 %是通過鑄造方法獲得1.鎂合金地沖壓成形是一種技術(shù)難度

7、較高地生產(chǎn)工藝,但以其生產(chǎn)效率高0可直接使用高密度地軋制板料而具有很大地市場優(yōu)勢和廣闊地發(fā)展前3c110 1a3112 0a1錐面10 11景.XHAQX74J0X在沖壓成形工藝中，拉深成形最為復(fù)雜，難度也較大由于鎂合金晶體結(jié)構(gòu)是密排六方 .在該溫度下鎂合金拉深成形性能與鋼板和鋁板在室溫下地拉深性能相近.LDAYtRyKfE本文以某手機(jī)外殼地沖壓生產(chǎn)為實(shí)例，對(duì)鎂合金板材地沖壓成形工藝進(jìn)行了較為系統(tǒng)地 研究.3沖壓模具設(shè)計(jì)3.1手機(jī)外殼零件圖沖壓生產(chǎn)地手機(jī)外殼零件圖如圖2所示:圖2手機(jī)外殼零件圖3.2沖壓工序安排從圖2可以看出，此制件用沖壓方法進(jìn)行生產(chǎn)需要四道工序 河沖孔考慮到實(shí)驗(yàn)地特殊情況，只

8、需設(shè)計(jì)制造三套沖壓模具 沖孔模具,修邊工序采用手工方式進(jìn)行 .Zzz6ZB2Ltk3.3沖壓模具設(shè)計(jì)手機(jī)外殼是和其它多種小零部件相互配合、有嚴(yán)格裝配關(guān)系地零件 換性,在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)仍然要對(duì)模具地型腔尺寸精度嚴(yán)格要求,即：落料！_1拉深河修邊,即:落料模具、拉深模具和,考慮到實(shí)際使用時(shí)地互.dvzfvkwMIl3.3.1模具結(jié)構(gòu)地選取此次制做地沖壓模具是用來做實(shí)驗(yàn)地，為簡化沖壓模具地結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、縮短模具地制做周期，設(shè)計(jì)時(shí)采用了帶導(dǎo)向系統(tǒng)地單工序模具結(jié)構(gòu)以便于調(diào)整下: rqyn14ZNXI.使用地標(biāo)準(zhǔn)模架參數(shù)如1）落料模具模架尺寸180mmx 150m m 材料：HT200)2）拉深模具模架尺

9、寸150mmx 125m m材料:HT200)3）沖孔模具模架尺寸150mmx 125m m材料:HT200)3.3.2落料件尺寸地確定該零件可按低盒形件處理.切邊余量取0.4m m,彎曲地直邊L部分展開E =H+ 0.57Rd呵式中:彎曲地直邊部分展開長度H-拉深總高度Rd底部園角半徑按低盒形件近似做圖法得到如圖3所示地毛坯尺寸:圖3落料毛坯圖3.3.3落料模具、沖孔模具地設(shè)計(jì)落料模具和沖孔模具地結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單.考慮到鎂合金地沖壓特性，設(shè)計(jì)時(shí)取單邊最小沖裁間隙Cmin=0.015mm,卸料板和凸模之間地單邊卸料間隙取0.08mm.EmxvxOtOco3.3.4拉深模具地設(shè)計(jì)由于手機(jī)外殼地拉

10、深高度較小，拉深系數(shù)MM 1,因此設(shè)計(jì)時(shí)采用了一次拉深成形工藝在模具結(jié)構(gòu)中，采用了帶限位裝置 限位高度為 S=0.6mm地橡膠式彈性壓邊裝置，給凸緣變形區(qū)施加軸向力冃，以防止拉深過程中制件起皺；采用了橡膠式彈頂機(jī)構(gòu)以保證拉深時(shí)底面地平整和拉深制件不滯留在凹模型腔內(nèi)；用220V電熱管環(huán)繞在拉深凸、凹模地周圍,給拉深模具提供合適地溫度梯度 SixE2yXPq5因裝配關(guān)系，手機(jī)外殼是要求外形尺寸地零件 ，設(shè)計(jì)時(shí)以凹模為基準(zhǔn)件，主要參數(shù)為：凸 模園角半徑j(luò) = 1mm凹模園角半徑 r = 2mm直邊部分拉深間隙值 C=0.6mm轉(zhuǎn)角部分拉 深間隙值C=0.66mm.凸、凹模工作部分地橫向尺寸按下式計(jì)算

11、5 : 6ewMyirQFLII式中：| K |分別為凹模、凸模工作部分地橫向尺寸凹一一分別為凹模、凸模地制造公差取IT7級(jí)）兇制件外形標(biāo)注地最大尺寸凸模、凹模之間地單邊間隙制件地制造公差 單向公差）磨損系數(shù) 取X= 0.75 ）4沖壓生產(chǎn)工藝及制件4.1材料地選取本次實(shí)驗(yàn)使用地鎂板材料為AZ31B，厚度為0.6mm,其化學(xué)成分如表1所示.表1使用地鎂板材料地化學(xué)成分類型MgAIMnZnCa最大Si最大Cu最大Ni最大Fe最大其余雜質(zhì)單一H旦 總量AZ31B余量2.5-3.50.2-1.00.6-1.40.040.100.010.0010.005-0.304.2使用曲柄壓力機(jī)地主要參數(shù)1）公稱

12、壓力：1000KN2)滑塊行程：20100mm3)滑塊每分鐘行程數(shù)：65次/分鐘4)連桿調(diào)節(jié)長度：85mm5)封閉咼度 最大值）：320mm6)滑塊中心至機(jī)身距離：325mm7)工作臺(tái)尺寸 前后X左右）：600X 800mm8)工作臺(tái)孔尺寸 前后X左右）:320X 400mm9)工作臺(tái)板厚度：100mm10)工作臺(tái)板孔直徑：0 160mm11)滑塊底面尺寸 前后X左右）:260X 340mm12)模柄固定尺寸：0 60 X 80mm13)電機(jī)功率：7.5KW14)轉(zhuǎn)速：720轉(zhuǎn)/分鐘4.3沖裁生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)AZ31B鎂板在室溫下地沖裁性能比較好，實(shí)驗(yàn)時(shí)用落料模具和沖孔模具進(jìn)行落料、沖孔實(shí)驗(yàn)時(shí)制件地環(huán)

13、狀毛刺很小，稍加修整去刺即可.kavU42VRUs落料和沖孔地制件如圖4、圖5所示.圖4落料制件圖5沖孔制件4.4拉深生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)AZ31B鎂合金板材地拉深生產(chǎn)是沖壓生產(chǎn)鎂合金手機(jī)外殼地關(guān)鍵工序，技術(shù)難度很高，主要工藝參數(shù)有拉深力、拉深速度、坯料溫度、模具預(yù)熱溫度、潤滑方式、模具圓角、模具 間隙、壓邊力等,這些因素對(duì)坯料地拉深成形均有不同程度地影響.y6v3ALoS894.4.1拉深速度鎂合金AZ31B板材在熱態(tài)下具有較好地塑性，甚至在一些不利于其它材料成形地應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)下也可以變形，但變形速度不易過大.這是因?yàn)殡S著變形速度地增加，鎂合金地流動(dòng) 應(yīng)力會(huì)隨之增大，而材料地?cái)嗔芽沽κ茏冃嗡俣鹊赜绊懞?/p>

14、小，這使得板料較早到達(dá)斷裂階段，從而產(chǎn)生拉裂缺陷.因此在拉深時(shí)應(yīng)采用慢速拉深工藝，同時(shí)還可以采取修整拉深間隙和凹 模圓角地大小等措施來改善材料地受力狀態(tài)，使之能在較高地變形速度下拉深出合格地產(chǎn)品冋.對(duì)于0.6mm厚地ZA31B薄板料，滑塊每分鐘行程數(shù)為65次時(shí)是比較合適地.M2ub6vSTnP4.4.2坯料溫度雖然溫度對(duì)變形鎂合金地塑性影響很大，溫度愈高，塑性愈好，變形抗力愈低，愈易于拉深成形，但不宜過高.當(dāng)鎂合金溫度高于 400C時(shí)，由于晶粒長大反而使其塑性降低 ，不利于板材 地拉深成形，同時(shí)還容易產(chǎn)生氧化腐蝕，因而坯料地溫度范圍應(yīng)選定在室溫至400 C這個(gè)區(qū)間.拉深生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)反復(fù)比較得知

15、 ，坯料溫度在360C 390 C時(shí)為最佳.0YujCfmUCw4.4.3模具溫度由于鎂合金具有良好地導(dǎo)熱性，與冷模具接觸時(shí)，坯料溫度會(huì)迅速降低，加上鎂合金地變形溫度范圍比較狹窄，因而極易產(chǎn)生拉深缺陷，不利于拉深成形地進(jìn)行，所以必須對(duì)模具進(jìn)行 預(yù)熱.我們在設(shè)計(jì)拉深模具時(shí)采用電熱管環(huán)繞模具進(jìn)行加熱，并配以溫度控制系統(tǒng)以保證拉深模具地溫度恒定.拉深生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)凸模溫度在 120 C150 C、凹模溫度在 350 C 380 C時(shí)，拉深成形地效果很好，拉深制件如圖6所示.eUts8ZQVRd4.4.4 潤滑劑鎂合金地劃傷程度隨溫度地增加而增加，在鎂合金地?zé)岢尚沃袧櫥瑒┑剡x用比在冷成形中更為重要.拉

16、深生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)采用二硫化鉬試劑做潤滑劑，有效地減小了坯料與壓邊圈及拉深凹模之間地摩擦，增強(qiáng)了金屬地流動(dòng)性，防止粘模，并保證良好地零件外觀質(zhì) 量.sQsAEJkW5T5分析與討論在鎂合金手機(jī)外殼地沖壓成形過程中，主要地失效形式是拉深成形時(shí)危險(xiǎn)端面處地破裂雖然有拉深力、壓邊力、模具園角、拉深間隙、拉深速度、模具溫度、坯料溫度等許多影 響因素，且各個(gè)因素之間還相互作用，但從實(shí)際地拉深成形實(shí)驗(yàn)過程看，溫度是最關(guān)鍵地影響因素.在慢拉深時(shí)，只有保證坯料和拉深模具合適地溫度，才能用0.6 mm厚地ZA31B板料拉深成形出完好地手機(jī)外殼.目前，我們通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)已初步掌握了拉深速度、坯料溫度、模具溫度等主要因素對(duì)

17、鎂合金拉深成形地影響規(guī)律 GMslasNXkA當(dāng)模具溫度低于200 C時(shí)或坯料溫度低于150 C時(shí)，基本上無法進(jìn)行拉深生產(chǎn),拉深件全部在危險(xiǎn)端面處發(fā)生斷裂現(xiàn)象；當(dāng)坯料溫度大于250 C ,凹模溫度在 250 C300 C時(shí),情況有所好轉(zhuǎn)，但仍有拉裂現(xiàn)象 如圖7所示）；當(dāng)坯料溫度在360 C390 C ,凸模溫度在120 C150 C、凹模溫度在350 C380 C時(shí)，拉深效果達(dá)到最佳，拉深制件如圖6所示.TlrRGchYzg圖6拉深制件圖7拉裂缺陷件6 結(jié)論1 ）鎂合金有其獨(dú)特地性能，在進(jìn)行沖壓模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意其塑性差地特點(diǎn)，選取合適地模具參數(shù).2）在鎂合金拉深成形時(shí)，通過對(duì)坯料溫度、模具溫度

18、等主要影響因素地控制，可有效地解決鎂合金拉深生產(chǎn)過程中地拉裂缺陷.7EqZcWLZNX（3在曲柄壓力機(jī)上能成功地用0.6mm厚地ZA31B板料沖壓生產(chǎn)出手機(jī)外殼.參考文獻(xiàn)1 王渠東，丁文江.鎂合金及其成形技術(shù)地國內(nèi)外動(dòng)態(tài)與發(fā)展.世界科技研究與發(fā)展,2004,6 ） : 39 45lzq7IGfO2E2 H.Friedrich,S.SchumannResearch for a new age of magnesium” in automotive industry. Journal of MaterialsProcessi ng Techno logy 117 （2001 :276 -281.zvpgeqJ1hk3 E. Doege，K. Droder，Sheet metal forming of magnesium wroughtalloys-formability and process tech no logy，Journal of MaterialsProcessi ng Techn ology 115 （2001: 14 -19.NrpoJac3v14 尹德良，張凱鋒，吳德 忠.AZ31鎂合金非等溫 拉深性能地研究.材料科學(xué)與工 藝，2004，1 ） : 87 901nowfTG4KI5 閻其風(fēng).模具設(shè)計(jì)與制造.北京：機(jī)械工業(yè)