鎂合金筆記本電腦外殼沖壓模具設(shè)計(jì)

1、學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)：201003040205HEBEI UNITED UNIVERSITY畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)說(shuō)說(shuō)明明書書GRADUATE DESIGN設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)題目：鎂合金筆記本電腦外殼沖壓模具設(shè)計(jì)鎂合金筆記本電腦外殼沖壓模具設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)：10 機(jī)設(shè)機(jī)設(shè) 4 班班學(xué)學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院院：機(jī)械工程學(xué)院指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 副教授副教授2014 年年 6 月月 3 日日摘 要-I-摘 要本次設(shè)計(jì)通過(guò)分析筆記本電腦外殼的沖壓工藝過(guò)程以及對(duì)鎂合金的材料性能，設(shè)計(jì)出一套筆記本電腦外殼的沖壓模具。鎂合金是迄今在工程應(yīng)用中最輕的結(jié)構(gòu)材料，同時(shí)鎂合金還具有高比強(qiáng)度和比剛度、尺寸穩(wěn)

2、定性好以及具有環(huán)保性等優(yōu)點(diǎn)，具有很大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。但是由于鎂合金常溫下不能拉深，通過(guò)查閱資料，可以通過(guò)同時(shí)加熱模具和零件解決這個(gè)問(wèn)題。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。沖壓是靠壓力機(jī)和模具對(duì)板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。在沖壓工藝過(guò)程設(shè)計(jì)中，從產(chǎn)品的結(jié)果和功能出發(fā)介紹了本次設(shè)計(jì)所需要的各個(gè)工序。由于對(duì)筆記本電腦外殼經(jīng)行了一定的簡(jiǎn)

3、化，所以拉深工序成為本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)以拉深模具的設(shè)計(jì)例，對(duì)沖壓模具的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞 筆記本電腦外殼；鎂合金；沖壓；拉深模具Abstract-II-AbstractThis design through the analysis of the stamping process of laptop shell process and material properties of magnesium alloy, design a set of laptop shell stamping die. Stamping press and die by the sheet, stri

4、p, pipe and profiles such as force, to produce plastic deformation or separation, thus obtaining the desired shape and size (Stamping) forming process. Compared to stamping parts and castings, forgings, has the characteristics of light, thin, uniform, strong. Stamping can be prepared by other method

5、s difficult to produce with a reinforcing rib, rib, the ups and downs or folded, to enhance its rigidity. Magnesium alloys are the lightest structural material in engineering application, and magnesium alloy has high specific strength and specific stiffness, good dimensional stability, and has the a

6、dvantages of environmental protection, has a large market advantages and broad prospects for development. But because of magnesium alloy under the normal temperature cant deep drawing, through access to information, can solve this problem by heating mould and parts at the same time.With mold manufac

7、turing parts for its high efficiency, products of good quality and low material consumption, low production cost and widely used in manufacturing. In the process of stamping process design, from product according to the results and the function of this design introduces the need of all processes. Du

8、e to laptop shell by the line must be simplified, so the deep drawing process become the focus of this design. In deep drawing mould design example, the design of the stamping die design process are introduced.Keywords Laptop shell; magnesium alloy; stamping; Drawing dies目 錄-III-目 錄摘 要.IABSTRACT .II

9、第 1 章 緒論.11.1 選題背景.11.1.1 鎂合金的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.11.1.2 模具概述.21.1.3 沖壓工藝的分類及特點(diǎn).41.2 設(shè)計(jì)研究方案.61.3 本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容.6第 2 章 鎂合金的研究現(xiàn)狀.72.1 AZ31 鎂合金中合金元素的作用.72.1.1 Al 元素的影響.72.1.2 Zn 元素的影響 .82.1.3 其他元素的影響.82.2 AZ31 鎂合金的組織及性能.82.3 AZ31 鎂合金塑性加工技術(shù).82.3.1 擠壓技術(shù).92.3.2 鍛造技術(shù).92.3.3 軋制技術(shù).92.3.4 超塑性成形技術(shù).92.4 結(jié)論.10第 3 章 沖壓工件的工藝分析.

10、113.1 零件圖 .113.2 結(jié)構(gòu)工藝性分析.113.3 毛坯尺寸的確定.123.3.1 修邊余量的確定.133.3.2 毛坯尺寸的計(jì)算.133.4 沖裁件的排樣.143.4.1 排樣方式.143.4.2 材料的利用率.15第 4 章 工藝方案的確定.164.1 基本工藝方案的確定.164.2 不同工藝方案的比較.164.3 沖壓工藝過(guò)程卡片.16第 5 章 沖裁工序.195.1 落料工藝力計(jì)算.195.2 沖孔工藝力計(jì)算.195.2 模具壓力中心計(jì)算.205.3 沖裁間隙的確定.215.3.1 沖裁間隙的影響.21目 錄-IV-5.3.2 沖裁間隙的確定.235.4 沖裁模刃口尺寸的確定

11、.235.4.1 刃口尺寸確定的原則.235.4.2 刃口尺寸的計(jì)算.24第 6 章 拉深工序及拉深模具的設(shè)計(jì).266.1 拉深次數(shù)的確定.266.2 拉深工藝力的計(jì)算 .266.2.1 拉深力的計(jì)算.266.2.2 壓邊力的計(jì)算.266.2.3 拉深總工藝力.266.3 模具的總體設(shè)計(jì) .276.4 凸模和凹模工作部分的設(shè)計(jì) .286.4.1 凸模和凹模的間隙.286.4.2 凸模和凹模的工作部分尺寸.286.4.3 凸模和凹模的工作尺寸部分圓角半徑.296.5 模具其他主要零件的設(shè)計(jì)及選用 .296.5.1 定位板的設(shè)計(jì).296.5.2 彈性壓邊圈的設(shè)計(jì).296.5.3 拉深筋的設(shè)計(jì).30

12、6.5.4 上下模座、導(dǎo)柱導(dǎo)套的設(shè)計(jì).30結(jié) 論.31參考文獻(xiàn).32謝 辭.34附 錄.35 第 1 章 緒論-1-第 1 章 緒論1.1 選題背景1.1.1 鎂合金的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀鎂合金密度較輕，是實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。其具有導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性，同時(shí)性能良好，比強(qiáng)度和比剛度高，減震性好，切削加工和尺寸穩(wěn)定性?shī)A，易回收，有利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為 21 世紀(jì)的綠色工程材料。在航空、汽車、電子等領(lǐng)域獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。鎂合金常用的成形方法有壓鑄、半固態(tài)鑄造、擠壓鑄造、擠壓和軋制等, 其中鎂合金產(chǎn)品的 80% 是通過(guò)鑄造方法獲得。室溫下，鎂合金的塑性

13、較差，變形困難，且易出現(xiàn)變形缺陷，這是由鎂合金自身性質(zhì)決定的，也是制約變形鎂合金加工成形的重要原因。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，溫度對(duì)鎂合金的塑性影響很大，溫度愈高，塑性愈好，變形抗力愈低，易于成形加工。鎂合金的沖壓形是一種技術(shù)難度較大的生產(chǎn)工藝，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，滑移系少，常溫下塑性較差，一般都必須在 150以上進(jìn)行拉深成形。根據(jù)小坂田等人的研究結(jié)果，鎂合金板材在250左右拉深時(shí)其拉深比超過(guò)鋁合金和低碳鋼板的常溫拉深成形極限，在175時(shí)鎂合金板杯形件拉深的拉深比可達(dá) 2.0，而在 225時(shí)可達(dá) 3.0，超過(guò)了鋼板、鋁板在室溫下的拉深比(分別為

14、2.2 和 2.6)。在該溫度下鎂合金拉深成形性能與鋼板、鋁板在室溫下的拉深性能相近。但以其生產(chǎn)效率高、可直接使用高密度的軋制板料而具有很大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。近年來(lái)，鎂合金的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)受到世界各國(guó)的重視，尤其西方發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視變形鎂合金的研究與開發(fā)，變形鎂合金材料已開始向系列化發(fā)展，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。其中美國(guó)的變形鎂合金材料體系較為完備，合金系列有 Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE、Mg-Li、Mg-Th 等，可以加工成板、棒、型材和鍛件，并且開發(fā)出了快速凝固高性能變形鎂合金非晶態(tài)鎂合金及鎂基復(fù)合材料等。美國(guó)與世界上最大的鎂生產(chǎn)企業(yè)挪威 Novsk Hydro 公司簽訂了

15、長(zhǎng)期的合作關(guān)系。日本也開始著重研究鎂的新合金、新工藝、開發(fā)超強(qiáng)高變形鎂合金材料和可冷壓加工的鎂合金板材。英國(guó)開發(fā)出了 Mg-Al-B 擠壓鎂合金用于 Magnox 核反應(yīng)堆燃料罐。以色列最近研制出了用在航天飛行器上、兼具優(yōu)良力學(xué)性能和河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院-2-耐蝕性能的變形鎂合金。我國(guó)變形鎂合金材料的研制與開發(fā)仍處于起步階段，缺少高性能鎂合金板、棒和型材，國(guó)防軍工、航天航空用高性能鎂合金材料仍依靠進(jìn)口，民用產(chǎn)品尚未進(jìn)行大力開發(fā)，因此，研究和開發(fā)性能優(yōu)良、規(guī)格多樣的變形鎂合金材料顯得十分重要。1.1.2 模具概述模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動(dòng)，使

16、之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是國(guó)際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國(guó)的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。早在 1989 年 3 月中國(guó)政府頒布的關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定中，將模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位。模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具在機(jī)械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它

17、承擔(dān)了這些工業(yè)領(lǐng)域中 6090的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場(chǎng)的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場(chǎng)為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場(chǎng)，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，這一市場(chǎng)占整個(gè)模具市場(chǎng)一半左右。汽車工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點(diǎn)是發(fā)展零部件，經(jīng)濟(jì)型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點(diǎn)，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，2005 年將達(dá)到170 種。一個(gè)型號(hào)的汽車所需模具達(dá)幾千副，價(jià)值上億元。為了適應(yīng)市場(chǎng)的需求，汽車將不斷換型，汽車換型時(shí)約有 80的模具需要更換。中國(guó)摩托車產(chǎn)量位居世界第一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)摩托車共有 14 種排

18、量 80 多個(gè)車型，1000 多個(gè)型號(hào)。單輛摩托車約有零件 2000 種，共計(jì) 5000 多個(gè)，其中一半以上需要模具生產(chǎn)。一個(gè)型號(hào)的摩托車生產(chǎn)需 1000 副模具，總價(jià)值為 1000 多萬(wàn)元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場(chǎng)。目前世界模具市場(chǎng)供不應(yīng)求，模具的主要出口國(guó)是美國(guó)，日本，法國(guó)，瑞士等國(guó)家。中國(guó)模具出口數(shù)量極少，但中國(guó)模具鉗工技術(shù)水平高，勞動(dòng)成本低，只要配備一些先進(jìn)的數(shù)控制模設(shè)備，提高模具加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會(huì)有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水第 1 章 緒論-3-平，對(duì)于促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著特別重要的意義。 模具主要

19、類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的上述各種模具都屬于腔型模，因?yàn)樗鼈円话愣际且揽咳S的模具形腔使材料成型。沖模：沖模是對(duì)金屬板材進(jìn)行沖壓加工獲得合格產(chǎn)品的工具。沖模占模具總數(shù)的 50以上。按工藝性質(zhì)的不同，沖?？煞譃槁淞夏＃瑳_孔模，切口模，切邊模，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復(fù)合模，連續(xù)模。鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行體積成型時(shí)所用模具的總稱。按鍛壓設(shè)備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機(jī)鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機(jī)用鍛模，水壓機(jī)用鍛模，高速錘用鍛模，擺動(dòng)碾

20、壓機(jī)用鍛模，輥鍛機(jī)用鍛模，楔橫軋機(jī)用鍛模等。按工藝用途不同，鍛?？煞譃轭A(yù)鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數(shù)的 35，而且有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結(jié)晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總數(shù)的 6。粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復(fù)壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結(jié)模等。模具所涉及的工藝繁多

21、，包括機(jī)械設(shè)計(jì)制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論） ，塑性加工，玻璃等諸多學(xué)科和行業(yè)，是一個(gè)多學(xué)科的綜合，其復(fù)雜程度顯而易見。自 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)逐漸起飛，也為模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力。20 世紀(jì) 90 年代以后，大陸的工業(yè)發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)的總產(chǎn)值在 1990 年僅 60 億元人民幣，1994 年增長(zhǎng)到 130 億元人民幣，1999 年已達(dá)到 245 億元人民幣，2000 年增至 260270 億元人民幣。今后預(yù)計(jì)每年仍會(huì)以1015的速度快速增長(zhǎng)。目前，我國(guó) 17000 多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)五十多萬(wàn)。除了國(guó)有的專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模

22、具廠家，包括集體企業(yè)，合資企業(yè)，獨(dú)資企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)等，都得到了快速發(fā)展。其中，集體和私營(yíng)的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)多達(dá)數(shù)千家，成為我國(guó)國(guó)內(nèi)知名的“模具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院-4-的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，紛紛加入了對(duì)模具制造的投入。例如，科龍，美的，康佳和威力等知名集團(tuán)都建立了自己的模具制造中心。中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，現(xiàn)已有幾千家。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一

23、。其中，沖壓模具約占 50（中國(guó)臺(tái)灣：40） ，塑料模具約占33（中國(guó)臺(tái)灣：48） ，壓鑄模具約占 6（中國(guó)臺(tái)灣：5） ，其他各類模具約占 11（中國(guó)臺(tái)灣：7） 。中國(guó)臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)，分為萌芽期（19611981） ，成長(zhǎng)期（19811991） ，成熟期（19912001）三個(gè)階段。萌芽期，工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)的不斷改進(jìn)。由于紡織，電子，電氣，電機(jī)和機(jī)械業(yè)等產(chǎn)品外銷表現(xiàn)暢旺，連帶使得模具制造，維修業(yè)者和周邊廠商（如熱處理產(chǎn)業(yè)等）逐年增加。在此階段的模具包括：一般民生用品模具，鑄造用模具，鍛造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡膠模具等。1981 年1991 年是臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為迅速

24、且高度成長(zhǎng)的時(shí)期。有鑒于模具產(chǎn)業(yè)對(duì)工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯，自 1982 年起，臺(tái)灣地區(qū)就將模具產(chǎn)業(yè)納入“策略性工業(yè)適用范圍”，大力推動(dòng)模具工業(yè)的發(fā)展，以配合相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品的外銷策略，全力發(fā)展整體經(jīng)濟(jì)。隨著民生工業(yè)，機(jī)械五金業(yè)，汽機(jī)車及家電業(yè)發(fā)展，沖壓模具與塑料模具，逐漸形成臺(tái)灣模具工業(yè)兩大主流。從 1985 年起，模具產(chǎn)業(yè)已在推行計(jì)算機(jī)輔助模具設(shè)計(jì)和制造等 CAD/CAM 技術(shù)，所以臺(tái)灣模具業(yè)接觸 CAD/CAM/CAE/CAT 技術(shù)的時(shí)間相當(dāng)早。成熟期，在國(guó)際化，自由化和國(guó)際分工的潮流下，1994 年，1998 年，由臺(tái)灣地區(qū)政府委托金屬中心執(zhí)行“工業(yè)用模具技術(shù)研究與發(fā)展五年計(jì)劃”與“工業(yè)用

25、模具技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展計(jì)劃”，以協(xié)助業(yè)界突破發(fā)展瓶頸，并支持產(chǎn)業(yè)升級(jí)，朝向開發(fā)高附加值與進(jìn)口依賴高的模具。1997 年 11 月間臺(tái)灣憑借模具產(chǎn)業(yè)的實(shí)力，獲得世界模具協(xié)會(huì)（ISTMA）認(rèn)同獲準(zhǔn)入會(huì)，正式成為世界模具協(xié)會(huì)會(huì)員。整體而言，臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機(jī)械性能，加工技術(shù)，檢測(cè)能力的提升，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，臺(tái)灣模具廠商供應(yīng)對(duì)象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機(jī)車運(yùn)輸工具業(yè)，提升到計(jì)算機(jī)與電子，通信與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機(jī)車用大型鈑金沖壓，大型塑料射出及精密鍛造等模具。1.1.3 沖壓工藝的分類及特點(diǎn)沖壓是靠壓力機(jī)和模具對(duì)板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，

26、從而獲得所需形狀和尺寸的工件(沖壓件)的成形加工方法。第 1 章 緒論-5-沖壓和鍛造同屬塑性加工(或稱壓力加工)，合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。全世界的鋼材中，有 6070%是板材，其中大部分是經(jīng)過(guò)沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體、電機(jī)、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機(jī)械、生活器皿等產(chǎn)品中，也有大量沖壓件。 沖壓件與鑄件、鍛件相比，具有薄、勻、輕、強(qiáng)的特點(diǎn)。沖壓可制出其他方法難于制造的帶有加強(qiáng)筋、肋、起伏或翻邊的工件，以提高其剛性。由于采用精密模具，工件精度可達(dá)微米級(jí)，且重復(fù)精度高、規(guī)格一致，可以沖

27、壓出孔窩、凸臺(tái)等。 冷沖壓件一般不再經(jīng)切削加工，或僅需要少量的切削加工。熱沖壓件精度和表面狀態(tài)低于冷沖壓件，但仍優(yōu)于鑄件、鍛件，切削加工量少。 沖壓是高效的生產(chǎn)方法，采用復(fù)合模，尤其是多工位級(jí)進(jìn)模，可在一臺(tái)壓力機(jī)上完成多道沖壓工序，實(shí)現(xiàn)由帶料開卷、矯平、沖裁到成形、精整的全自動(dòng)生產(chǎn)。生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)條件好，生產(chǎn)成本低，一般每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件。沖壓用材料與成形技術(shù)是沖壓加工過(guò)程的兩個(gè)重要組成部分。沖壓加工質(zhì)量不僅與沖壓工藝文案、模具結(jié)構(gòu)及制造精度有關(guān)，還受沖壓材料的直接影響而不同。為了生產(chǎn)高質(zhì)量沖壓制件，必須正確選用合適的沖壓材料。但實(shí)際上，沖壓用材料往往是根據(jù)其使用性能及其生產(chǎn)綱領(lǐng)所選定的，這

28、時(shí)，則要求沖壓工藝方案和模具結(jié)構(gòu)必須與選定材料相適應(yīng)。因此，必須深入了解所用沖壓材料的成形性能，才能正確制定沖壓工藝方案并合理設(shè)計(jì)制造相應(yīng)的沖壓模具。金屬板料的化學(xué)成分、組織對(duì)塑性加工的影響，如隨著含碳量增高，板料變硬變脆等。沖壓主要是按工藝分類，可分為分離工序和成形工序兩大類。分離工序也稱沖裁，其目的是使沖壓件沿一定輪廓線從板料上分離，同時(shí)保證分離斷面的質(zhì)量要求。成形工序的目的是使板料在不破坯的條件下發(fā)生塑性變形，制成所需形狀和尺寸的工件。在實(shí)際生產(chǎn)中，常常是多種工序綜合應(yīng)用于一個(gè)工件。沖裁、彎曲、剪切、拉深、脹形、旋壓、矯正是幾種主要的沖壓工藝。沖壓用板料的表面和內(nèi)在性能對(duì)沖壓成品的質(zhì)量影

29、響很大，要求沖壓材料厚度精確、均勻；表面光潔，無(wú)斑、無(wú)疤、無(wú)擦傷、無(wú)表面裂紋等；屈服強(qiáng)度均勻，無(wú)明顯方向性；均勻延伸率高；屈強(qiáng)比低；加工硬化性低。在實(shí)際生產(chǎn)中，常用與沖壓過(guò)程近似的工藝性試驗(yàn)，如拉深性能試驗(yàn)、脹形性能試驗(yàn)等檢驗(yàn)材料的沖壓性能，以保證成品質(zhì)量和高的合格率。模具的精度和結(jié)構(gòu)直接影響沖壓件的成形和精度。模具制造成本和壽命則河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院-6-是影響沖壓件成本和質(zhì)量的重要因素。模具設(shè)計(jì)和制造需要較多的時(shí)間，這就延長(zhǎng)了新沖壓件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。模座、模架、導(dǎo)向件的標(biāo)準(zhǔn)化和發(fā)展簡(jiǎn)易模具(供小批量生產(chǎn))、復(fù)合模、多工位級(jí)進(jìn)模(供大量生產(chǎn))，以及研制快速換模裝置，可減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作

30、量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間，能使適用于減少?zèng)_壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量和縮短準(zhǔn)備時(shí)間，能使適用于大批量生產(chǎn)的先進(jìn)沖壓技術(shù)合理地應(yīng)用于小批量多品種生產(chǎn)。沖壓設(shè)備除了厚板用水壓機(jī)成形外，一般都采用機(jī)械壓力機(jī)。以現(xiàn)代高速多工位機(jī)械壓力機(jī)為中心，配置開卷、矯平、成品收集、輸送等機(jī)械以及模具庫(kù)和快速換模裝置，并利用計(jì)算機(jī)程序控制，可組成高生產(chǎn)率的自動(dòng)沖壓生產(chǎn)線。 在每分鐘生產(chǎn)數(shù)十、數(shù)百件沖壓件的情況下，在短暫時(shí)間內(nèi)完成送料、沖壓、出件、排廢料等工序，常常發(fā)生人身、設(shè)備和質(zhì)量事故。因此，沖壓中的安全生產(chǎn)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。1.2 設(shè)計(jì)研究方案由于鎂為密排六方結(jié)構(gòu)，在室溫下滑移系較少，塑性變形能力差，故在塑性加工時(shí)應(yīng)采用熱加

31、工方式。鎂合金 AZ31 的沖壓也不能在常溫下進(jìn)行，試驗(yàn)室已成功的拉深鎂合金 AZ31 的易拉罐，壁厚為 0.7mm，在加熱 190 度時(shí)，拉深 70mm；加熱到 250 度時(shí)，拉深 75mm，這是鎂合金 AZ31 應(yīng)用于沖壓的一個(gè)成功的試驗(yàn)，通過(guò)這個(gè)試驗(yàn)可以反求得到一組有關(guān)鎂合金 AZ31 沖壓性能的數(shù)據(jù)。筆記本電腦外殼屬于盒形件，本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)拉深過(guò)程，筆記本電腦外殼應(yīng)屬于低盒形件拉深。對(duì)于低盒形件，圓角部分的影響相對(duì)較小，圓角處的變形最大，所以防止起皺和拉裂是關(guān)鍵。通過(guò)分析筆記本電腦外殼的特性和對(duì)鎂合金 AZ31 性能的了解，初步確定工藝方案為：落料拉深沖孔修邊。1.3 本文的主要內(nèi)

32、容1) 鎂合金的研究現(xiàn)狀；2) 沖壓件的工藝分析；3) 沖壓工藝規(guī)程的制定；4) 模具設(shè)計(jì)。第 1 章 緒論-7-第 2 章 鎂合金的研究現(xiàn)狀鎂合金是目前最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料。其具有導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、電磁屏蔽性，同時(shí)性能良好，比強(qiáng)度和比剛度高，減震性好，切削加工和尺寸穩(wěn)定性佳，易回收，有利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21 世紀(jì)的綠色工程材料”。在航空、汽車、電子等領(lǐng)域獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，并表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。近年來(lái),鎂合金產(chǎn)量在全球的年增長(zhǎng)率高達(dá) 25。在鎂合金材料中，大部分成品是采用鑄造的方法。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)相同的產(chǎn)品，其他材料可以使用塑性加工成型，而對(duì)于鎂合金在現(xiàn)有的水平下卻只能用鑄造的方法。鑄

33、件由于鑄造缺陷的存在使其力學(xué)性能大打折扣。為了更廣泛地應(yīng)用鎂合金，利用各種變形方法來(lái)制造鎂合金部件成為鎂合金發(fā)展的一大趨勢(shì)。AZ31 鎂合金是目前應(yīng)用最廣泛的變形鎂合金，其主要化學(xué)成分見表 2-1。表表 2-1 鎂合金鎂合金 AZ31B 化學(xué)成分化學(xué)成分元素MgAlMnZnCaCu成分% 余量2.5-3.5 0.20-1.00.6-1.4 0.040.01續(xù)表續(xù)表 2-1 鎂合金鎂合金 AZ31B 化學(xué)成分化學(xué)成分元素NiSiFe其 他 雜 質(zhì)成分% 0.0010.01 0.005 0.302.1 AZ31 鎂合金中合金元素的作用合金元素影響鎂合金的力學(xué)物理、化學(xué)和工藝性能。大多數(shù)情況下，合金

34、元素的作用與添加量有關(guān)，在固溶度范圍內(nèi)作用大小與添加量呈正比關(guān)系。鎂合金作為結(jié)構(gòu)材料時(shí)，合金元素對(duì)加工性能的影響比對(duì)物理性能的影響重要得多。2.1.1 Al 元素的影響Al 是鎂合金中最常用的合金元素，通過(guò)固溶強(qiáng)化和形成沉淀析出相，提高鎂合金的強(qiáng)度和耐蝕性，降低合金的塑性。根據(jù) Mg- Al 二元相圖，平衡結(jié)晶河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院-8-時(shí)，437 發(fā)生共晶反應(yīng)：L（Mg）+（Mg17Al12） ，共晶點(diǎn) w (Al) 為32.3%，Al 在 Mg 中的溶解度為 12.7%。隨溫度下降溶解度降低，至 100 降為 2%。 2.1.2 Zn 元素的影響Zn 在 Mg 中的最大溶解度為 6.2%

35、，隨溫度降低，其固溶度明顯減少，100 時(shí)降為 2%以下。Zn 在 Mg 中的作用一方面表現(xiàn)為自身的固溶強(qiáng)化；另一方面，少量的 Zn 還可以增加 Al 在 Mg 中的固溶度，提高 Al 的固溶強(qiáng)化。2.1.3 其他元素的影響Mn 通過(guò)除去鐵及其他重金屬元素避免其生成有害的晶間化合物來(lái)提高 AZ31 鎂合金的耐蝕性，此外，Mn 還可以細(xì)化晶粒，提高可焊性。Fe 是鎂合金中的有害元素，嚴(yán)重降低抗腐蝕性能，因此，在鎂合金中w(Fe)不得超過(guò) 0.005%。2.2 AZ31 鎂合金的組織及性能按化學(xué)成分，AZ31 鎂合金屬于 Mg- Al- Zn 三元系，鑄態(tài)組織由 呈骨骼狀分布于 體枝晶間和晶界處的

36、第二相 Mg17Al12。AZ31 鎂合金具有良好的強(qiáng)度、塑性和耐蝕綜合性能，而且價(jià)格較低。AZ31 鎂合金主要通過(guò)軋制、擠壓和鍛造等變形方式加工成型，制成各類棒、桿、型材和管材。其典型的室溫力學(xué)性能見表 2-2。表表 2-2 室溫力學(xué)性能表室溫力學(xué)性能表產(chǎn)品狀態(tài)抗拉強(qiáng)度/MPa拉伸屈服強(qiáng)度 /MPa壓縮屈服強(qiáng)度 /MPa伸長(zhǎng)率 /%桿、棒及型材F260195200951051417管F2501658512鎂合金在常溫下的塑性很低，因此不適于常溫下沖壓成形。本次設(shè)計(jì)將在200下進(jìn)行沖壓，鎂合金板材在 200下的力學(xué)性能如表 2-3 所示：表表 2-3 鎂合金力學(xué)性能指標(biāo)（鎂合金力學(xué)性能指標(biāo)（2

37、00） 材料屈服強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa屈強(qiáng)比第 2 章 鎂合金的研究現(xiàn)狀-9-AZ31B 78.8 90 0.876 2.3 AZ31 鎂合金塑性加工技術(shù)嚴(yán)格控制熔煉鑄造工藝獲得高品質(zhì)鑄錠是確保鎂合金順利進(jìn)行塑性加工成形的基礎(chǔ)。對(duì)于合格的鑄錠可以采用擠壓、鍛造、軋制等一系列壓力加工手段進(jìn)行后續(xù)變形。這些壓力加工方法與鋁合金的加工方法類似，但鎂及鎂合金材料與其他金屬材料之間在塑性成形技術(shù)上最基本的區(qū)別在于變形需在一定的溫度下進(jìn)行。AZ31 具有較好的變形能力，可以采用多種變形方法。2.3.1 擠壓技術(shù)近年來(lái)，擠壓工藝不斷改進(jìn)和完善，除了傳統(tǒng)的正反擠壓外，還出現(xiàn)了許多強(qiáng)化擠壓過(guò)程的新工藝和新

38、方法，例如，冷擠壓、穿孔擠壓、潤(rùn)滑擠壓等。目前，對(duì) AZ31 鎂合金進(jìn)行等溫?cái)D壓的研究比較多。結(jié)果顯示：通過(guò)擠壓變形 AZ31 鎂合金的晶粒得到明顯的細(xì)化，顯著提高其強(qiáng)度、硬度和伸長(zhǎng)率。2.3.2 鍛造技術(shù)由于鎂合金在溫度低于 200 時(shí)容易發(fā)生脆性破裂，在高于 400 很容易發(fā)生腐蝕氧化以及晶粒粗大化，且鎂合金的導(dǎo)熱系數(shù)很大，鍛造溫度范圍也窄。AZ31B 鍛件溫度 290345 、鍛模溫度 260 315 鍛造出來(lái)的鍛件具有較好的力學(xué)性能。但到目前為止，對(duì)鎂合金鍛造工藝研究很少，精鍛工藝更少，發(fā)展較慢。2.3.3 軋制技術(shù)鎂合金板材一般采用軋制成形的方法生產(chǎn)。溫度是鎂合金軋制過(guò)程中最重要的工

39、藝參數(shù)。低溫軋制時(shí)，高的應(yīng)力集中可導(dǎo)致孿晶形核和切變斷裂；軋制溫度過(guò)高時(shí)，晶粒容易長(zhǎng)大而使板材熱脆傾向增大。鎂合金軋制時(shí)，溫度范圍一般為 225450 。在此溫度區(qū)間和中等應(yīng)變速率下，易發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶而是軋制性能得到明顯改善?，F(xiàn)今對(duì) AZ31 鎂合金的軋制方式很多，如，等徑角軋制、異步軋制等。這些軋制方式均能細(xì)化鎂合金晶粒，使組織均勻，力學(xué)性能提高。河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院-10-2.3.4 超塑性成形技術(shù)由于鎂合金是密排六方結(jié)構(gòu)，對(duì)稱性低，其軸比（c/a）值為 1.623，接近理想的密排值 1.633，可開動(dòng)的滑移系比面心立方和體心立方金屬的少，使得鎂合金的室溫塑性較低，降低了成形能力，限制

40、了變形鎂合金的推廣應(yīng)用。超塑性變形的理論和模型很多，但大多數(shù)只能解釋超塑性變形中的某系現(xiàn)象和問(wèn)題。由于超塑性變形時(shí)微細(xì)的晶粒在高溫下變形極其復(fù)雜，同時(shí)各研究者的試驗(yàn)條件各不相同，其結(jié)果存在很大的差異，所以，迄今為止，尚未形成統(tǒng)一的超塑變形理論。2.4 結(jié)論AZ31 鎂合金有著許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車、3C 等領(lǐng)域。但是它的某些缺點(diǎn)也限制了 AZ31 鎂合金的應(yīng)用，使得它的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完全發(fā)揮。因此，應(yīng)從以下幾方面對(duì) AZ31 鎂合金進(jìn)行細(xì)致的研究。（1）對(duì) AZ31 鎂合金的基礎(chǔ)研究。包括對(duì)合金的晶粒細(xì)化，對(duì)現(xiàn)有合金化基礎(chǔ)的改善，變形機(jī)理的研究。（2）加工工藝的研究。包括

41、設(shè)計(jì)合理的加工工藝流程、加工生產(chǎn)配套工具；制定出各種成分、各種規(guī)格鎂合金鑄錠、半成品加熱制度、熱軋、擠壓和鍛造工藝參數(shù)；研究高應(yīng)變速率下超塑性加工成形技術(shù)。通過(guò)這些研究，變形鎂合金的加工技術(shù)將不斷完善，AZ31 鎂合金必將成為本世紀(jì)新型的高性能結(jié)構(gòu)材料，并得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。第 2 章 鎂合金的研究現(xiàn)狀-11-河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院-12-第 3 章 沖壓工件的工藝分析3.1零件圖將筆記本外殼進(jìn)行一定簡(jiǎn)化，其零件圖如圖 3.1 所示2603201.5R3.0R5.0R7.520.020.0圖 3.1 筆記本電腦外殼零件圖因?yàn)橹萍牧陷^薄，為保證制件平整，采用彈性壓邊裝置。為方便操作和取件及

42、保證壓邊力均勻，壓力機(jī)采用液壓機(jī)。在設(shè)計(jì)時(shí)，彈性壓邊圈裝在下模的拉深模，這種模具的特點(diǎn)就是可選用壓力大的彈簧，橡皮或氣墊，用以增大壓邊力，同時(shí)壓邊力是可調(diào)的，以滿足拉深件的要求。3.2 結(jié)構(gòu)工藝性分析零件的加工工序主要包括落料、拉深和沖孔三個(gè)步驟，其中落料和沖孔均為沖裁，故對(duì)于零件結(jié)構(gòu)工藝性的分析如表 3-1 所示：表表 3-1 結(jié)構(gòu)工藝性分析結(jié)構(gòu)工藝性分析第 3 章 沖壓工件的工藝分析-13-分析項(xiàng)目沖壓件的形狀尺寸工藝性允許值分析結(jié)論形狀要求盒形、形狀簡(jiǎn)單無(wú)尖角易于沖裁沖孔最小尺寸R7.51.0t=1.57.5滿足要求孔間距要求2201.5t=2.25220滿足要求孔壁要求20R+0.5t

43、=8.2520滿足要求沖裁工藝性沖裁精度IT14IT11滿足要求形狀要求盒形、形狀簡(jiǎn)單無(wú)尖角易于拉深圓角半徑R53t=4.55滿足要求拉深工藝性拉深壓邊t/D100=0.383拉深易起皺，需要壓邊此零件的設(shè)計(jì)過(guò)程中，有拉深這一工藝過(guò)程，液壓機(jī)沒有固定的行程，不會(huì)因薄板的厚度的變化而超載，特別是對(duì)于需要很大的施力行程加工時(shí)，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，并且液壓機(jī)下面可以原有的液壓機(jī)頂缸，用來(lái)頂出零件，所以選用液壓機(jī)。3.3 毛坯尺寸的確定筆記本電腦外殼的拉深是屬于盒形件的拉深，盒形件是一種非回轉(zhuǎn)體零件，毛坯形狀如圖3.2 所示。它的側(cè)壁是由兩對(duì)長(zhǎng)度分別為 A-2r 和B-2r 的直邊及四個(gè)半徑為 r 的轉(zhuǎn)角

44、所構(gòu)成。盒形件拉深時(shí)，由于其幾何形狀的非回轉(zhuǎn)性，變形沿壁周向的分布是不均勻的；直邊區(qū)域變形量小，圓角區(qū)域變形量大，變形分布非常復(fù)雜。盒形件拉深時(shí)，圓角部分近似圓筒形件的拉深，直邊部分近似板料彎曲，但是，直邊部分并不是單純的彎曲變形。由于圓角部分的材料要圖向直邊流動(dòng)，因而直邊部分也產(chǎn)生了橫向壓縮、縱向伸長(zhǎng)的變形。而圓角部分，由于直邊的存在，金屬的流動(dòng)，使圓角BAr圖 3.2 毛坯形狀河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院-14-部分的變形程度大為減小，但相對(duì)深度較大的下殼拉深高度僅 20mm，因此可將其視為淺盒形件拉深成形，即在成形過(guò)程中采用一次拉深成形。3.3.1 修邊余量的確定一般的拉深制件在拉深成形后，

45、工件的口部或凸緣的周圍是不規(guī)則的。這是由于材料的各項(xiàng)異性及拉深條件在各部不同而造成的，所以必須進(jìn)行修邊工序（允許不修邊的除外） ，以達(dá)到的工件的要求。因此再按工件圖計(jì)算毛坯尺寸時(shí)，必須加上修邊余量，矩形件的修邊余量如圖 3.3 所示。工件的相對(duì)高度：45/20rh角查文獻(xiàn)3表 4.3 可得修邊余量： h）05.003.0（h取mm8.0mm2004.0h04.0h其中 h 為圖紙要求零件的高度； 為工件四壁間圓角半徑；角r 為工件的修邊余量。h3.3.2 毛坯尺寸的計(jì)算筆記本電腦外殼屬于矩形工件，矩形工件的毛坯尺寸計(jì)算原則是直線段按彎曲面計(jì)算，角部按旋轉(zhuǎn)體拉深計(jì)算，然后將兩部分相接處經(jīng)行修正，

46、獲得毛坯尺寸和形狀。修正時(shí)要考慮到材料的轉(zhuǎn)移，以獲得連續(xù)的形狀。本次設(shè)計(jì)的是筆記本電腦外殼，屬于底高度矩形件拉深，有很少材料從圓角部分向直邊部分轉(zhuǎn)移，所以可認(rèn)為是圓角部分為拉深變形，而直邊部分只是彎曲變形。其計(jì)算如圖 3.4 所示，步驟如下所示：1) 直邊部分按彎曲計(jì)算展開長(zhǎng)度 lmm51.22mm357.08.20r57.0l底H圖 3.3 矩形件的修邊余量圖 3.4 毛坯尺寸的計(jì)算第 3 章 沖壓工件的工藝分析-15-其中 H 為毛坯件的實(shí)際高度，mm 為工件底部圓角半徑，mm底r2) 圓角部分按旋轉(zhuǎn)體形拉深件計(jì)算展開半徑 RmmHR15mm314.03586.08.20525r14.0r

47、r86.0r2r222底底角角2角3) 按計(jì)算所得到的 l 和 R 作未修正的毛坯圖。4) 由于工件兩部分的邊緣是連續(xù)的，所以毛坯形狀也應(yīng)連續(xù)。通過(guò) a1b1和 a2b2的重點(diǎn)向 R 圓弧作切線，再用 R 為半徑的圓弧圓滑連接切線和直邊，使增加和減小的面積基本相等，拉深后此部分接近平整可不用修邊。按上述步驟得到的毛坯主視圖形狀以及尺寸大小如圖 3.5 所示圖 3.5 毛坯的形狀和尺寸3.4 沖裁件的排樣3.4.1 排樣方式排樣是指沖裁件在板料、條料或帶料上的布置方式。合理地排樣和選擇適當(dāng)?shù)拇钸呏凳墙档统杀?、保證工件質(zhì)量及延長(zhǎng)模具壽命的有效措施。本次設(shè)計(jì)考慮到上述原因，可選用 1000400mm

48、、厚 1.5mm 的鎂板，每件生產(chǎn) 3 塊。河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院-16-3.4.2 材料的利用率材料利用率是衡量排樣經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)。一般以一個(gè)進(jìn)距內(nèi)的材料利用率來(lái)表示，也可以用一張板料上總材料利用率來(lái)表示。一張板料上的材料利用率為 %36.80%1004001000154152993592152152992153593%100abn2A其中 n 為一個(gè)進(jìn)距內(nèi)可生產(chǎn)出的個(gè)數(shù) A 為工件的面積，單位 mm2 b 為鎂板的寬度，單位 mma 為鎂板的長(zhǎng)度，單位 mm第 4 章 工藝方案的確定-17-第 4 章 工藝方案的確定4.1 基本工藝方案的確定工藝方案確定是在對(duì)沖壓件的工藝性分析之后應(yīng)進(jìn)行的

49、重要環(huán)節(jié)。確定工藝方案主要是確定各次沖壓加工的工序性質(zhì)、工序數(shù)量、工序順序、工序的組合方式等。沖壓工藝方案的確定要考慮多方面的因素，有時(shí)還要進(jìn)行必要的工藝計(jì)算，因此實(shí)際中通常提出幾種可能的方案，進(jìn)行分析比較后確定最佳方案。本次設(shè)計(jì)該零件加工的基本工序確定為落料、拉深、沖孔、修邊。顯然不能先沖孔在拉深，否則孔很容易變形。若先拉深后沖孔，則能保證成形后尺寸要求。按照常理，落料拉深完全可以做成復(fù)合模，但由于鎂合金在拉深時(shí)必須加熱，且在拉深過(guò)程中，需要設(shè)置拉深筋、拉深坎，所以不宜使用落料拉深復(fù)合模。4.2 不同工藝方案的比較方案一：落料-拉深-沖孔-修邊方案二：落料拉深復(fù)合模-沖孔 -修邊方案三：落料

50、、拉深、沖孔級(jí)進(jìn)模 -修邊方案四：落料（切口部分材料落料先切去）-拉深沖孔復(fù)合模比較以上四種方案，顯然，方案四中落料時(shí)省去切口工序，將導(dǎo)致精度不能達(dá)到要求，而且在拉深過(guò)程中需要加熱，并且拉深速度比較慢，所以不宜設(shè)計(jì)復(fù)合模，所以方案四不宜選用。方案三 設(shè)計(jì)級(jí)進(jìn)?？梢允∪スば?，使生產(chǎn)效率提高，但是它存在和方案四相同的問(wèn)題，那就是拉深時(shí)需要加熱，且拉深速度較慢，這樣加熱時(shí)所有的零件一起加熱浪費(fèi)資源，而且，成本過(guò)高，所以也不宜選用。方案二 也是由于拉深時(shí)需要加熱，不宜選用復(fù)合模。方案一 設(shè)計(jì)單工序模，雖然這樣效率雖然不是最高，但從節(jié)約資源的角度和從科研方面來(lái)講都是最好的，所以選用方案一。4.3 沖壓工

51、藝過(guò)程卡片根據(jù)以上方案，可確定本次設(shè)計(jì)的工藝設(shè)計(jì)如表 4-1 的沖壓工藝過(guò)程卡片所示：表表 4-1 沖壓工藝過(guò)程卡片沖壓工藝過(guò)程卡片河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院-18-產(chǎn)品型號(hào)河北聯(lián)合大學(xué)沖壓工藝卡片產(chǎn)品名稱筆記本電腦外殼沖壓件材料板料規(guī)格毛坯尺寸毛坯可制件數(shù)材料技術(shù)要求鎂合金AZ311.510004002993593工序號(hào)工序名稱工序簡(jiǎn)圖設(shè)備模具0下料剪板機(jī)-1落料YB32-63B型四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)落料模續(xù)表續(xù)表 4-1 沖壓工藝過(guò)程卡片沖壓工藝過(guò)程卡片第 4 章 工藝方案的確定-19-2拉深2603201.5R3.0R5.0YB32-63B型四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)拉深模3沖孔2603201.5R3.

52、0R5.0R7.520.020.0YB32-63B型四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)沖孔模4修邊2603201.5R3.0R5.0R7.520.020.0-河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院-20-第 5 章 沖裁工序5.1 落料工藝力計(jì)算落料工藝力是落料時(shí)壓力機(jī)應(yīng)具有的最小壓力，包括落料力、卸料力、推件力和頂件力。計(jì)算落料工藝力的目的是為了合理選用沖壓設(shè)備和設(shè)計(jì)模具。落料力是凸模與凹模相對(duì)運(yùn)動(dòng)使工件與板料分離所需的力。影響落料力的因素主要有材料的力學(xué)性能、材料厚度、落料件周邊長(zhǎng)度、模具間隙大小及刃口鋒利程度等。本次設(shè)計(jì)采用平刃口模具落料，其落料力的計(jì)算式為：KNNNLFF6.1791796341405.1）29935

53、9（3.1t3.13.10其中 F0為理論落料力，單位 N；F 為實(shí)際落料力，單位 N； L 為落料件的周長(zhǎng)，單位 mm； t 為材料的厚度，單位 mm； 為材料的抗剪強(qiáng)度，單位 MPa。由于落料時(shí)材料的彈性變形及摩擦的存在，落料的材料會(huì)緊卡在凹模洞口中，將卡在凹模中的料逆著沖裁方向頂出的力稱為頂件力。頂件力可采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，即：KNKNKFF4.146.17908.0頂其中 K 為頂件力系數(shù)，查文獻(xiàn)3表 2.11 取 0.08故總沖裁力為KNKNFFF0.1946.1794.14頂總查文獻(xiàn)4表 13.32 可選取 YB32-63B 型四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)。5.2 沖孔工藝力計(jì)算沖孔工藝力是

54、沖孔時(shí)壓力機(jī)應(yīng)具有的最小壓力，包括沖孔力、卸料力、推件力和頂件力。計(jì)算沖孔工藝力的目的是為了合理選用沖壓設(shè)備和設(shè)計(jì)模具。沖孔力是凸模與凹模相對(duì)運(yùn)動(dòng)使工件與板料分離所需的力。影響沖孔力的因素主要有材料的力學(xué)性能、材料厚度、沖孔件周邊長(zhǎng)度、模具間隙大小及刃口鋒利程度等。本次設(shè)計(jì)采用平刃口模具沖孔，其沖孔力的計(jì)算式為第 5 章 沖裁工序-21-KNNNLFF14.532.51431405.1）154（3.1t3.13.10其中 F0為理論沖孔力，單位 N；F 為實(shí)際沖孔力，單位 N； L 為沖孔件的周長(zhǎng)，單位 mm； t 為材料的厚度，單位 mm； 為材料的抗剪強(qiáng)度，單位 MPa。由于沖孔時(shí)材料的彈

55、性變形及摩擦的存在，沖孔的材料會(huì)緊卡在凹模洞口中。為了繼續(xù)沖裁，必須將箍在凸模上的料卸下，將卡在凹模中的料推出或頂出。將緊箍在凸模上的料卸下所需的力稱為卸料力；將卡在凹模的料順著沖孔方向推出的力稱為推件力。KNKNFKFKNKNFKF21.014.504.013.114.5055.04n2卸1推其中 K1為推件力系數(shù)，查文獻(xiàn)3表 2.11 取 0.055； K2為推件力系數(shù)，查文獻(xiàn)3表 2.11 取 0.04； n 為同時(shí)留在凹模刃內(nèi)的廢料片數(shù)故總沖裁力為KNKNFFFF48.621.013.114.5卸推總查文獻(xiàn)4表 13.32 可選取 YB32-63B 型四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)。5.2 模具壓力

56、中心計(jì)算對(duì)稱形狀制件的模具壓力中心，位于制件輪廓圖形的幾何中心上。非對(duì)稱制件的沖裁模以及多凸模、級(jí)進(jìn)模的壓力中心可采用求平行力系合力作用點(diǎn)的方法。由于絕大部分沖裁件沿沖裁輪廓的斷面厚度不變，輪廓各部分的沖裁力與輪廓長(zhǎng)度成正比，所以求合力作用點(diǎn)可轉(zhuǎn)化為輪廓線的重心。本次設(shè)計(jì)中的沖裁件為對(duì)稱制件，模具的壓力中心即為本工件的輪廓圖形的幾何中心上。5.3 沖裁間隙的確定5.3.1 沖裁間隙的影響沖裁模的凹、凸模刃口部分尺寸之差稱為沖裁間隙，是沖裁模設(shè)計(jì)中一個(gè)河北聯(lián)合大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院-22-很重要的工藝參數(shù)。沖裁間隙有雙面間隙 Z 和單面間隙 Z/2 之分，若無(wú)特殊說(shuō)明，沖裁間隙指單面間隙。沖裁間隙的大

57、小對(duì)沖裁件的斷面質(zhì)量、尺寸精度、模具壽命，以及沖裁力、卸料力、推件力等較大影響，所以必須選擇合理的間隙。a) 對(duì)沖裁質(zhì)量的影響沖裁什的質(zhì)量主要是指斷面質(zhì)量、尺寸精度和彎曲度。(1)對(duì)斷面質(zhì)量的影響 沖裁斷面應(yīng)平直、光潔、圓角??；光亮帶應(yīng)有一定的比例，毛刺較小，沖裁件表面應(yīng)盡可能平整，尺寸應(yīng)在圖樣規(guī)定的公差范圍之內(nèi)。影響沖裁件質(zhì)量的因素有：凸、凹模間隙值大小及其分布的均勻性，模具刃口鋒利狀態(tài)，模具結(jié)構(gòu)與制造精度、材料性能等。其中。間隙值大小與分布的均勻程度是主要因素。沖裁時(shí)，間隙合適，可使上下裂紋與最大切應(yīng)力方向重合，此時(shí)產(chǎn)生的沖裁斷面比較平直、光潔、毛刺較小，制件的斷面質(zhì)量較好(圖 5.1b)

58、。間隙過(guò)小或過(guò)大將導(dǎo)致上、下裂紋不重合。間隙過(guò)小時(shí)，上、下裂紋中間部分被第二次剪切，在斷面上產(chǎn)生撕裂面，坪形成第二個(gè)光亮帶(圖 5.2a)，在端面出現(xiàn)擠長(zhǎng)毛刺。間隙過(guò)大板料所受彎曲與拉伸均變大，斷面容易撕裂，使光亮帶所占比例減小產(chǎn)生較大塌角，粗糙的斷裂帶斜度增大，毛刺大而厚，難于除去使沖裁斷面質(zhì)量下降(圖 5.3c)。圖 5.1 間隙對(duì)工件斷面質(zhì)量的影響a) 間隙過(guò)小 b) 間隙合適 c) 間隙過(guò)大1斷面帶 2光亮帶 3圓角帶(2)對(duì)尺寸精度的影響 沖裁件的尺寸精度是指沖裁件實(shí)際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。該差值包括兩方面的偏差，一是沖裁件相對(duì)于凸模或凹模尺寸之偏差，二是模具本身

59、的制造偏差。沖裁件對(duì)于凸模或凹模尺寸的偏差。主要是由于沖裁過(guò)程中，材料受到拉第 5 章 沖裁工序-23-伸、擠壓、彎曲等作用而引起的變形，在工件脫模后產(chǎn)生的彈性恢復(fù)造成的。偏差值可能是正的，也可能是負(fù)的。影響這一偏差值的因素主要是凸、凹模間隙。當(dāng)間隙值較大時(shí)，材料受拉伸作用增大，沖裁完畢后，因材料的彈性恢復(fù)，沖件尺寸向?qū)嶓w方向收縮，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而沖孔件的孔徑則大于凸模尺寸；當(dāng)間隙較小時(shí)，材料的彈性恢復(fù)使落料件尺寸增大，而沖孔件的孔徑則變小。沖裁件的尺寸變化量的大小還與材料性能、厚度、軋制方向、沖件形狀等因素有關(guān)。模具制造精度及模具刃口狀態(tài)也會(huì)影響沖裁件質(zhì)量。(3)對(duì)彎曲的影響 沖

60、裁過(guò)程中由于材料受到彎矩作用而產(chǎn)生彎曲，若變形達(dá)到彈性彎曲沖裁件脫模后即使回彈工件仍殘留有一定彎曲度。這種彎曲程度隨凸、凹模間隙的大小、材料性能及材料支撐方法而異。對(duì)模具壽命的影響 沖裁模具的壽命是以沖出合格制品的沖裁次數(shù)來(lái)衡量的，可再分為兩次刃磨間的壽命與全磨損后總的壽命。在沖裁過(guò)程中，模具刃口處所受的壓力非常大使模具刃口和板材的接觸面之間出現(xiàn)局部附著現(xiàn)象，產(chǎn)生附著磨損，其磨損量與接觸壓力相對(duì)滑動(dòng)距離成正比，與材料屈服強(qiáng)度成反比。它被認(rèn)為是模具磨損的主要形式。當(dāng)間隙減小時(shí)，接觸壓力(垂直力、側(cè)壓力、摩擦力)會(huì)增大，摩擦距離增長(zhǎng)，摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，導(dǎo)致模具磨損加劇(圖 8)，使模具與材料之間產(chǎn)生粘