717 筆記本電腦殼上殼沖壓模設(shè)計(jì),筆記本,腦殼,沖壓,設(shè)計(jì)
、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 1 頁(yè) 1 緒論1.1 選題背景及目的金屬鎂及其合金是迄今在工程應(yīng)用的最輕的結(jié)構(gòu)材料,常規(guī)鎂合金比鋁合金輕30%~50%,比鋼鐵輕 70%以上,應(yīng)用在工程中可大大減輕結(jié)構(gòu)件質(zhì)量。同時(shí)鎂合金具有高的比強(qiáng)度和比剛度,尺寸穩(wěn)定性高,阻尼減震性好,機(jī)械加工方便,尤其易于回收利用,具有環(huán)保特性。20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)鎂合金的研究得到飛速發(fā)展,隨著鎂合金應(yīng)用面的不斷擴(kuò)大鎂合金的研究和開(kāi)發(fā)也進(jìn)入了新時(shí)代。然而鎂合金的研究和發(fā)展還很不充分,很多工作還處于摸索階段,很多有關(guān)鎂合金性能的研究還沒(méi)有得到完全發(fā)展。對(duì)鎂合金的成型技術(shù)的研究目前主要在金屬型鑄造,砂型鑄造,低壓鑄造,差壓鑄造,熔模鑄造,壓力鑄造和技?jí)鸿T造等方面,對(duì)鎂合金的沖壓工藝研究較少。但是,鎂合金沖壓方面的應(yīng)用前景較好,除了可以減輕質(zhì)量,外觀漂亮外,特別是電磁屏蔽能力好。本文結(jié)合省自然科學(xué)基金項(xiàng)目—鎂合金深加工研究,主要進(jìn)行變形鎂合金的板材成型性分析設(shè)計(jì)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況近年來(lái),鎂合金的開(kāi)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(kāi)發(fā),變形鎂合金材料已開(kāi)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(kāi)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 公司簽訂了長(zhǎng)期的合作關(guān)系。日本也開(kāi)始著重研究鎂的新合金、新工藝、開(kāi)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(kāi)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)性能和耐蝕性能的變形鎂合金 [1]。我國(guó)變形鎂合金材料的研制與開(kāi)發(fā)仍處于起步階段,缺少高性能鎂合金板、棒和、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 2 頁(yè) 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(kāi)發(fā),因此,研究和開(kāi)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。1.3 課題研究方法鎂合金在常溫下的塑性很低,因此不適于常溫下沖壓成形。鎂合金在熱態(tài)下具有較好的塑性,甚至在一些不利于其他材料成形的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)下也可以成形,但變形速度不宜太大。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℃鎂合金板形件拉深的拉深比可達(dá) 2.0,225℃可達(dá) 3.0。本次設(shè)計(jì)主要是根據(jù)鎂合金 AZ31 板材加熱時(shí)的拉深性能來(lái)進(jìn)行模具設(shè)計(jì),鎂合金 AZ31 板材拉深成形時(shí)主要工藝參數(shù)有拉深力、成形速度、坯料溫度、模具預(yù)熱溫度、潤(rùn)滑方式、模具圓角、模具間隙、壓邊力等,這些因素對(duì)坯料的拉深成形結(jié)果均有不同程度的影響 [2]。1.4 論文構(gòu)成(1)選題背景和研究方法和。(2)沖壓工藝規(guī)程 通過(guò)對(duì)工件的工藝分析和工藝計(jì)算,考慮經(jīng)濟(jì)性和可行性的前提下,確定工藝方案。(3)進(jìn)行模具設(shè)計(jì) 拉深模設(shè)計(jì)和修邊模設(shè)計(jì)。(4)設(shè)計(jì)總結(jié) 總結(jié)本次設(shè)計(jì)之后所得到的收獲和改進(jìn)意見(jiàn)。、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 3 頁(yè) 2 沖壓工藝規(guī)程的編制2.1 沖壓件的工藝分析沖壓件的零件圖如圖 2.1 所示圖 2.1 零件圖、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 4 頁(yè) 圖 2.2 立體圖2.1.1 材料制件材料為鎂合金 AZ31,料厚為 1mm,其化學(xué)成分及拉伸力學(xué)性能如表 1.1 所示:表 1.1 鎂合金 AZ31 化學(xué)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 雜 質(zhì) AZ31B 0.05 0.005 0.005 0.04 0.30 鎂合金具有比重輕,比強(qiáng)度高,阻尼性及切削加工性能好,導(dǎo)熱性好、電磁屏蔽能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)、電子、通訊、家用電器、航空航天、計(jì)算機(jī)、紡織設(shè)備、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、軍工等行業(yè)。鎂合金管材、棒材、型材、線材拉伸力學(xué)性能應(yīng)達(dá)到表 1.2 所列最低。、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 5 頁(yè) 表 1.2 鎂合金的拉伸力學(xué)性能要求合 金 狀 態(tài) 產(chǎn) 品 標(biāo)定厚度或直徑/mm管材標(biāo)定橫截面積/ mm2或直徑/mm抗拉強(qiáng)度min/MPa0.2%屈服強(qiáng)度min/mm伸長(zhǎng)率(50mm 或4D) min/ %D、 E棒、型 ?6.30 所有 240 145 7?6.30-40.00 所有 240 150 7?40.00-60.00 所有 235 150 7線 材?60.00-130.00 所有 220 140 7空心型 材所 有 所有 220 110 8AZ31 F管 材 0.70-6.30 ?150 220 140 8本次所做的筆記本電腦外殼沖壓模設(shè)計(jì)所用材料應(yīng)為鎂合金 AZ31 型材,它為中強(qiáng)合金,可焊,良好的成型性2.1.2 結(jié)構(gòu)工藝性分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析如表 1.3 所示表 1.3 工藝性分析表分析項(xiàng)目 沖壓件的形狀尺寸 工藝性允許值 分析結(jié)論拉深工藝性形狀圓角半徑拉深壓邊盒形,形狀規(guī)則無(wú)尖角R3t/D×100=0.38>1.5t=1.5m1 所以可以一次拉成、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 9 頁(yè) 2.3 排樣設(shè)計(jì)及材料利用率計(jì)算2.3.1 排樣方式:為使模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單以及送料方便,故選用尺寸為 1000x750mm,厚 1.0mm 的鎂板,每塊生產(chǎn) 6 件。2.3.2 材料利用率計(jì)算:2.4 工藝方案的確定2.4.1 基本工序的確定:該零件加工的基本工序確定為落料、拉深、沖孔、修邊。對(duì)于本產(chǎn)品,如果省去切口工序,即在落料時(shí)把切口部分的材料去掉,毛坯外形為 ,顯然,如果這樣則可以省去一道工序,但是,在以后的拉深過(guò)程中,各邊會(huì)發(fā)生很大變形,不能保證零件的尺寸精度要求,所以此種方法不能用,切口工序必須有,且應(yīng)該放在后面的工序中。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。、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 10 頁(yè) 2.4.2 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、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。2.5. 工藝計(jì)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=1.3 x2x(339+297) x1x140=252616N=252.6KN其中 t— 材料厚度 ,單位為[mm];τ—材料抗剪強(qiáng)度, 單位為[Mpa];L—沖裁周長(zhǎng) ,單位為[mm];卸料力F 卸 =K3 F 落查文獻(xiàn)[3]表 2-10 得 K 3=0.08F 卸 =0.08x252.6=20.2KN所以 、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 11 頁(yè) F 總 = F 落 + F 卸 =252.6+20.2=272.8KN所以選擇 Y32-100 型液壓機(jī)落料時(shí)凸、凹模工作部分的尺寸與公差確定凸、凹模尺寸及制造的原則:(1)落料件的尺寸取決于凹模尺寸,沖孔尺寸取決于凸模尺寸。(2)根據(jù)刃口的磨損規(guī)律,如果刃口磨損后尺寸變大,則刃口應(yīng)取接近或等于工件的最小極限尺寸,如果刃口磨損后尺寸減少,則刃口應(yīng)取接近或等于工件的最大極限尺寸。(3)在選擇凸凹模尺寸公差時(shí),既要保證工件的精度要求和合理的沖裁間隙,又不能使凸凹模的尺寸精度過(guò)高。對(duì)于簡(jiǎn)單形狀的沖裁模具一般采用凸凹模分開(kāi)加工落料件尺寸 D0-△Dd=(D-x△) 0δdDp=(D-Zmin)0-δp= (D-x△- Z min) 0-δp式中Dd、D p—分別為落料件凹模和凸模尺寸△—工件公差δp、δ d—分別為凹模、凸模制造公差x—磨損系數(shù)工件精度為 IT14 取 x=0.5,對(duì)直邊部分查文獻(xiàn)[3]表 2-6 得 δp=0.035mmδd=0.050mm查文獻(xiàn)[8]附表 1 得 △ 1=1.3 mm△ 2=1.4 mm表 1-2-20 Zmin=0.01 mmDd1=(293-0.5 x1.3) +0.050=292.35+0.050Dp1=(292.35-0.1 ) 0-0.035=292.250-0.035、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 12 頁(yè) Dd2=(340-0.5x1.4) +0.050=339.3+0.050Dp2=(339.3-0.1)0-0.035=339.20-0.035圓角部分D0=24 D0'=22查文獻(xiàn)[3] 得 δp=0.02 mmδd=0.025 mm查文獻(xiàn)[8]附表 1 △ 1=△ 2=0.52 mm表 1-2-20 Zmin=0.1 mmDd0=(24-0.5x 0.52) +0.0250=23.74+0.0250 Dp0=(23.74-0.1)0-0.02=22.640-0.02Dd0'=(22-0.5x 0.52)+0.0250=21.74+0.0250Dp0'=(21.74-0.1)0-0.02=21.640-0.022.5.2 拉深工序拉深時(shí)需要加熱到 300℃,用來(lái)提高鎂合金的拉深性能,常溫下,鎂合金不能拉深。查文獻(xiàn)[9]附表 A2 得 300℃時(shí)其抗剪強(qiáng)度 τ =35~50Mpa抗拉強(qiáng)度 σb=30~50 Mpa查文獻(xiàn)[8]表 1-4-29 盒形件一次拉深時(shí)的拉深力 F 拉 F 拉 =(2A+2B-1.72r)tσbK4其中 A、B—盒形件的長(zhǎng)與寬r—盒形件圓角半徑t—材料厚度σb—抗拉強(qiáng)度 單位(Mpa)K4—系數(shù)H/B=18.9/260=0.07r/B=3/260=0.0115t/Dx100=1/297 x100=0.33、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 13 頁(yè) 查文獻(xiàn)[80]表 1-4-33 得 K4=0.7所以F 拉 =(2x260+2x305-1.72x3)x1x50x0.7=39369N≈40KN查文獻(xiàn)[8]表 1-4-26 得壓邊力 F 壓 =APA—壓邊圈下的坯料面積P—單位壓邊力由文獻(xiàn)[8]表 1-4-28 得 P=3F 壓 =(293x340-260x305)x3=60960 N≈61 KN總壓力F 總 = F 拉 + F 壓 =40 KN +61 KN =101KN所以選擇 Y32-100 型液壓機(jī)2.5.3 沖孔工序沖孔力F 沖 =1.3Ltτ=1.3x[81x4+4π(15+13)/2] x1x140=99008N≈99KN推料力F 推 =n K 推 F 沖 =5x0.055x99=27.23KN卸料力F 卸 =K 卸 F 沖 =0.04x99=3.96 KNn=5 是同時(shí)留在凹模刃口內(nèi)廢料的片數(shù)查文獻(xiàn)[3]表 2-10 得K 推 =0.055 K 卸 =0.04F 總 =F 沖 +F 推 +F 卸 =99+27.23+3.96=130 KN所以選擇 Y32-100 型壓力機(jī)、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 14 頁(yè) 2.5.4 修邊工序?qū)τ诠P記本電腦外殼兩端的缺口,可以通過(guò)切口工序完成,切口又分兩個(gè)方向進(jìn)行,水平方向和垂直方向,并且切口 1、2 之間的距離只有 5mm,切口 3 的長(zhǎng)度較大,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。此時(shí)修邊工序才算完成。切邊力的計(jì)算: 圖 2.6 修邊順序(1)第一次切邊 F 切 =1.3Ltτ 式中:F 切 -切邊力(N)L-工件輪廓周長(zhǎng)(mm)t-材料厚度(mm)τ-材料的抗剪強(qiáng)度(Mpa)則 F 切 =1.3×780×1.0×140=141960N=142 (KN)(2)第二次切邊F 切 =1.3Ltτ則 F 切 =1.3×724×1.0×140=131768N=132(KN )(3)第三次切邊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選擇 J31-2500 型閉式單點(diǎn)壓力機(jī)2.6 沖壓工藝過(guò)程卡片表 1.4 沖壓工藝過(guò)程卡片產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào)湖南大學(xué)沖壓工藝卡片 產(chǎn)品名稱(chēng) 筆記本電腦外殼沖壓件 零件名稱(chēng)、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 15 頁(yè) 材料 板料規(guī)格毛坯尺寸毛坯可制件數(shù)材料技術(shù)要求共 3 頁(yè)鎂合金AZ311.0 750?1000293 340?6 第 1 頁(yè)工序號(hào) 工序名稱(chēng) 工序簡(jiǎn)圖 設(shè)備 模具 工時(shí)0 下料 剪板 機(jī)1 落料Y32-100型液壓機(jī)落料模2 拉深Y32-100型液壓機(jī)拉深模、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 16 頁(yè) 3 沖孔Y32-100型液壓機(jī)沖孔模4 斜楔修邊 模J31—2500壓力機(jī)修邊模5 垂直修邊 模J31—2500壓力機(jī)修邊模、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 17 頁(yè) 垂直斜楔修邊復(fù)合模J31—2500壓力機(jī)水平垂直修邊復(fù)合模、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 18 頁(yè) 3 拉深模設(shè)計(jì)3.1 模具的結(jié)構(gòu)形式因?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。其結(jié)構(gòu)形式為: 0120340560708911214151618 0238 3179?45H7/r6?60H7/r?456/h 258H7/h6/k01 23?107/s6圖 3.1 拉深模裝配圖拉深過(guò)程中主要是要滿足拉深時(shí)的外形尺寸,拉深過(guò)程中的問(wèn)題是可能會(huì)出現(xiàn)起皺,并且對(duì)于這類(lèi)覆蓋件拉深時(shí),毛坯各處的變形程度相差很大,需要采用拉深筋來(lái)控制毛坯各段流入凹模的阻力,亦即調(diào)整毛坯周邊各邊的徑向拉應(yīng)力。拉深筋在毛坯周邊的布置,與零件的幾何形狀、變形特點(diǎn)和拉深程度有關(guān)。在變形程度大、徑向拉應(yīng)力也大的圓角處,可不設(shè)或少設(shè)拉深筋。直邊處則設(shè) 1~3 條拉深筋,以增大變形阻力,從而調(diào)整送料阻力和進(jìn)料阻力。、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 19 頁(yè) 對(duì)于加熱時(shí)進(jìn)行拉深,要對(duì)毛坯和模具一起進(jìn)行加熱,只對(duì)毛坯進(jìn)行加熱的而對(duì)模具不加熱的沖壓只可用于變形程度不大的情況。因?yàn)楫?dāng)只對(duì)毛坯進(jìn)行加熱時(shí),毛坯有加熱爐送至冷模具上開(kāi)始沖壓,毛坯的溫度將有 70 到 150 度的降低,所以要想讓毛坯拉深時(shí)的溫度符合要求,則毛坯就需要加熱到更高的溫度。由于鎂合金拉深性能不好,所以拉深時(shí)對(duì)毛坯和模具一起進(jìn)行加熱。3.2. 模具刃口尺寸計(jì)算3.2.1 上下模刃口尺寸計(jì)算由于零件一次可以拉成,所以凸模的尺寸就是零件的內(nèi)部尺寸。盒形件拉深時(shí)的間隙直邊部分和圓角部分是不相等的,直邊部分一般取 z/2=(1~1.1)t。直邊部分 z/2=1.1t=1.1mm圖 3.2 凸凹模間隙 圓角部分的間隙求法如圖 3.3 所示 [5]此零件要求外形尺寸,所以計(jì)算圓角部分的間隙要用 b)圖。rp=(0.414rB+0.1t)/0.414式中 rp—凸模的圓角半徑;rB=rd-Z/2本次設(shè)計(jì)中 rB=4-1.1=2.9mmrp=(0.414x2.9+0.1x1)/0.414=3.24mm所以凸模圓角半徑 rp=3.24mm 取 rp=3.5mm、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 20 頁(yè) 凸 模 凸 模凹 模 凹 模a)工件要求內(nèi)形尺寸 b)工件要求外形尺寸圖 3.3 盒形件圓角部分間隙3.2.2 壓力中心計(jì)算為了保證壓力機(jī)和模具正常地工作,必須使沖模的壓力中心與壓力機(jī)滑塊中心線相重合。否則沖壓時(shí)會(huì)使沖模與壓力機(jī)滑塊歪斜,引起凸凹模間隙不均和導(dǎo)向零件加速磨損,造成刃口和其他零件的損壞。在拉深過(guò)程中,壓力是不均勻的,并且此零件的幾何形狀不是完全對(duì)稱(chēng)的,所以壓力中心的計(jì)算比較麻煩,又因?yàn)榇肆慵茖?duì)稱(chēng),所以就近似把它的幾何中心定義為壓力中心。3.3 零件設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)件選擇3.3.1 凸模的設(shè)計(jì)(1) 凸模尺寸凸模尺寸 260x305x85mm(2) 凸模強(qiáng)度校核由于凸模屬于不規(guī)則零件,所以要按凸模工作端面尺寸計(jì)算,分為兩種情況,即凸模端面寬度 B 大于沖裁件厚度 t 如圖 3.4a)和端面寬度 B 小于或等于沖裁件厚度 t 如圖 b)。沖裁件厚度只有 1mm,所以屬于圖 3.4a)所示的情況。查文獻(xiàn)[11],則需核算刃口接觸強(qiáng)度應(yīng)力 бk,因此此時(shí)接觸應(yīng)力 бk 應(yīng)大于平均應(yīng)力 б0。、 湖 南 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) ( 論 文 ) 第 21 頁(yè) t/2B>t B
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