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)
提高板材成形效率的坐標(biāo)網(wǎng)分析法J.H. Yoon, H. Huh.機(jī)械工程學(xué)院，韓國(guó)高級(jí)科學(xué)協(xié)會(huì)和技術(shù)科學(xué)鎮(zhèn)Daejeon 305-701,南韓摘要本篇文章是采用一種新推出的方法來(lái)對(duì)提高板材的成形效率進(jìn)行分析,這種方法就是坐標(biāo)網(wǎng)分析法。這種方法就是研究扭曲單體，即通過(guò)適當(dāng)?shù)难芯恳?guī)范，建立補(bǔ)片，包括修正后的單體。每一片都被擴(kuò)展到一個(gè)三維的表面從而獲得一個(gè)連續(xù)坐標(biāo)的信息。在構(gòu)造表面時(shí)，應(yīng)包括每一個(gè)片，NURBS(非均勻有理 B樣條) 表面被用來(lái)描述一個(gè)三維自由表面。以被構(gòu)造表面為基礎(chǔ)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)一般被安排成一個(gè)非常接近正方形的單體元素。計(jì)算狀態(tài)函數(shù)是從它原始的網(wǎng)格系統(tǒng)映射到新的網(wǎng)格之內(nèi)，從而對(duì)成形進(jìn)行下一階段的分析或更進(jìn)一步的分析。按網(wǎng)格方法的分析結(jié)果與沒(méi)有坐標(biāo)網(wǎng)方法直接成行的分析結(jié)果相比較來(lái)確定哪一種方法是更有效的。? 2003 Elsevier B.V. 版權(quán)所有.關(guān)鍵詞：坐標(biāo)網(wǎng)；變形單體；NURBS；有限元分析1. 概述隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的結(jié)合和快速發(fā)展，用數(shù)字模擬進(jìn)行板材成形加工達(dá)到空前的繁榮。數(shù)字分析對(duì)復(fù)雜幾何圖形的板材成形和多級(jí)成形都可以做到。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的幾何模型來(lái)說(shuō)，盡管局部嚴(yán)重變形將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間的增加和數(shù)據(jù)分析的減少。從而使分析結(jié)果更加不準(zhǔn)確。幾何網(wǎng)格的扭曲和嚴(yán)重變形對(duì)板材成形的質(zhì)量有很大影響,特別是對(duì)于多級(jí)成形。當(dāng)上一級(jí)成形的分析結(jié)果用于下一級(jí)成形分析時(shí)，幾何網(wǎng)格的扭曲和變形對(duì)分析結(jié)果影響更大。這種被扭曲網(wǎng)格的錯(cuò)誤表象可以通過(guò)整體的或自適應(yīng)重嚙合技術(shù)的網(wǎng)格系統(tǒng)的重建來(lái)避免。在模擬期間，減少單體扭曲，自適應(yīng)重嚙合技術(shù)被認(rèn)為是一種有效的方法。但是，它仍然需要大量的計(jì)算，并且在單體的細(xì)分中也受到限制。要構(gòu)造一個(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)的有效方法已經(jīng)被許多研究人員提上日程。典型的方法可能是下面幾種：r-方法，h-方法，p-方法。r-方法就是在網(wǎng)格系統(tǒng)的總的自由度不變的情況下，節(jié)點(diǎn)被完全重排；h-方法就是在元素單體具有相同的自由度的情況下讓網(wǎng)格的數(shù)目增加；p-方法就是通過(guò)網(wǎng)格系統(tǒng)的整體自由度的增加來(lái)提高分析的準(zhǔn)確性。Sluiter 和Hansen[文獻(xiàn)4]和Talbert 和 Parkinson[文獻(xiàn)5]構(gòu)造了一個(gè)晶格分析范圍，它像一個(gè)連續(xù)的環(huán)，而且是從主要環(huán)中分離出的子環(huán)元素。Lo[文獻(xiàn) 6]在整個(gè)晶格范圍內(nèi)構(gòu)造了一個(gè)三角形元，并且通過(guò)合并鄰近的三角形元而構(gòu)造矩形元素。本篇文章中的坐標(biāo)網(wǎng)方法是一種新推出的方法,它旨在用有限元分析提高板材成形效率。坐標(biāo)網(wǎng)法根據(jù)一些規(guī)范可以自動(dòng)地找出變形單體，并對(duì)這些片進(jìn)行修正。然后，每一片都被擴(kuò)展到一個(gè)三維表面用來(lái)獲得在三維表面的連續(xù)坐標(biāo)系的信息。這個(gè)包含了每一片的表面用來(lái)作為使用了NURBS的三維自由表面來(lái)描述。以被構(gòu)造表面為基礎(chǔ)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都被徹底改變，用來(lái)組成一個(gè)正方形的規(guī)則單體。狀態(tài)函數(shù)的計(jì)算是從它原始幾何網(wǎng)格映射到新的網(wǎng)格之內(nèi)，從而進(jìn)行下一階段的成形分析。從得到的數(shù)據(jù)結(jié)果中證實(shí)使用坐標(biāo)網(wǎng)方法的效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性。這也證實(shí)了此種方法在板材構(gòu)件碰撞分析的成形模擬中的有效性。2. 體的規(guī)則化之所以要介紹對(duì)變形體的修正使之成為一個(gè)規(guī)則化過(guò)程，是為了提高變形體在下一個(gè)有限元計(jì)算中的分析效率。在規(guī)則化過(guò)程中，變形體根據(jù)適當(dāng)?shù)乃阉饕?guī)范有選擇的分配到各片。這些片通過(guò)分析NURBS在連續(xù)坐標(biāo)系的三維表面上的全部數(shù)據(jù)而擴(kuò)展到一個(gè)三維表面。變形后的每個(gè)節(jié)點(diǎn)為了得到一個(gè)新坐標(biāo)將被調(diào)整為一個(gè)近似正方形的規(guī)則單體。2.1 網(wǎng)格變形標(biāo)準(zhǔn)變形有兩種幾何標(biāo)準(zhǔn)可供選擇：一是內(nèi)角；另一個(gè)是單體縱橫比。2.1.1 內(nèi)角從有限元計(jì)算中得到矩形元素的內(nèi)角應(yīng)是接近直角的。Zhu et al. [文獻(xiàn)7]給了這種元素一個(gè)合理的定義，就是當(dāng)四個(gè)內(nèi)角都是在 90 ±45 的范圍內(nèi)時(shí)。同時(shí)Lo和 Lee[文獻(xiàn)8]也提出了相同情況下的內(nèi)角，角度在90 ±52.5范圍內(nèi)。內(nèi)角的網(wǎng)孔變形是由式（1）的構(gòu)成所決定的。當(dāng)式 (1).小于π/3 或 (δθi)max 在式(3) [9]中大于π/6 網(wǎng)孔被認(rèn)為是變形的。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之所以相當(dāng)嚴(yán)格是為了避免萬(wàn)一在限制區(qū)域應(yīng)用規(guī)則化方法受到幾何圖形的限制：2.1.2 單體縱橫比四條邊具有相同長(zhǎng)度的理想單體的縱橫比應(yīng)該是一致的?？v橫比被定義如式（4） ，并且當(dāng)變形小于5即比嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)少很多時(shí)，它也被定義：此處r ij表示單體邊長(zhǎng)。2.2.作圖范圍2.2.1 片的設(shè)計(jì)通過(guò)網(wǎng)格變形標(biāo)準(zhǔn)所選擇的變形單體，根據(jù)它們?cè)趲缀纬尚螘r(shí)外形的復(fù)雜程度被分不到各個(gè)不同的區(qū)域。這些單體被分配到各片，并用來(lái)構(gòu)造算法效率。這些片的形狀被拼湊成矩形，包括所有變形體，目的是擴(kuò)大規(guī)則化和NURBS表面在下一部分說(shuō)明中的應(yīng)用。這個(gè)過(guò)程如圖1所示，當(dāng)孔和邊緣被設(shè)置在變形體中時(shí)，這些區(qū)域被填滿，從而得到矩形片。然后，這些片利用NURBS表面映射到一個(gè)三維自由表面。這個(gè)過(guò)程對(duì)于在三維表面上獲得連續(xù)坐標(biāo)的全部信息是非常重要的。NURBS表面在使用較少的數(shù)據(jù)點(diǎn)和由于局部改變而不改變這個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)的情況下快速的描述這個(gè)復(fù)雜的形狀。2.2.2 NURBS表面NURBS表面通常通過(guò)如式(5) 來(lái)表述，像p-向量在u- 方向中和q-向量在v-方向中[10]:此處P i,j是控制點(diǎn)如u- ， q- 方向。W i,j是加權(quán)因子， 是基礎(chǔ)函數(shù)通過(guò)式(6)來(lái)表達(dá)：為了把這些點(diǎn)映射到構(gòu)造的表面上，一系列連續(xù)的點(diǎn)在NURBS表面創(chuàng)建了。每一個(gè)用規(guī)則化方法移動(dòng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)都被定位，以至于在NURBS表面上定位點(diǎn)在兩節(jié)點(diǎn)之間有最小距離。這些移動(dòng)過(guò)的連續(xù)節(jié)點(diǎn)的信息都被存儲(chǔ)，用來(lái)構(gòu)造一個(gè)新的網(wǎng)格系統(tǒng)。2.3 規(guī)則化過(guò)程規(guī)則化方法與形成矩形片單體一起完成的。規(guī)則化的有限元通過(guò)圖2所示次序被依次選擇。每一個(gè)被選擇的單體都被分成兩個(gè)三角形元，并且這些三角形元通過(guò)圓心的重定位都由直角三角形元組成，圓的直徑如式(7)和圖3所示，從X1到X 2。當(dāng)這個(gè)過(guò)程結(jié)束的時(shí)候，相同的過(guò)程在另一方向被重復(fù)：通過(guò)規(guī)則化方法對(duì)節(jié)點(diǎn)的重定位，其最終位置被在NURBS表面上的點(diǎn)的位置所代替。當(dāng)規(guī)則化過(guò)程完成后，為產(chǎn)生粗糙的區(qū)域，一個(gè)簡(jiǎn)單的緩和的過(guò)程通過(guò)式（8）被執(zhí)行：此處P N是新節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，A i 臨近區(qū)域的元素的坐標(biāo)，Ci 臨近元素的質(zhì)心。2.4 變形程度作為一個(gè)變形因子，變形程度(LD)是最新提出的 ，LD可能是用來(lái)評(píng)估單體在質(zhì)量方面改進(jìn)的程度：此處LD在0 和1之間浮動(dòng)；當(dāng)LD=1 時(shí)，單體是一個(gè)方形的理想單體，當(dāng)LD=0 時(shí)，四邊形元變成了三角形元。 時(shí)單體的四個(gè)內(nèi)角，因此A 是內(nèi)角因子，B 是單體側(cè)面長(zhǎng)寬比的因子并且為了使LD對(duì)B的變化不那么敏感，B被定義為雙曲線正切函數(shù)。例如，當(dāng)單體側(cè)面合理的長(zhǎng)寬比是1：4時(shí)，B的值可以通過(guò) 和來(lái)調(diào)整，使函數(shù)B的斜率圍繞著B ’=0.25急劇變化。結(jié)果，當(dāng) 的長(zhǎng)寬比小于0.25時(shí)，LD的值急劇增加，當(dāng) 大于0.25時(shí)，LD 的值增加緩慢。這種方法可以調(diào)節(jié)內(nèi)角和長(zhǎng)寬比使它們?cè)贚D上有相同的效果。2.5 狀態(tài)函數(shù)的映射當(dāng)坐標(biāo)網(wǎng)系統(tǒng)用于下一步的成形分析或結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算時(shí)，狀態(tài)函數(shù)的映射就是非常必要的，通過(guò)映射，可以在考慮上一步成型過(guò)程的前提下得到更準(zhǔn)確的分析。映射過(guò)程就是通過(guò)狀態(tài)函數(shù)的計(jì)算把原來(lái)的網(wǎng)格系統(tǒng)映射到新的坐標(biāo)網(wǎng)系統(tǒng)。如圖4所示，一個(gè)球面在一個(gè)新節(jié)點(diǎn)周圍建立，將導(dǎo)致球面上節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)函數(shù)影響新節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)函數(shù)。新節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)函數(shù)是由球面上原來(lái)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)函數(shù)所決定的，如式(12)所示，加權(quán)因子在兩節(jié)點(diǎn)的距離上成反比。此處V j是原始網(wǎng)格系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)的計(jì)算結(jié)果，r j使新節(jié)點(diǎn)到附近節(jié)點(diǎn)的距離。3.數(shù)例3.1.1 油盤的成形分析油盤在沖壓車間一般要經(jīng)過(guò)兩個(gè)工序制作，而根據(jù)現(xiàn)在這種方法，單工序沖壓就可以完成。如圖5所示的凸模和模架。不論什么時(shí)候有限元系統(tǒng)需要提高計(jì)算效率，規(guī)則化方法都可應(yīng)用于其中。在這個(gè)范例中，這種方法應(yīng)用于油盤成形分析中的兩次成形間隙，如圖6所示。圖7說(shuō)明了規(guī)則化方法的過(guò)程。圖7（a）所示為成形時(shí)凸模行程為60%時(shí)的變形，有3個(gè)地方發(fā)生了網(wǎng)格變形，也就是片的數(shù)量是3。變形網(wǎng)格是根據(jù)2個(gè)網(wǎng)格變形的幾何規(guī)范來(lái)選取的。如圖7所示的包括所有變形體的矩形片的形成。最終補(bǔ)片中的單體被規(guī)則化，如圖7（c）所示。為了評(píng)價(jià)應(yīng)用規(guī)則化系統(tǒng)后的單體質(zhì)量的改進(jìn)程度，應(yīng)用規(guī)則化網(wǎng)格系統(tǒng)的LD值與原始網(wǎng)格系統(tǒng)的值相比較，結(jié)果如圖8所示應(yīng)用了規(guī)則化系統(tǒng)的LD值在整個(gè)單體上均勻分布，而應(yīng)用了一般網(wǎng)格系統(tǒng)的LD值則在很大范圍內(nèi)變化。這 就意味著在相同的變形程度下，應(yīng)用規(guī)則化網(wǎng)格系統(tǒng)其質(zhì)量提高了。結(jié)果如圖9 所示，應(yīng)用了規(guī)則化網(wǎng)格系統(tǒng)的有限元計(jì)算明顯領(lǐng)先于直接分析的。在油盤成形分析中，應(yīng)用規(guī)則化網(wǎng)格系統(tǒng)可使計(jì)算時(shí)間減少了大約12%甚至減少了2倍，計(jì)算時(shí)間的減少量可能會(huì)隨著更頻繁的規(guī)則化調(diào)整而增加。3.2 構(gòu)件主視圖的斷裂分析碰撞分析通常是在不考慮成形結(jié)果的情況下采用網(wǎng)格系統(tǒng)完成的成形分析。如果考慮成形結(jié)果，即考慮分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，那么用于成形分析的網(wǎng)格系統(tǒng)可能會(huì)直接應(yīng)用于碰撞分析來(lái)分析其效率。成形分析后，在沒(méi)有重組合的情況下直接進(jìn)行碰撞分析從而導(dǎo)致網(wǎng)格系統(tǒng)有很多網(wǎng)格發(fā)生了嚴(yán)重的扭曲和變形。一種補(bǔ)救的方法就是創(chuàng)建一個(gè)新的網(wǎng)格系統(tǒng)，另一種方法就是成形分析之后修正網(wǎng)格系統(tǒng)。如果重組合過(guò)程能夠成功應(yīng)用，應(yīng)用后一種方法將非常有效。作為一種有效的重組合過(guò)程，規(guī)則化方法可以把變形網(wǎng)格轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的正方形中去。本例中，構(gòu)件主板部分被命名為強(qiáng)化板，如圖10所示，它被選擇來(lái)進(jìn)行碰撞分析。在成形分析后的構(gòu)件的局部變形區(qū)域，不規(guī)則的有限元通過(guò)如圖11所示的規(guī)則化方法修正成規(guī)則的單體，這個(gè)坐標(biāo)網(wǎng)系統(tǒng)就用在碰撞分析中，如圖12所示。使用坐標(biāo)網(wǎng)系統(tǒng)的碰撞分析可以在不影響分析結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下通過(guò)選擇更大的時(shí)間間隔完成，如圖13所示。和原來(lái)的網(wǎng)格系統(tǒng)的計(jì)算時(shí)間比較，碰撞分析的時(shí)間減少了40%，分析結(jié)果在所用時(shí)間和計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性方面都是較好的，并且還證明了坐標(biāo)網(wǎng)系統(tǒng)可以有效的提高數(shù)字分析效率。4 結(jié)論坐標(biāo)網(wǎng)方法是一種新推出的用來(lái)提高有限元分析板材成形性能的方法。在板材成形分析中的網(wǎng)格變形如此嚴(yán)重，導(dǎo)致后來(lái)的分析困難或得到的結(jié)果不準(zhǔn)確，但是現(xiàn)行的這種坐標(biāo)網(wǎng)分析法對(duì)于重組合又最小作用，還可以避免上述情況。在逐漸增加的分析中或多級(jí)成形的下一級(jí)分析中，坐標(biāo)網(wǎng)格可以完成。從板材成形模擬中可以獲得成形構(gòu)件的斷裂分析，當(dāng)坐標(biāo)網(wǎng)可以完成這些時(shí)，它也證明了使用坐標(biāo)網(wǎng)分析性能得到很大提高。數(shù)字結(jié)果既證實(shí)了用坐標(biāo)網(wǎng)分析法的有效性和效率性又證明了結(jié)果的準(zhǔn)確性。參考文獻(xiàn)：[1] A.R. 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Tiller, The NURBS Book, 2nd ed., Springer, New York, 1997.HUNAN UNIVERSITY畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題 目 鎂 合 金 筆 記 本 電 腦 外 殼 沖 壓模 具 設(shè) 計(jì) 學(xué) 生 姓 名 薄 鳳 俠 專 業(yè) 班 級(jí) 材 料 成 型 與 控 制 工 程 00-1 班 指 導(dǎo) 老 師 黃 長(zhǎng) 清 系主任 (院長(zhǎng) ) 陳 振 華 評(píng) 閱 人 2004 年 6 月 15 日開(kāi) 題 報(bào) 告姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 一、論文題目二、 文 獻(xiàn) 綜 述金屬鎂及其合金是迄今在工程中應(yīng)用的最輕的結(jié)構(gòu)材料，其具有在體積相同時(shí)比鋁合金輕 36%，比鋅合金輕 73%，比鋼輕 77%的優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)用中減重效果較顯著，像手機(jī)外殼、筆記本電腦外殼這些零件都需要這種材料，并且其加工能量?jī)H為鋁的70%。被譽(yù)為 21 世紀(jì)重要的商用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。鎂合金研究開(kāi)發(fā)的第一次熱潮始于第一次世界大戰(zhàn)前，直到 20 世紀(jì) 60 年代中期，驅(qū)動(dòng)力主要是鎂合金在軍工和航空工業(yè)中的應(yīng)用。當(dāng)時(shí)的研究方向主要是加 Ag 固溶強(qiáng)化以提高強(qiáng)度，加 Li 一得到高韌性合金，主要針對(duì)砂型和金屬型鑄件，壓鑄鎂合金主要是美國(guó)的 AZ91 和德國(guó)的 AZ81。從 20 世紀(jì) 60 年代后期到 80 年代后期是鎂合金開(kāi)發(fā)的第二階段，由于汽車和飛機(jī)制造業(yè)的需要，提高鎂合金的高溫強(qiáng)度是這一時(shí)期的重點(diǎn)。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。 三、選 題 背 景 及 其 意 義四、設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 目 的 與 要 求設(shè)計(jì)模具裝配圖 1 張，要求 CAD 繪圖。繪制全部零件圖，并注明各個(gè)零件的材料、尺寸、公差、表面粗糙度和熱處理等技術(shù)要求。編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份（約 1.2 萬(wàn)字） ，打印成冊(cè)。設(shè)計(jì)說(shuō)明書按給定形式編寫和裝訂，字號(hào)統(tǒng)一為小 4，字體為宋體。設(shè)計(jì)圖紙可以單獨(dú)裝訂。全部畢業(yè)論文件匯總袋裝。五、設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容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征和對(duì)鎂合金 AZ31 性能的了解，經(jīng)過(guò)討論，初步確定工藝方案為：落料—拉深—沖孔—切口—整形—修邊由于筆記本電腦外殼深度較淺，面積較大，所以估計(jì)可以一次拉深成型。六、工 作 特 色 及 其 難 點(diǎn), 采 取 的 解 決 措 施在拉深過(guò)程中，四個(gè)圓角處容易起皺，應(yīng)加拉深筋。鎂合金在低溫下的塑性變形能力差，要加熱才能進(jìn)行拉深。拉深時(shí)要使用壓邊圈，壓邊力要適中，注意防止拉裂。鎂的拉深極限和拉深過(guò)程中的回彈問(wèn)題也是要考慮的。七、論 文 的 工 作 量 及 進(jìn) 度 安 排2004.3.1—2004.3.26： 搜集資料和確定工藝方案 性能方面的資料和有關(guān)沖壓工藝方面的資料，主要有《 機(jī)械工程材料》 、 《特種鑄造及有色金屬》 、 《沖壓工藝學(xué)》 、《沖模技術(shù)》等。2004.3.27—2004.4.30： 對(duì)零件的毛坯尺寸，沖裁力計(jì)算，壓力機(jī)選擇及畫模具裝配圖和各零件圖。2004.5. 1—2004.5.14: 寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書2004.5.15—2004.6.1: 檢查修改說(shuō)明書，準(zhǔn)備答辯。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )任 務(wù) 書（全日制本科生）課 題 名 稱 鎂 合 金 筆 記 本 電 腦 外 殼 沖 壓 模設(shè)計(jì) 專 業(yè) 、 班 級(jí) 材 料 成 型 與 控 制 工 程 00－ 1 班學(xué) 生 薄 鳳 俠 指 導(dǎo) 老 師 黃 長(zhǎng) 清 系主任 (院長(zhǎng) ) 陳 振 華 2004 年 6 月 15 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） I鎂合金筆記本電腦外殼沖壓模具設(shè)計(jì)摘 要分析了筆記本電腦外殼的沖壓工藝，設(shè)計(jì)了一套用于液壓機(jī)上的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的成形模。本文從產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和功能出發(fā)，介紹了各沖壓工序的模具結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程。提出了模具設(shè)計(jì)及制造時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)。分析鎂合金 AZ31 的性能，存在常溫下不可拉深的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)零件進(jìn)行詳盡的分析和查閱相關(guān)技術(shù)資料，設(shè)計(jì)了在拉深過(guò)程中對(duì)模具和零件進(jìn)行加熱的拉深模，這樣就很容易的解決了上述問(wèn)題。該產(chǎn)品要在兩個(gè)方向進(jìn)行切邊，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝分析，如果設(shè)計(jì)成兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行切邊的復(fù)合模，則很難保證零件切邊部分的精度，所以分水平切邊和垂直切邊為兩個(gè)單獨(dú)的工序進(jìn)行，從而滿足產(chǎn)品的技術(shù)要求。關(guān)鍵詞：筆記本電腦外殼，沖壓工藝，拉伸模，修邊模 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） IIDesign of the Stamping Die for the Magnesium AZ31Outer Shell of the Notebook PCAuthor: Bo Fengxia Tutor : Huang Changing AbstractThe stamping process for the outer shell of the notebook PC is analyzed and a set of simply constructed forming die used on liquid-press was designed. The article introduces the structure and working process of the die on each operation from the structure and the function of the product. And the points for attention in the design and manufacture of the dies are listed. The efficiency of magnesium AZ31 is analyzed in sheet metal forming and that it can’t draw in normal temperature. The problem is resolved by heating the die and workpiece during drawing, after detailed analyzing and relative technical data consulting. The product has to be trimmed in two directions. After analyzing the technic of the product, we know: If the two directions are carried out at one time, it is hard to make sure the precision. On the contrary, if we make one direction at one time, it is easy to satisfy the technical requirement of the product.Key words: the outer shell of the notebook PC, stamping process, drawing die, trimming die 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） III目 錄1 緒論……………………………….…………………………………………….…11.1 選題背景及目的…………………………………….……..…………………11.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況…………………………………….………………………..11.3 課題研究方法………………………………….……………………………..21.4 論文構(gòu)成………………………………….…………...……………………...22 沖壓工藝規(guī)程的編制 ………………………………….……………………..32.1 沖壓件的工藝分析 …………………………………………………………32.1.1 材料 ………………………………………………………………….42.1.2 結(jié)構(gòu)工藝性分析 ……………………………………………………52.2 毛坯形狀、尺寸的確定 ……………………………………………………62.2.1 盒形件的修邊余量 ………………………………….………………62.2.2 盒形件毛坯尺寸計(jì)算 ……………………………………………….72.3 排樣設(shè)計(jì)及材料利用率計(jì)算 ……….………………………………….…..82.3.1 排樣方式 ……………….………………….………………………...82.3.2 材料利用率計(jì)算 ……….…………………………………………...92.4 確定工藝方案 ……………………………………………………………….92.4.1 基本工序的確定 ………………………………….…………………92.4.2 不同工藝方案的比較 ……………………………………………….92.5 工藝計(jì)算 ……………………………………………………………………102.5.1 落料工序 …………………………………………………………...10 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） IV2.5.2 拉深工序 …………………………………………………………...112.5.3 沖孔工序 ……………………………………………………………122.5.4 修邊工序 ……………………………………………………………132.6 沖壓工藝過(guò)程卡片 ………………………………………………………...143 拉深模設(shè)計(jì) ……………………………………….…………………………..173.1 模具的結(jié)構(gòu)形式 ……………………………………….………………….173.2 模具刃口尺寸計(jì)算 …………………………………….…………………183.2.1 上下模刃口尺寸計(jì)算 …………………….……………………….183.2.2 壓力中心計(jì)算 ……………………………………………………..193.3 零件設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)件選擇 …………………………………………………..193.3.1 凸模的設(shè)計(jì) …………………………..……………………………193.3.2 凹模的設(shè)計(jì)…………………………………..….………………….213.3.3 定位板的計(jì) ………………………………...……………………...213.3.4 彈性壓圈的設(shè)計(jì) …………………………...………………………213.3.5 拉深筋的設(shè)計(jì)……………………………………………………….223.3.6 上下模座、導(dǎo)柱導(dǎo)套的設(shè)計(jì) …………………….……………….223.3.7 出件裝置的設(shè)計(jì) …………………………………………………..223.4 模具閉合高度的計(jì)算 ……………………………………………………...233.5 繪制裝配圖及零件圖 ……………………………….……………………..233.6 壓力機(jī)校核 ………………………………………….……………………..234 修邊模設(shè)計(jì) ……………………………………….…………………………...244.1 模具的結(jié)構(gòu)形式 ………………………………………..…………………244.2 壓力中心計(jì)算 …………………………………….……………………….254.3 零件設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)件選擇…………………………….………………………254.3.1 斜楔和滑塊的設(shè)計(jì) ………………………………………………..254.3.2 滑塊返回行程的復(fù)位機(jī)構(gòu) ………………….…………………….274.3.3 出件裝置的設(shè)計(jì) ……………………………….…………………..27 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） V4.3.4 上模座的設(shè)計(jì) ……………………………………………………...284.3.5 下模座的設(shè)計(jì) ………………………………………………………284.3.6 壓料板的設(shè)計(jì) ………………………………………………………284.3.7 防磨板的設(shè)計(jì) …………………………….….…………………….294.3.8 導(dǎo)板的設(shè)計(jì) ………………………………….………………………294.4 模具閉合高度的計(jì)算 …………………………………………………….…294.5 裝配圖及零件圖的繪制 ………………………………………………….….304.6 壓力機(jī)校核 …………………………………………………………………..30設(shè)計(jì)總結(jié) …………………………………………………………………………31致謝 ………………………………………………………………………………32參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………33、 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 筆記本電腦外殼沖壓件 零件名稱、 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 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)稱的，所以壓力中心的計(jì)算比較麻煩，又因?yàn)榇肆慵茖?duì)稱，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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