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1、镁合金笔记本电脑外 壳冲压模具设计 学号：学号：201003040205 HEBEIUNITEDUNIVERSITY 毕业设计说明书 GRADUATEDESIGN 设计题目：镁合金笔记本电脑外壳冲压模具设计 学生姓名： 专业班级：10 机设 4 班 学院：机械工程学院 指导教师：副教授 2014 年 6 月 3 日 摘要 本次设计通过分析笔记本电脑外壳的冲压工艺过程以及对镁合金的材料性 能，设计出一套笔记本电脑外壳的冲压模具。镁合金是迄今在工程应用中最轻 的结构材料，同时镁合金还具有高比强度和比刚度、尺寸稳定性好以及具有环 保性等优点，具有很大的市场优势和广阔的发展前景。但是由于镁合金常温下
2、不能拉深，通过查阅资料，可以通过同时加热模具和零件解决这个问题。 用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广 泛应用于制造业中。冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加 外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件(冲压件)的 成形加工方法。冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。冲压 可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚 性。在冲压工艺过程设计中，从产品的结果和功能出发介绍了本次设计所需要 的各个工序。由于对笔记本电脑外壳经行了一定的简化，所以拉深工序成为本 次设计的重点。本次设计以拉深模具的设计例，对冲
3、压模具的设计过程进行了 介绍。 关键词笔记本电脑外壳；镁合金；冲压；拉深模具 Abstract -II- Abstract Thisdesignthroughtheanalysisofthestampingprocessoflaptopshellpr ocessandmaterialpropertiesofmagnesiumalloy,designasetoflaptopshellst ampingdie.Stampingpressanddiebythesheet,strip,pipeandprofilessuchas force,toproduceplasticdeformationorse
4、paration,thusobtainingthedesire dshapeandsize(Stamping)formingprocess.Comparedtostampingpartsan dcastings,forgings,hasthecharacteristicsoflight,thin,uniform,strong.Stam pingcanbepreparedbyothermethodsdifficulttoproducewithareinforcingri b,rib,theupsanddownsorfolded,toenhanceitsrigidity.Magnesiumallo
5、ysare thelighteststructuralmaterialinengineeringapplication,andmagnesiumall oyhashighspecificstrengthandspecificstiffness,gooddimensionalstability, andhastheadvantagesofenvironmentalprotection,hasalargemarketadvan tagesandbroadprospectsfordevelopment.Butbecauseofmagnesiumalloy underthenormaltemperat
6、urecantdeepdrawing,throughaccesstoinformat ion,cansolvethisproblembyheatingmouldandpartsatthesametime. Withmoldmanufacturingpartsforitshighefficiency,productsofgoodqu alityandlowmaterialconsumption,lowproductioncostandwidelyusedinma nufacturing.Intheprocessofstampingprocessdesign,fromproductaccordin
7、 gtotheresultsandthefunctionofthisdesignintroducestheneedofallprocess es.Duetolaptopshellbythelinemustbesimplified,sothedeepdrawingproces sbecomethefocusofthisdesign.Indeepdrawingmoulddesignexample,thed esignofthestampingdiedesignprocessareintroduced. KeywordsLaptopshell;magnesiumalloy;stamping;Draw
8、ingdies 目 录 -IV- 目录 摘 要 I ABSTRACTII 第 1 章 绪论 1 1.1 选题背景 1 1.1.1 镁合金的特点及国内外研究现状 1 1.1.2 模具概述 2 1.1.3 冲压工艺的分类及特点 4 1.2 设计研究方案 6 1.3 本次设计主要内容 6 第 2 章 镁合金的研究现状 7 2.1 AZ31 镁合金中合金元素的作用 7 2.1.1 Al 元素的影响 7 2.1.2 Zn 元素的影响 8 2.1.3 其他元素的影响 8 2.2 AZ31 镁合金的组织及性能 8 2.3 AZ31 镁合金塑性加工技术 8 2.3.1 挤压技术 9 2.3.2 锻造技术 9
9、2.3.3 轧制技术 9 2.3.4 超塑性成形技术 9 2.4 结论 10 第 3 章 冲压工件的工艺分析 11 3.1 零件图 11 3.2 结构工艺性分析 11 3.3 毛坯尺寸的确定 12 3.3.1 修边余量的确定 13 3.3.2 毛坯尺寸的计算 13 3.4 冲裁件的排样 14 3.4.1 排样方式 14 3.4.2 材料的利用率 15 第 4 章 工艺方案的确定 16 4.1 基本工艺方案的确定 16 4.2 不同工艺方案的比较 16 4.3 冲压工艺过程卡片 16 第 5 章 冲裁工序 19 5.1 落料工艺力计算 19 5.2 冲孔工艺力计算 19 5.2 模具压力中心计算
10、 20 5.3 冲裁间隙的确定 21 5.3.1 冲裁间隙的影响 21 5.3.2 冲裁间隙的确定 23 5.4 冲裁模刃口尺寸的确定 23 5.4.1 刃口尺寸确定的原则 23 目 录 -VI- 5.4.2 刃口尺寸的计算 24 第 6 章 拉深工序及拉深模具的设计 26 6.1 拉深次数的确定 26 6.2 拉深工艺力的计算 26 6.2.1 拉深力的计算 26 6.2.2 压边力的计算 26 6.2.3 拉深总工艺力 26 6.3 模具的总体设计 27 6.4 凸模和凹模工作部分的设计 28 6.4.1 凸模和凹模的间隙 28 6.4.2 凸模和凹模的工作部分尺寸 28 6.4.3 凸模
11、和凹模的工作尺寸部分圆角半径 29 6.5 模具其他主要零件的设计及选用 29 6.5.1 定位板的设计 29 6.5.2 弹性压边圈的设计 29 6.5.3 拉深筋的设计 30 6.5.4 上下模座、导柱导套的设计 30 结 论 31 参考文献 32 谢 辞 34 附 录 35 第 1 章绪论 1.1 选题背景 1.1.1 镁合金的特点及国内外研究现状 镁合金密度较轻，是实际应用中最轻的金属结构材料。其具有导电性、导 热性、电磁屏蔽性，同时性能良好，比强度和比刚度高，减震性好，切削加工 和尺寸稳定性夹，易回收，有利于环保等优点，被誉为 21 世纪的绿色工程材 料。在航空、汽车、电子等领域获得
12、了越来越广泛的应用，并表现出强劲的发 展势头。 镁合金常用的成形方法有压铸、半固态铸造、挤压铸造、挤压和轧制等,其 中镁合金产品的 80%是通过铸造方法获得。室温下，镁合金的塑性较差，变形 困难，且易出现变形缺陷，这是由镁合金自身性质决定的，也是制约变形镁合 金加工成形的重要原因。据有关文献报道，温度对镁合金的塑性影响很大，温 度愈高，塑性愈好，变形抗力愈低，易于成形加工。镁合金的冲压形是一种技 术难度较大的生产工艺，在冲压成形工艺中，拉深成形最为复杂，难度也较大。 由于镁合金晶体结构是密排六方，滑移系少，常温下塑性较差，一般都必须在 150以上进行拉深成形。根据小坂田等人的研究结果，镁合金板
13、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时 镁合金板杯形件拉深的拉深比可达 2.0，而在 225时可达 3.0，超过了钢板、 铝板在室温下的拉深比(分别为 2.2 和 2.6)。在该温度下镁合金拉深成形性能与 钢板、铝板在室温下的拉深性能相近。但以其生产效率高、可直接使用高密度 的轧制板料而具有很大的市场优势和广阔的发展前景。 河北联合大学机械工程学院 -2- 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
14、，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。 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
15、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。 1.1.2 模具概述 模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或 液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质 量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。 模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技 术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上 决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业， 正日益受到人们的关注。早在 1989 年 3 月中国
16、政府颁布的关于当前产业政 策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要 领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日 益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中 6090的产 品的零件，组件和部件的生产加工。 模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模 具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一 市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一， 汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点， 已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005 年将达到 170 种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需 求，汽车将不断换型，汽车换型时约有 80的模具需要更换。中国摩托车产量 位居世界第一，据统计，中国摩托车共有 14 种排量 80 多个车型，1000 多个 型号。单辆摩托车约有零件 2000 种，共计 5000 多个，其中一
