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) 、 專業(yè)定做機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì) QQ834308595 第36頁 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，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。 1.3 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。 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 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。 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/MPa 0.2%屈服強(qiáng)度min/mm 伸長(zhǎng)率(50mm或4D) min/ %D、E AZ31 F 棒、型 ￡6.30 所有 240 145 7 線 材 >6.30-40.00 所有 240 150 7 >40.00-60.00 所有 235 150 7 >60.00-130.00 所有 220 140 7 空心型 材 所 有 所有 220 110 8 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)則無尖角 R3 t/D×100=0.38 >1.5t=1.5 <<3 形狀相對(duì)簡(jiǎn)單。 工藝結(jié)構(gòu)大于允許最小值。 拉深容易起皺,需要壓邊。 此零件的設(shè)計(jì)過程中，有拉深這一工藝過程，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，用來頂出零件，所以選用液壓機(jī)。 2.2毛坯形狀、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，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 2.3 盒形件形狀 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)，使圓角部分的變形程度大為減小。 2.2.1 盒形件的修邊余量 當(dāng)盒形件的高度小而對(duì)上口要求不高時(shí)，才可免去修邊工序。一般情況下，盒形件在拉深后都需要修邊，所以在確定毛坯尺寸和進(jìn)行工藝計(jì)算之前，應(yīng)在工件高度或凸緣寬度上加修邊余量。 H0/r=18/3=6 H0— 圖紙要求的盒形件高度 △H— 修邊余量 H — 記入修邊余量的工件高度 r — 盒形件側(cè)壁間的圓角半徑 圖2.4 盒形件修邊余量 查文獻(xiàn)[5]表4-24得 △H=(0.03~0.05)H0 取 △H=0.05H0=0.05ｘ18=0.9 則 H= H0+△H=18.9 2.2.2 盒形件毛坯尺寸計(jì)算 r/(B-H)=3/(260-18.9)=0.012<0.22 查文獻(xiàn)[5]圖4-57可知此盒形件屬于Пa區(qū)，即角部圓角半徑較小的低盒形件。拉深特點(diǎn)：只有微量的材料從盒形件的圓角處轉(zhuǎn)移到側(cè)壁上去，而幾乎沒有增補(bǔ)側(cè)壁的高度。 其毛坯尺寸計(jì)算步驟如下： (1)計(jì)算壁部展開長(zhǎng)度： l=H+0.57r底 由于筆記本電腦外殼兩側(cè)不是對(duì)稱的，且 是一段圓弧，所以，側(cè)壁就取圓弧長(zhǎng)度， 兩側(cè)統(tǒng)一取H=22mm l1=22+0.57ｘ3=23.71mm l2=18.9+0.57ｘ3=20.61 (2)按拉深計(jì)算角部毛坯半徑R 當(dāng)r=r底時(shí) R1=(2rH1)1/2=(2ｘ3ｘ23.71)1/2=12mm R2=(2rH2)1/2=(2ｘ3ｘ20.61)1/2=11mm 統(tǒng)一取R=12mm 圖2.5 毛坯尺寸計(jì)算方法 (3)從ab線段的中心向半徑為R的圓弧引切線。 (4) 在直線與切線的交接處，用半徑為R的圓弧，光滑連接，即可得出毛坯外形。 按上述方法計(jì)算出毛坯尺寸及外形為： H/B=18.9/260=0.073 t/Dｘ100=1/293ｘ100=0.34 r/B=3/260=0.0115 查文獻(xiàn)[5]表4-26 H/B1=0.3/0.85=0.255 H/B1< H/B, 所以可以一次拉成 圖 核算角部的拉深系數(shù) 2.6 毛坯尺寸、外形 對(duì)于低盒形件,由于圓角部分對(duì)直邊的影響較小,圓角處的變形最大,故變形程度用圓角處的假想系數(shù)來表示： m=r/ky 式中 r —角部的圓角半徑 ky—毛坯圓角部分的假想半徑 當(dāng)r=r底時(shí)，拉深系數(shù)可以用H/r的比值來表示，本產(chǎn)品r=r底， 所以 m=1/(2H/r)1/2=0.28 查文獻(xiàn)[5]表4-27 t/Dｘ100=1/293ｘ100=0.34 r/B1=3/293=0.01 m1=0.31ｘ0.85=0.26 m>m1 所以可以一次拉成 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。 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=1.3ｘ2ｘ(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 K3=0.08 F卸=0.08ｘ252.6=20.2KN 所以 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高。 對(duì)于簡(jiǎn)單形狀的沖裁模具一般采用凸凹模分開加工 落料件尺寸D0-△ Dd=(D-x△)0δd Dp=(D-Zmin)0-δp= (D-x△- Zmin) 0-δp 式中 Dd、Dp—分別為落料件凹模和凸模尺寸 △—工件公差 δp、δd—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=0.035mm δd=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 mm Dd1=（293-0.5ｘ1.3）+0.050=292.35+0.050 Dp1=（292.35-0.1）0-0.035=292.250-0.035 Dd2=(340-0.5ｘ1.4)+0.050=339.3+0.050 Dp2=(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 mm δd=0.025 mm 查文獻(xiàn)[8]附表1 △1=△2=0.52 mm 表1-2-20 Zmin=0.1 mm Dd0=(24-0.5ｘ0.52) +0.0250=23.74+0.0250 Dp0=(23.74-0.1)0-0.02=22.640-0.02 Dd0'=(22-0.5ｘ0.52)+0.0250=21.74+0.0250 Dp0'=(21.74-0.1)0-0.02=21.640-0.02 2.5.2 拉深工序 拉深時(shí)需要加熱到300℃，用來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=0.07 r/B=3/260=0.0115 t/Dｘ100=1/297ｘ100=0.33 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=AP A—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=3 F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 KN n=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=0.04 F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) 2.5.4 修邊工序 對(duì)于筆記本電腦外殼兩端的缺口，可以通過切口 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沖壓工藝過程卡片 表1.4 沖壓工藝過程卡片 湖南大學(xué) 沖壓工藝卡片 產(chǎn)品型號(hào) 零件圖號(hào) 產(chǎn)品名稱 筆記本電腦外殼沖壓件 零件名稱 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 鎂合金AZ31 1.0750 1000 293340 6 第1頁 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 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 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 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： 圖3.1 拉深模裝配圖 拉深過程中主要是要滿足拉深時(shí)的外形尺寸，拉深過程中的問題是可能會(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。 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=2.9mm rp=(0.414ｘ2.9+0.1ｘ1)/0.414=3.24mm 所以 凸模圓角半徑 rp=3.24mm 取rp=3.5mm 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。 圖3.4 計(jì)算凸模強(qiáng)度時(shí)所取的面積 бk=Ltτ/Fk≤[б] 式中 L—沖件輪廓長(zhǎng)度(mm) t—沖件材料厚度(mm) τ—沖件材料抗剪強(qiáng)度(N/mm2) Fk—接觸面積(mm2)取接觸面積寬度為t/2 бk—凸模刃口接觸應(yīng)力 [б]—凸模材料許用應(yīng)力 取[б]=1800N/mm2 бk=(305ｘ2+260ｘ2)ｘ1ｘ50/(305ｘ1+260ｘ1)=100<[б]=1800 所以強(qiáng)度符合條件 (3) 凸模的結(jié)構(gòu)形式 因?yàn)橥鼓Ｅc模座接觸面積較大，所以直接用螺釘固定，如圖所示，因?yàn)橥鼓Ｋ芰Σ⒉皇呛艽?，所以直接把凸模固定在下模座上，并以底面止扣定位，使整體結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單。 圖3.5 凸模 3.3.2 凹模的設(shè)計(jì) 1) 凹模的形狀及尺寸 凹模形狀如圖所示，根據(jù)模具實(shí)際結(jié)構(gòu)的需要，現(xiàn)設(shè)計(jì)其尺寸為400ｘ400ｘ70mm，為防止壓手 應(yīng)h1大于20mm以上。 圖3.6 凹模 2) 凹模的刃口形式 采用平刃口，特點(diǎn)是刃磨后刃口尺寸不變。 3.3.3 定位板的設(shè)計(jì) 定位板的作用是對(duì)于單個(gè)毛坯的外輪廓進(jìn)行定位，定位板與坯料定位面的配合可采用H9/h9的間隙配合，查文獻(xiàn)[8]表1-2-42得: h=t+2=1+2=3mm 所以定位板的尺寸為400ｘ400ｘ3mm，與壓邊圈配做。 3.3.4 彈性壓邊圈的設(shè)計(jì) 由于筆記本電腦外殼的圓角部分的半徑較小，在拉深過程中可能會(huì)出現(xiàn)起皺的情況，為保證正常生產(chǎn)，需要加壓邊圈，壓邊力的大小對(duì)拉深力有很大影響，壓邊力太大會(huì)增加危險(xiǎn)斷面的拉應(yīng)力，導(dǎo)致拉裂或嚴(yán)重變薄，太小則防皺效果不好。 壓邊裝置有剛性和彈性兩種，本次設(shè)計(jì)采用彈性壓邊裝置，彈性壓邊裝置的壓邊力系由底油缸、彈簧或橡皮產(chǎn)生，其中，油缸壓邊力不隨凸模行程變化，壓邊效果較好，彈簧和橡皮壓邊力都隨行程增大而上升，對(duì)拉深不利，所以選用油缸壓邊裝置。 彈性壓邊裝置的尺寸根據(jù)模具的實(shí)際需要設(shè)為400ｘ400ｘ8mm，與凸模間隙配合。 3.3.5 拉深筋的設(shè)計(jì) 毛坯各處的變形程度相差很大，需要采用拉深筋來調(diào)整，拉深筋的結(jié)構(gòu)和位置對(duì)覆蓋件的拉深成形的質(zhì)量有極其重要的影響，拉深筋的結(jié)構(gòu)與產(chǎn)生的阻力密切相關(guān)，不合理的結(jié)構(gòu)，將使筋的作用不能正常發(fā)揮。 拉深筋合理的位置應(yīng)同時(shí)滿足下列條件 (1)起外皺 圖3.7是壓筋瞬間狀態(tài)。包筋所用材料來自外緣，就外緣變形而言，其性質(zhì)純屬不帶壓邊圈情況下的拉深，應(yīng)滿足不用壓邊圈的判據(jù)，否則會(huì)起外皺，如果在dj之外設(shè)置一平面壓邊圈并單獨(dú)施加平面壓邊力，則壓筋時(shí)外皺可以避免。 (2)不起內(nèi)皺 圖3.7 拉深筋誘發(fā)外皺 由經(jīng)驗(yàn)得知，筋的阻力隨著位置的外移而呈上升趨勢(shì)，在結(jié)構(gòu)一定的情況下，阻力近是位置的函數(shù)。 (3)不拉裂 阻力的增大雖然可以消除內(nèi)皺，但阻力過大又會(huì)造成內(nèi)部的拉裂，在筋結(jié)構(gòu)已定的情況下，通過調(diào)整位置參數(shù)可以避免。 3.3.6 上下模座、導(dǎo)柱導(dǎo)套的設(shè)計(jì) 模座選用標(biāo)準(zhǔn)模座，導(dǎo)柱導(dǎo)套也選用標(biāo)準(zhǔn)的。模座選用GB2855.5-81,硬度為HRC28-32,材料為HT200。上模座尺寸為A400ｘ400ｘ55，下模座尺寸為A400ｘ400ｘ65。在安裝模具時(shí)，模具的方向容易產(chǎn)生誤差，防止的辦法就是打上和模記號(hào)，或使導(dǎo)柱間距不一樣。所以模座上的兩個(gè)導(dǎo)柱的直徑不一樣，其中一個(gè)的導(dǎo)柱直徑為45mm,導(dǎo)套直徑為60mm，另一個(gè)導(dǎo)柱直徑為50mm導(dǎo)套直徑為65mm。 3.3.7 出件裝置的設(shè)計(jì) 出件裝置的結(jié)構(gòu)如圖所示，這樣的設(shè)計(jì)模柄就要選用中間有孔的，以方便打料桿從中間孔中通過，其出件過程就是打料桿1和卸料板2把工件敲出來。 圖3.8 卸料裝置 3.4模具閉合高度的計(jì)算 H=H1+H2+H3+H4=55+70+85+65=275mm 其中，H1為上模座高，H2為凹模高，H3為凸模高，H4為下模座高。 3.5裝配圖及零件圖的繪制 在A1圖紙上按比例1:1繪制裝配圖,在A4圖紙上繪制零件圖。 3.6 壓力機(jī)校核 表2.1 壓力機(jī)的校核 校核內(nèi)容 壓力機(jī)參數(shù) 模具參數(shù) 結(jié)論 動(dòng)梁最大行程 600 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 可以將零件放進(jìn)取出 動(dòng)梁至工作臺(tái)面最大距離 Hmax=900 Hmin=230 H=275 滿足 工作臺(tái)尺寸 586×950 下模座尺寸為 560×560 滿足要求 4 修邊模設(shè)計(jì) 4.1 模具的結(jié)構(gòu)形式 修邊模包括單純的修邊模和修邊沖孔復(fù)合模，修邊模根據(jù)鑲塊的運(yùn)動(dòng)方式可以分為三種基本類型： 垂直修邊模 修邊鑲塊與壓力機(jī)滑塊的運(yùn)動(dòng)方向一致作垂直運(yùn)動(dòng)的修邊模 斜楔修邊模 修邊鑲塊作水平或傾斜運(yùn)動(dòng)的修邊模 垂直斜楔修邊模 一些修邊鑲塊作垂直方向運(yùn)動(dòng)，而另一些修邊鑲塊最水平或傾斜方向運(yùn)動(dòng)的修邊模 在本次設(shè)計(jì)中，如果從經(jīng)濟(jì)方面考慮，則應(yīng)選擇垂直斜楔修邊模，但是由于其中一個(gè)切口尺寸過大，如果選擇垂直斜楔修邊模，則工件的精度難以得到保證。所以應(yīng)該先選擇斜楔修邊模，再用垂直修邊模，這樣雖然工序多了一個(gè)，但是工件的精度保證了，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在保證質(zhì)量的前提下，再考慮經(jīng)濟(jì)性。 其結(jié)構(gòu)形式為： 圖4.1 修邊模裝配圖 設(shè)計(jì)修邊模時(shí)，應(yīng)做到定位方便、可靠、安全，這樣才能保證零件修邊的尺寸、位置準(zhǔn)確。 修邊模設(shè)計(jì)時(shí)須注意的問題： 采用鑄造的上模、下模、壓料板 防止壓料板的掉落，需設(shè)置壓料板安全機(jī)構(gòu) 對(duì)于承受水平推力的模具要同時(shí)使用導(dǎo)柱和背靠塊 設(shè)置支承器，保護(hù)彈性元件部工作時(shí)處于自由狀態(tài) 設(shè)置模具的起吊裝置 4.2 壓力中心計(jì)算 由于零件形狀基本對(duì)稱,其幾何中心就是壓力中心，無需計(jì)算壓力中心。 4.3 零件設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)件選擇 4.3.1 斜楔和滑塊的設(shè)計(jì) (1)斜楔和滑塊的行程關(guān)系 斜楔和滑塊配對(duì)應(yīng)用，交直運(yùn)動(dòng)為水平運(yùn)動(dòng)或傾斜運(yùn)動(dòng)，從而擴(kuò)大沖模的行程，根據(jù)零件的需要，本次設(shè)計(jì)是把垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為水平運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖4.2所示。斜楔1向下推動(dòng)滑塊2沿水平向右移。 圖4.2 斜楔、滑塊運(yùn)動(dòng)方式 對(duì)于水平斜楔機(jī)構(gòu)的行程關(guān)系,如下: 滑塊的運(yùn)動(dòng)行程S就是加工時(shí)所需的水平方向的行程量，零件取出和放入的操作量的總和。 下面是水平斜楔的結(jié)構(gòu)圖、行程圖和工作受力圖，如圖4.3、4.4、4.5 圖4.3 結(jié)構(gòu)圖 圖4.4 行程圖 其計(jì)算公式為 S3/S=tgβ Q=F/cosθ1 圖4.5 工作受力圖 斜楔角β不但影響到滑塊行程的大小，同時(shí)對(duì)力的傳遞和效率也有很大的影響。作水平運(yùn)動(dòng)時(shí)取β=500，為了平衡水平運(yùn)動(dòng)的斜楔的反側(cè)力，在斜楔背面裝有反側(cè)塊。 取S=8mm,則 S3=8ｘtg50=9.53mm 取S3=10mm 右邊的滑塊尺寸為70ｘ222ｘ35mm，左邊的滑塊尺寸為70ｘ132ｘ35mm。 (2) 斜楔和滑塊的尺寸設(shè)計(jì) 斜楔的有效行程S應(yīng)大于滑塊行程S1，滑塊作水平運(yùn)動(dòng)的斜楔角度α一般可取40o。 滑塊的長(zhǎng)度尺寸L2應(yīng)當(dāng)保證當(dāng)斜楔開始推動(dòng)滑塊時(shí)，推動(dòng)的合力作用線處于滑塊長(zhǎng)度之內(nèi)（如圖4.6所示）。 合理的滑塊高度H2應(yīng)小于滑塊長(zhǎng)度L2，一般可取L2：H2=(2~1)：1 為了保證滑塊運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)，滑塊的寬度B2一般應(yīng)小于或等于滑塊的長(zhǎng)度L2的2.5倍。 斜楔尺寸H1,L1基本上可按不同模具的結(jié)構(gòu)要求 圖4.6 滑塊尺寸關(guān)系圖 進(jìn)行設(shè)計(jì)，但必須有可靠的擋塊，以保證斜楔正常工作。 對(duì)于大型模具，滑塊寬度B2與斜楔寬度B1及所需的斜楔數(shù)量可通過查文獻(xiàn)[11]表14-40獲得。 4.3.2 滑塊返回行程的復(fù)位機(jī)構(gòu) 斜楔滑塊在進(jìn)行修邊時(shí)，由于卸料力和滑塊重力或其它因素所產(chǎn)生的力會(huì)把凸?？ㄗ?，工作完畢后，滑塊不能自動(dòng)回到初始位置，為了使滑塊回到初始位置，必須設(shè)置復(fù)位機(jī)構(gòu)。復(fù)位機(jī)構(gòu)分為彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)和返楔復(fù)位機(jī)構(gòu)。返楔復(fù)位機(jī)構(gòu)就是在壓力機(jī)回程時(shí)靠返楔機(jī)構(gòu)將滑塊回到初始位置。本次零件復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用反楔復(fù)位機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4.7所示 1—滑塊 2—調(diào)整塊 3—防磨板 4—返楔塊 5—返楔滑塊 6—卸楔 圖4.7 滑塊復(fù)位機(jī)構(gòu) 4.3.3 出件裝置的設(shè)計(jì) 由于工件是開口端朝下放在修邊模上的，工作時(shí)壓料板先壓著工件，然后修邊，工作后，工件留在凸模上，工件與凸模之間無任何間隙，而且有時(shí)候工件還被定位件卡的很緊，所以，工件取出很困難，如果取件方法不當(dāng)，會(huì)使其變形，對(duì)下道工序產(chǎn)生影響，所以要使工件順利取出，必須設(shè)置取件裝置，本次設(shè)計(jì)是靠氣缸推動(dòng)推桿把工件推出。 4.3.4 上模座的設(shè)計(jì) 其結(jié)構(gòu)如圖4.8所示 圖4.8 上模座 其中1的作用是裝置限位器的限制壓料板的下降位置，防止壓料板掉下來碰傷工件或操作者。 上模座的尺寸及材料為660ｘ460ｘ95mm HT250 4.3.5 下模座的設(shè)計(jì) 其結(jié)構(gòu)如圖4.9所示 圖4.9 下模座 其中1、5是落廢料的孔，即切掉的廢料從1、5處落到下面的廢料盒內(nèi)。3是用來定出托架，即頂出工件，2、4是作導(dǎo)向作用的。 下模座的尺寸及材料為660ｘ460ｘ120mm HT250 4.3.6 壓料板的設(shè)計(jì) 其結(jié)構(gòu)如圖4.10所示： 圖4.10 壓料板 其中，1是限制壓料板的下降位置, 防止壓料板掉下來碰傷工件或操作者。螺紋2的作用是當(dāng)壓料板裝入或取出模具時(shí)的起吊裝置，只要在1處裝入起吊裝置就可以了。 4.3.7 防磨板的設(shè)計(jì) 防磨板的作用主要是提高導(dǎo)向面的耐磨性，防磨板材料一般采用優(yōu)質(zhì)工具鋼，本次設(shè)計(jì)的材料采用T8A,硬度為52-56HRC。其尺寸設(shè)計(jì)原則如下： 防磨板寬度：導(dǎo)向面應(yīng)選在被導(dǎo)向滑動(dòng)零件輪廓的直線或最平滑的部位，一般取4-8處，且前后左右對(duì)稱分布。防磨板的總寬度應(yīng)為內(nèi)側(cè)滑動(dòng)零件輪廓全長(zhǎng)的25％以上，防磨板的總寬度決定后，需按比例配置在各導(dǎo)向部位。 防磨板長(zhǎng)度：防磨板的長(zhǎng)度只能長(zhǎng)，不能短。因?yàn)楫?dāng)上模下降接觸毛坯之前要預(yù)先有一定的長(zhǎng)度。 防磨板的尺寸隨零件的不同而不同，序號(hào)為04，其尺寸為25ｘ100ｘ5mm，序號(hào)為08，尺寸為75ｘ222ｘ8mm，序號(hào)為23，尺寸為25ｘ50ｘ5mm，序號(hào)為35，尺寸為35ｘ100ｘ5mm。 4.3.8 導(dǎo)板的設(shè)計(jì) 導(dǎo)板的作用是用于上下模的導(dǎo)向，所用材料為45鋼，硬度為高頻淬火HRC55,導(dǎo)板的尺寸為32ｘ50ｘ8mm。 4.4 模具閉合高度的計(jì)算 H閉=H1+H2+H3=95+120+10= 225 mm 其中H1是上模座的高度，H2是下模座的高度，H3是斜楔行程。 4.5 裝配圖及零件的圖繪制 在A1圖紙上按比例1:1繪制裝配圖,在A4圖紙上繪制零件圖。 4.6 壓力機(jī)校核 表3.1 壓力機(jī)的校核 校核內(nèi)容 壓力機(jī)參數(shù) 模具參數(shù) 結(jié)論 滑塊行程 315 接近 可以將零件放進(jìn)取出 閉合高度 Hmax=490 Hmin=490-310=180 H=225 滿足 工作臺(tái)尺寸 1000×950 下模座尺寸為 660×460 滿足要求 設(shè)計(jì)總結(jié) 轉(zhuǎn)眼間三個(gè)月就過去了，經(jīng)過這一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)沖壓模具設(shè)計(jì)又有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，對(duì)沖壓的了解又加深了一層，同時(shí)也對(duì)自己獨(dú)立完成設(shè)計(jì)增加了一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后走向工作崗位打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 在本次設(shè)計(jì)中，通過查閱了大量的資料，我認(rèn)識(shí)到自己對(duì)沖壓是多么的缺乏了解。更深一步的感受到?jīng)_壓過程中的工藝分析是多么重要，在前面的幾周內(nèi)都是在做工件的工藝分析，當(dāng)自己認(rèn)為分析的已經(jīng)足夠，考慮的也足夠詳細(xì)了，可以進(jìn)行設(shè)計(jì)了的時(shí)候，動(dòng)起筆來，卻不知從何下手，拉深過程中的起皺，拉裂怎樣預(yù)防，怎樣取出工件，加熱的爐子應(yīng)該放在哪里，等等很多問題都不知怎么解決。剛剛認(rèn)為拉深模的設(shè)計(jì)可以告一段落時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)原本想好的修邊模又出了問題，原本打算設(shè)計(jì)垂直斜楔修邊復(fù)合模，卻發(fā)現(xiàn)由于一開始沒有考慮到尺寸相對(duì)于零件太大，設(shè)計(jì)出的模具達(dá)不到工件的精度要求，根本不能設(shè)計(jì)成復(fù)合模，所以又趕著修改修邊模，所幸最后終于按時(shí)完成了設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)過程中，拉深筋的位置和尺寸不能很精確的確定，因?yàn)樗屠钸^程中的很多因素有關(guān)，并且有關(guān)拉深筋方面的文獻(xiàn)資料相對(duì)比較少。雖然在沖壓過程中拉深筋的有著舉足輕重的作用，但是關(guān)于拉深筋的理論還很籠統(tǒng)，還不系統(tǒng)，沒有非常精確的公式去計(jì)算，很多時(shí)候都是靠經(jīng)驗(yàn)，所以拉深筋的最終位置需要在試制過程中確定，需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程的實(shí)際情況來確定。 在我即將走向社會(huì)的時(shí)候，很慶幸自己能夠有這樣的機(jī)會(huì)使自己得到鍛煉，在鞏固專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，也學(xué)習(xí)了一些其他方面的知識(shí)，并且感覺在思想上也有所進(jìn)步。比如這次設(shè)計(jì)中，我學(xué)習(xí)了三維造型的軟件(UG)和模具設(shè)計(jì)與制造方面的知識(shí)，另外還進(jìn)一步學(xué)習(xí)了零件加工工藝方面的知識(shí)。我為自己能夠在大學(xué)的最后階段上一堂如此難忘的課而感到高興，四個(gè)字形容就是“受益匪淺”。有了這次經(jīng)歷，我將信心百倍的走向今后的工作崗位。 參考文獻(xiàn) [1] 余琨，黎文獻(xiàn)等．變形鎂合金的研究、開發(fā)及應(yīng)用[J]．中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2003,13(2):277-288. 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