電腦外殼沖壓模具設計【說明書+CAD】

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目錄 目錄 - 1 - 摘 要 - 1 - Abstract - 2 - 1 引言 - 3 - 1.1 目的 - 3 - 1.2 意義 - 3 - 1.3我國模具的發(fā)展現(xiàn)狀 - 3 - 1.4 設計方法及步驟 - 5 - 2 零件沖壓生產經濟性分析和沖壓工藝規(guī)程的編制 - 5 - 2.1 沖壓生產經濟性分析 - 5 - 2.2 沖壓件的工藝分析 - 6 - 2.2.1 材料 - 7 - 2.2.2 結構工藝性分析 - 8 - 2.3 毛坯形狀、尺寸的確定 - 9 - 2.3.1 盒形件的修邊余量 - 9 - 2.3.2 盒形件毛坯尺寸計算 - 10 - 2.4 排樣設計及材料利用率計算 - 12 - 2.4.1 排樣方式： - 12 - 2.4.2 材料利用率： - 12 - 2.5工藝方案的確定 - 12 - 2.5.1基本工序： - 12 - 2.5.2不同工藝方案的比較 - 12 - 2.6 工藝計算 - 13 - 2.6.1 落料工序 - 13 - 2.6.2 拉深工序 - 15 - 2.6.3 沖孔工序 - 16 - 2.6.4 修邊工序 - 16 - 2.7沖壓工藝過程卡片 - 17 - 3 拉深模設計 - 21 - 3.1 模具的結構形式 - 21 - 3.2 模具刃口尺寸計算 - 22 - 3.2.1 上下模刃口尺寸計算 - 22 - 3.2.2 壓力中心計算 - 23 - 3.3 零件設計及標準件選擇 - 23 - 3.3.1 凸模的設計 - 23 - 3.3.2 凹模的設計 - 24 - 3.3.3 定位板的設計 - 25 - 3.3.4 彈性壓邊圈的設計 - 25 - 3.3.5 拉深筋的設計 - 25 - 3.3.6 上下模座、導柱導套的設計 - 26 - 3.3.7 出件裝置的設計 - 26 - 3.4模具閉合高度的計算 - 26 - 3.5 壓力機校核 - 27 - 4 修邊模設計 - 28 - 4.1 模具的結構形式 - 28 - 4.2 壓力中心計算 - 29 - 4.3 零件設計及標準件選擇 - 29 - 4.3.1 斜楔和滑塊的設計 - 29 - 4.3.2 滑塊返回行程的復位機構 - 31 - 4.3.3 出件裝置的設計 - 31 - 4.3.4 上模座的設計 - 32 - 4.3.5 下模座的設計 - 32 - 4.3.6 壓料板的設計 - 32 - 4.3.7 防磨板的設計 - 33 - 4.3.8 導板的設計 - 33 - 4.4 模具閉合高度的計算 - 33 - 4.5 壓力機校核 - 34 - 設計總結 - 35 - 參考文獻 - 36 - 摘 要 對筆記本電腦外殼的沖壓進行了分析，設計了一個結構簡單的成形模。本次作品介紹了各種沖壓工序的模具結構以及工作過程，從結構和功能出發(fā)，提出了一些應該注意的事項。這次作品是從兩個方向進行切邊，經過工藝分析，因為設計兩個方向同時進行切邊的復合模，是很難保證零件切邊部分的精度要求，所以單獨進行水平切邊和垂直切邊的工序，這樣可以滿足產品的技術要求。 關鍵詞：筆記本電腦外殼，沖壓工藝，拉伸模，修邊模 Abstract We analyzed the stamping of the laptop shell and designed a simple structure of the forming die. This work introduced the various pressing process of the mould structure and working process.And some matters should be noticed were put forward which are based on the structure and function.This work was trimming from two directions and through analyzing process.Because the design of two directions simultaneously trimming compound die, which is difficult to ensure the accuracy of parts edge trimming parts requirements. So separate levels of vertical trimming and trimming process, which can satisfy the requirements of the product. Key words: the outer shell of the notebook PC, stamping process, drawing die, trimming die 1 引言 1.1 目的 本次畢業(yè)設計是一個重要的教學環(huán)節(jié)。通過這次設計沖壓工件的沖壓工藝與模具設計,提高了我綜合運用所學知識,同時也積累了解決工程實際問題的經驗,為以后從事工程技術工作奠定基礎，可以更快的融入社會。也是對學生事實求是、創(chuàng)新的科學態(tài)度和養(yǎng)成嚴肅、認真、細致的從事技術工作的優(yōu)良作風的培養(yǎng)。 1.2 意義 本次畢業(yè)設計的題目是筆記本電腦外殼沖壓模具設計,課題的主要內容是設計一套用于液壓機上的結構簡單的本電腦外殼的成形模,提出各種可能的沖壓工藝方案,經過分析與討論確定適合于大批生產和中批生產的工藝方案。進行了詳細的工藝計算,選擇沖壓設備,編制工藝文件。然后設計電腦外殼的成形模 1.3我國模具的發(fā)展現(xiàn)狀 沖壓技術廣泛用于航空、汽車、電機、家電和通信等行業(yè)零部件的成形。近幾年來，我國具工業(yè)從起步到飛躍發(fā)展，歷經了半個多世紀，近幾年來，我國模具技術有了很大發(fā)展，模具設計與制造水平有了較大提高，大型、精密、復雜、高效和長壽命模具的需求量大幅度增加，模具質量、模具壽命明顯提高，模具交貨期較前縮短，模具CAD/CAM技術也得到了相當廣泛的應用。 模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。 (1) 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產部分轎車覆蓋件模具。 (2) 體現(xiàn)高水平制造技術的多工位級進模、覆蓋面大增，已從電機、電鐵芯片模具，擴大到接插件、電子零件、汽車零件、空調器散熱片等家電零件模具上。模具質量、模具壽命明顯提高，模具交貨期較前縮短。 (3) 模具CAD/CAM/CAE技術相當廣泛地得到應用，并開發(fā)出了自主版權的模具CAD/CAE軟件。近年許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。許多研究機構和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。一些國內模具企業(yè)已普及了二維 CAD ，并陸續(xù)開始使用 UG、 Pro/Engineer 、I-DEAS 、Euclid-IS 等國際通用軟件，個別廠家還引進了 Moldflow 、C-Flow 、DYNAFORM 、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 軟件，并成功應用于沖壓模的設計中。 (4)電加工、數控加工在模具制造技術發(fā)展上發(fā)揮了重要作用。模具加工機床品種增多，水平明顯提高。 (5) 快速經濟制模技術得到了進一步發(fā)展，尤其這一領域的高新技術快速原型制造技術(RPM)進展很快，國內有多家已自行開發(fā)出達到國際水平的相關設備。 (6) 模具標準件應用更加廣泛，品種有所擴展。模具材料方面，由于對模具壽命的重視，優(yōu)質模具鋼的應用有較大進展。 目前,我國模具總量雖然已達到相當大的規(guī)模,模具水平也已有了很大提高,但設計制造水平在總體上要工業(yè)發(fā)達國家落后許多。隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經越來越認識到產品質量、成本和新產品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎的要素之一我國目前的模具開發(fā)制造水平比國際先進水平至少相差10年，特別是大型、精密、復雜、長壽命模具的產需矛盾更加突出，已成為嚴重制約我國制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。 ２.未來沖壓模具技術的發(fā)展趨勢。 模具技術的發(fā)展應該要適應模具產品“交貨期短”、“精度高”、“質量好”、“價格低”的要求。達到要求發(fā)展有以下幾項： （1）模具產品發(fā)展將大型化、精密化。 （2）多功能復合模具將進一步發(fā)展。新型多功能復合具是在多工位級進?；A上開發(fā)出來的。一套多功能模具除了沖壓成形零件外，還可擔負轉位、疊壓、攻絲、鉚接、鎖緊等組裝任務。通過這種多功能模具生產出來的不再是單個零件，而是成批的組件。 （3）熱流道模具在塑料模具中的比重將逐步提高。 （4）快速經濟模具的前景十分廣闊。適應多品種、少批量生產方式。一方面是制品使用周期短，品種更新快，另一方面制品的花樣變化頻繁，均要求模具的生產周期越快越好。因此，開發(fā)快速經濟具越來越引起人們的重視。例如，中、低 熔點合金模具、噴涂成型模具、陶瓷型精鑄模、疊層模及快速 原型制造模具等快速經濟模具將進一步發(fā)展?？鞊Q模架、快換沖頭等也將日益發(fā)展。另外，采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝置、快速試模技術也會得到發(fā)展和提高。 （5）模具標準件的應用將日漸廣泛。 使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，而且能提高模具質量和降低模具制造成本。 （6）模具使用優(yōu)質材料及應用先進的表面處理技術。 （7）在模具設計制造中將全面推廣CAD/CAM/CAE技術。 （8）高速銑削加工將得到更廣泛的應用。 （9）模具研磨拋光將向自動化、智能化方向發(fā)展。 （10）模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展。 1.4 設計方法及步驟 1、了解選題背景后，查閱一些有關模具材料、模具設計理論、模具設計實例、模架結構等方面的文獻，全面復習相關專業(yè)課程。 2、初步計算，根據所給零件圖樣，并且通過對工件的必要的工藝分析與工藝計算，還需考慮經濟性和可行性的前提下，才能確定工藝方案。 3、通過查閱相關資料，了解了各種沖壓模具的結構、模具的制造及設計和裝配流程。 4、模具設計，首先確定模架的結構形式，然后進行拉深模設計和修邊模設計。 2 零件沖壓生產經濟性分析和沖壓工藝規(guī)程的編制 2.1 沖壓生產經濟性分析 產品零件的生產批量對沖壓工藝加工的經濟性起著決定性的作用。沖壓產品的成本構成：C=C材+C1+C模。C材 –材料費，C1 –加工費，C模模具費。提高沖壓生產經濟效益的有效途徑有： 1.提高材料利用率一般材料費要占沖壓件成本的60%，生產中通過合理設計零件或改進毛坯形狀，合理排樣、搭邊或實行套裁或利用好廢料等； 2.減少工序數 世界不少國家大力推行減少每個零件的工序數目。日本是瞄準3-4道工序，目前其某些廠家已達到2-3道工序。因此日本沖壓件成本一般比我們低25%。其他國家也在大力推行。由于工序數減少，導致模具數量及模具出問題的機會減少，開動率提高，經濟效益大幅度提高； 3.推行“按件定隙” 經驗證明，當相當間隙Z雙收15%-20%時，模具使用壽命可提高3-5倍。因各種沖壓見的使用要求不同，質量要求各異，故其沖裁間隙也應不同，“按件定隙”會取得最佳效益； 4.推行“按件選模” 因對沖壓件質量與批量要求差別較大，要根據具體要求及批量大小選擇各種不同模具結構、模具材料及制模方法等。在大批量生產時要采用高效的多工位級進模、復合模、高壽命的硬質合金模等。而在小批量時，可采用一些造價低廉、制模周期短、模具材料可回收利用的各種簡易模具、組合模具或低熔點合金模等。 提高生產率目前世界一些國家，都在向生產效率要效益。有代表傾向的是(a) 建立沖壓自動線；(b)沖壓設備向多工位壓力機轉移；(c)以拉伸墊或數控拉伸墊代替雙動拉伸壓力機。由于生產效率高了，分攤到單件的費用減少，即降低產品成本增加收入。 2.2 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 2.2.1 材料 設計作品材料為鎂合金AZ31,用料厚度為1mm,它的化學成分和拉伸力學性能如下表1.1所示: 表1.1 鎂合金AZ31化學成分 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 AZ31B 0.05 0.005 0.005 0.04 0.30 鋁鎂合金一般主要元素是鋁，再摻入少量的鎂或是其它的金屬材料來加強其硬度。因本身就是金屬，其導熱性能和強度尤為突出。鋁鎂合金質堅量輕、密度低、散熱性較好、抗壓性較強，能充分滿足3C產品高度集成化、輕薄化、微型化、抗摔撞及電磁屏蔽和散熱的要求。其硬度是傳統(tǒng)塑料機殼的數倍，但重量僅為后者的三分之一，通常被用于中高檔超薄型或尺寸較小的筆記本的外殼。而且銀白色的鎂鋁合金外殼可使產品更豪華、美觀，可以通過表面處理工藝變成個性化的粉藍色和粉紅色，為筆記本電腦增色不少，這是工程塑料以及碳纖維所無法比擬的。因而鋁鎂合金成了便攜型筆記本電腦的首選外殼材料，目前大部分廠商的筆記本電腦產品均采用了鋁鎂合金外殼技術。 又因為鎂合金管材、棒材、型材、線材拉伸力學性能可達到下表1.2所列最低。 表1.2 鎂合金的拉伸力學性能要求 合 金 狀 態(tài) 產 品 標定厚度或直徑/mm 管材標定橫截面積/ mm2或直徑/mm 抗拉強度min/MPa 0.2%屈服強度min/mm 伸長率(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計所用材料應為鎂合金AZ31型材，它為中強合金，可焊，良好的成型性。 2.2.2 結構工藝性分析 零件的結構工藝性分析如表1.3所示 表1.3 工藝性分析表 分析項目 沖壓件的形狀尺寸 工藝性允許值 分析結論 拉深工藝性 形狀 盒形,形狀規(guī)則無尖角 形狀相對簡單。 圓角半徑 R3 >1.5t=1.5 工藝結構大于允許最小值。 拉深壓邊 t/D×100=0.38 <<3 拉深容易起皺,需要壓邊。 這零件在設計過程中，需要拉深這一個工藝過程，因為液壓機沒有固定的行程，不會因薄板厚度的變化而隨之超載，尤其是對于一些需要很大施力行程的加工時，是具有明顯優(yōu)勢的，而且液壓機下面可以是原有的液壓機頂缸，用其來頂出零件，經上述分析最終選用液壓機。 2.3 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體零件，它的側壁是由兩對長度分別為A-2r和B-2r的直邊及四個半徑為r的倒角所構成。拉深盒形件時，因為盒形件是非回轉體，所以變形沿壁周向的分布是不均勻的。直邊區(qū)域的變形量比較小，圓角區(qū)域的變形量比較大，變形分布很復雜。雖然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。因為圓角部分的材料要圖向直邊流動，所以直邊部分也產生橫向壓縮與縱向伸長的變形。由于直邊的存在，圓角部分金屬的流動，從而使圓角部分的變形程度大為減小。 2.3 盒形件形狀 2.3.1 盒形件的修邊余量 盒形件要想免去修邊工序，其高度要小，且要對上口要求不高。一般情況下，盒形件在拉深后都是需要修邊，因而在確定毛坯尺寸和進行工藝計算之前，在工件高度或凸緣寬度上需加修邊余量。 H0/r=18/3=6 （2-1） 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—盒形件側壁間的圓角半徑 查文獻[5]表4-24得 △H=(0.03~0.05)H0 （2-2） 取 △H=0.05H0 =0.05ｘ18=0.9 則 H= H0+△H=18.9 2.3.2 盒形件毛坯尺寸計算 r/(B-H)=3/(260-18.9)≈0.012<0.22 （2-3） 圖2.4 盒形件修邊量 根據文獻[5]圖4-57可知這個盒形件屬于Пa區(qū)，從而可知角部圓角半徑較小的低盒形件。拉深特點：只有微量的材料從盒形件的圓角處轉移到側壁上去，而幾乎沒有增補側壁的高度。 其毛坯尺寸計算如下： (1)壁部展開長度： L=H+0.57r底 (2-4) 由于筆記本電腦外殼兩側不是對稱的，且是一段圓弧，所以，側壁就取圓弧長度，兩側統(tǒng)一取H=22mm。 L1=22+0.57ｘ3=23.71mm L2=18.9+0.57ｘ3=20.61mm (2)按拉深計算角部毛坯半徑R 當r=r底時 R1=(2rH1)1/2=12mm R2=(2rH2)1/2=11mm 圖2.5 毛坯尺寸計算方法 統(tǒng)一取R=12mm (3)過ab線段的中心點向半徑為R的圓弧做切線。 (4) 作直線與切線的交接處點，然后用半徑為R的圓弧，光滑連接交接處點，變可得出毛坯外形。 按上述方法計算出毛坯尺寸及外形為： H/B=18.9/260≈0.073 （2-5） t/Dｘ100=1/293ｘ100≈0.34 （2-6） r/B=3/260≈0.0115 (2-7) 查文獻[5]表4-26 H/B1=0.3/0.85=0.255 H/B1< H/B, 所以可以一次拉成 查文獻[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2.6 毛坯尺寸、外形 對于低盒形件,因為圓角部分對直邊的影響不大,所以圓角處的變形是最大的,因而變形程度可以用圓角處的假想系數來表示： m=r/ky (2-8) 式中 r —角部的圓角半徑 ky—毛坯圓角部分的假想半徑 本產品r=r底，而r=r底時，拉深系數可以用H/r的比值來表示， 所以 m=1/(2H/r)1/2≈0.28 查文獻[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 2.4 排樣設計及材料利用率計算 2.4.1 排樣方式： 當選用尺寸為1000ｘ750mm,厚1.0mm的鎂板，每塊生產6件的排樣?？梢允鼓＞咴O計簡單以及送料方便。 2.4.2 材料利用率： (2-9) 2.5工藝方案的確定 2.5.1基本工序： 對于這次的設計作品如果省去切口工序，也就是在落料時要把切口部分的材料去掉。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，切口工序不可缺少的，而且是在后面的工序中。 如果先沖孔在拉深，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合模，但因為鎂合金在拉深時必須加熱，且在拉深過程中，需要設置拉深筋、拉深坎，所以不宜使用落料拉深復合模。該零件加工的基本工序確定為落料、拉深、沖孔、修邊。 2.5.2不同工藝方案的比較 方案一：落料-拉深-沖孔-修邊 方案二：落料拉深復合模-沖孔 -修邊 方案三：落料、拉深、沖孔級進模 -修邊 方案四：落料（切口部分材料落料先切去）-拉深沖孔復合模 分析以上四種方案，可以明顯的看出，方案四中落料時省去切口工序，將會導致精度不能達到要求，而且在拉深過程中需要加熱，并且拉深速度減慢，所以不宜設計復合模，所以方案四不合適。 方案三 設計級進模是可以省去一些工序，從而使生產效率提高，但是它存在和方案四相同的問題，拉深時需要加熱，且拉深速度較慢，這樣加熱時所有的零件一起加熱是對資源的浪費且成本過高，所以也不合適。 方案二 與以上有同樣的問題，就是拉深時需要加熱，不適合用復合模。 方案一 設計單工序模的效率不是最高的，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。 2.6 工藝計算 2.6.1 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≈252.6KN (2-10) 其中 t— 材料厚度 ，單位為[mm]； τ—材料抗剪強度， 單位為[Mpa]; L—沖裁周長 ，單位為[mm]； 卸料力 F卸=K3 F落 (2-11) 查文獻[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 (2-12) 所以選擇Y32-100型液壓機。 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)根據刃口的磨損規(guī)律，如果刃口磨損后尺寸變大，則刃口應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，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。 落料時凸、凹模工作部分的尺寸與公差，對于簡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 (2-13) 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 工件精度為IT14 取x=0.5，對直邊部分 查文獻[3]表2-6 得 δp=0.035mm δd=0.050mm 查文獻[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[3] 得 δp=0.02 mm δd=0.025 mm 查文獻[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 2.6.2 拉深工序 由于常溫下，鎂合金不能拉深。所以拉深時需要加熱到300℃，用來提高鎂合金的拉深性能。 查文獻[9]附表A2得 300℃時其抗剪強度 τ=35~50Mpa 抗拉強度 σb=30~50 Mpa 查文獻[8]表1-4-29 盒形件一次拉深時的拉深力F拉 F拉=(2A+2B-1.72r)tσbK4 (2-14) 其中 A、B—盒形件的長與寬 r—盒形件圓角半徑 t—材料厚度 σb—抗拉強度 單位(Mpa) K4—系數 H/B=18.9/260=0.07 r/B=3/260=0.0115 t/Dｘ100=1/297ｘ100=0.33 查文獻[8]表1-4-33 得 K4=0.7 所以 F拉=（2ｘ260+2ｘ305-1.72ｘ3）ｘ1ｘ50ｘ0.7 =39369N≈40KN 查文獻[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[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 (2-15) 所以選擇Y32-100型液壓機 2.6.3 沖孔工序 沖孔力 F沖=1.3Ltτ=1.3ｘ[81ｘ4+4π(15+13)/2]ｘ1ｘ140=99008N≈99KN (2-16) 推料力 F推=n K推F沖=5ｘ0.055ｘ99=27.23KN (2-17) 卸料力 F卸=K卸 F沖=0.04ｘ99=3.96 KN (2-18) n=5 是同時留在凹模刃口內廢料的片數 查文獻[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 (2-19) 所以選擇Y32-100型壓力機 2.6.4 修邊工序 對于筆記本電腦外殼兩端的缺口，是可以用切口工序完成。切口分成兩個方向進行的，分為水平方向和垂直方向。并且切口1、2之間的距離為5mm，因為切口3的長度較長，所以不能一次切成，要先在切口1、3的水平方向切一次，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。此時修邊工序才算完成。 切邊力的計算： (1)第一次切邊 F切=1.3Ltτ (2-20) 式中：F切－切邊力（N） L－工件輪廓周長（mm） t-材料厚度（mm） τ-材料的抗剪強度（Mpa） 則F切=1.3×780×1.0×140＝141960N=142（KN） (2)第二次切邊 圖2.7 修邊順序 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型閉式單點壓力機 2.7沖壓工藝過程卡片 表1.4 沖壓工藝過程卡片 沖壓工藝卡片 產品型號 零件圖號 產品名稱 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 材料技術要求 鎂合金AZ31 1.0750 1000 293340 6 工序號 工序名稱 工序簡圖 設備 模具 0 下料 剪板機 1 落料 Y32-100型液壓機 落料模 2 拉深 Y32-100型液壓機 拉深模 3 沖孔 Y32-100型液壓機 沖孔模 4 斜楔修邊模 J31— 2500壓力機 修邊模 5 垂直修邊模 J31— 2500壓力機 修邊模 6 垂直斜楔修邊復合模 J31— 2500壓力機 水平垂直修邊復合模 3 拉深模設計 3.1 模具的結構形式 由于制件的材料比較薄，為了使得到的制件是平整的，采用了彈性壓邊裝置來實現(xiàn)。為操作方便、取件與有均勻的壓邊力，所以壓力機應該采用液壓機。在設計時，彈性壓邊圈是安裝在拉深模的下模，這種模具的特點是可用壓力大的彈簧，橡皮或氣墊，用以增大壓邊力，同時壓邊力是可調的，來滿足拉深件的要求。 其結構形式為： 圖3.1 拉深模裝配圖 因為拉深過程中要滿足拉深時的外形尺寸，所以拉深過程中出現(xiàn)起皺的問題是最可能發(fā)生的，而且對于這類覆蓋件拉深時，在毛坯各處的變形程度都不一樣且相差很大，所以我們還需要采用拉深筋來控制毛坯各段流入凹模的阻力，也就是調整毛坯周邊各邊的徑向拉應力。零件的幾何形狀、變形特點和拉深程度決定了拉深筋在毛坯周邊的位置分布。如果在變形程度大、徑向拉應力也大的圓角處，是可以不設或少設拉深筋。直邊處要設1~3條拉深筋，為了增大變形阻力，從而調整送料阻力和進料阻力。 加熱拉深時，要同時對毛坯和模具一起進行加熱，如果只對毛坯進行加熱的話，沖壓只適用于變形程度小的情況。當只對毛坯進行加熱時，毛坯從加熱爐送至冷模具上沖壓，毛坯的溫度將由70至150度的溫差下降，因而要想讓毛坯拉深時的溫度符合要求，則毛坯就需要加熱到更高的溫度。有因為鎂合金拉深性能不好，所以拉深時對毛坯和模具同時進行加熱。 3.2 模具刃口尺寸計算 3.2.1 上下模刃口尺寸計算 因為零件一次可以拉成，所以凸模的尺寸等于零件的內部尺寸。盒形件拉深時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 圖3.2凸凹模間隙 z/2=1.1t=1.1mm （3-1） 圓角部分的間隙求法如圖3.3所示此零件要求外形尺寸，所以計算圓角部的間隙要用b)圖。 a)工件要求內形尺寸 b)工件要求外形尺寸 圖3.3 盒形件圓角部分間隙 rp=(0.414rB+0.1t)/0.414 式中 rp—凸模的圓角半徑； rB=rd-Z/2 本次設計中 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 3.2.2 壓力中心計算 為了使壓力機和模具能正常工作，必須使沖模的壓力中心與壓力機滑塊中心線相重合。否則沖壓時會使沖模與壓力機滑塊歪斜，引起凸凹模間隙不均和導向零件加速磨損，造成刃口和其他零件的損壞。拉深過程中，因為壓力是不均勻的并且此零件的幾何形狀不是完全對稱的，所以壓力中心的計算比較麻煩，但是此零件近似對稱，我們?yōu)榱擞嬎愫唵慰梢跃徒瓢阉膸缀沃行亩x為壓力中心。 3.3 零件設計及標準件選擇 3.3.1 凸模的設計 (1) 凸模尺寸 凸模尺寸260ｘ305ｘ85mm (2) 凸模強度校核 由于凸模屬于不規(guī)則零件，則要按照凸模工作端面的尺寸來計算，可以分為以下兩種情況：一、凸模端面寬度B大于沖裁件厚度t（如圖3.4a)）。二、端面寬度B小于或等于沖裁件厚度t（如圖b)）。由于沖裁件厚度只有1mm，因而屬于第一種情況。查文獻[11]，則需核算刃口接觸強度應力бk，因此此時接觸應力бk應大于平均應力б0。 圖3.4 計算凸模強度時所取的面積 бk=Ltτ/Fk≤[б] 式中 L—沖件輪廓長度(mm) t—沖件材料厚度(mm) τ—沖件材料抗剪強度(N/mm2) Fk—接觸面積(mm2)取接觸面積寬度為t/2 бk—凸模刃口接觸應力 [б]—凸模材料許用應力 取[б]=1800N/mm2 бk=100<[б]=1800 所以強度符合條件 (3) 凸模的結構形式 由于凸模與模座有較大的接觸面積，所以可以直接用螺釘固定，如下圖所示，由于凸模所受力不是很大，因而可以直接把凸模固定在下模座上，并切要以底面止扣定位，可以讓整體結構變的簡單。 圖3.5 凸模 3.3.2 凹模的設計 1) 凹模的形狀及尺寸 凹模形狀如下圖所示，從模具實際結構的需要出發(fā)，應設計其尺寸為400ｘ400ｘ70mm，h1大于20mm以上是為防止壓手。 圖3.6 凹模 2) 凹模的刃口形式 采用平刃口，特點是刃磨后刃口尺寸不變。 3.3.3 定位板的設計 單個毛坯的外輪廓是用定位板來進行定位，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[8]表1-2-42得: h=t+2=1+2=3mm (3-2) 因而定位板的尺寸為400ｘ400ｘ3mm，與壓邊圈配合。 3.3.4 彈性壓邊圈的設計 因為筆記本電腦外殼的圓角部分的半徑較小，所以拉深過程中有出現(xiàn)起皺的情況的可能性，為保證能正常生產，所以需要加壓邊圈。由于壓邊力的大小對拉深力影響大，壓邊力太大會增加危險斷面的拉應力，以致于拉裂或嚴重變薄，太小則防皺效果不好。 壓邊裝置分為剛性和彈性，本次設計應當采用彈性壓邊裝置，彈性壓邊裝置的壓邊力系由底油缸、彈簧或橡皮產生。因為油缸壓邊力不隨凸模行程變化，壓邊效果較好，而彈簧和橡皮壓邊力都隨行程增大而上升，對拉深不利。所以選用油缸壓邊裝置。 根據模具的實際需要，彈性壓邊裝置的尺寸設為400ｘ400ｘ8mm，與凸模間隙配合。 3.3.5 拉深筋的設計 由于毛坯各處的變形程度相差很大，所以需要用拉深筋來調整。拉深筋的結構和位置對于覆蓋。的拉深成形的質量而言，是有極其重要的影響因素。因為拉深筋的結構與產生的阻力密切相關，所以不合理的結構，將使筋的作用不能正常發(fā)揮。 拉深筋合理的位置應同時滿足下列條件： (1)起外皺 圖3.7 拉深筋誘發(fā)外皺 圖3.7是壓筋瞬間狀態(tài)。包筋的材料是來自外緣，外緣體性質是純脆屬于不帶壓邊圈情況下的拉深，所以應該滿足不用壓邊圈的依據，否則會起外皺。如果在dj之外，設置一平面壓邊圈單獨施加平面壓邊力，則壓筋時外皺可以避免。 (2)不起內皺 筋的阻力是隨著位置的外移而呈上升趨勢。如果在結構一定的情況下，則阻力近是位置的函數。 (3)不拉裂 雖然阻力的增大可以消除內皺的現(xiàn)象，但是阻力過大又會造成內部的拉裂的現(xiàn)象。如果在筋結構已定的情況下，只需要通過調整位置參數就可以避免以上情況。 3.3.6 上下模座、導柱導套的設計 模座與導柱導套都選用標準的。則模座選用GB2855.5-81,硬度為HRC28-32,材料為HT200，及上模座尺寸為A400ｘ400ｘ55，下模座尺寸為A400ｘ400ｘ65。在安裝模具時，由于模具的方向容易產生誤差，打上和模記號為了防止誤差，或者讓導柱間距不一樣。因而模座上的兩個導柱的直徑是不一樣的，導柱直徑為45mm,導套直徑為60mm，另一個導柱直徑為50mm導套直徑為65mm。 3.3.7 出件裝置的設計 下圖為出件裝置的結構，這樣的設計模柄導致要選用中間有孔的，可以方便打料桿從中間孔中通過，它的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模具閉合高度的計算 H=H1+H2+H3+H4=55+70+85+65=275mm (3-3) H1是上模座高，H2是凹模高，H3是凸模高，H4是下模座高。 3.5 壓力機校核 表2.1 壓力機的校核 校核內容 壓力機參數 模具參數 結論 動梁最大行程 600 遠遠小于 可以將零件放進取出 動梁至工作臺面最大距離 Hmax=900 Hmin=230 H=275 滿足 工作臺尺寸 586×950 下模座尺寸為 560×560 滿足要求 4 修邊模設計 4.1 模具的結構形式 修邊模是由單純的修邊模和修邊沖孔復合模組成，修邊模可以由鑲塊的運動方式不同而分為三種基本類型： 垂直修邊模 修邊鑲塊與壓力機滑塊的運動方向一致作垂直運動的修邊模 斜楔修邊模 修邊鑲塊作水平或傾斜運動的修邊模 垂直斜楔修邊模 一些修邊鑲塊作垂直方向運動，而另一些修邊鑲塊最水平或傾斜方向運動的修邊模 分析以上3種修邊：一、從經濟方面考慮，可以選擇垂直斜楔修邊模，但是由于其中一個切口尺寸過大。二、選擇垂直斜楔修邊模，則工件的精度難以得到保證。三、再用垂直修邊模，這樣雖然工序多了一個，但是工件的精度保證了。由于設計時，我們應在保證質量的前提下，才能考慮經濟性。所以綜上所述應該先選擇斜楔修邊模。 其結構形式為： 圖4.1 修邊模裝配圖 設計修邊模的定位是否方便、可靠、安全，決定了是否能保證零件修邊的尺寸、位置準確。 修邊模設計時須注意的問題： 1采用鑄造的上模、下模、壓料板 2防止壓料板的掉落，需設置壓料板安全機構 3對于承受水平推力的模具要同時使用導柱和背靠塊 4設置支承器，保護彈性元件部工作時處于自由狀態(tài) 5設置模具的起吊裝置 4.2 壓力中心計算 因為零件形狀基本對稱,其幾何中心可以近似看做壓力中心，則無需計算壓力中心。 4.3 零件設計及標準件選擇 4.3.1 斜楔和滑塊的設計 (1)斜楔和滑塊的行程關系 斜楔和滑塊是配對應用的。因為交直運動是為水平運動或傾斜運動，所以才能擴大沖模的行程。根據零件的需要，本次設計應該把垂直運動轉換為水平運動，其運動簡圖如圖4.2所示。斜楔1向下推動滑塊2沿水平向右移。 圖4.2 斜楔、滑塊運動方式 對于水平斜楔機構的行程關系,如下: 加工時所需的水平方向的行程量就是滑塊的運動行程S，也是零件取出和放入的操作量的總和。下面3張圖分別是水平斜楔的結構圖、行程圖和工作受力圖，如圖4.3、4.4、4.5 圖4.3 結構圖 圖4.4 行程圖 其計算公式為 S3/S=tgβ (3-4) Q=F/cosθ1 (3-4) 圖4.5 工作受力圖 滑塊行程的大小受到斜楔角β的影響，同時斜楔角β也對力的傳遞和效率也有很大的影響。當作水平運動時取β=50o，為了平衡水平運動的斜楔的反側力，則在斜楔背面裝有反側塊。 取S=8mm,則 S3=8ｘtg50=9.53mm 取S3=10mm 得右邊滑塊尺寸為70ｘ222ｘ35mm，左邊滑塊尺寸為70ｘ132ｘ35mm。 (2) 斜楔和滑塊的尺寸設計 斜楔的有效行程S應大于滑塊行程S1，滑塊作水平運動的斜楔角度α一般可取40o。 滑塊的長度尺寸L2應當保證當斜楔開始推動滑塊時，推動的合力作用線處于滑塊長度之內（如圖4.6所示）。 合理的滑塊高度H2應小于滑塊長度L2，一般可取L2：H2=(2~1)：1 為了保證滑塊運動的平穩(wěn)，滑塊的寬度B2一般應小于或等于滑塊的長度L2的2.5倍。 斜楔尺寸H1,L1基本上可按不同模具的結構要求進行設計，但必須有可靠的擋塊，以保證斜楔正常工作。 圖4.6 滑塊尺寸關系圖 對于大型模具，滑塊寬度B2與斜楔寬度B1及所需的斜楔數量可通過查文獻[11]表14-40獲得。 4.3.2 滑塊返回行程的復位機構 斜楔滑塊在進行修邊時，由于卸料力和滑塊重力或其它因素所產生的力會把凸?？ㄗ。ぷ魍戤吅?，滑塊不能自動回到初始位置，為了使滑塊回到初始位置，必須設置復位機構。復位機構分為彈簧復位機構和返楔復位機構。返楔復位機構就是在壓力機回程時靠返楔機構將滑塊回到初始位置。本次零件復位機構的設計采用反楔復位機構，其特點就是結構緊湊，工作可靠。其結構簡圖如圖4.7所示 1—滑塊 2—調整塊 3—防磨板 4—返楔塊 5—返楔滑塊 6—卸楔 圖4.7 滑塊復位機構 4.3.3 出件裝置的設計 由于工件是開口端朝下放在修邊模上的，工作時壓料板先壓著工件，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，會使其變形，對下道工序產生影響，所以要使工件順利取出，必須設置取件裝置，本次設計是靠氣缸推動推桿把工件推出。 4.3.4 上模座的設計 其結構如圖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 下模座的設計 其結構如圖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。3是用來定出托架，即頂出工件，2、4是作導向作用的。 下模座的尺寸及材料為660ｘ460ｘ120mm HT250 4.3.6 壓料板的設計 其結構如圖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的作用是當壓料板裝入或取出模具時的起吊裝置，只要在1處裝入起吊裝置就可以了。 4.3.7 防磨板的設計 防磨板的作用主要是提高導向面的耐磨性，防磨板材料一般采用優(yōu)質工具鋼，本次設計的材料采用T8A,硬度為52-56HRC。其尺寸設計原則如下： 防磨板寬度：導向面應選在被導向滑動零件輪廓的直線或最平滑的部位，一般取4-8處，且前后左右對稱分布。防磨板的總寬度應為內側滑動零件輪廓全長的25％以上，防磨板的總寬度決定后，需按比例配置在各導向部位。 防磨板長度：防磨板的長度只能長，不能短。因為當上模下降接觸毛坯之前要預先有一定的長度。 防磨板的尺寸隨零件的不同而不同，序號為04，其尺寸為25ｘ100ｘ5mm，序號為08，尺寸為75ｘ222ｘ8mm，序號為23，尺寸為25ｘ50ｘ5mm，序號為35，尺寸為35ｘ100ｘ5mm。 4.3.8 導板的設計 導板的作用是用于上下模的導向，所用材料為45鋼，硬度為高頻淬火HRC55,導板的尺寸為32ｘ50ｘ8mm。 4.4 模具閉合高度的計算 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 壓力機校核 表3.1 壓力機的校核 校核內容 壓力機參數 模具參數 結論 滑塊行程 315 接近 可以將零件放進取出 閉合高度 Hmax=490 Hmin=490-310=180 H=225 滿足 工作臺尺寸 1000×950 下模座尺寸為 660×460 滿足要求 設計總結 轉眼間三個月就過去了，經過這一段時間的畢業(yè)設計，我對沖壓模具設計又有了一個新的認識，對沖壓的了解又加深了一層，同時也對自己獨立完成設計增加了一些經驗，對以后走向工作崗位打下了堅實的基礎。 在本次設計中，通過查閱了大量的資料，我認識到自己對沖壓是多么的缺乏了解。更深一步的感受到沖壓過程中的工藝分析是多么重要，在前面的幾周內都是在做工件的工藝分析，當自己認為分析的已經足夠，考慮的也足夠詳細了，可以進行設計了的時候，動起筆來，卻不知從何下手，拉深過程中的起皺，拉裂怎樣預防，怎樣取出工件，加熱的爐子應該放在哪里，等等很多問題都不知怎么解決。剛剛認為拉深模的設計可以告一段落時，卻發(fā)現(xiàn)原本想好的修邊模又出了問題，原本打算設計垂直斜楔修邊復合模，卻發(fā)現(xiàn)由于一開始沒有考慮到尺寸相對于零件太大，設計出的模具達不到工件的精度要求，根本不能設計成復合模，所以又趕著修改修邊模，所幸最后終于按時完成了設計。 在設計過程中，拉深筋的位置和尺寸不能很精確的確定，因為它和拉深過程中的很多因素有關，并且有關拉深筋方面的文獻資料相對比較少。雖然在沖壓