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邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 筆記本上蓋外殼的鎂合金薄板沖壓模具設計 內容提要 在本研究中，在室溫下 分別用 實驗方法和有限元分析 對 筆記本 上 蓋 的 合金薄板 沖壓工藝制造情況 進行檢查 。 四 操作沖壓工藝的開發(fā)消除了上蓋沖壓過程中的斷裂和褶皺缺陷。 為了驗證有限元分析，以 米厚的 板作為毛坯，執(zhí)行了一個實際的四操作沖壓工藝過程。 在實驗數據和有限元結果之間，恰當地符合不同單元中的厚度 分布 ， 證實了有限元分析的精確性和有效性。 本研究 還通過成功地制造筆記本上蓋外殼論證了室溫下 板的最優(yōu)可模鍛性。 本文 提出的四操作過程有助于產生一種 有效的方法，實現用比目前實際要求還要少的操作程序來設計筆記本鉸鏈 ，也證實了筆記本外殼可以用 合金薄板的沖壓工藝來制造，提供了一個 鎂合金 在電子工業(yè)應用中的選擇方法。 關鍵字 ： 筆記本外殼 ； 合金薄板 ； 多操作沖壓 ； 可模鍛性 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 1. 緒論 鎂合金由于 具有 重量輕和在電磁干擾阻力 下有 良好性能 的優(yōu)點 ，已被廣泛用于電子行業(yè) 的 結構部件，如手機和筆記本電腦 外殼 。 雖然 在 主要 的 鎂合金 制造過程中產品是進行 壓鑄 的 ， 但是由于 鎂合金 薄板的 沖壓 強 競爭 性 的生產力和在有效生產薄壁結構單元時的性能， 在 工業(yè)領域 里 人們 已對 其 產生興趣。 在 沖壓過程中 ，盡管由于它封閉的六角 晶體結構 以至它的形成需要高溫 ， 合金（鋁 3％，鋅 1％） 薄板在當前形成過程 中已 被廣泛應用 。 最近，鎂鋰（ 金已研制成功， 它可以 改善室溫下鎂合金 的可模鍛性。 鎂合金 的韌性 可以 通過增加 鋰 成分得到 改善 ， 來發(fā)展以立方體為中心的 晶體結構 的坯體的形成。 在本研究中， 檢驗了 板在 筆記本電腦 上蓋外殼 的沖壓 過程中的應用。筆記本上蓋外殼的兩個 鉸鏈的形成顯示 在 圖 1 的 a 和 b 中 ， 由于 邊緣 和 邊緣的小角落半徑之間微小 的距離， 鉸鏈的形成成了 沖壓過程中 最困難的運行 部分，這些影響在 圖 1的 c 中已表示出來。 這 種 幾何的復雜性 是當 鉸鏈 的邊緣與筆記本的邊緣太接近時，由角落半徑的變化引起的， 這將很容易造成 鉸鏈周圍的 破裂，此時需要一個多操作沖壓過程來克服這個問題。 在本研究中， 研究了 合金 薄板的可模鍛性，并用實驗方法和有限元分析兩種方法開發(fā)了最優(yōu)多操作沖壓過程，來減少運行程序的數量。 圖 1 筆記本上蓋外殼鉸鏈的邊緣 （ a）鉸鏈 （ b）上蓋外殼 （ c）鉸鏈邊緣 2. 鎂合金 薄板的力學性質 對 室溫 下 6％ ， 鋅 1％ ）、 合金 薄板 與高溫下 2（ a）表明了 板在 室溫 下與 溫 和 200 攝氏度時的 應力 變化 關系 。 據 圖可知 ，應力 變化 曲線 隨著鋰的增加而降低。同時可從圖 2 觀察到，室溫下 板和 200 攝氏度下 板的力學性質是很接近的 ， 顯示了 室溫下 室溫 下 200 攝氏度下 文） 更好的延展性。 由于鋰的成本非常昂貴 ，可選 為合適的 合金 薄板，而不選用 來反應室溫下良好的可模鍛性。 基于 此 ，本研究 采用 板作為筆記本上蓋外殼的毛坯，并研究其在 室溫下 的可模鍛 性。 為了判定 在有限元分析 中是否會發(fā)生破裂 ， 米的 板形成極限圖在圖 2（ b）中 已 給出。 圖 2 鎂合金 的力學性質 （ a） 鎂合金 的應力應變關系（ b） 板 的形成極限圖 3. 有限 元 模型 模具 的幾何結構是由 軟件構造的，并用 件修正為有限元網格，如圖 3（ a）所示。 模具 可 視為 剛體， 四節(jié)點 外 殼 組成部分用來構建毛坯網格。 從實驗中獲得的材料性能和成形極限圖被用來做 有限元模擬 。其他用于初始 運行的模擬參數有：沖床 速度 為 5 毫米 /秒，壓邊力 為 3 干 摩擦系數為 有限元軟件 來進行分析，模擬在 臺式 電腦上完成。 有限元模型 的構造首先用來研究鉸鏈的單操作成形過程。 考慮大批 上蓋外殼的對稱性，我們只對其一半進行模擬，如圖 3（ a）所示。圖 3（ b）所顯示的模擬結果 表明破裂 發(fā)生在最小厚度小于 米 的邊緣 的 拐角 處。這 意味著 破裂 問題是非常嚴邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 重 的 ，可能無法 通過擴大 邊緣的拐角半徑 得到解決 。 進行 有限元模擬 來 研究 影響發(fā)生破裂的 參數 ，并提出了 幾種 避免 破裂的 方法 。 圖 3 有限元模擬 （ a）有限元網格 （ b）拐角處的破裂 4. 多操作沖壓過程設計 為了 避免發(fā)生 破裂 ， 多 操作 沖壓 過程 是必需的。在目前的工業(yè)實踐 中 ，使用鎂合金 薄板形成上蓋外殼通常需要至少十個運行程序。 在本研究中， 我們試 圖 減少 運行 程序 數目 ，并 提出了 幾種方法 來 避免 破裂 ，證明 了 四 操作 沖壓 過程在破裂問題中是一個可行的解決辦法。 由于文章長度的限制，接下來只對兩操作和四操作沖壓過程進行描述。 操作沖壓過程 兩操作沖壓過程中的第一個運行程序是形成 側壁 ，如圖 4（ a）所示，第二個運行程序是形成高度為 5 毫米的 鉸鏈 邊緣，如圖 4（ b）所示。圖 4（ c）顯示了從有限元模擬中得到的厚度分布，變形薄板的最小厚度為 米 ，而且應力都高于成形極限，這意味著破裂是可以 避免 的。 此外 ，邊緣的高度 符合要實現的目標 。然而，如圖 4（ d）所示， 這一進程產生了 一個 關鍵的缺陷 —— 在 鉸鏈 邊緣處發(fā)生 起皺 ，這將導致在 后面 去毛刺過程中產生問題。 因此， 盡管 兩 操作 沖壓 過程解決了底部和鉸鏈邊緣拐角處的破裂 問題， 仍期望有更好的形成過程來解決鉸鏈邊緣的起皺問題。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 圖 4 兩操作沖壓過程 （ a）側壁的形成（ b）鉸鏈的形成（ c）厚度分布（ d）起皺 操作沖壓過程 四操作形成過程在本研究中的提出，如圖 5（ a）所示，是始于三個側壁和具有大的拐角半徑的鉸鏈邊 緣的形成。由于邊緣附近的側壁是打開的，而且拐角半徑比設計的要大，可成功形成邊緣，而且無破裂現象。 這樣的過程成功地避免了同時形成兩個幾何特征 的 困難 ， 但增加 了毛坯薄板的材料流通量。下一步工作是對側壁界外的毛坯進行修剪，并把 4 毫米的拐角半徑修正到要求的 米。 鉸鏈 就這樣形成了，如圖 5（ b）所示。 第三步 是把打開的一面折起來，這樣側壁就 可以完成其周邊 區(qū)域了 ，如圖 5（ c）所示。研究了第二步中修剪側壁界外的毛坯對第三步的影響。 當 多余的薄板沒有被修剪時，拐角的厚度是 米 ，如圖 5（ d）所示，而當第二步中修剪工作 實施后拐角厚度增加到 米 ，如圖 5（ e ）所示。第三步中由折疊過程產生的多余的材料在接下來的零件設計中會被作修剪處理。 最后一步是 最重要的一步，要對所有拐角半徑與設計值進行校準。最終產品的拐角最小厚度是 米 ，并且所有的應力都高于形成極限。 這是應當指出 的是 ，圖 5（ 顯示一個鉸鏈的 形成。同樣的設計概念 可 延伸到完整的 上 蓋 外殼的 沖壓過程 中去 。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 圖 5 沖壓過程 （ a）第一步操作（ b）第二步操作（ c）第三步操作（ d）未修剪（ e）已修剪 5 實驗確認 為了 證實 有限元分析， 以 米厚 的 板作為毛坯，進行了一個 實際的四操作 沖壓 過程。毛坯的尺寸 和模具的幾何 形狀是根據 有限元模擬的結果設計 的。 一個無 破裂無 皺紋的 完美的 產品 便 制造 出來了 ， 如圖 6（ a）所示。 為了進一步定量驗證有限元分析， 如圖 6（ b），對完美產品的 鉸鏈 附近的拐角的厚度進行測量，并與有限元模擬中得到的數據進行比較，結果列在表 1 中。 從表 1 可以看出，實驗數據 和有限元結果是一致的。 四操作過程是以有限元分析為基礎設計的，并由實驗數據進行驗證。 圖 6 完美產品（ a）無破裂無起皺（ b）厚度測量點 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 總 結 本 研究 使用 實驗方法和有限元分析 兩種方 法對 鎂合金 薄板的 沖壓 進行了研究。 首先對 板的可模鍛性 進行檢驗。 研究結果表明， 板在室溫下有良好的可模鍛性，同樣， 板在 200 攝氏度的形成溫度下也有該性質。本研究還通過成功地制造筆記本上蓋外殼證實了 板在 室溫下 的良好的可模鍛性。 本文 提出的四操作過程證實了 它自身 是一種有效的方法， 可以 運用比現在實際要求少的運行程序來制造筆記本的鉸鏈。 它也證實，筆記本 外殼可通過對 合金 薄板進行沖壓制造而成。這為 鎂合金 在電子工業(yè)中的應用提供了選擇方案。 邵陽學院畢業(yè)設計（論文） 1]of J. 2]of g–l J. 378. 192–195. [3]of of a J. [4]89/90. 135–[5]of on of a i–1Zn at 271, 251–256.