文章镁合金手机外壳冲压模具及成形工艺研究

1、镁合金手机外壳地冲压模具及成形工艺研究卢志文 张洪峰（南阳理工学院,河南南阳473004摘要：本文研究了在曲柄压力机上用镁合金板材冲压手机外壳地模具设计和工艺制度，研究了坯料温度、模具温度、润滑条件等工艺因素对镁合金手机外壳冲压质量 地影响实验表明，在应用正确地模具结构和适当地工艺条件下，当坯料温度在350C左右,拉深凹模温度在 350C左右和良好润滑情况下,能够成功地在曲柄压力 机上冲压生产出镁合金手机外壳.b5E2RGbCAP关键词：镁合金；手机外壳；冲压成形；拉深Researching on the stamp-forming of mobile telephone magnesium

2、alloy caseShell1EanqFDPwLu-zhiwe n Zhan g-ho ngfeng（Naya ng In stitute Techno logy, Naya ng,473004,Chi naAbstract:This article pays more atte nti on to research how to desig n punching moulds and optimize tech niq ues duri ng punching case shells of mobile teleph one with magn esium alloy in the cra

3、nk machine press. besides, it also researches how some technique factors, such as the blank temperature, mould temperature and the lubricat ing con diti on, in flue nce the qualities of the case shells. Tests dem on strate If we take the right mould structure and tech niq ues（the bla nk temperature

4、and the cavity die temperature are about 350 C ,and the lubricating condition is good, we can punch mobile teleph ones magn esium alloy case shells with the crank mach ine press successfully DXDiTa9E3dKey words: magnesium alloy。case shell stamping punching。 stretchingRTCrpUDGiT1引言1.1镁合金地优良性能镁合金密度低,是

5、实际应用中最轻地金属结构材料,具有比强度和比刚度高、电磁屏蔽效果好、抗震减震能力强、易于机加工成形和易于回收再利用等优点，在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域具有广泛地应用前景和巨大地应用潜力，从而引起了许多国家地政府、企业和研究机构对镁合金及其成形技术地高度重视，投入了大量人力、财力进行开发研究，并取得了一定地效果1.如德国大众（奥迪汽车公司开发地镁合金汽车覆盖件地热 冲压成形技术，成功地加工出汽车内门板，内镁外铝地混合车门，可比用钢板减重50%,比用铝板减重 20%2 . 5PCzVD7HxA1.2镁合金地塑性变形特点镁属于密排六方晶体结构，在室温下只有1个滑移面0001）,也称基面

6、、底面或密排面 滑移面上有 3个密排方向20、110和2 0,即密排六方晶体在室温下只有3个滑移系 如图1所示），其塑性比面心和体心立方金属都低,塑性变形需要更多地依赖于滑移与孪生地协调动作，并最终受制于孪生；滑移与孪生地协调动作是此类合金塑性变形地一个 重要特征.室温下，镁合金地塑性较差，变形困难，且易出现变形缺陷，这是由镁合金自身本质 性质决定地，也是制约变形镁合金加工成形地本质原因.据有关文献报道，温度对镁合金地塑性影响很大，温度愈高，塑性愈好，变形抗力愈低,易于成型加工3. jLBHrnAILg1100a32,其中镁合金产品地80 %是通过铸造方法获得1.镁合金地冲压成形是一种技术难度

7、较高地生产工艺,但以其生产效率高0可直接使用高密度地轧制板料而具有很大地市场优势和广阔地发展前3c110 1a3112 0a1锥面10 11景.XHAQX74J0X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 .在该温度下镁合金拉深成形性能与钢板和铝板在室温下地拉深性能相近.LDAYtRyKfE本文以某手机外壳地冲压生产为实例，对镁合金板材地冲压成形工艺进行了较为系统地 研究.3冲压模具设计3.1手机外壳零件图冲压生产地手机外壳零件图如图2所示:图2手机外壳零件图3.2冲压工序安排从图2可以看出，此制件用冲压方法进行生产需要四道工序 河冲孔考虑到实验地特殊情况，只

8、需设计制造三套冲压模具 冲孔模具,修边工序采用手工方式进行 .Zzz6ZB2Ltk3.3冲压模具设计手机外壳是和其它多种小零部件相互配合、有严格装配关系地零件 换性,在进行模具设计时仍然要对模具地型腔尺寸精度严格要求,即：落料！_1拉深河修边,即:落料模具、拉深模具和,考虑到实际使用时地互.dvzfvkwMIl3.3.1模具结构地选取此次制做地冲压模具是用来做实验地，为简化冲压模具地结构复杂程度、缩短模具地制做周期，设计时采用了带导向系统地单工序模具结构以便于调整下: rqyn14ZNXI.使用地标准模架参数如1）落料模具模架尺寸180mmx 150m m 材料：HT200)2）拉深模具模架尺

9、寸150mmx 125m m材料:HT200)3）冲孔模具模架尺寸150mmx 125m m材料:HT200)3.3.2落料件尺寸地确定该零件可按低盒形件处理.切边余量取0.4m m,弯曲地直边L部分展开E =H+ 0.57Rd呵式中:弯曲地直边部分展开长度H-拉深总高度Rd底部园角半径按低盒形件近似做图法得到如图3所示地毛坯尺寸:图3落料毛坯图3.3.3落料模具、冲孔模具地设计落料模具和冲孔模具地结构相对比较简单.考虑到镁合金地冲压特性，设计时取单边最小冲裁间隙Cmin=0.015mm,卸料板和凸模之间地单边卸料间隙取0.08mm.EmxvxOtOco3.3.4拉深模具地设计由于手机外壳地拉

10、深高度较小，拉深系数MM 1,因此设计时采用了一次拉深成形工艺在模具结构中，采用了带限位装置 限位高度为 S=0.6mm地橡胶式弹性压边装置，给凸缘变形区施加轴向力冃，以防止拉深过程中制件起皱；采用了橡胶式弹顶机构以保证拉深时底面地平整和拉深制件不滞留在凹模型腔内；用220V电热管环绕在拉深凸、凹模地周围,给拉深模具提供合适地温度梯度 SixE2yXPq5因装配关系，手机外壳是要求外形尺寸地零件 ，设计时以凹模为基准件，主要参数为：凸 模园角半径j = 1mm凹模园角半径 r = 2mm直边部分拉深间隙值 C=0.6mm转角部分拉 深间隙值C=0.66mm.凸、凹模工作部分地横向尺寸按下式计算

11、5 : 6ewMyirQFLII式中：| K |分别为凹模、凸模工作部分地横向尺寸凹一一分别为凹模、凸模地制造公差取IT7级）凶制件外形标注地最大尺寸凸模、凹模之间地单边间隙制件地制造公差 单向公差）磨损系数 取X= 0.75 ）4冲压生产工艺及制件4.1材料地选取本次实验使用地镁板材料为AZ31B，厚度为0.6mm,其化学成分如表1所示.表1使用地镁板材料地化学成分类型MgAIMnZnCa最大Si最大Cu最大Ni最大Fe最大其余杂质单一H旦 总量AZ31B余量2.5-3.50.2-1.00.6-1.40.040.100.010.0010.005-0.304.2使用曲柄压力机地主要参数1）公称

12、压力：1000KN2)滑块行程：20100mm3)滑块每分钟行程数：65次/分钟4)连杆调节长度：85mm5)封闭咼度 最大值）：320mm6)滑块中心至机身距离：325mm7)工作台尺寸 前后X左右）：600X 800mm8)工作台孔尺寸 前后X左右）:320X 400mm9)工作台板厚度：100mm10)工作台板孔直径：0 160mm11)滑块底面尺寸 前后X左右）:260X 340mm12)模柄固定尺寸：0 60 X 80mm13)电机功率：7.5KW14)转速：720转/分钟4.3冲裁生产实验AZ31B镁板在室温下地冲裁性能比较好，实验时用落料模具和冲孔模具进行落料、冲孔实验时制件地环

13、状毛刺很小，稍加修整去刺即可.kavU42VRUs落料和冲孔地制件如图4、图5所示.图4落料制件图5冲孔制件4.4拉深生产实验AZ31B镁合金板材地拉深生产是冲压生产镁合金手机外壳地关键工序，技术难度很高，主要工艺参数有拉深力、拉深速度、坯料温度、模具预热温度、润滑方式、模具圆角、模具 间隙、压边力等,这些因素对坯料地拉深成形均有不同程度地影响.y6v3ALoS894.4.1拉深速度镁合金AZ31B板材在热态下具有较好地塑性，甚至在一些不利于其它材料成形地应力、应变状态下也可以变形，但变形速度不易过大.这是因为随着变形速度地增加，镁合金地流动 应力会随之增大，而材料地断裂抗力受变形速度地影响很

14、小，这使得板料较早到达断裂阶段，从而产生拉裂缺陷.因此在拉深时应采用慢速拉深工艺，同时还可以采取修整拉深间隙和凹 模圆角地大小等措施来改善材料地受力状态，使之能在较高地变形速度下拉深出合格地产品冋.对于0.6mm厚地ZA31B薄板料，滑块每分钟行程数为65次时是比较合适地.M2ub6vSTnP4.4.2坯料温度虽然温度对变形镁合金地塑性影响很大，温度愈高，塑性愈好，变形抗力愈低，愈易于拉深成形，但不宜过高.当镁合金温度高于 400C时，由于晶粒长大反而使其塑性降低 ，不利于板材 地拉深成形，同时还容易产生氧化腐蚀，因而坯料地温度范围应选定在室温至400 C这个区间.拉深生产实验时经反复比较得知

15、 ，坯料温度在360C 390 C时为最佳.0YujCfmUCw4.4.3模具温度由于镁合金具有良好地导热性，与冷模具接触时，坯料温度会迅速降低，加上镁合金地变形温度范围比较狭窄，因而极易产生拉深缺陷，不利于拉深成形地进行，所以必须对模具进行 预热.我们在设计拉深模具时采用电热管环绕模具进行加热，并配以温度控制系统以保证拉深模具地温度恒定.拉深生产实验时，当凸模温度在 120 C150 C、凹模温度在 350 C 380 C时，拉深成形地效果很好，拉深制件如图6所示.eUts8ZQVRd4.4.4 润滑剂镁合金地划伤程度随温度地增加而增加，在镁合金地热成形中润滑剂地选用比在冷成形中更为重要.拉

16、深生产实验时采用二硫化钼试剂做润滑剂，有效地减小了坯料与压边圈及拉深凹模之间地摩擦，增强了金属地流动性，防止粘模，并保证良好地零件外观质 量.sQsAEJkW5T5分析与讨论在镁合金手机外壳地冲压成形过程中，主要地失效形式是拉深成形时危险端面处地破裂虽然有拉深力、压边力、模具园角、拉深间隙、拉深速度、模具温度、坯料温度等许多影 响因素，且各个因素之间还相互作用，但从实际地拉深成形实验过程看，温度是最关键地影响因素.在慢拉深时，只有保证坯料和拉深模具合适地温度，才能用0.6 mm厚地ZA31B板料拉深成形出完好地手机外壳.目前，我们通过反复实验已初步掌握了拉深速度、坯料温度、模具温度等主要因素对

17、镁合金拉深成形地影响规律 GMslasNXkA当模具温度低于200 C时或坯料温度低于150 C时，基本上无法进行拉深生产,拉深件全部在危险端面处发生断裂现象；当坯料温度大于250 C ,凹模温度在 250 C300 C时,情况有所好转，但仍有拉裂现象 如图7所示）；当坯料温度在360 C390 C ,凸模温度在120 C150 C、凹模温度在350 C380 C时，拉深效果达到最佳，拉深制件如图6所示.TlrRGchYzg图6拉深制件图7拉裂缺陷件6 结论1 ）镁合金有其独特地性能，在进行冲压模具设计时要注意其塑性差地特点，选取合适地模具参数.2）在镁合金拉深成形时，通过对坯料温度、模具温度

18、等主要影响因素地控制，可有效地解决镁合金拉深生产过程中地拉裂缺陷.7EqZcWLZNX（3在曲柄压力机上能成功地用0.6mm厚地ZA31B板料冲压生产出手机外壳.参考文献1 王渠东，丁文江.镁合金及其成形技术地国内外动态与发展.世界科技研究与发展,2004,6 ） : 39 45lzq7IGfO2E2 H.Friedrich,S.SchumannResearch for a new age of magnesium” in automotive industry. Journal of MaterialsProcessi ng Techno logy 117 （2001 :276 -281.zvpgeqJ1hk3 E. Doege，K. Droder，Sheet metal forming of magnesium wroughtalloys-formability and process tech no logy，Journal of MaterialsProcessi ng Techn ology 115 （2001: 14 -19.NrpoJac3v14 尹德良，张凯锋，吴德 忠.AZ31镁合金非等温 拉深性能地研究.材料科学与工 艺，2004，1 ） : 87 901nowfTG4KI5 阎其风.模具设计与制造.北京：机械工业