笔记本电脑外壳拉伸模设计

随着科学技术的发展和进步，笔记本电脑在我们身边已经成了人们工作生活的必备品。外壳是电脑外壳的保护作用，外壳也决定了电脑的外观和质量，如何设计出符合功能要求、工艺良好的外壳拉伸模，已成为人们关注的重点。本次设计通过对笔记本电脑外壳拉伸模的设计，了解冲压工艺在实际生产中的运用，解决实际生产中的技术问题，提高产品的生产效率，提高产品的质量。

一、冲压工艺规程编制

（一）冲压件的工艺分析

笔记本电脑外壳常用的材料有镁合金、铝合金等。镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、阻尼减震性好、机械加工方便、易于回收利用等优点，是一种理想的外壳材料。例如镁合金 AZ31，在加热状态下具有较好的拉伸性能。但镁合金在常温下塑性变形能力差，需加热才能进行拉深。笔记本电脑外壳属于盒形件，其拉深具有自身特点。盒形件的侧壁由两对直边及四个转角构成，拉深时变形沿壁周向分布不均匀，直边区域变形量小，圆角区域变形量大。同时，该外壳设有定位孔和侧切边，若在落料时直接冲出定位孔或预留切边缺口，后续拉伸工序会使孔的形状变形、尺寸失真以及侧边变形，导致尺寸与外形不符合要求，因此冲孔和切边工序需安排在拉伸之后[1]。

（二）毛坯形状、尺寸的确定

盒形件一般都进行拉深修边，因此在毛坯尺寸确定和工艺计算之前，应在上机高度或凸缘宽加上修边余量，修边余量的大小与零件的尺寸形状及拉深工艺等有关。笔记本电脑外壳为盒形件拉深，其毛坯尺寸的计算步骤如下：先计算壁部展开长度，由于笔记本外壳两侧不对称，且为一段圆弧，所以侧壁取圆弧；再按拉深计算角部毛坯半径。计算过程中，充分考虑到流料的变形状况。

（三）排样设计及材料利用率计算

排样形式有很多，如直排、斜排、对排等形式。针对笔记本电脑外形的冲压，根据其外形和尺寸的特点，选择合理的排样方式，提高外形尺寸的材料利用率。考虑模具结构和冲压工艺的可行性。材料利用率是一个冲压工艺的经济指标。通过毛坯面积和板料面积的比较，可计算出材料的利用率。在生产中，尽可能地提高材料利用率，降低生产成本。

（四）确定工艺方案

通过对笔记本电脑外壳的分析，初步确定基本工序为落料、拉深、冲孔、切口、整形、修边等，具体的顺序和具体的工艺参数根据实际情况进行优化。通过对单工序模具和复合模、级进模等工艺进行对比，镁合金拉深需要加热，并且根据模具结构以及工艺要求，确定采用 4 副单工序拉深模进行加工。拉深模的设计是本项目的重点和难点。采用单工序模具加工效率比较低，从节约资源，并且符合镁合金拉深工艺要求的角度比较适合。

（五）工艺计算

落料工序主要落料力、落刀孔尺寸，计算落料力主要按材性、厚度、落料件轮廓尺寸等计算，落刀孔尺寸应考虑冲切间隙、冲切间隙磨损等保证落料件尺寸精度。拉深工序是整个工序的重点，主要拉深力、压边力等计算，镁合金 AZ31 不适合常温延展成形，需要加热，加热后力学性能发生变化，按公式计算拉深力，例如按矩形盒一次工序延展计算公式，具体如下：

F_L=(2b₁+2b-1.72r)tσ_bk₄

式中F——拉伸力, k—-拉伸系数 t——板料厚度，mm

σ_b^t 材料抗拉强度，MPab，、 b — — 盒 型 件 的 长 与 宽 ,mm。由于镁合金 AZ31 在常温下抗拉强度为 290MPa,不适合用于拉伸成形，所以必须进行加热处理，镁合金 AZ31 在300^∘ C 时其抗剪强度 τ=3550MPa , 抗拉强度 MPa; 拉伸系数k4查参考文献 [4] 表 1-4-33 得 k_⋅4=0.7; 板料厚度为 t=1mm ；盒型件的角部圆角半径 r=3mm ；盒型件为 260×305mm ；代人数据得：

= 39369.4N ≈ 40kN拉伸力 F_L=40kN , 压边力 F_K=13～33kN 总压力

Y32-100A 型液压机可以满足冲压要求。

冲孔工序计算冲孔力，刃口尺寸。冲孔力与材料材质和厚薄、冲孔的直径有关系。刃口尺寸的计算还要考虑到冲孔的尺寸以及冲孔的间隙，保证冲孔的质量和精度。修边工序计算修边力和模具结构的设计。修边力与修边的长度、材料的性能和厚薄等因素有关系。合理地修边模具结构的设计，保证修边的质量和效率。设计出冲压工艺过程卡片，对每一道工序的工艺参数和设备型号，模具号码等信息都有具体的记录，为工艺过程的生产做准确的指导。工艺过程卡是生产过程中必要的一种文件，保证生产的一致性，稳定性 [2]。

二、拉深模设计要点

（一）模具的结构形式

此次拉伸模为倒装结构拉伸模，上模座装有刚性卸料板压料的弹簧进行压料和卸料，此结构形状方便操作和取件，满足拉深工艺压边与卸料要求。上工序冲出的坯料通过 ⁴ 个定位销钉定位，确保坯料在拉伸过程中的位置不发生变化。

（二）模具刃口尺寸计算

上下模刃口尺寸计算中由于零件一次可以拉成，所以凸模的尺寸就是零件的内部尺寸。凹模的尺寸则需要根据凸模尺寸和冲裁间隙进行计算。冲裁间隙的大小对拉深件的质量有重要影响，要根据材料的性质和厚度合理选择。计算模具的压力中心，使模具在工作时受力均匀，避免模具因受力不均而损坏。压力中心的计算与模具的形状和尺寸有关，可通过相关公式进行计算。

（三）零件设计及标准件选择

凸模尺寸根据零件内部尺寸确定，同时要进行强度校核，由于凸模属于不规则零件，按凸模工作端面尺寸计算强度，分为凸模端面宽度 B 大于冲裁件厚度 t 和小于或等于冲裁件厚度 t 两种情况进行校核。凹模形状根据零件外形设计，其尺寸要考虑模具实际结构的需要。设计时要注意凹模的圆角半径、壁厚等参数，以保证凹模的强度和拉深件的质量。定位板用于对单个毛坯的外轮廓进行定位，与坯料定位面的配合可采用 H9/h9 间隙配合。根据坯料尺寸和定位要求，确定定位板的尺寸，一般定位板的厚度根据实际情况选取。

由于笔记本电脑外壳的圆角部分半径较小，在拉深过程中可能会出现起皱的情况，为保证正常生产，需要加压边圈。本次设计采用弹性压边装置，弹性压边装置的压边力系由底油缸、弹簧或橡皮产生，考虑到油缸压边力不随凸模行程变化，压边效果较好，所以选用油缸压边装置。弹性压边装置的尺寸根据模具的实际需要进行设计，与凸模间隙配合。在拉深过程中，毛坯各处的变形程度相差很大，需要采用拉深筋来调整。拉深筋的结构和位置对覆盖件的拉深成型质量有重要影响[3]。

径向拉应力大，变形量大，圆角地方不设拉深筋，或者有 1-3条在圆角部位设置拉深筋，增加变形阻力，调节进料阻力和送料阻力；拉深筋的深度、宽度等参数，根据实际情况来设定；上、下模的上下模座的大小、结构，根据模具整体布局和压力机的参数确定，保证模具的稳定性、牢固性。导柱导套，保证上下模的相对位置精度，导柱导套的直径、长度等参数，根据模具的大小、精度要求设定。设计合理的出件装置，保证在拉深完成时能够出件；出件装置由顶杆、推板等装置组成，通过弹簧、气缸等动力驱动出件装置将工件推出；模具闭合高度：模具处于最低工作位置时，上模座上平面距下模座下平面的距离。模具闭合高度要求，满足压力机装模高度。根据模具各部分厚度和工作行程确定。

结论：

通过对笔记本电脑外壳拉伸模的设计，完成了从冲压工艺分析到模具设计的全过程。确定了合理的冲压工艺方案，解决了镁合金在常温下不可拉深的问题，通过对模具关键要素的设计和优化，如模具圆角半径、压边力、拉伸力等，设计出了一套满足生产要求的拉伸模。

参考文献：

[1] 黄小英, 赵德玉, 龚育林, 等. 笔记本电脑外壳拉伸模设计 [J]. 模具制造 ,2024,24(09):7-9.

[2] 吕强 , 陈伟平 , 高彦荣 , 等 . 薄板超深拉伸模设计 [J].模具制造 ,2021,21(02):13-16.

[3] 赵 凯 . 前 盖 拉 伸 模 设 计 与 制 造 [J]. 模 具 制造 ,2020,20(04):26-28.