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的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的影响。实验表明，在应用正确的模具结构和适当的工艺条件下，当坯料温度在350℃左右，拉深凹模温度在350℃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。
关键词：镁合金；手机外壳；冲压；工艺
1 引言
1.1 镁合金的独特性能
镁合金密度低，是实际应用中最轻的金属结构材料，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的应用前景和巨大的应用潜力，从而引起了许多国家的政府、企业和研究机构对镁合金及其成形技术的高度重视,投入了大量人力、财力进行开发研究,并取得了一定的效果 [1]。如德国大众(奥迪)汽车公司开发的镁合金汽车覆盖件的热冲压成形技术,成功地加工出汽车内门板,内镁外铝的混合车门,可比用钢板减重50%,比用铝板减重20%[2]。
1.2 镁合金的塑性变形特点
镁属于密排六方晶体结构，在室温下只有1个滑移面（0001），滑移面上有3个密排方向 ，所以室温下只有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。室温下，镁合金的塑性较差，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的，也是制约变形镁合金加工成形的本质原因。据有关文献报道，温度对镁合金的塑性影响很大，温度愈高，塑性愈好，变形抗力愈低，易于成型加工[3]。
图1 密排六方晶体材料中滑移系
2 镁合金的冲压成形
镁合金常用的成形方法有压铸、半固态铸造、挤压铸造、挤压和轧制等,其中镁合金产品的80 %是通过铸造方法获得 [1]。镁合金的冲压成形是一种技术难度较高的生产工艺，但以其生产效率高、可直接使用性能优良的轧制板材而具有很大的市场优势和广阔的发展前景。
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（Hcp），滑移系少，常温下塑性较差，一般须在150℃以上进行拉深成形。根据小坂田等人的研究结果,镁合金板材在250℃左右拉深时其拉深比超过铝合金和低碳钢板的常温拉深成形极限，在175℃时镁合金板杯形件拉深的拉深比可达2.0,而在225℃时可达3.0,超过了钢板和铝板在室温下的拉深比(分别为2.2和2.6)。在该温度下镁合金拉深成形性能与钢板和铝板在室温下的拉深性能相近[4]。
本文以某手机外壳的冲压生产为实例，对镁合金板材的冲压成形工艺进行了较为系统的研究。
3 冲压模具设计
3.1 手机外壳零件图
冲压生产的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，即：落料 拉深 修边 冲孔。考虑到实验的特殊情况，只需设计制造三套冲压模具，即：落料模具、拉深模具和冲孔模具，修边工序采用手工方式进行。
3.3 冲压模具设计
手机外壳是和其它多种小零部件相互配合、有严格装配关系的零件，考虑到实际使用时的互换性，在进行模具设计时仍然要对模具的型腔尺寸精度严格要求。
3.3.1模具结构的选取
此次制做的冲压模具是用来做实验的，为简化冲压模具的结构复杂程度、缩短模具的制做周期，设计时采用了带导向系统的单工序模具结构以便于调整。使用的标准模架参数如下：
1）落料模具模架尺寸 180mm×150mm（材料：HT200）
2）拉深模具模架尺寸 150mm×125mm（材料：HT200）
3）冲孔模具模架尺寸 150mm×125mm（材料：HT200）
3.3.2落料件尺寸的确定
该零件可按低盒形件处理。切边余量取0.4mm，弯曲的直边部分展开长度按下式计算：
Lz＝H＋0.57Rd[5]
式中：Lz――弯曲的直边部分展开长度
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所示的毛坯尺寸：
图3 落料毛坯图
3.3.3落料模具、冲孔模具的设计
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