746 空氣濾清器殼正、反拉深、沖孔復合模設(shè)計（有cad圖+文獻翻譯）,746,空氣濾清器殼正、反拉深、沖孔復合模設(shè)計（有cad圖+文獻翻譯）,空氣濾清器,反拉深,沖孔,復合,設(shè)計,cad,文獻,翻譯 AZ31和 AZ61鎂合金的等溫板料成形 李士永 陳韻琿 王建怡 機械工業(yè)出版社 2001/1/18 摘要 在工業(yè)上已經(jīng)有關(guān)于鎂合金板料成形的報道，但這些報道很有可能是研究AZ31 和AZ61鎂合金板料在不同的高溫下成形的第一份正式的報道。結(jié)果表明，制造出厚度為0.5mm、1.3mm、1.7mm和2mm的擠壓制品是可行的。當前成形出厚度為0.5mm的板料被看為是工業(yè)上取得的技術(shù)成就?？刹捎脙煞N模具，凸模和凹模，凹模的設(shè)置似乎利用受壓的氣體將板料壓入凹模型腔。這種技術(shù)從來沒有在鎂合金領(lǐng)域應用過，并且在工業(yè)制造上有很大的潛力。由于這種伸展性能已經(jīng)在氣壓成形中體現(xiàn)出來，所以沖壓成形應該可以實現(xiàn)，許多沖壓實驗已經(jīng)證明了這一點。如2002年注冊的B.V科學。 關(guān)鍵詞：AZ31；沖壓；等溫板料成形 1.簡介 鎂合金是用于結(jié)構(gòu)成形的最輕的合金，在以前，將鎂合金作為機構(gòu)材料的不多，這是因為商業(yè)需求和執(zhí)照方法的限制。現(xiàn)在，鎂合金壓鑄成形在自動化領(lǐng)域變得流行起來，包括在筆記本電腦和蜂狀電話領(lǐng)域。然而，這種加工方法并不適合于制造薄壁的鎂合金結(jié)構(gòu)，因為這樣會造成大量的廢料。大家都知道，由于鎂晶體機構(gòu)是密排六方，所以鎂在室溫下的成形能力較差，然而鎂合金的加工性能可以隨著加工溫度的提高得到明顯的改善，如加工溫度提高的300℃以上。在這份報道中研究的是AZ31 和 AZ61在不同的高溫下的板料成形，為的是能夠?qū)崿F(xiàn)從擠壓板料中獲得產(chǎn)品。可采用兩種方法，沖壓成形和氣壓成形，如圖1所示。氣壓成形模的設(shè)計是利用受壓的氣體講板料壓入凹模型腔。這種方法有利于減少工件和沖模之間的摩擦力，所以材料的伸展性能能更好的展現(xiàn)出來。首先研究制品在不同部位上的應力分布，其實是描繪和構(gòu)建出材料的流線結(jié)構(gòu)。在另一方面，利用凸模沖壓的方法不僅材料的延伸性能不好，而且應力分布不均勻，所以材料的失效形式和氣壓成形完全不同。 圖 1 (a)氣壓成形矩形模；（b）矩形凸凹模；（c）圓柱形凸凹模 2. 材料和實驗過程 板料成形所采用的合金是AZ31和AZ61鎂合金，AZ31和AZ61的第一個數(shù)字分別表示各自的含鋁量為3%和6%，最后一個數(shù)字表示含鋅量為1%。板料成形的材料是通過將203 mm×762 mm的胚料通過開口為0.5, 1.3, 1.7和2mm的模具擠壓而成。AZ31的工作溫度為250℃，AZ61的工作溫度為280℃。實驗的基本工具是壓力機，該壓力機有一個熔爐可以提供一個等溫的條件。對于氣壓成形，只需一個，寬40mm，長120mm，深度為20mm的模具，但是可以通過插入一個擠壓墊成形厚度為8mm, 12mm和16mm的板料。將已經(jīng)成形好的板料放置在模具上，具有壓邊圈的蓋板下放并夾緊工件，然后室腔被密封，使受壓的氣體將板料壓到凹模底部。在成形過程中，根據(jù)材料的形狀不同所需要輸入的氣壓也不同。有些板料標有明顯的格子，以使可以通過測量格子的變形程度來確定該處的應力狀態(tài)。對于沖壓成形加工，矩形狀的板料所用的模具也是矩形的，和氣壓成形的一樣，但是凸模與凹模之間有2mm的間隙。對于圓形狀的板料也是一樣，模具直徑為20mm，凸凹模之間有2mm的間隙。 3.結(jié)果和分析 3.1.氣壓成形1.7mm厚的AZ31鎂合金（模具為矩形） 3.1.1.氣體增壓速率的成形性能 為了研究板料在不同的綜合條件下（如成形厚度，溫度，壓力和加壓時間）的成形能力，通過氣壓成形技術(shù)得到許多樣品。在410℃成形的兩個厚度為8mm樣品的p–t圖如圖2所示。和其他變形大的工件相比，這種變形小的工件只需要在較高壓力下保壓90s。對于進一步拉深深度為12mm的板料在同一溫度下的p–t曲線如圖3所示。對于這個深度，成形溫度在310℃以下也能成形，但是由于材料具有很大的流動應力，所以所需的壓力更大，保壓時間更長。對于成形深度為16mm的工件，進行里兩組成形實驗，一組成功了，一組失敗了，這是由于所加的壓力和保壓時間都不同，如圖4所示。如圖5所示，嘗試拉深深度為20mm，由于拉深深度從來沒有高于16mm過，所以這注定要失敗。以上兩種失敗的樣品的照片如圖6所示，失效的是從模具入口的的長邊中間開始的。對于這些成形工藝，氣壓隨著時間的延長而增加，因為成形的板料是球殼表面的一部分，瞬時的外形和厚度構(gòu)成一個時間函數(shù)，然后應用這個方程式計算屈服應力值Ie=pr/2t。p表示氣壓，r表示彎曲半徑，t表示厚度。這個公式可以大致的計算出以上實驗的增壓速率。一種先進的壓力分析和精準的建?？梢岳L制出一個理想的p–t曲線。 圖 2 圖 3 圖 4 圖 5 圖 2 410℃下成形出8mm深的矩形盒p-t圖 圖 3 410℃和310℃下成形深度為12mm深的矩形盒子的成功案例的p-t圖 圖 4 410℃下兩組輸入不同的壓力-時間成形深度為16mm的板料，一個成功，一個失敗 圖 5 410℃下成形矩形盒（20mm深）的p-t關(guān)系 圖 6氣壓成形拉深1.7mm的板料16mm和20mm的失敗案例 3.1.2.材料的應力分析和流動軌跡 在7種氣壓成形件中，有些工件有明顯的網(wǎng)格，以便測量其應力分布，最初，網(wǎng)格都是相同的直徑為2.5mm的圓，將其在成形之前印在板料表面?？梢詮淖冃蔚木W(wǎng)格中看出：最大拉伸應力位于上部彎曲長邊的中間位置。（圖7）如果板料承受不利的增壓速率和溫度，失效就會從這里開始。從第一個實驗測量的應力表明，大家認為的長邊中間在平面應力狀態(tài)下所得到的p–t曲線不一定完全正確。值得注意的是，在壓邊圈下的材料并沒有被完全固定好，而是有滑動的趨勢，如圖8所示。在高溫下，板料被軟化，蓋板上的壓邊圈使板料向內(nèi)縮進，在壓力的作用下形成一個槽。最初槽里面和外面的界限是平行的，但是內(nèi)邊界的一部分向里面移動，這表明，壓邊圈上的材料即使在夾緊的情況下仍然被拉伸了。這種機制在成功應用氣壓成形技術(shù)中很重要。 圖 7放大成形工件不同部位變形的格子，（上圖）12mm深，測量凹進去的那部分尺寸；（下圖）16mm深，格子位于凸起的那部分，e1表示最大表面應力，e2表示與之垂直的方向。 圖 8氣壓成形中材料的流線 3.2. 氣壓成形0.5mm厚的AZ31鎂合金（矩形形狀） 完成了成形厚度為1.7mm厚的板料，更具挑戰(zhàn)的是成形0.5mm厚的板料。他的實現(xiàn)可以被認為是工業(yè)上的一次技術(shù)成就。實驗了三個工件，其中型腔的深度分別為12mm，16mm,20mm。工作溫度在可行的范圍（310~410℃）內(nèi)接近330℃。開始的增壓速率設(shè)定在5 kgf/cm2 (490 kN/m2)，考慮到板料的厚度相對于原材料會減小三分之二。圖像顯示出來所采用成形工藝的增壓速率是可行的。（圖9）對于型腔是12mm和16mm，氣體成形工藝是可行的。只是和先前的工藝相比，需要更多的時間。對于型腔是20mm的實驗，成形工藝沒有取得成功。板料從周邊軌跡處開始失效。由于夾緊使加壓氣體密封是材料凹陷，所以失效開始的地方很薄。這種失效的形式和厚度為1.7mm的不同，他的失效出現(xiàn)在沖模的入口可以知道的是當彎曲更薄的板料時其沖模所受的壓力更大。 圖 9 330℃下從0.5mm厚的板料成形不同深度的矩形盒的p-t關(guān)系圖（a）12mm;(b)16mm（c）20mm 3.3. 沖壓成形厚度為1.3mm厚的矩形狀AZ31鎂合金 對于沖壓成形厚度為1.3mm厚的AZ31鎂合金這類范疇中，在室溫下對九個工件進行了測試（329℃5件、435℃3件）。正如所預測的那樣，在室溫下沖壓成形并沒有取得成功，在435℃的高溫下，3個樣品都能成形。在中低溫度下，除了那五個工件外，只有一個可以完成成形。這就表明，當溫度不是唯一的決定因數(shù)時，其他的因數(shù)，如潤滑、沖壓速度、和凸凹摸之間的間隙值對成形也有影響。這類失效的位置主要出現(xiàn)在轉(zhuǎn)角處（圖10）。在轉(zhuǎn)角處沖模給板料施加一個集中的應力。這正式氣體成形所能避免的。 圖 10 典型沖壓失效的模型樣品 3.4.矩形沖頭沖壓成形2mm厚的AZ61鎂合金 普遍認為，AZ61鎂合金比AZ31更難成形，這是以為前者的含鋁量比后者多，兩個2mm厚的板料在295℃下拉深16mm，只有一個成功了。它的加工溫度比實際所需的溫度相對要低一些。結(jié)果進一步說明了還有除了溫度之外的影響因數(shù)。 3.5.圓柱型沖頭沖壓成形2mm厚的AZ61鎂合金 用圓柱形沖頭沖壓成形深度為16mm深的18個工件中，在溫度范圍內(nèi)達到屈服的如下所示： Temperature range (8C) No. of test Yield 248–411 5 0 420–435 3 2 450–460 8 5 497–498 2 2 成功和失敗的結(jié)果從溫度中就可以很清楚的知道，但是有一個轉(zhuǎn)變區(qū)域溫度不是唯一的決定因數(shù)，潤滑作用，材料的預處理，凸凹模之間的間隙值等等都有可能成為影響因數(shù)。 4. 結(jié)論 AZ31和AZ61鎂合金板料成形在較高溫度下可以通過沖壓成形和氣壓成形兩種方法。溫度是決定成形是否成功的主要因數(shù)，也有第二影響因數(shù)，如潤滑，材料的預處理，沖壓速度，凸凹模間隙等等。氣壓成形技術(shù)從未應用于鎂合金，但是很有運用的潛力，運用這項技術(shù)，控制氣壓是最重要的技術(shù)。成形深度較淺的工件所需要的氣壓的量和氣壓速率都比成形深度較大的工件要小，氣壓成形失效的模具主要出現(xiàn)在模具入口的中間相對較薄處，而沖壓成形的失效主要是出現(xiàn)在沖壓的邊緣部分。 文獻 [1] N.A. El-Mahallawy, M.A. Taha, E. Pokora, F. Klein, On the influence of process variables on the thermal conditions and properties of high pressure die-cast magnesium alloys, J. Mater. Process. Technol. 73 (1998) 125–138. [2] A. Mwembela, E.B. Konopleva, H.J. McQueen, Microstructural development in Mg alloy AZ31 during hot working, Scripta Mater. 37 (11) (1997) 1789–1795. [3] H. Takuda, T. Yoshii, N. Hatta, Finite-element analysis of the formability of a magnesium-based alloy AZ31 sheet, J. Mater. Process. Technol. 89–90 (1999) 135–140. [4] H. Takuda, H. Fujimoto, N. Hatta, Modelling on flow stress of Mg–Al–Zn alloys at elevated temperatures, J. Mater. Process. Technol. 80–81 (1998) 513–516.