評估鎂合金板材沖壓的性能

時間：2013-01-28作者：深圳市騰暢模具五金有限公司瀏覽：11

室溫下鎂合金的塑性變形受密排六方晶體基面 的支配,**225 ℃時,**于{0001}基面和< 1120 > 方向滑移以及在錐面{1012}和< 1011 > 方向?qū)\生 來實(shí)現(xiàn),因而導(dǎo)致了鎂合金的塑性很低,進(jìn)而影響到 鎂合金的沖壓成形性能[122 ] . 盡管采用軋制工藝制備 AZ31 鎂合金板材可使基面的織構(gòu)有所減弱,從而 提高板材的塑性變形性能,但提高不大[ 3 ] . 研究表 明[425 ] ,采用等徑角擠壓( Equal Chanel Angular Ex2 t rusion , ECAE) 工藝制備的鎂合金材料具有優(yōu)異 的力學(xué)性能. 利用ECAE 加工鎂合金具有以下優(yōu)點(diǎn)[6210 ] :在 不改變試樣橫截面積的情況下,能夠使擠壓的材料 承受很高的塑性應(yīng)變;經(jīng)過多次反復(fù)擠壓后試樣的 組織結(jié)構(gòu)均勻,性能得到提高,可通過熱加工與動態(tài) 回復(fù)再結(jié)晶的組合工藝達(dá)到晶粒細(xì)化;通過調(diào)整剪 切面和剪切方向可以獲得不同的組織結(jié)構(gòu). 本文采 用自制的實(shí)驗(yàn)?zāi)＞?對單向軋制所制備的AZ31B 鎂 合金板材進(jìn)行了等徑角擠壓工藝實(shí)驗(yàn),并對等徑角 擠壓工藝前后AZ31B 鎂合金板材進(jìn)行了力學(xué)性能 和沖壓成形實(shí)驗(yàn),進(jìn)而分析等徑角擠壓工藝對鎂合 金板材沖壓性能的影響. 1 實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)方法 1. 1 實(shí)驗(yàn)流程 實(shí)驗(yàn)流程見圖1. 1. 2 單向軋制試驗(yàn) 試驗(yàn)中所用材料為AZ31B 鎂合金板材,厚度1. 2 mm. 將板材在箱式電阻爐中加熱,加熱溫度為200 ℃,保溫時間均為:60 min. 然后取出在a170 mm 圖1 實(shí)驗(yàn)流程 ×300mm 二輥軋機(jī)上以不同的道次加工率進(jìn)行熱 軋,軋制速度為0. 4 m/ s. 所得結(jié)果見表1. 將軋制后 留樣的板材分為兩組,一組直接進(jìn)行拉伸及沖壓成 形實(shí)驗(yàn);另一組繼續(xù)進(jìn)行等徑角擠壓工藝處理,然后 進(jìn)行拉伸及沖壓成形實(shí)驗(yàn). 表1 單向軋制實(shí)驗(yàn)工藝 溫度 原始厚度 H/ mm 軋制后厚度 h/ mm 壓下量 Δh/ mm 變形量 ε/ % 板材質(zhì)量備注 200 ℃ 1. 2 1. 15 0. 05 4. 2 完好 1. 2 1. 10 0. 1 8. 3 完好 1. 2 1. 05 0. 15 12. 5 完好 1. 2 1. 00 0. 2 16. 7 完好留樣 1. 2 0. 98 0. 22 18. 3 產(chǎn)生裂紋 1. 2 0. 95 0. 25 20. 8 產(chǎn)生裂紋 1. 3 等傾角擠壓實(shí)驗(yàn) 圖2 為自行設(shè)計使用的等徑角擠壓實(shí)驗(yàn)?zāi)＞? 模具參數(shù)見表2. 通過模具轉(zhuǎn)角的作用,在加工過程 中使變形材料發(fā)生剪切變形,產(chǎn)生剪切應(yīng)變,并由此 導(dǎo)致板材內(nèi)部位錯的重排從而影響板材的性能. 板 材在通過等徑角模具轉(zhuǎn)角前后板厚不發(fā)生變化,等 徑角模具通道內(nèi)表面進(jìn)行潤滑. 該工藝的關(guān)鍵在于 順利將板材送入ECAE 模具通道進(jìn)口,并使之通過 模具轉(zhuǎn)角而不發(fā)生失穩(wěn)起皺. 實(shí)驗(yàn)板材按照圖3 所 示的擠壓路徑,反復(fù)四次. 圖2 等徑角擠壓模具 表2 等傾角擠壓實(shí)驗(yàn)?zāi)＞邊?shù) 模具外角ψ 模具內(nèi)角φ 內(nèi)角半徑外角半徑擠壓速度 20° 90° 3 mm 4. 2 mm 0. 4 m/ s 1. 4 拉伸試驗(yàn) 分別沿與軋制方向成0°(RD) ,45°,90°( TD) 的 方向取樣加工成標(biāo)準(zhǔn)單向拉伸試樣,如圖4 所示. 根 據(jù)《金屬材料室拉伸試驗(yàn)方法》( GB/ T228 - 2002) , 對AZ31B 鎂合金板材進(jìn)行拉伸試驗(yàn). 圖3 擠壓路徑 1. 5 沖壓成形模擬實(shí)驗(yàn) 為了進(jìn)一步檢測等徑角工藝對板材沖壓成形性 能的影響,對薄板進(jìn)行了筒形件拉深模擬實(shí)驗(yàn),模擬 實(shí)驗(yàn)?zāi)＞呷鐖D5 所示. 筒形件拉深變形條件完** *1 期　王立東,等:等徑角擠壓工藝對AZ31B 鎂合金板材沖壓性能的影響105 圖4 板材拉伸取樣示意圖 合理的反映出在拉延變形區(qū)和傳力區(qū)不同受力條件 下的板料的沖壓性能. 圖5 筒形件拉深試驗(yàn) 2 試驗(yàn)結(jié)果及分析 2. 1 拉伸試驗(yàn)結(jié)果分析 2. 1. 1 應(yīng)變硬化指數(shù)n 應(yīng)變硬化指數(shù)n 反映了金屬板材成形過程中的 形變硬化能力, n 的物理意義等于材料拉伸時剛要 出現(xiàn)縮頸時的應(yīng)變εmax ,即較大均勻應(yīng)變. 拉伸成形 時, n 值大的材料能促使各部位變形趨于均勻,還可 改善沖壓成形極限. 由表3 可以看出,經(jīng)過等徑角工藝處理后,板材 0°、45°、90°方向的n 值與工藝前相比均有所增大,幅 值分別為5. 3 %、4. 7 %、6. 0 %,可見等徑角工藝方 法能夠顯著提高薄板的加工硬化性能,并使板材各 個方向的應(yīng)變硬化指數(shù)趨于均勻. 因此,等徑角工藝 大幅度的提高了鎂合金板材的抗破裂性,從而有助 于板材的沖壓成形. 2. 1. 2 各向異性系數(shù)r 在生產(chǎn)中用r 值來表示板 材厚度方向的各向異性, 其值為用對數(shù)應(yīng)變表示的 寬度方向應(yīng)變εb與厚度方向應(yīng)變εt之比,即: r = εb εt = ln ( b/ b0 ) ln ( t/ t0 ) 當(dāng)板厚較薄的時候,直接測定板厚方向的應(yīng)變 比較困難,并且誤差較大. 根據(jù)塑性變形體積不變條 件: t t0 = b0 l0 bl 代入上式中得 r = - εb ε1 +εb 由于板材軋制時的方向性,所以板平面內(nèi)各方 向上的r 值是不同的. 因此,應(yīng)取各個方向上的平均 值[11 ] ,即 …r = r0 + 2 r45 + r90 4 … r 值對板材的拉深成形性能影響很大, … r 值越 大,板材平面方向比板材厚度方向容易變形,拉深毛 坯的徑向收縮時不容易起皺,并且拉深力也小,傳力 區(qū)不容易拉破,有利于板材的拉深成形. 通常板的平面各向異性系數(shù)用Δr 表示,Δr 是 厚向異性指數(shù)r 值在板面上隨方向的變化量. Δr = r0 + r90 - 2 r45 2 Δr 的大小決定了圓筒形拉延件上邊緣凸耳的 形成程度, 而不影響薄板的成形性能.Δr > 0 , 拉延 件凸耳出現(xiàn)在0°與90°方向;Δr < 0 ,拉延件凸耳出 現(xiàn)在45°方向. 減小Δr 值,提高r45 值可以降低主應(yīng) 變值,提高成形能力;在相同的… r 值的情況下, 減小 Δr 值,會獲得較大的成形高度[10 ] . 因此, 沖壓用板 料性能改善的一個重要方向就是提高…r 值和降低平 面各向異性系數(shù)Δr. 表3 等徑角工藝處理前后板材性能參數(shù)比較 方向等徑角擠壓工藝前等徑角擠壓工藝后 n 0° 0. 168 0. 177 45° 0. 170 0. 178 90° 0. 164 0. 174 r 0° 1. 24 1. 30 45° 1. 58 1. 73 90° 0. 80 1. 15 Δr - - 0. 56 - 0. 50 r - - 1. 28 1. 50 LDR 值- 2. 23 2. 45 比較表3 的中數(shù)據(jù):采用等徑角擠壓工藝后,板 材厚向異性系數(shù)…r 值顯著增加,因此經(jīng)過等徑角擠 壓工藝處理的板材的沖壓成形性能比較好;同時板 106 山東理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 2010 年　材平面各向異性系數(shù)Δr 值減小, 降低了板材在變 形過程中的不均勻性, 提高了板材的成形能力. 此 外,板材的平面各向異性系數(shù)Δr 均小于0 , 可見鎂 合金板材拉延件凸耳出現(xiàn)在45°方向. 2. 2 沖壓成形實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 筒形件拉深試驗(yàn)是用直徑差為1 mm 的圓形試 樣在模具中逐個進(jìn)行,拉深模具的各個參數(shù)見表4. 表4 拉深模具參數(shù) 板材 溫度 凸模 溫度 凹模 溫度 成形 速度 凸模 圓角 凹模 圓角 壓邊力 200 ℃ 100 ℃ 200 ℃20 mm/ min 6 mm 6 mm 5 kN 表3 列出了單向軋制板材采用等徑角擠壓工藝 前后進(jìn)行拉深試驗(yàn)所得的極限拉深比LDR 值. 數(shù)據(jù) 表明,經(jīng)過等徑角擠壓工藝,鎂合金板材的LDR 值 顯著提高,比工藝前提高了9. 8 %. 可見,等徑角擠 壓工藝提高了板材的拉深成形極限值,從而有助于 鎂合金板材在沖壓成形時的大變形成形. 3 結(jié)束語 與單向軋制的鎂合金板材相比,進(jìn)行等徑角擠 壓后的鎂合金板材具有較優(yōu)越?jīng)_壓成形性能,主要 表現(xiàn)在: 1) 厚向異性系數(shù)…r 值增大, 板材平面方向比板 材厚度方向較容易變形, 拉深毛坯的徑向收縮時較 不容易起皺,并且拉深力也小, 傳力區(qū)不容易拉破, 有利于板材的拉深成形; 2) 板平面各向異性系數(shù)Δr 顯著變小,從而降 低主應(yīng)變值,提高成形能力; 3) 板材的極限拉深比LDR 值提高了9. 8 % ,大 大提高了板材在拉深時的成形極限值.Ajq深圳五金沖壓件加工廠


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