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AZ31和 AZ61镁合金的等温板料成形 李士永 陈韵珲 王建怡 机械工业出版社 2001/1/18 摘要 在工业上已经有关于镁合金板料成形的报道，但这些报道很有可能是研究AZ31 和AZ61镁合金板料在不同的高温下成形的第一份正式的报道。结果表明，制造出厚度为0.5mm、1.3mm、1.7mm和2mm的挤压制品是可行的。当前成形出厚度为0.5mm的板料被看为是工业上取得的技术成就。可采用两种模具，凸模和凹模，凹模的设置似乎利用受压的气体将板料压入凹模型腔。这种技术从来没有在镁合金领域应用过，并且在工业制造上有很大的潜力。由于这种伸展性能已经在气压成形中体现出来，所以冲压成形应该可以实现，许多冲压实验已经证明了这一点。如2002年注册的B.V科学。 关键词：AZ31；冲压；等温板料成形 1.简介 镁合金是用于结构成形的最轻的合金，在以前，将镁合金作为机构材料的不多，这是因为商业需求和执照方法的限制。现在，镁合金压铸成形在自动化领域变得流行起来，包括在笔记本电脑和蜂状电话领域。然而，这种加工方法并不适合于制造薄壁的镁合金结构，因为这样会造成大量的废料。大家都知道，由于镁晶体机构是密排六方，所以镁在室温下的成形能力较差，然而镁合金的加工性能可以随着加工温度的提高得到明显的改善，如加工温度提高的300℃以上。在这份报道中研究的是AZ31 和 AZ61在不同的高温下的板料成形，为的是能够实现从挤压板料中获得产品。可采用两种方法，冲压成形和气压成形，如图1所示。气压成形模的设计是利用受压的气体讲板料压入凹模型腔。这种方法有利于减少工件和冲模之间的摩擦力，所以材料的伸展性能能更好的展现出来。首先研究制品在不同部位上的应力分布，其实是描绘和构建出材料的流线结构。在另一方面，利用凸模冲压的方法不仅材料的延伸性能不好，而且应力分布不均匀，所以材料的失效形式和气压成形完全不同。 图 1 (a)气压成形矩形模；（b）矩形凸凹模；（c）圆柱形凸凹模 2. 材料和实验过程 板料成形所采用的合金是AZ31和AZ61镁合金，AZ31和AZ61的第一个数字分别表示各自的含铝量为3%和6%，最后一个数字表示含锌量为1%。板料成形的材料是通过将203 mm×762 mm的胚料通过开口为0.5, 1.3, 1.7和2mm的模具挤压而成。AZ31的工作温度为250℃，AZ61的工作温度为280℃。实验的基本工具是压力机，该压力机有一个熔炉可以提供一个等温的条件。对于气压成形，只需一个，宽40mm，长120mm，深度为20mm的模具，但是可以通过插入一个挤压垫成形厚度为8mm, 12mm和16mm的板料。将已经成形好的板料放置在模具上，具有压边圈的盖板下放并夹紧工件，然后室腔被密封，使受压的气体将板料压到凹模底部。在成形过程中，根据材料的形状不同所需要输入的气压也不同。有些板料标有明显的格子，以使可以通过测量格子的变形程度来确定该处的应力状态。对于冲压成形加工，矩形状的板料所用的模具也是矩形的，和气压成形的一样，但是凸模与凹模之间有2mm的间隙。对于圆形状的板料也是一样，模具直径为20mm，凸凹模之间有2mm的间隙。 3.结果和分析 3.1.气压成形1.7mm厚的AZ31镁合金（模具为矩形） 3.1.1.气体增压速率的成形性能 为了研究板料在不同的综合条件下（如成形厚度，温度，压力和加压时间）的成形能力，通过气压成形技术得到许多样品。在410℃成形的两个厚度为8mm样品的p–t图如图2所示。和其他变形大的工件相比，这种变形小的工件只需要在较高压力下保压90s。对于进一步拉深深度为12mm的板料在同一温度下的p–t曲线如图3所示。对于这个深度，成形温度在310℃以下也能成形，但是由于材料具有很大的流动应力，所以所需的压力更大，保压时间更长。对于成形深度为16mm的工件，进行里两组成形实验，一组成功了，一组失败了，这是由于所加的压力和保压时间都不同，如图4所示。如图5所示，尝试拉深深度为20mm，由于拉深深度从来没有高于16mm过，所以这注定要失败。以上两种失败的样品的照片如图6所示，失效的是从模具入口的的长边中间开始的。对于这些成形工艺，气压随着时间的延长而增加，因为成形的板料是球壳表面的一部分，瞬时的外形和厚度构成一个时间函数，然后应用这个方程式计算屈服应力值Ie=pr/2t。p表示气压，r表示弯曲半径，t表示厚度。这个公式可以大致的计算出以上实验的增压速率。一种先进的压力分析和精准的建模可以绘制出一个理想的p–t曲线。 图 2 图 3 图 4 图 5 图 2 410℃下成形出8mm深的矩形盒p-t图 图