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夏教授:鎂合金的沖壓成形工藝

2012年02月06日 15:17 7512次瀏覽 來(lái)源:   分類(lèi): 鎂資訊   作者:

    近年來(lái)鎂合金發(fā)展速度很快,每年都以20%~30%的速度增長(zhǎng)。鎂合金廣泛用于汽車(chē)、摩托車(chē)、自行車(chē)等一些交通工具領(lǐng)域內(nèi),采用最多的加工方法是模具沖壓成形。沖壓生產(chǎn)相比其它成形加工方法來(lái)說(shuō),具有生產(chǎn)率高,操作簡(jiǎn)單,零件表面光潔,尺寸精度高,強(qiáng)度和剛度大等優(yōu)點(diǎn)。因此,特別適合于車(chē)輛的內(nèi)外殼板、承載零件、散熱片、擋泥板等之類(lèi)零件。它的沖壓性能和成形方法有別于鋼板和鋁板的成型工藝。要擴(kuò)大鎂合金的應(yīng)用范圍,研究鎂合金板材沖壓技術(shù)具有重要義。
  鎂合金的沖壓成形沖壓加工是借助于常規(guī)或?qū)S脹_壓設(shè)備的動(dòng)力,使板料在模具里直接受到變形力并進(jìn)行變形,從而獲得一定形狀,尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術(shù)。板料,模具和設(shè)備是沖壓加工的三要素。沖壓加工是一種金屬冷變形加工方法。所以,被稱(chēng)之為冷沖壓或板料沖壓,簡(jiǎn)稱(chēng)沖壓。它是金屬塑性加工(或壓力加工)的主要方法之一,也隸屬于材料成型工程技術(shù)。
  沖壓所使用的模具稱(chēng)為沖壓模具,簡(jiǎn)稱(chēng)沖模。沖模是將材料(金屬或非金屬)批量加工成所需沖件的專(zhuān)用工具。沖模在沖壓中至關(guān)重要,沒(méi)有符合要求的沖模,批量沖壓生產(chǎn)就難以進(jìn)行;沒(méi)有先進(jìn)的沖模,先進(jìn)的沖壓工藝就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料構(gòu)成沖壓加工的三要素,只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。
  與機(jī)械加工及塑性加工的其它方法相比,沖壓加工無(wú)論在技術(shù)方面還是經(jīng)濟(jì)方面都具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。主要表現(xiàn)如下。
  (1) 沖壓加工的生產(chǎn)效率高,且操作方便,易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。這是因?yàn)闆_壓是依靠沖模和沖壓設(shè)備來(lái)完成加工,普通壓力機(jī)的行程次數(shù)為每分鐘可達(dá)幾十次,高速壓力要每分鐘可達(dá)數(shù)百次甚至千次以上,而且每次沖壓行程就可能得到一個(gè)沖件。
  (2) 沖壓時(shí)由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度,且一般不破壞沖壓件的表面質(zhì)量,而模具的壽命一般較長(zhǎng),所以沖壓的質(zhì)量穩(wěn)定,互換性好,具有“一模一樣”的特征。
  (3) 沖壓可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件,如小到鐘表的秒表,大到汽車(chē)縱梁、覆蓋件等,加上沖壓時(shí)材料的冷變形硬化效應(yīng),沖壓的強(qiáng)度和剛度均較高。
 ?。?) 沖壓一般沒(méi)有切屑碎料生成,材料的消耗較少,且不需其它加熱設(shè)備,因而是一種省料,節(jié)能的加工方法,沖壓件的成本較低。
  鎂合金常用的成形方法有壓鑄、半固態(tài)鑄造、擠壓鑄造、擠壓和軋制等,其中鎂合金產(chǎn)品的80%是通過(guò)鑄造方法獲得。鎂合金的沖壓成形是一種技術(shù)難度較大的生產(chǎn)工藝,但以其生產(chǎn)效率高、可直接使用高密度的軋制板料而具有大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景。在沖壓成形工藝中,拉深成形最為復(fù)雜,難度也較大。由于鎂合金晶體結(jié)構(gòu)是密排六方(Hcp),滑移系少,常溫下塑性較差,一般都必須在150℃以上進(jìn)行拉深成形。根據(jù)專(zhuān)家研究結(jié)果,鎂合金板材在250℃左右拉深時(shí)其拉深比超過(guò)鋁合金和低碳鋼板的常溫拉深成形極限,在175℃時(shí)鎂合金板杯形件拉深的拉深比可達(dá)210,而在225℃時(shí)可達(dá)310,超過(guò)了鋼板、鋁板在室溫下的拉深比(分別為212和216)。在該溫度下鎂合金拉深成形性能與鋼板、鋁板在室溫下的拉深性能相近。
  鎂合金沖壓成形的特點(diǎn)鎂合金與鋁、鋼等材料相比,塑性很低,變形時(shí)金屬流動(dòng)困難。為了提高其變形能力,適合在較高溫度下進(jìn)行,一般要加熱到200℃以上。在此溫度下,它比鋁、鋼的沖壓性能還好。加熱過(guò)高,超過(guò)300℃,會(huì)造成強(qiáng)度迅速下降,同時(shí),由于板料的異向性,加熱溫度又不均勻時(shí),在拉深過(guò)程中極易開(kāi)裂。加熱時(shí)間對(duì)沖壓變形的影響也很大,在長(zhǎng)時(shí)間的保溫下會(huì)引起晶粒急劇長(zhǎng)大。實(shí)驗(yàn)證明,鎂合金板材在320~350℃下保溫超過(guò)1小時(shí),廢品率明顯增加。對(duì)于復(fù)雜鎂合金制件,若采用簡(jiǎn)單工序,在多工序沖壓中,往往需要多次加熱,但只要控制好溫度,對(duì)其沖壓性能的影響不大。在工序間應(yīng)采用中間退火,退火溫度或保溫時(shí)間取決于板材厚度。
  鎂合金的彎曲變形與硬鋁相似, 其中最小彎曲半徑值和回彈值大小和硬鋁相對(duì)應(yīng)的值幾乎相等。其最大不同點(diǎn)在于變形溫度。鎂合金一般采用熱彎,當(dāng)彎角小于90°時(shí),冷彎很難保證外層不出現(xiàn)裂紋。
  鎂合金在加熱條件下的拉深工藝與非合金鋼的變形相似。極限拉深系數(shù)相同,模具幾何參數(shù)相似。在冷狀態(tài)下,即使工藝參數(shù)正確,模具結(jié)構(gòu)合理,也很難避免拉裂現(xiàn)象的產(chǎn)生。
  翻邊工藝因是局部金屬變形, 其允許變形程度與優(yōu)質(zhì)碳素鋼在數(shù)值上差別不大,也可以在冷狀態(tài)下進(jìn)行。

責(zé)任編輯:四筆

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