夏教授:镁合金的冲压成形工艺

2012年02月06日 15:17 7314次浏览 来源:   分类: 镁资讯   作者:

    近年来镁合金发展速度很快,每年都以20%~30%的速度增长。镁合金广泛用于汽车、摩托车、自行车等一些交通工具领域内,采用最多的加工方法是模具冲压成形。冲压生产相比其它成形加工方法来说,具有生产率高,操作简单,零件表面光洁,尺寸精度高,强度和刚度大等优点。因此,特别适合于车辆的内外壳板、承载零件、散热片、挡泥板等之类零件。它的冲压性能和成形方法有别于钢板和铝板的成型工艺。要扩大镁合金的应用范围,研究镁合金板材冲压技术具有重要义。
  镁合金的冲压成形冲压加工是借助于常规或专用冲压设备的动力,使板料在模具里直接受到变形力并进行变形,从而获得一定形状,尺寸和性能的产品零件的生产技术。板料,模具和设备是冲压加工的三要素。冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以,被称之为冷冲压或板料冲压,简称冲压。它是金属塑性加工(或压力加工)的主要方法之一,也隶属于材料成型工程技术。
  冲压所使用的模具称为冲压模具,简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要,没有符合要求的冲模,批量冲压生产就难以进行;没有先进的冲模,先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素,只有它们相互结合才能得出冲压件。
  与机械加工及塑性加工的其它方法相比,冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。
  (1) 冲压加工的生产效率高,且操作方便,易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工,普通压力机的行程次数为每分钟可达几十次,高速压力要每分钟可达数百次甚至千次以上,而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。
  (2) 冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度,且一般不破坏冲压件的表面质量,而模具的寿命一般较长,所以冲压的质量稳定,互换性好,具有“一模一样”的特征。
  (3) 冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件,如小到钟表的秒表,大到汽车纵梁、覆盖件等,加上冲压时材料的冷变形硬化效应,冲压的强度和刚度均较高。
  (4) 冲压一般没有切屑碎料生成,材料的消耗较少,且不需其它加热设备,因而是一种省料,节能的加工方法,冲压件的成本较低。
  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。镁合金的冲压成形是一种技术难度较大的生产工艺,但以其生产效率高、可直接使用高密度的轧制板料而具有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,一般都必须在150℃以上进行拉深成形。根据专家研究结果,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210,而在225℃时可达310,超过了钢板、铝板在室温下的拉深比(分别为212和216)。在该温度下镁合金拉深成形性能与钢板、铝板在室温下的拉深性能相近。
  镁合金冲压成形的特点镁合金与铝、钢等材料相比,塑性很低,变形时金属流动困难。为了提高其变形能力,适合在较高温度下进行,一般要加热到200℃以上。在此温度下,它比铝、钢的冲压性能还好。加热过高,超过300℃,会造成强度迅速下降,同时,由于板料的异向性,加热温度又不均匀时,在拉深过程中极易开裂。加热时间对冲压变形的影响也很大,在长时间的保温下会引起晶粒急剧长大。实验证明,镁合金板材在320~350℃下保温超过1小时,废品率明显增加。对于复杂镁合金制件,若采用简单工序,在多工序冲压中,往往需要多次加热,但只要控制好温度,对其冲压性能的影响不大。在工序间应采用中间退火,退火温度或保温时间取决于板材厚度。
  镁合金的弯曲变形与硬铝相似, 其中最小弯曲半径值和回弹值大小和硬铝相对应的值几乎相等。其最大不同点在于变形温度。镁合金一般采用热弯,当弯角小于90°时,冷弯很难保证外层不出现裂纹。
  镁合金在加热条件下的拉深工艺与非合金钢的变形相似。极限拉深系数相同,模具几何参数相似。在冷状态下,即使工艺参数正确,模具结构合理,也很难避免拉裂现象的产生。
  翻边工艺因是局部金属变形, 其允许变形程度与优质碳素钢在数值上差别不大,也可以在冷状态下进行。

责任编辑:四笔

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