AZ31B鎂合金I型材室溫彎曲成型研究

紀安平

（重慶三峽學院機械工程學院，重慶萬州 404100）

合金是最輕的金屬結構材料之一，具有強度高、彈性模量大、散熱性能好和承受沖擊載荷能力特別大、耐腐蝕性能好等特性，是一種環保材料，廣泛用于生產生活的各個方面[1].由于具有密排六方晶體結構的鎂合金材料在室溫下能夠提供塑性變形的獨立滑移系較少，所以在室溫下材料的成型性能較差，這種特性降低了鎂合金被加工的能力，縮小了鎂合金的應用范圍.而且鎂合金薄板還具有很強的基面纖維織構或基面板織構，由于這類織構的形成會使得鎂合金室溫時材料特性為明顯的各向異性，這種特性對鎂合金薄板成型的力學性能會產生重要的影響，使得鎂合金的拉壓呈現出不對稱性，從而加大了鎂合金的成型難度，所以研究鎂合金薄板在室溫下成型工藝過程中的特性具有重要的理論和實際應用意義[2].AZ31B鎂合金 I型材的成型過程復雜，彎曲程度不同，壓力分布與應力狀態也不同，其加強筋主要承力部分，它的成型好壞對成型對整體的質量也有著重要的影響，本文利用有限元方法對I型材的過程進行仿真分析，對工程實際有較大的指導意義.

1 AZ31B鎂合金I型材彎曲成型基本原理

1.1 I型材彎曲成型基本原理

I型材成型的基本原理是利用三點彎圓成型的原理，利用專用壓力機驅動沖頭對型材間歇式沖壓，每次壓下量逐漸增大，沖頭加載的歷程為間歇式加載，當沖頭在加載中間歇時，型材應力部分釋放，發生回彈，部分彎曲，沖頭多次加載，工件多次彎曲成型，使型材最終達到要求彎曲程度.其彎曲成型過程如圖1所示.

圖1 彎曲成型原理

2 AZ31B鎂合金I型材彎曲成型過程數值分析

2.1 數值研究對象規格

本文研究 I型材的材料為底板為 3 mm厚的AZ31B鎂合金，其規格如表2所示.利用著名有限元分析工具Msc.marc對I型材成型過程仿真分析，通過對不同規格產品的成型過程仿真分析，分析成型過程的成型規律，指導工程實踐.

表2 AZ31B材料的I型材規格

2.2 I型材彎曲應變分布

圖2給出了I型材彎曲成型過程分析的塑性應變云圖，所取型材規格為3×24號型材，該圖表示的是在彎曲過程結束后鎂合金型材塑性應變情況.由于模型的對稱性，分析模型取其對稱一半來分析.從圖中可以看出最大應變發生在模具接觸位置，而且僅在加強筋部分發生了塑性變形，底板處于彈性變形階段，即彎曲型材成型后保留很大的殘余應力，彎曲后型材的幾何形狀主要取決于塑性變形.

圖2 I型材彎曲等效塑性應變云圖

2.3 I型材彎曲成型回彈分析

對三種規格型材的成型結果進行分析，取底板底部對稱截面中間點為參考點，研究其成型過程的位移變化如圖3所示.該圖表明了在成型過程中，規格為3×24號型材成型過程中回彈最為劇烈，而其他兩種回彈較小.同時在增量步180處表明了，在壓頭完全脫離型材后，規格為6×24號型材的回彈量最大，說明在彎曲過程中回彈量并未表現完全.該圖還表明了增加加強筋的厚度或者高度可以減小回彈量.

圖3 三種規格I型材的對稱中點位移

同上對三種規格型材的成型結果進行分析，取底板底部對稱截面中間點為參考點，變化研究三種規格型材成型過程中的弧高值與壓頭壓下量之間的關系可表示成圖4.該圖表明壓下量與弧高值成線性關系，這說明整個成型過程彈性變形占變形中的主要部分，塑性變形部分較少，塑性變形體現加強筋條的變形上.同時該圖表明成型過程中，弧高值變化量與加強筋的高度和厚度成正比，加強筋的高度和厚度的提高有利于弧高值提高.

圖4 三種規格I型材的弧高值與壓下量關系

2.4 I型材彎曲成型翹曲分析

I型材成型質量的好壞很大程度表現在底板在成型過程中的翹曲程度，對三種規格型材成型結果進行分析，以對稱截面底部邊緣點的位移量為研究對象，所有點位移形成的曲線就是型材橫截面的幾何形狀.三種規格橫截面外形比較如圖5，該圖表明了規格為3×24號型材成型橫截面直線度最好，所以加強筋的高度和厚度增大都會使底板部分翹曲現象增大.

圖5 三種規格I型材的橫截面外形

3 結 論

本文通過對AZ31B鎂合金I型材彎曲成型過程數值分析，得出了以下結論：

（1）I型材彎曲成型彈性變形占主要部分，塑性變形集中在加強筋部分；

（2）I型材彎曲成型過程中回彈現象與加強筋的厚度和高度有關系，提高厚度和高度可以減小回彈；

（3）I型材彎曲成型的加強筋的高度和厚度的提高有利于弧高值提高；

（4）I型材彎曲成型的結構件橫截面外形成型質量高低與強筋的高度和厚度有關，強筋的高度和厚度增大都會使底板部分翹曲現象增大.

[1]Mchael M, Avedesianm, Hugh baker. Magnesium and Mag-nesium Alloy [M].ASM Specialty Handbook.

[2]廖龍歡，趙丁藏，江媛媛，等.AZ31B鎂合金薄板室溫拉壓不對稱性能研究[J].熱加工工藝，2012（22）：78-80.

[3]徐義.合金型材彎曲變形過程數值模擬研究[D].湖南：湖南大學，2008.

[4]陳林，汪凌云，盧志文.AZ31B鎂合金板材沖壓成形性能研究[J].輕合金加工技術，2006（1）：35-38，58.

[5]劉智勇，蔣顯全，穆鋒，等.AZ31鎂合金塑性加工研究進展[J].輕金屬，2008（12）：60-64.