AZ31鎂合金板熱拉深過程分析

文／王鵬程，吳培·內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)

AZ31鎂合金板熱拉深過程分析

文／王鵬程，吳培·內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)

王鵬程，教授，主要從事塑性成形工藝與模具CAD/ CAE、快速成型制造技術(shù)的研究，中國(guó)塑性工程學(xué)會(huì)理事、內(nèi)蒙古鍛壓學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，主持或參與完成國(guó)家級(jí)與省部級(jí)項(xiàng)目多項(xiàng)，曾獲內(nèi)蒙古科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)。

鎂合金作為最具發(fā)展?jié)摿Α⒆罹吒?jìng)爭(zhēng)力的輕金屬結(jié)構(gòu)材料，被譽(yù)為二十一世紀(jì)的“綠色工程材料”，是實(shí)現(xiàn)汽車輕量化、提高環(huán)保質(zhì)量的重要材料之一。目前鎂合金零部件大多采用壓鑄工藝生產(chǎn)，但由于其很難消除孔洞和夾雜等缺陷，使得力學(xué)性能偏低，隨著汽車與3C等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)鎂合金性能的要求越來越高。與壓鑄相比，采用鎂合金沖壓成形各種板件和薄壁構(gòu)件可最大限度地提高鎂合金制品的綜合性能。

由于鎂合金為密排六方晶體結(jié)構(gòu)，其塑性變形能力較差。近年來，各科研單位和企業(yè)正在持續(xù)開展鎂合金的塑性成形工藝?yán)碚摷夹g(shù)的研究工作。為此本文針對(duì)AZ31鎂合金的沖壓性能開展研究，探討沖壓溫度、速度對(duì)AZ31鎂合金板熱拉深過程的影響，為該類鎂合金制定合理沖壓工藝提供理論基礎(chǔ)。

試驗(yàn)方案與條件

AZ31鎂合金化學(xué)成分如表1所示。拉深件尺寸如圖1所示，模具尺寸及實(shí)物圖如圖2所示，試驗(yàn)時(shí)通過在壓邊圈和凹模上的孔內(nèi)插入電加熱棒加熱模具和板料，通過熱電偶測(cè)量板料、凹模和壓邊圈的溫度。板料尺寸為φ45mm×2mm。模具結(jié)構(gòu)尺寸如表2所示，試驗(yàn)條件如表3所示。

表1 AZ31鎂合金板主要元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）

圖1 拉深件尺寸示意圖

結(jié)果分析

當(dāng)拉深速度為5mm/min，潤(rùn)滑劑采用石墨＋機(jī)油時(shí)，進(jìn)行了6組拉深試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。可知當(dāng)溫度由室溫25℃增加到260℃時(shí)，拉深件底部都產(chǎn)生了開裂，尤其是當(dāng)溫度為190℃時(shí)開裂最為嚴(yán)重。當(dāng)溫度在290℃時(shí)，鎂合金具良好的拉深性能，拉深比達(dá)1.71，拉深質(zhì)量較好，沒有產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。當(dāng)溫度升高到330℃時(shí)，拉深件底部又產(chǎn)生了開裂。因此由試驗(yàn)可知拉深溫度過低或過高均會(huì)引起板料拉裂，當(dāng)拉深溫度接近290℃時(shí)能夠保證拉深質(zhì)量。

圖2 試驗(yàn)?zāi)＞叱叽缗c實(shí)物圖

表2 模具尺寸參數(shù)

表3 試驗(yàn)條件

圖3 拉深溫度對(duì)成形質(zhì)量的影響

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，選取板料溫度為290℃，潤(rùn)滑條件為石墨＋機(jī)油，研究拉深速度對(duì)成形質(zhì)量的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，根據(jù)結(jié)果可知，當(dāng)拉深速度為5mm/min時(shí)，拉深件成形質(zhì)量較好，當(dāng)拉深速度為25mm/min和45mm/min時(shí)，拉深件底部都產(chǎn)生了開裂。可見隨著拉深速度的增加成形質(zhì)量逐漸下降。

圖4 拉深速度對(duì)成形質(zhì)量的影響

當(dāng)拉深速度為5mm/min，拉深溫度為290℃時(shí)，潤(rùn)滑條件選擇無潤(rùn)滑和潤(rùn)滑劑為石墨＋機(jī)油，分別對(duì)其成形質(zhì)量進(jìn)行比較研究。成形試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，根據(jù)結(jié)果可知，當(dāng)無潤(rùn)滑時(shí)，由于坯料在凹模表面滑動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生很大的摩擦，摩擦力增加了拉深所需的外力和工件側(cè)壁內(nèi)的拉應(yīng)力，因而不利于拉深成形，從而導(dǎo)致拉深件底部產(chǎn)生開裂。當(dāng)增加石墨＋機(jī)油潤(rùn)滑劑時(shí)，由于提高極限拉深比，有利于拉深成形，使得拉深件成形良好。

圖5 潤(rùn)滑條件對(duì)拉深件成形質(zhì)量的影響

結(jié)束語

對(duì)于AZ31鎂合金板材拉深成形，拉深溫度過低或過高均會(huì)引起板料拉裂，當(dāng)拉深溫度接近290℃時(shí)能夠保證拉深質(zhì)量。隨著拉深速度的增加，拉深過程成形性能下降，速度過大拉深件底部容易產(chǎn)生開裂，當(dāng)拉深速度為5mm/min時(shí)成形質(zhì)量良好。適當(dāng)添加潤(rùn)滑劑可有效提高拉深件的成形質(zhì)量。