文章-鎂合金板沖壓成形性能實驗研究

1、鎂合金板沖壓成形性能實驗研究鄧明，許洪斌，劉峰（重慶工學(xué)院，重慶400050；電話：68667384）摘 要：通過實驗，研究了鎂合金板的脹形、擴孔、拉深以及拉深+脹形復(fù)合性能，對這一新材料的沖壓變形規(guī)律有了一定認識，得到了一些有實用價值的數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：鎂合金，沖壓，變形，性能。1.引言雖然鎂合金的主要成形方式為壓鑄成形，但用塑料成形的形式對鎂合金進行加工，也是許多鎂合金產(chǎn)品的需要。在鎂合金的塑性成形設(shè)計時，大量的成形參數(shù)不能從手冊中查到，這嚴重阻礙了這類新材料的塑性加工技術(shù)的發(fā)展和鎂合金產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。為此，我們用特制的模具，在GBS60數(shù)顯半自動杯突試驗機上對鎂合金板AZ31進行了脹形、擴孔

2、、拉深和錐杯實驗，以期得到這種新材料的沖壓性能參數(shù)。2.試驗內(nèi)容及方法拉深成形性能試驗項目及指標(biāo)詳見表1，21杯突試驗（Cupping testing method）杯突試驗即埃利克森試驗是由埃利克森（Erichsen）于1914處提出來的，目的是為了實驗板金的拉深性能，試驗是用端部為球形的沖頭將夾緊的試樣壓入壓模內(nèi)，直到出現(xiàn)穿透裂紋為止，所測量的瀕臨破裂時刻的杯突深度即為試驗結(jié)果，杯突什以IE表示。有時還將測出的破裂前加在凸模上的作用力作為參考。試驗?zāi)＞呓Y(jié)構(gòu)如圖1。測量試樣孔徑的最大值和最小值，用它們計算擴孔率（圖3）。預(yù)制孔的大小是由試沖得出,為僅生孔邊破裂的較小值.實驗原理和模具見圖2所

3、示.2.3拉深試驗(drawing test)本試驗研究金屬薄板拉深成形性能,用極限拉深比或極限拉深系數(shù)表示。本試驗采用不同直徑的試樣，并逐級改變直徑進行試驗，以測出拉深杯體底部圓角附近的壁部不產(chǎn)生破裂時允許使用的最大試樣直徑，并用它計算極限拉深比和極限拉深系數(shù)。根據(jù)試驗要求制造各個不同直徑的板料，并且要求直徑級差分組按相鄰兩組試樣的直徑級差為1.00mm進行。試驗?zāi)＞呷鐖D3。壓邊力的確定：不允許壓邊圈下面的試樣材料起皺，但必須保證它們能夠在凸模的拉深力作用下發(fā)生流動變形。3.1杯突試驗測試計算出室溫條件下的杯突試驗相關(guān)試驗值見表4：與其它金屬比較鎂合金的杯突值較低，如軟鋼IE=10.611.

4、9mm（厚度0.81.5mm）,銅IE=13.69mm（厚度1.5mm），鋅IE=13.24mm(厚度1.5mm),可知鎂合成形性能較差，試驗中發(fā)現(xiàn)試驗速度對試驗結(jié)果有較強的影響，說明對鎂合金成形時就考慮成形速度的因素。32擴孔試驗擴孔試驗得到的數(shù)據(jù)見表5。試驗中得到厚度為1mm,左右的鎂合金AZ31B的擴孔率為：5.17%。與低碳鋼相比是比較低的。33拉深試驗1）試件及實驗條件：實驗材料鎂合金板牌號：AZ31。試樣厚度：1.30mm，試樣為直徑為4080mm,共50余件。2）試驗結(jié)果及分析：a. 根限拉深比和極限拉深系數(shù)：根據(jù)本文2.1中的公式，得到鎂合金板AZ31的一次拉深的極限拉深比LD

5、R為：1.268。一次拉深的極限拉深系數(shù)：m=d/D=d/(D)max=0.788;試驗數(shù)據(jù)表明鎂合金的拉深性能較差，同時，拉深成形件的凸耳不明顯。對于實驗中的破裂試件，從圖12中可以明顯看出其破裂的方式不同于低碳鋼（拉裂斷面），這是由于拉深時試件變形區(qū)愛牟切向壓力在其45度斷面上的最大剪應(yīng)力大于其極限抗剪強度，使試件破裂。試件顯示出破裂面與試件內(nèi)外表面成45，證明了破裂發(fā)生在最大剪應(yīng)力面上。b. 在拉深試驗中拉深力與位移的變化關(guān)系拉深成形試件的力與沖頭行程的變化曲線見圖9。圖 9 拉深過程中力行程曲線c. 成形試件的厚度變化“7”處，徑向回彈率：k=(d/Dd)×100% 拉深成形

6、試件的徑向回彈率見表2直徑方向上的回彈率為1.5%。這說明由于鎂合金AZ31的塑性較低，變形不充分造成的回彈較大。3.4錐杯試驗結(jié)果及分析 試驗的錐杯試件見圖11：a. 錐杯試驗的錐杯值： 錐杯試驗錐杯值見表5。試驗測的錐杯值為：C.C.V=46.24 mm;與其它金屬比較,說明鎂合金AZ31的拉深性能較低.從圖11中可以看出，錐杯實驗后的試件形狀與一般金屬的錐杯形狀有一定的差異，其母線不是直線而是弧線。造成這種情況的原因是由于鎂合金塑性差，變形區(qū)受切向壓應(yīng)力，邊緣部分受凹模的約束，發(fā)生了較大的塑性變形，而懸空區(qū)無直接約束就造成了位于懸空區(qū)的試件中部鼓起。表5 錐杯試驗數(shù)據(jù)2 結(jié)論通過研究，我

7、們得到鎂合金板AZ31的伸長性成形性能如下：1） 鎂合金板材AZ31的極限脹形高度為5.68mm。（厚度為12mm）2） 鎂合金板材AZ31的極限平均擴孔率為5.71%3） 鎂合金板材AZ31的拉脹性能較差，其第一次極限拉深系數(shù)為0.788，拉深比為：1.268；4） 拉深件的徑向回彈較大，平均為直徑的1.5%；5） 拉深件的壁厚有一定減少，與低碳鋼相同，其最小壁厚位于筒體詢問附近的側(cè)壁上。6） 鎂合金板的“拉+脹”復(fù)合性能同樣較差，其平均杯突值為46.24；與低碳鋼不同，由于塑性差，鎂合金板的錐杯試件出現(xiàn)懸空區(qū)嚴重鼓出的現(xiàn)象。以上實驗結(jié)果可以作為鎂合金板沖壓工藝及模具設(shè)計之參考。參考文獻：【1】 國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15825