鎂合金衝壓技術包括衝壓模具的設計和製造、衝壓工藝參數的選擇兩大方麵。
8.3.1衝壓模具的設計和製造
衝壓模具的設計和製造需要考慮到鎂合金在各種成型方式下的成型性能,選擇相應的設計參數。具體來說模具的設計製造依照如下步驟:
①根據工件的形狀特征、尺寸精度和表麵質量的要求,進行工藝分析,確定基本工序。
②根據工藝計算,確定工序數目。對於拉伸件,應計算拉伸次數。彎曲件、衝裁件等也應根據其形狀、尺寸和精度要求,確定是一次或幾次加工。
③根據各工序的變形特點、尺寸精度及操作方便性,確定工序排列的先後順序。
④根據生產批量、尺寸大小、精度要求以及模具製造水平、設備能力等多種因素,將已初步一次排列的單工序予以可能的工序組合,形成衝壓的工藝方案。
⑤進行必要的工藝計算,包括材料毛坯尺寸、衝壓力、模具壓力中心、模具尺寸、凸凹模間隙、拉伸方式(對於鎂合金來說,由於r值較小,故必須采用壓邊方式以避免起皺)、拉伸次數及中間工序的半成品尺寸,從而完成模具結構的總體設計,並初步計算出模具的閉合高度,概略地定出模具的外形尺寸。
⑥進行模具主要零部件的結構設計,包括對模具工作部分零件、定位零件、材料和推件裝置、導向零件、支持及夾持零件、緊固零件的結構設計。
⑦衝壓設備的選擇。衝壓設備規格的確定,主要取決於工藝參數及模具結構尺寸。
8.3.2衝壓工藝參數的選擇
一般來說,鎂合金的衝裁性能在室溫下較好,因此無需輔助加熱設備和潤滑劑。但是拉深過程對於鎂合金板材來說是一個尤其值得注意的工藝過程,在此過程中容易產生拉裂、起皺等多種破壞形式,這是由於鎂合金常溫下的塑性成型性能較差。因此決定其衝壓工藝時,必須結合前述的衝壓成型性能試驗結果進行相應修改。通過前述試驗研究可以知道,鎂合金板材的拉深成型必須配以輔助的加熱設備和改善的潤滑條件及由此涉及的模具尺寸變化的修正。
一般來說,拉深工藝中較為重要的工藝參數有模具及板材溫度衝壓變形速率、潤滑劑、壓邊力等參數。因此在實際衝壓生產中,需結合鎂合金板材的模擬衝壓成型性能製訂相應的工藝參數。本節中,我們對厚度為0.84mm的MAZ31鎂合金薄板進行了實物衝壓試驗,以此來研究上述工藝參數的選擇對成品衝壓生產的影響規律。給出其衝壓模具外形示意圖,列出了模具及板料的尺寸。高溫衝壓時采用汽油噴槍加熱模具,模具溫度加熱到100℃,板材在加熱爐裏麵加熱到設定溫度,采用便攜式DS-3型測溫儀測試模具和板材溫度,將石墨與46#機油以質量分數為7∶3的比例調和,作為高溫衝壓潤滑劑均勻地塗抹在凹模、壓邊圈及坯料上。
(1)溫度對衝壓結果的影響
顯示了分別在室溫、200℃、300℃和400℃下進行衝壓時的衝壓件實物圖。從圖中可以看出,在室溫下進行衝壓時,板材在成型過程中受到嚴重破壞,還沒等板材被完全拉入凹模內,就在變形區與傳力區產生了破裂。當成型溫度升高到200℃時仍然會產生斷裂,其破壞形式。隨著成型溫度的進一步提高,MAZ31鎂合金表現出了良好的成型性能,在300℃的成型溫度下能成功地衝壓出淺錐形件。因此可以發現,MAZ31鎂合金幾乎不具有室溫成型性能,這主要是因其室溫承受塑性加工時,非基麵滑移所需的臨界切應力是基麵的100倍以上,也就是說室溫下要使鎂合金產生塑性變形相當困難。然而隨著溫度的上升,非基麵的臨界切應力急劇下降,在300℃左右與基麵臨界切應力相當,塑性變形也相對容易得多。
然而當實驗成形溫度進一步提高到400℃時,發現板材基本上都能成形,但是會出現一些輕微的破壞,成品率大幅地降低。輕微破壞的形式主要表現為:①在淺錐麵的側壁上出現破裂,破裂方向沿垂直於軋製方向分布,②在側壁上產生褶皺。
側壁破裂現象的出現是由於溫度很高時,雖然板材的塑性成形能力得到大幅提高,但是板材的應變硬化指數n值顯著降低,從而導致MAZ31鎂合金在高溫衝壓成形時,在厚度方向產生均勻塑性變形的能力減弱。此次衝壓成形零件的側壁受到的是徑向的拉應力與周向的壓應力,這一區域的金屬會很快地在高溫下達到加工硬化極限,在徑向拉應力的繼續作用下,側壁因喪失了加工硬化能力就會迅速減薄,導致局部應力集中,再加上順著軋製方向的強度較低,所以容易在該區域產生破裂。