镁合金板材颗粒介质拉深工艺参数数值模拟

为提高镁合金板材拉深性能,提出一种基于固体颗粒介质成形(Solid granules medium forming,SGMF)工艺的镁合金板材差温拉深工艺。以单向拉伸试验获取的AZ31B镁合金板材真应力—应变曲线和颗粒材料性能试验构建的介质线性Drucker-Prager本构模型为基础,采用有限元法对板材拉深成形进行热力耦合数值模拟并进行试验验证,研究压边力、压边间隙和温度对板材拉深性能的影响。结果表明:压边间隙和压边力联合控制比单纯控制压边力或是压边间隙更能有效地提高板材拉深性能;AZ31B镁合金板材在拉深过程中对温度有较强敏感性,板材变形温度为250~300℃,颗粒介质与其温差100~150℃时,板材达到最佳拉深性能;颗粒介质能够对工件筒壁部位提供轴向摩擦力,该摩擦力能有效提高材料拉深性能并保证板厚的均匀性,这是SGMF工艺的优势所在。     

镁合金AZ31B板材热拉深成形工艺参数优化

在不同温度、不同压边力和不同拉深速度下，针对厚度为0．8mm的AZ31B镁合金板材的成形性能用有限元分析软件进行模拟与分析。在25～220℃的温度范围内，采用直径为140mm的坯料进行冲压成形，研究成形温度、拉深速度以及压边力对AZ31B镁合金板成形性能的影响。结果表明：成形温度为200℃时的极限拉深比达到了2.8；成形温度在200℃以下时，随着成形温度的升高。镁合金板材的成形性能越来越好。这证明AZ31B镁合金具有良好的热拉深性能；此外，拉深速度和压边力对AZ31B镁合金的拉深成形也有重要影响。     

AZ31镁合金铸轧板材热拉深工艺研究

用拉伸试验机测试了AZ31镁合金铸轧板材的高温力学性能和直角弯曲性能,并对镁合金铸轧板材进行了热拉深试验,研究了拉深温度、拉深速率、压边间隙、润滑方式等工艺参数对板材成形性能的影响。试验结果表明,AZ31镁合金铸轧板材适合于200℃以上拉深,且最小弯曲半径小于4mm,最佳拉深工艺条件为,拉深温度225℃～275℃,拉深速率50mm/min～100mm/min,压边间隙1.125t～1.15t,采用固体润滑剂PTFE,可以得到最大极限拉深比为2.95。     

基于固体颗粒介质的板材软模成形工艺

选用非金属颗粒(NMG)作为研究对象,通过体积压缩试验和NMG在高应力水平下的物理性能试验,得到NMG体积压缩曲线和扩展的Drucker-Prager线性模型参数;通过摩擦强度试验,得到NMG的Mohr-Coulomb模型参数,并与扩展的Drucker-Prager线性模型参数比对基本吻合;测定了NMG与板材在不同正压力下的摩擦因数曲线。以材料性能试验为基础,对基于固体颗粒介质的板材软模成形工艺进行数值分析;设计制造固体颗粒介质板材成形试验模具,成功制出抛物线形零件。结果表明：固体颗粒介质与板材表面作用所表现出的显著摩擦性能,可以极大限度地发挥板料的成形性能;其工艺控制简便,模具结构简单;成形工件具有表面质量好、贴模性好、精度高等优点,为板材的加工和制备提供了新的方法和手段。     

AZ31镁合金板的热拉深性能

通过热轧工艺制备了厚度为0.8 mm的AZ31镁合金薄板. 在不同温度和应变速率条件下进行了单向拉伸试验. 在50～240 ℃的温度范围内, 采用平底杯形冲头拉深试验研究了成形温度、拉深速度以及冲头温度对AZ31镁合金板热拉深工艺的影响. 结果表明 AZ31镁合金热轧薄板的RLD随温度的升高而明显增大; 在成形温度为200 ℃, 拉深速度为30 mm/min的条件下, 最大RLD可达2.65, 相应的高径比为1.4, 证明AZ31镁合金板具有良好的热拉深性能; 此外, 拉深速度和冲头温度对AZ31镁合金的拉深成形也有重要影响.     

AZ31B镁合金方盒形件的差温拉深成形

以AZ31B镁合金方盒形件差温拉深成形过程为研究对象,进行了单向拉伸试验,确定了本构方程中的有关参数;依据差温拉深成形的特点,对影响AZ31B镁合金方盒形件拉深成形效果的重要指标进行了数值模拟,确定了最佳的凸模和凹模温度组合为50℃和250℃,并通过试验进行了验证;对较优温度组合条件下所得的试件进行了相关区域的金相组织分析,结果表明,塑性变形后的AZ31B镁合金方盒形件的组织性能明显优于原始板料,差温导致的孪晶可有效提高成形深度。     

镁合金AZ31盒形件拉深成形有限元模拟分析

摘 要:利用有限元数值模拟分析了各工艺参数(拉深温度、凸模圆角半径及凹模内圆角半径)对镁合金AZ31盒形件拉深成形性能的影响,并通过实验进行了验证.结果表明:采用最佳拉深温度和最佳的凸模圆角半径、凹模内圆角半径可以有效地改善厚度为0.5mm的镁合金AZ31板材的拉深成形性能.     

AZ31B镁合金板热拉深成形工艺参数优化及微观组织演变

为了探索合适的工艺参数和微观组织演变,得到镁合金板热拉深成形质量最优的工艺参数组合及零件在热拉深成形时的微观组织演变规律,以厚度为1.6 mm的AZ31B镁合金为研究对象,利用正交试验法进行筒形件的热拉深成形试验。以成形温度、凸模运动速度和润滑剂种类这3个工艺参数作为影响因素,最大拉深高度和最大拉深力作为试验评价指标,建立3因素3水平的正交试验。对试验结果进行极差和方差分析,得到工艺参数对试验指标的影响主次关系与显著性影响,并对优选试验方案成形的筒形件进行了壁厚测试,综合最大拉深高度和成形质量分析得到最优工艺参数组合。最后,对零件微观组织演变规律进行了探究。结果表明,成形温度为240℃,凸模运动速度为30 mm·min^-1,润滑剂采用二硫化钼锂基脂时,筒形件拉深高度达到最大值,壁厚均匀,成形质量良好。     

板材固体颗粒介质成形新工艺

提出了板材固体颗粒介质成形新工艺,即采用固体颗粒介质代替刚性凸模(或弹性体、液体)的作用对板料进行软模成形的工艺。通过成形试验,对板材固体颗粒介质成形新工艺的工艺过程、成形特点进行了论述,并进行了数值模拟。试验和模拟结果表明,应用固体颗粒介质成形工艺可以极大限度地发挥板料的成形性能,不需要任何辅助工序,可以一次成形深拉深件,且表面质量好,成品率高。     

AZ31镁合金板温拉深流变应力行为研究

为了建立镁合金板温拉深成形的流变应力数学模型,在温度为200℃～350℃和应变速率为0.001 s^-1～0.1s^-1的条件下,对AZ31镁合金板进行拉伸实验,研究其温拉深流变应力行为.通过对Fields-Backofen方程修正分析,建立了AZ31镁合金板温拉深流变应力数学模型,在峰值应力之前,模型预测值与实测结果相比十分接近.对加入软化因子s的模型进行了计算,与修正的Fields-Backofen相比,更好的模拟了软化阶段的流变应力变化.本文研究的模型可以用于指导镁合金板成形,也为有限元分析流变应力打下基础.     

Flexible die drawing of magnesium alloy sheet by superimposing ultrasonic vibration

Combining solid granule medium forming technology with ultrasonic vibration plastic forming technology, ultrasonic vibration granule medium forming (UGMF) technology was proposed. To reveal the effect of ultrasonic vibration on flexible-die deep drawing, an ultrasonic vibration with a frequency of 20 kHz and a maximum output of 1.5 kW was on the solid granule medium deep drawing of AZ31B magnesium alloy sheet. The results revealed that ultrasonic vibration promotes the pressure transmission performance of the granule medium and the formability of the sheet. The forming load declines with the ultrasonic amplitude during the drawing process as a result of the combined influence of the “surface effect” and the “softening” of the “volume effect”.     

AZ31B镁合金薄板挤压成形模拟分析

镁合金板材挤压工艺参数较难控制,挤压温度与挤压速度的合理匹配是挤压成功与否的关键.以宽度700 mm、厚度4 mm的AZ31B镁合金薄板为研究对象,基于Forge软件和Normalized Crockroft&Latham断裂准则对其挤压过程进行了模拟.结果表明,挤压初期,铸锭上、下部金属逐渐向心部流动,左、右两侧金属流动与挤压速度保持同向;中、后期,±45.方向金属发生分离,一部分与上、下部金属合流后继续向心部流动,另一部分与左、右侧金属合流后向薄板宽度方向扩展.随挤压行程增加,成形薄板加长,局部高温区域由薄板两侧向中间部分转移;初始挤压温度400℃时,若挤压速度超过1 mm·s-1,薄板局部高温区域温度较高,成形质量和使用性能不易保证.采用380 ～ 400℃的初始挤压温度,大约0.2 mm·s-1的挤压速度,既可以显著降低设备成本,又利于保证薄板使用性能.     

Deformation behaviors of magnesium alloy AZ31 sheet in cold deep drawing

To investigate how the popular magnesium alloy AZ31 sheet （aluminum 3%, zinc 1%） behaves in cold working, deep drawing experiments at room temperature, along with finite element（FE） simulation, were performed on the cold forming sheet of the AZ31 alloy after being annealed under various conditions. The activities were focused on the fracture pattern, limit drawing ratio（LDR）, deformation load, thickness distribution, anisotropic effect, as well as the influences of the annealing conditions and tool configuration on them. The results display that punch shoulder radius instead of die clearance, has much influence on the thickness distribution. The anisotropy is remarkable in cold working, which adversely impacts the LDR. The fracture often happens on the side wall at an angle to axis of the deformed specimen. The results also imply that the LDR for the material under present experimental conditions is 1.72, and annealing the material at 450 ℃ for 1 h may be preferable for the cold deep drawing.     

有限元模拟用于优化镁合金板碟形拉深成形的模具参数

运用有限元的方法,对厚度1.2mm、直径52mm的AZ31B镁合金板常温冲压成直径为29mm的碟形件进行模拟,通过分析模具参数对最大主应力值及拉深性能的影响,优化出适合于该工艺的模具参数,并进行相应的试验。模拟结果表明,凹、凸模圆角半径、凹凸模间隙的优化,能降低最大主应力值并延缓裂缝的产生,从而提高镁合金塑性成形性能;模拟得到较优凹模圆角半径2.6mm、凸模圆角半径1.8mm,适宜的凹凸模单边间隙为1.3mm。试验结果表明,高径比随着模具参数的变化而增加,材料的成形性能大幅提高,验证了有限元模拟结论的可靠性。     

Experimental and numerical study of warm deep drawing of AZ31 magnesium alloy sheet

Warm forming of magnesium alloy sheet has attracted more and more attention in recent years. The formability of magnesium alloy sheet at elevated temperature depends on appropriate processes, and the fabrication of high-performance sheet. In this research, an AZ31 magnesium alloy sheet with excellent performances is fabricated by the cross-rolling and the uniform annealing treatments. The uniaxial tensile tests are conducted using a Gleeble 3500 thermal–mechanical simulator, and the mechanical properties of AZ31 magnesium alloy sheet are analyzed. Finally, some limiting drawing ratio (LDR) experiments are performed. The experiments show that the LDR can reach 2.0 at the forming temperature of 150 °C and the drawing velocity of 15 mm/s. A warm deep drawing process is also simulated by the finite element method. The influences of drawing temperature and blank holder force on the formability are numerically investigated. The simulation demonstrated that variable blank holder force technology can improve the LDR from 3.0 to 3.5, and decrease the wall thinning ratio from 15.21% to 12.35%.     

AZ31镁合金小直径薄壁管拉拔工艺及性能研究

实验研究了多道次拉拔过程中拉拔速度、拉拔变形量对AZ31镁合金小直径薄壁管材组织和性能的影响。研究结果表明,温度为300℃、拉拔速度为0.30 mm·s-1时,管材壁厚减薄均匀,可以保证镁合金管材的拉拔顺利进行。多道次拉拔可以成功制备Φ4 mm×0.2 mm的AZ31镁合金小直径薄壁管材。且随着累计变形程度的增加,镁合金的晶粒显著细化,当累积变形量达到95.4%时,平均晶粒尺寸从开始的22μm减小到8μm左右。最终小直径薄壁镁合金管材的抗拉强度达到了247.3 MPa,相应的伸长率为16.8%。     

AZ31镁合金板材温热冲压数值模拟与实验研究

采用Gleeble3500热模拟实验机进行了单向拉伸实验,分析了AZ31镁合金板材的力学性能;以此实验数据为基础,对温热冲压过程进行了数值模拟,研究了拉深温度、压边力等工艺因素对镁合金板材成形性能的影响;通过极限拉深比实验,对数值模拟结果进行了实验验证。结果表明:在极限拉深温度150℃,极限拉深速度15 mm/s,固定压边力的工艺条件下,极限拉深比能够达到2.5。模拟结果表明:模拟结果和实验结果具有良好的一致性;采用变压边力可以明显提高板材的冲压性能,极限拉深比将达到5.0。     

AZ31镁合金板材室温拉深破裂行为

为了探索提高AZ31镁合金板材室温冲压性能的途径,通过断口形貌分析,对板材室温拉深变形过程中的破裂机理进行了研究.结果表明,室温下,对于普通轧制板材,在拉深比达到1.2后即在冲头肩部发生破裂;对于等径角轧制板材.其拉深比可达1.6以上;当拉深比达到1.8时,在杯形件凸缘发生破裂,断面光滑平整.为解理断裂.这主要与板材在拉深变形中的应力应变状态和其非基面织构有关.单向拉伸与断口分析表明其冲压性能和破裂行为的差异,主要是因为这两种板材织构不同所致.     

日本的镁合金旋压技术

镁合金是面向未来、环境友好的实用结构材料,旋转成形是环境友好的材料塑性成形技术,镁合金旋压技术是非常有必要开发研究的环境友好的金属塑性成形高新技术。本文根据所收集的公开资料,对日本近年来针对AZ31、AZ31B镁合金板材所开展的旋压成形技术的研究和开发情况进行了综述,内容包括圆筒形件旋压、车轮旋压成形、旋压缩管以及圆管端部缩口、封头旋压工艺的旋压机床、坯料条件、工件尺寸、加热温度、成形参数、工艺过程以及材料组织和性能变化等。