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CN102554040B - 镁合金薄板差温拉深模具 - Google Patents

镁合金薄板差温拉深模具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镁合金薄板差温拉深模具,模具采用倒装式,即拉深凸模(12)和压边圈(16)安装在模具的下模,凹模(32)安装在模具的上模部分,凹模(32)和压边圈(16)中内置电阻环形加热线圈以及测温元件热电偶,上模、下模采用滚珠导柱(11)、导套(17)进行导向,拉深件依靠上模中的弹簧(23)和打板(18)将其从凹模(32)中推出。采用差温拉深模具结构形式,即对压边圈和凹模与坯料变形区接触部位进行加热,对凸模和凹模筒壁进行冷却,可使拉深过程中板料具有合理的温差。采用差温拉深模具结构形式,并使拉深凸模工作表面的表面粗糙度数值大于凹模和压边圈工作表面的表面粗糙度数值,可使AZ31B的极限拉深比得到较大的提高。

Description

镁合金薄板差温拉深模具
技术领域
本发明涉及镁合金加工技术领域,尤其涉及的是一种镁合金薄板差温拉深模具。
背景技术
随着汽车、航空、航天、电子工业产品向轻量化和特殊性能要求化方向发展,镁合金冲压产品作为一种质量轻、强度刚度高、电磁屏蔽性和阻尼减振性好的有色金属材料结构件,在这些行业的应用具有广阔前景。但镁合金在室温下难于冲压变形,相关研究成果较少。研究镁合金薄板冲压成形技术对提高镁合金应用范围具有重要意义。基于轻质高强、特殊性能优异和矿产资源优势,镁合金被誉为“21世纪绿色工程结构材料”,是“资源节约型、环境友好型”社会发展的重要潜力材料,正在成为向轻量化和特殊性能要求化方向发展的汽车、航空、航天、电子、通讯等产业的主要首选材料。
镁合金的成型方法与其它金属材料的成型方法相同,主要是通过铸造和塑性变形两种方式进行。铸造可以生产出形状比较复杂的零件,因此,目前市场上镁合金零部件80%左右是通过铸造方法生产,但铸造生产的零件由于组织缩松导致综合力学性能差,壁厚、材料浪费严重,而且铸造方法无法生产出大表面积的薄壁零件、生产条件恶劣、环境污染严重、生产效率低、生产成本高,限制了其在工业生产中的广泛应用。对于以薄壁和大表面积为特征的板类零件,冲压加工是最为切实可行的方法,冲压成形能够快速生产出薄壁、综合力学性能良好的零件。近年来,国内外对镁合金的冲压成形技术高度关注,纷纷展开研究。冲压件的质量主要取决于冲压成形工艺、模具、设备等冲压成形技术,但镁合金由于其密排六方晶体结构特征,室温塑性差,难于冲压成形,目前有关镁合金薄板冲压成形技术研究成果大部分局限于实验室研究应用,还没有进入工业化规模生产的水平,特别是在冲压件使用量大、冲压成形时材料变形复杂的汽车工业和航空航天工业中,只有个别企业的少量冲压件采用镁合金。因此,深入开展镁合金薄板冲压成形技术对实现工业化生产,扩大镁合金冲压件在工业生产中的应用具有十分重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种镁合金薄板差温拉深模具。
本发明的技术方案如下:
一种镁合金薄板差温拉深模具,模具采用倒装式,即拉深凸模(12)和压边圈(16)安装在模具的下模,凹模(32)安装在模具的上模部分,凹模(32)和压边圈(16)中内置电阻环形加热线圈以及测温元件热电偶,上模、下模采用滚珠导柱(11)、导套(17)进行导向,拉深件依靠上模中的弹簧(23)和打板(18)将其从凹模(32)中推出。
所述的镁合金薄板差温拉深模具,所述的上模中,凹模(32)与凹模垫板(28)用隔热板(30)隔开,凹模环形槽中设置电阻环形加热线圈(31)对其进行加热,并安装热电偶(33)进行实时控制,使凹模(32)温度保持在预定温度范围;凹模垫板(28)开设环形冷却水道进行冷却,上模座(20)和凹模垫板(28)之间装配密封圈(27)防止冷却水渗漏。
所述的镁合金薄板差温拉深模具,所述的下模中,压边圈(16)环形槽中设置电阻环形加热线圈(15)和热电偶(34)使压边圈(16)保持在设定的温度范围;拉伸凸模(12)后部镗盲孔,通入循环水,下模冷却水入水口水嘴(5)从凸模轴心伸入到凸模顶部,出水口水嘴(4)应低于密封圈压板(6)。
采用差温拉深模具结构形式,即对压边圈和凹模与坯料变形区接触部位进行加热,对凸模和凹模筒壁进行冷却,可使拉深过程中板料具有合理的温差。采用差温拉深模具结构形式,并使拉深凸模工作表面的表面粗糙度数值大于凹模和压边圈工作表面的表面粗糙度数值,可使AZ31B的极限拉深比得到较大的提高。
附图说明
图1镁合金板料拉深变形过程及摩擦力示意图;
图2为镁合金差温拉深模具结构示意图;
图中数字标注含义:1、22、36-定位销;2、21、25、35-螺钉;3、27-密封圈;4、29-出水口水嘴;5、19-入水口水嘴6-密封圈压板;7-固定板;8-垫板;9-卸料螺钉;10-下模座;11-滚珠导柱;12-拉深凸模;13-加热线圈压板;14、30-隔热板;15、31-电阻环形加热线圈;16-压边圈;17-导套;18-打板;20-上模座23、37-弹簧;24-打杆;26-模脚;28-凹模垫板;32-凹模;33、34-热电偶。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例,对本发明进行详细说明。
镁具有密排六方晶体结构,共有基面滑移、棱柱面滑移和锥面孪生等5个滑移系,室温下只有基面产生滑移,因此冷成形性差。温度升高时,参与变形的滑移系数量增加,同时回复和再结晶也能消除部分塑性变形时产生的加工硬化,使其塑性增加。大部分变形镁合金适宜在200℃~400℃进行冲压成形。从性价比考虑,AZ31B镁合金薄板适合生产冲压件,其在温度达到一定范围时,具有良好的塑性。从E.Doege、张先宏、高军等研究AZ31B薄板在不同温度下的应力应变曲线]表明,镁合金的塑性随着温度的升高而增加,抗拉强度随着温度的升高而急剧下降。当温度达到200℃以上时,AZ31B的塑性较好,可以进行冲压成形;但温度超过235℃时,塑性增量很小,材料进一步升温已无实际意义。因此,AZ31B镁合金薄板适宜的冲压成形温度范围为200℃~235℃。
根据拉深变形过程中各部分的受力及变形状况不同,可将镁合金拉深坯料划分成5个部分,如图1所示。区域1为凸缘部分,是拉深成形的主要变形区,材料在模具的作用下向凹模内部流动逐步形成筒壁,在拉深过程中,该部分材料处于径向受拉、切向受压的平面应力状态,并在径向和切向分别产生伸长和压缩变形。区域2为凹模圆角区,材料处于径向受拉、切向和厚向受压的三向应力状态;应变状态为径向拉伸,切向压缩,厚度减小的三维应变状态。区域3是筒壁传力区,材料只受到单向拉应力作用,将压力机施加于凸模的压力传至区域2和区域1。区域4为筒形件底部,材料处于径向和切向为拉应力的平面应力状态,变形量小。区域5为凸模圆角区,材料承受筒壁的拉应力以及凸模的压力,材料包向凸模圆角发生弯曲和胀形变形使壁厚减薄,凸模圆角与直壁交界处壁厚最薄,如果该处所受拉应力σ1超过材料的抗拉强度σK时,拉深件将在区域5与区域3相交的壁厚最薄区域产生拉裂。防止拉裂的方式一般可以通过提高材料的抗拉强度、降低底部圆角区域材料的变薄率、降低底部圆角区域所受的拉应力σ1等方式进行。
拉深变形过程中,坯料各部分所受摩擦力对拉深变形的影响各不相同。总的说来,摩擦力的大小与坯料接触表面所受正压力和摩擦系数成正比,坯料所受摩擦力的作用方向总是沿着坯料与模具接触面的切线方向,并且与坯料相对运动或相对运动趋势的方向相反,即对于区域1和来说,凸缘上下表面在压边圈和凹模工作表面的压力作用下产生摩擦力FYu和FDu,摩擦力的方向与所受径向拉应力的方向相反,阻碍变形区材料的流动,使拉深变形困难;对于筒壁传力区区域3来说,材料紧贴凸模表面,与凸模表面产生静摩擦力FPu,摩擦力的方向与所受拉应力的方向相反,降低危险截面所承受的拉应力,使底部拉裂可能性下降。
为了使镁合金具有良好的塑性以利于拉深成形,须将变形区温度升高到200~235℃,但温度升高的同时也会使镁合金的抗拉强度下降,增大了危险断面拉裂的可能性,故应采取措施使已变形区处于较低温度以保持抗拉强度不变。因此可采取差温拉深工艺方法,在坯料变形区(凸缘区)进行局部加热,在传力区、危险端面以及筒底区域进行局部冷却。其关键是要保证模具各部分的温度均匀并且波动范围小;同时要防止模具的热量传递到压力机上,造成压力机滑块与导轨卡死,加剧滑块的摩擦磨损,降低成形设备的使用寿命。
本发明提供的差温拉深模具总体结构如图2所示。为了便于设置加热和冷却系统,模具采用倒装式,即拉深凸模12和压边圈16安装在模具的下模,凹模32安装在模具的上模部分,凹模32和压边圈16中内置电阻环形加热线圈15、电阻环形加热线圈31以及测温元件热电偶33、热电偶34,上、下模采用滚珠导柱11、导套17进行导向,拉深件依靠上模中的弹簧23和打板18将其从凹模32中推出。
为了避免热量散失过多造成凹模32温度波动范围太大,上模中,凹模32与凹模垫板28用隔热板30隔开,凹模环形槽中设置电阻环形加热线圈31对其进行加热,并安装热电偶33进行实时控制,使凹模32温度保持在预定温度范围,凹模垫板28开设环形冷却水道(由入水口水嘴19、出水口水嘴29组成冷却水道)进行冷却,上模座20和凹模垫板28之间装配密封圈27防止冷却水渗漏。下模部分,压边圈16环形槽中设置电阻环形加热线圈15和热电偶34使压边圈16保持在设定的温度范围;为了使拉伸凸模12温度保持在室温,将其后部镗盲孔,通入循环水(由入水口水嘴5、出水口水嘴4组成冷却水道),实现冷却,为了实现均匀冷却,下模冷却水入水口水嘴5从凸模轴心伸入到凸模顶部,出水口水嘴4应低于密封圈压板6以避免余水保留在凸模内对模具造成影响,采用密封圈压板6将密封圈3压紧在垫板8上以避免冷却水渗漏。
生产时,将镁合金薄板差温拉深模具安装在伺服压力机上,接入温度控制系统。拉深成形时,首先将镁合金薄板坯料放置在压边圈16上并定位,上模下行,当凹模32与坯料接触时立刻停止下行,坯料在凹模32和压边圈16热传导作用下,温度逐渐升高,当温度达到预定温度时,上模继续下行,压边圈16、卸料螺钉9逐步下退,弹簧37受压逐渐缩短,拉伸凸模12逐渐将坯料拉入凹模32的型腔,同时打板18、打杆24上退,弹簧23受压缩短,在拉伸凸模12和凹模32的作用下,坯料逐渐进入凹模32,由原来的平板状变成立体状开口空心的拉深件,当行程达到设定值后,上模回退、打开模具,弹簧37弹性回复,带动压边圈16、卸料螺钉9复位,弹簧23弹性回复,带动打板18、打杆24复位,将拉深件从凹模型腔中推出,完成一次差温拉深过程。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种镁合金薄板差温拉深模具,其特征在于,模具采用倒装式,即拉深凸模(12)和压边圈(16)安装在模具的下模,凹模(32)安装在模具的上模部分,凹模(32)和压边圈(16)中内置电阻环形加热线圈以及测温元件热电偶,上模、下模采用滚珠导柱(11)、导套(17)进行导向,拉深件依靠上模中的弹簧(23)和打板(18)将其从凹模(32)中推出;所述的上模中,凹模(32)与凹模垫板(28)用隔热板(30)隔开,凹模环形槽中设置电阻环形加热线圈(31)对其进行加热,并安装热电偶(33)进行实时控制,使凹模(32)温度保持在预定温度范围;凹模垫板(28)开设环形冷却水道进行冷却,上模座(20)和凹模垫板(28)之间装配密封圈(27)防止冷却水渗漏;所述的下模中,压边圈(16)环形槽中设置电阻环形加热线圈(15)和热电偶(34)使压边圈(16)保持在设定的温度范围;拉伸凸模(12)后部镗盲孔,通入循环水,下模冷却水入水口水嘴(5)从凸模轴心伸入到凸模顶部,出水口水嘴(4)应低于密封圈压板(6)。
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