CN100391647C - 镁合金薄壳件热冲锻成形模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镁合金薄壳件热冲锻成形方法及其专用模具,主要用于电子消费类产品的外壳生产,如MP3播放机、手机、PDA、数码相机等。其步骤:将厚度为1.5mm~6mm的镁合金坯料作为毛坯,将模具加热至200~400℃,坯料加热至250~450℃,坯料均匀涂抹上润滑剂后,放入凹模内,凸模向下运动冲锻出壳形件。该模具的凸模侧面具有凸模约束壁,分别对应薄壳件的侧壁,凸模约束壁壁厚与薄壳件侧壁厚度相同,凸模约束壁底面长度小于对应的薄壳件侧壁长度,形成可容纳多余金属的流出槽。本发明生产出的外壳具有较复杂的几何外形,可带有螺丝柱、加强筋等;壁厚薄、尺寸精度高;表面质量好、机械性能高;生产效率高、材料利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及镁合金塑性加工生产技术,特别涉及一种具有较复杂几何外形(如可带有螺丝柱、加强筋等)的镁合金薄壳件热冲锻成形方法及其专用模具。
背景技术
近几年来电脑、通讯产品、消费性电子等3C产品大行其道,而此类物品常须有便携性。目前大部分便携式产品的结构材料仍以工程塑胶为主,虽然其性能通常可以满足便携式产品结构的需求(如:强度够、轻量、低成本、制造容易、周边厂商配合容易等),但随着社会需求的不断发展,各种塑胶材料在结构刚性、散热性等已开始逐渐不能满足要求。特别是对产品材料特性要求更高,如电磁波干扰屏蔽、可回收性等,传统塑胶材料无法满足这些需求。镁是工业中最轻的结构金属材料,其密度仅为1.74g/cm。镁及镁合金具有一些吸引人的性质:优良的导热性、导电性及电磁屏蔽性能;高的比强度、比刚度和减震性能;优良的加工工艺性能,如良好的铸造性能、机械加工性能,以及在保护气氛下有良好的焊接性能。镁的资源丰富,在当前日益严峻的能源与环境的压力下,镁合金易于回收和有利于环保等特点使其受到世人瞩目。因此对于追求轻、薄、短、小及环境保护的高科技产品而言,镁合金将是本世纪最热门的金属材料之一,有望得到长足的发展。
目前,镁合金产品主要采用压铸技术加工,但压铸仍有许多无法克服的缺点比如生产速度慢、优良率低、表面孔洞等。与铸造镁合金相比,变形镁合金在组织上更细、成分上更均匀、内部更致密,因此变形镁合金比铸造镁合金有高强度和高延伸率,而且塑性加工具有表面质量好、生产速度快、优良率高等优点,因此开发镁合金塑性加工技术是目前亟待进行的工作。
常见的镁合金塑性加工方法,如冲压,无法成形较复杂的几何外形。3C产品薄壳件内通常都带有突起的螺丝孔和加强筋等较复杂的部件,螺丝孔可用来连接上下外壳,还可安装LCD和其它电子元件;加强筋可提高薄壳件的刚度。这些部位则无法以冲压等方式成形。而采用热冲锻工艺进行此类薄壳件加工是一种形之有效的方法。
发明内容
本发明目的是提供一种镁合金薄壳件热冲锻成形方法及其专用模具,解决复杂的几何外形的成形问题,可获得材料利用率高、表面质量好的镁合金薄壳件。
本发明的技术方案是:
镁合金薄壳件热冲锻成形方法,具体工艺步骤为:
(1)将模具加热至200~400℃;
(2)将厚为1.5mm~6mm坯料,加热至250~450℃;
(3)将坯料涂上润滑剂;
(4)将坯料放入凹模内,凸模向下运动,速度为10~500毫米/秒。
当冲锻结束后,从模具中取出成形件,冷却后,进行切边,切去多余边部。然后进行机加工,包括钻孔、切削等。最后进行表面处理和喷涂,完成成品的制造。
所采用的专用模具主要包括:上模板、凹模垫板、退块、凹模、芯杆、凸模、凸模固定板、下模板。其中:凹模放于凹模垫板上,退块和芯杆放入凹模内,用螺钉与定位销钉将凹模和凹模垫板固定于下模板上,凸模安装于凸模固定板,用螺钉和定位销钉固定于上模板。模具的主要特征是:凸模具有与薄壳件的螺丝柱、加强筋相对应的螺丝柱孔和加强筋槽,凸模侧面具有凸模约束壁,分别对应薄壳件的侧壁,凸模约束壁壁厚与薄壳件侧壁厚度相同,凸模约束壁底面长度小于对应的薄壳件侧壁长度,形成可容纳多余金属的流出槽。
所述凸模约束壁底面长度约占所对应的薄壳件侧壁长度的4/5~9/10。
所述模具安装有加热、保温装置;凹模内径向分布有加热棒孔,加热棒置于加热棒孔内。
本发明原理如下:
镁的晶格是密排六方晶格排列,室温下只有基面{0001}产生滑移,因此镁合金常温下容易脆裂;200℃以上时第一类角锥面{1011}产生滑移,塑性大为提高;225℃以上时第二类角锥面{1012}也可能产生滑移,塑性提高更大。因此必须升高温度,以产生新的变形机制,才足以使材料变形容易。而且在较高温度下的塑性变形,可以发生动态再结晶,能细化晶粒、提高机械性能。较高温度下,冲锻所需的吨位比较低温下所需的吨位低得多;但若材料温度高于450℃,会造成晶粒长大,降低机械性能。故此镁合金坯料温度需控制好,一般在250~450℃。
良好的润滑条件,能利于镁合金材料的流动,有效降低模具磨损,降低设备所需吨位,提高产品的表面质量。凹模内壁、芯杆工作表面和凸模工作部位需进行抛光处理。对镁合金坯料表面进行抛光处理。在冲锻前,坯料表面要均匀涂抹上润滑剂,润滑剂可采用液体聚四氟乙烯(PTFE)或二硫化钼或石墨。
镁合金的流动性不好,比如对于形状如方盒的薄壳件,侧壁的四个角落成形高度相对侧壁中部低得多。针对镁合金的流动特性,合理的设计凸模形状可有效提高四个角落的成形高度,使侧壁高度均匀,减少切边余量、节省坯料。
本发明的主要优点:
1、本发明改进凸模几何外形,增加约束壁和流出槽,使薄壳件侧壁平整、高度均匀、切边量少、节省坯料。
2、本发明成形的薄壁件几何外形较复杂,可带有螺丝柱、加强筋等,方便上、下外壳连接,易于安装电子产品内部的线路板和LCD等部件,提高了产品刚度,生产的薄壳件适用于3C产品。
3、本发明外壳壁厚薄,厚度可达到0.5~0.8mm,符合3C产品要求的轻、薄、短、小的特点。
4、本发明通过本方式成形的镁合金薄壳件,表面质量好,简化后续表面处理过程。
5、本发明在合理的工艺参数下进行加工,可得到细小的晶粒,产品的机械性能高于其它方式成形的产品。
附图说明
图1为本发明具体实施时采用的镁合金热冲锻专用模具结构剖面图。
图2a-b为本发明的凹模剖面图。其中,图2a为主视图;图2b为图2a的C-C剖视图。
图3为采用本发明制造的一个典型产品图。
图4为制造图3所示产品的凸模图。
图中,1下模板;2凹模垫板;3退块;4凹模;5芯杆;6凸模;7凸模固定板;8上模板;9薄壳件;10螺丝柱;11加强筋;12角落;13侧壁;14加热棒孔;15螺丝柱孔;16加强筋槽;17流出槽;18约束壁底面;19凸模约束壁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明进行进一步的说明。
如图1和图2a-b所示,所采用的专用模具主要包括:下模板1、凹模垫板2、退块3、凹模4、芯杆5、凸模6、凸模固定板7、上模板8。其中:凹模4放于凹模垫板2上,退块3和芯杆5放入凹模4内,用螺钉与定位销钉将凹模4和凹模垫板2固定于下模板1上。凸模6安装于凸模固定板7,用螺钉和定位销钉固定于上模板8。
如图3所示,热冲锻薄壳件9内部带有4个螺丝柱10,1个加强筋11。预成形薄壳件为四方形,难点在于:壳内部不但要成形出螺丝柱和加强筋,而且薄壳件四个角12难以成形。
取镁合金AZ31轧制或挤压板材(厚度为1.5mm~6mm)一块,其面积与预成形薄壳件底部面积相等,可刚好平放入凹模内。根据预成形薄壳件成品的形状和体积,按体积相等原则,适当留出余量,精确计算出所需坯料的厚度。
将坯料进行表面抛光处理,然后放入加热炉中加热至250~450℃。在此温度下,镁合金的塑性好,能有效降低设备吨位,同时不会发生晶粒长大现象。
将模具预热至200~400℃,最好保持温度在300℃以上。将坯料均匀涂抹润滑剂液体聚四氟乙烯(PTFE)或二硫化钼或石墨,然后放入凹模4内,置于芯杆5上。凹模内径向分布有12个加热棒孔14,将加热棒置于加热棒孔14内。加热模具,可保证坯料温度在所需变形温度范围内,如图2a-b所示。
凸模6开始向下运动,速度为10mm/s~500mm/s,施加力的大小与凸模截面积、凸模速度和成品薄壳件的厚度相关,大约在5~15吨/厘米2。
对应预成形薄壳件9的螺丝柱10和加强筋11,凸模6具有螺丝柱孔15和加强筋槽16。在凸模6作用下,能成形4个螺丝柱10和加强筋11。根据镁合金的塑性变形特性,预成形薄壳件侧壁13中间的成形高度通常远高于四个角落12的成形高度。为此,如图4所示,本发明的凸模具有4个凸模约束壁19,分别对应预成形薄壳件的4个侧壁。如凸模约束壁19对应预成形薄壳件的侧壁13。凸模约束壁19可限制薄壳件侧壁13中间的成形高度,有效提高四个角落12的成形高度。如当镁合金材料变形流动到凸模约束壁底面18处时,凸模约束壁19将限制材料继续向上流动,而向两侧流动,流向角落,从而提高了四个角落12的成形高度。凸模约束壁底面长度小于薄壳件侧壁长度,所述凸模约束壁底面长度约占所对应的薄壳件侧壁长度的4/5~9/10。这样可形成流出槽17,多余的金属可从流出槽17中流出。
实施例1
镁合金薄壳件热冲锻成形方法,具体工艺步骤如下:
(1)将模具加热至200℃;
(2)将厚度为1.5mm板材加热至250℃;
(3)将坯料均匀涂抹上润滑剂液体聚四氟乙烯;
(4)将坯料放入凹模内,凸模向下运动速度为500mm/s冲锻出壳形件。根据成形件的尺寸和形状不同,对凸模施加力的大小控制在为5ton/cm2~15ton/cm2。
实施例2
镁合金薄壳件热冲锻成形方法,具体工艺步骤如下:
(1)将模具加热至300℃;
(2)将厚度为3mm板材加热至350℃;
(3)将坯料均匀涂抹上润滑剂二硫化钼;
(4)将坯料放入凹模内,凸模向下运动速度为100mm/s冲锻出壳形件。根据成形件的尺寸和形状不同,对凸模施加力的大小控制在为5ton/cm2~15ton/cm2。
实施例3
镁合金薄壳件热冲锻成形方法,具体工艺步骤如下:
(1)将模具加热至400℃;
(2)将厚度为6mm板材加热至450℃;
(3)将坯料均匀涂抹上润滑剂石墨;
(4)将坯料放入凹模内,凸模向下运动速度为10mm/s冲锻出壳形件。根据成形件的尺寸和形状不同,对凸模施加力的大小控制在为5ton/cm2~15ton/cm2。
当冲锻结束后,从模具中取出成形件,冷却后,进行切边,切去多余边部。然后进行机加工,包括钻孔、切削等。最后进行表面处理和喷涂,完成成品的制造。
Claims (4)
1.镁合金薄壳件热冲锻成形模具,包括下模板(1)、凹模垫板(2)、退块(3)、凹模(4)、芯杆(5)、凸模(6)、凸模固定板(7)、上模板(8),其中:凹模(4)放于凹模垫板(2)上,退块(3)和芯杆(5)放入凹模(4)内,凹模(4)和凹模垫板(2)固定于下模板(1)上,凸模(6)安装于凸模固定板(7),凸模(6)和凸模固定板(7)固定于上模板(8),其特征在于:凸模(6)具有与薄壳件的螺丝柱、加强筋相对应的螺丝柱孔(15)和加强筋槽(16),凸模(6)侧面具有凸模约束壁(19),分别对应薄壳件的侧壁(13),凸模约束壁(19)壁厚与薄壳件侧壁(13)厚度相同,凸模约束壁底面长度小于对应的薄壳件侧壁(13)长度,形成可容纳多余金属的流出槽(17)。
2.根据权利要求1所述的镁合金薄壳件热冲锻成形模具,其特征在于:所述凸模约束壁底面长度占所对应的薄壳件侧壁长度的4/5~9/10。
3.根据权利要求1所述的镁合金薄壳件热冲锻成形模具,其特征在于:模具安装有加热、保温装置。
4.根据权利要求1所述的镁合金薄壳件热冲锻成形模具,其特征在于:所述凹模(4)内径向分布有加热棒孔(14),加热棒置于加热棒孔内。
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