CN105817518B - 一种提升镁合金室温成形性能的方法和装置 - Google Patents
一种提升镁合金室温成形性能的方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明所提供的一种提升镁合金室温成形性能的方法，包括步骤：B、将镁合金板材放入曲线模具，采用电磁成形技术对镁合金板材进行初加工；C、将镁合金板材放入平板模具，采用电磁成形技术对镁合金板材进行再加工，恢复平板状态。对应还提供一种实现上述方法的装置。由上，利用电磁成形的高应变速率变形的方法提高镁合金板材内的孪晶比例，利用两次微变形，破碎因常规轧制导致的强基面织构的组织状态，从而从根本上改变镁合金板材的室温成形性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工技术领域，特别涉及一种提升镁合金室温成形性能的方法和装置。
背景技术
镁合金具有密度小、比强度高、电磁屏蔽性能好，减振性能突出等特点，在电子、通讯、交通、航空航天等领域有着十分广泛的应用前景。近年来，轻量化及节能节材的要求，使得镁合金在航空航天、汽车、3C产品等领域的需求进一步增大，对其力学性能也提出了更高的要求，传统铸造镁合金已无法达到相应的力学指标，因此，采用塑性加工生产的镁合金产品越来越得到重视，但镁合金由于为密排六方结构，室温状态下仅有两个基面滑移系，导致其室温成形性能很差，限制了应用范围。目前，市场上的镁合金板材一般采用平板状的镁合金铸坯热轧成形。通过常规轧制制备的板材力学性能不够理想，并且基面织构很强，对后续成形极为不利，极大的限制了镁合金板材在电子、通讯、交通、航空等领域的应用。因此，提升镁合金板材室温成形性能，是发展镁合金塑性成形技术，实现镁合金制品产业化生产的基础和前提，对于扩大镁合金产品的生产和应用具有重大意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种提升镁合金室温成形性能的方法和装置，其中方法包括步骤：
B、将镁合金板材放入曲线模具，采用电磁成形技术对镁合金板材进行初加工；
C、将镁合金板材放入平板模具，采用电磁成形技术对镁合金板材进行再加工，恢复平板状态。
由上，利用电磁成形的高应变速率变形的方法提高镁合金板材内的孪晶比例，利用两次微变形，破碎因常规轧制导致的强基面织构的组织状态，从而从根本上改变镁合金板材的室温成形性能。
可选的，所述曲线模具的表面特征满足正弦曲线长度公式y＝Asin(Bx)，式中x表示镁合金板材的原始长度，y表示镁合金板材变形后长度，A、B为一组系数对。
由上，采用上述公式，方便模具的制作，节约成本；并且保证整个镁合金板材的变形是相对均匀的，且可以针对镁合金板材的方向性进行调整，即，使镁合金板材的轧向与曲线模具曲线的轴线方向呈一定角度，从而可以控制镁合金板材的方向性，可以增强某一个方向的塑性也可以均匀两个方向的塑性。经过上述优化，可以避免在室温下，如采用其他曲线导致的镁合金板材出现局部区域的变形半径过大而导致开裂。
可选的，依据镁合金板材20不同的变形量计算出的不同A、B系数对，通过镁合金板材本身的延伸率选择A、B系数对，所述系数对中的A值取值随镁合金板材的延伸率增加而增大，所述系数对中的B值取值随镁合金板材的延伸率增加而减小。
所述延伸率为镁合金板材变形后长度与原始长度之比的百分数。
可选的，步骤B中，对镁合金板材所进行的初加工，使其变形量为5％-10％。
由上，初加工的变形量为5％-10％的目的在于：将通过大量实验证明，当初加工的形变量低于5％时，镁合金板材会有孪生程度低且不均匀的情况，对塑性的改变影响较小。而当初加工的形变量高于10％时，镁合金板材容易产生断裂或开裂现象，因此，本实施例中，将第一次加工的变形量控制在设定的5％-10％。
可选的，步骤B和步骤C中，基于电磁成形技术的电磁力，镁合金板材的应变速率至少为103s-1。
可选的，在步骤B前，还包括步骤：A、对镁合金板材进行预处理包括镁合金板材的表面缺陷检查及去油清洁。
对应的，本发明所提供的一种提升镁合金室温成形性能的装置包括：
位于装置底部，用于放置镁合金板材的模具；
用于固定镁合金板材的压边圈，其底部压合镁合金板材，上部通过一组螺栓连接于上压板；
在所述上压板与所述镁合金板材之间，设有电磁线圈组件，所述电磁线圈组件向镁合金板材施加电磁力，以致使镁合金板材产生变形。
由上，利用电磁成形的高应变速率变形的方法提高镁合金板材内的孪晶比例，利用两次微变形，破碎因常规轧制导致的强基面织构的组织状态，从而从根本上改变镁合金板材的室温成形性能。
可选的，所述模具包括曲线模具和平板模具。
可选的，在所述上压板与压边圈之间，还设置有弹簧。
由上，弹簧在压边圈下落以及电磁线圈组件受反作用力弹起时起到缓冲的作用。
可选的，所述电磁线圈组件包括线圈和在其外部的线圈盒；还包括依次连接的：升压变压器、整流二极管、限流电阻、真空开关，所述真空开关用于控制所述线圈的通断；另外还包括一电容，所述电容一端与所述限流电阻连接，另一端连接所述线圈。
附图说明
图1为提升镁合金室温成形性能的方法的原理示意图；
图2为提升镁合金室温成形性能装置的剖面图；
图3为电磁线圈组件的电路原理图；
图2中数字标注含义：20-镁合金板材、21-曲线模具、22-压边圈、23-线圈盒、24-线圈、25-上压板、26-螺栓、27-弹簧；
图3中数字标注含义：31-整流二极管、32-限流电阻、33-真空开关、34-线圈、35-脉冲电容、36-升压变压器。
具体实施方式
为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种提升镁合金室温成形性能的方法和装置，利用电磁成形的高应变速率变形的方法提高镁合金板材内的孪晶比例，利用两次微变形，破碎因常规轧制导致的强基面织构的组织状态，从而从根本上改变镁合金板材的室温成形性能。由于全部过程为室温状态，从而避免了均匀化处理等工序，提高了镁合金板材的制备效率。
如图1所示，提升镁合金室温成形性能的方法包括以下步骤：
S10：对镁合金板材进行预处理。
待处理的镁合金板材一般厚度为0.8-2.0mm，预处理包括镁合金板材进行表面划痕等表面缺陷的检查及去油清洁。
S20：将镁合金板材放入曲线模具，采用电磁力对镁合金板材进行一次加工。
如图2所示为提升镁合金室温成形性能装置的示意图，镁合金板材20放置于曲线模具21上方。通过压边圈22将镁合金板材20下压进行固定。
所述压边圈22通过旋入一组螺栓26进行固定，所述螺栓26的下端旋入压边圈22，其上端固定于上压板25。较佳的，在所述上压板25与压边圈22之间，还设置有弹簧27，从而在压边圈22下落以及后文所述电磁线圈组件受反作用力弹起时起到缓冲的作用。
电磁线圈组件由线圈24和在其外部的线圈盒23组成。如图3所示为电磁线圈组件的电路原理示意图。充电过程中，升压变压器36将外部供电的电压进行升压处理，经过整流二极管31整流以及限流电阻32的过压保护后，向电容35进行充电。当对电容35的充电电压达到设计成形电压2-10kV后，断开充电回路。
导通与电容35和线圈34相连的真空开关33，使电容35对线圈34进行放电，镁合金板材20在电磁力的作用下，瞬间与曲线模具21发生高速碰撞，产生103s-1以上的高应速率变形。
所述电磁线圈组件与上述各部件为分体式结构。当线圈24放电时，线圈24中产生强脉冲电流，依据电磁感应定律，此时线圈24产生强脉冲磁场。而依据楞次定律，镁合金板材20产生一阻碍磁通量变化的感应电流，相应的产生一感应磁场。根据左手定则，镁合金板材20受到径向向内的冲击压力，当镁合金板材20达到压力屈服点时，产生变形。
所述曲线模具21的表面特征满足正弦曲线长度公式y＝Asin(Bx)。
本实施例使曲线模具21表面特征满足正弦曲线长度公式的目的在于：1、上述正弦曲线族方便模具的制作，节约成本；2、保证整个镁合金板材20的变形是相对均匀的，且可以针对镁合金板材20的方向性进行调整，即，使镁合金板材20的轧向与曲线模具21曲线的轴线方向呈一定角度，从而可以控制镁合金板材20的方向性，可以增强某一个方向的塑性也可以均匀两个方向的塑性。经过上述优化，可以避免在室温下，如采用其他曲线导致的镁合金板材20出现局部区域的变形半径过大而导致开裂。
以镁合金板材20变形量为10％为例，依据公式y＝Asin(Bx)，式中x是板料的原始长度，y是板材料变形后长度，所述x、y的比值反应镁合金板材20的延伸率，而延伸率是镁合金板材塑性的指标，延伸率越大，表示钢材的塑性越好。依据镁合金板材20的延伸率确定出在当前镁合金板材的不同A、B取值。具体的，事先依据镁合金板材20不同的变形量所计算出的系数对，如下所示，系数对包括但不限于A＝1，B＝0.6568；A＝2，B＝0.3258；A＝3，B＝0.2190。本实施例通过镁合金板材本身的延伸率判定A、B值的组合，塑性差的镁合金板材，选用A值小；塑性强的镁合金板材，选用A值大。由上，实现了对镁合金板材20塑性差异的变形控制。
较佳的，在进行第一次加工时，其镁合金板材20的变形量控制在设定的5％-10％，最优的，选择为10％。将第一次加工的形变量设定在5％～10％的目的在于，通过大量实验证明，当第一次形变量低于5％时，镁合金板材20会有孪生程度低且不均匀的情况，对塑性的改变影响较小。而当第一次形变量高于10％时，镁合金板材20容易产生断裂或开裂现象，因此，本实施例中，将第一次加工的变形量控制在设定的5％-10％。
S30：将镁合金板材放入平板模具，采用电磁力进行二次加工。
将镁合金板材20放置于平板模具(未图示)，重复步骤S20中的充电以及放电过程，使镁合金板材20在电磁力的作用下，由第一次加工的曲面恢复成为平面。
本实施例利用电磁成形的高应变速率变形的方法提高镁合金板材内的孪晶比例，利用两次微变形，破碎因常规轧制导致的强基面织构的组织状态，从而从根本上改变镁合金板材的室温成形性能。
根据镁合金变形机理，当变形温度低，变形速度极快时，孪生成为塑性变形的主要机制。在密排六方结构的金属中，由于可启动的滑移系较少，孪生对金属的塑性流动行为影响很大。孪生时所发生的切变可均匀地波及整个孪晶带，从而改变晶粒取向，利用孪生对塑性变形的贡献弱化了镁合金的各向异性，提升镁合金板材的室温成形性能。
由于全部过程为室温状态，从而避免了均匀化处理等工序，提高了镁合金板材的制备效率。
同时，利用电磁成形这一高应变速率的制备方法，可以实现自动化控制，从而摆脱了常规轧制供货的镁合金板材无法直接用于成形的局限，拓展了镁合金板材的生产和应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。总之，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种提升镁合金室温成形性能的方法，其特征在于，包括步骤：
B、将镁合金板材放入曲线模具，采用电磁成形技术对镁合金板材进行初加工；
C、将镁合金板材放入平板模具，采用电磁成形技术对镁合金板材进行再加工，恢复平板状态；
所述曲线模具的表面特征满足正弦曲线长度公式y＝Asin(Bx)，式中x表示镁合金板材的原始长度，y表示镁合金板材变形后长度，A、B为一组系数对；
依据镁合金板材不同的变形量计算出的不同A、B系数对，通过镁合金板材本身的延伸率选择A、B系数对，所述系数对中的A值取值随镁合金板材的延伸率增加而增大，所述系数对中的B值取值随镁合金板材的延伸率增加而减小；
所述延伸率为镁合金板材变形后长度与原始长度之比的百分数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B中，对镁合金板材所进行的初加工，使其变形量为5％-10％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B和步骤C中，基于电磁成形技术的电磁力，镁合金板材的应变速率至少为103s-1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B前，还包括步骤A、对镁合金板材进行预处理，包括镁合金板材的表面缺陷检查及去油清洁。
5.一种提升镁合金室温成形性能的装置，其特征在于，包括：
位于装置底部，用于放置镁合金板材的模具；
用于固定镁合金板材的压边圈，其底部压合镁合金板材，上部通过一组螺栓连接于上压板；
在所述上压板与所述镁合金板材之间，设有电磁线圈组件，所述电磁线圈组件向镁合金板材施加电磁力，以致使镁合金板材产生变形；
所述模具包括曲线模具和平板模具；
所述曲线模具的表面特征满足正弦曲线长度公式y＝Asin(Bx)，式中x表示镁合金板材的原始长度，y表示镁合金板材变形后长度，A、B为一组系数对；
依据镁合金板材不同的变形量计算出的不同A、B系数对，通过镁合金板材本身的延伸率选择A、B系数对，所述系数对中的A值取值随镁合金板材的延伸率增加而增大，所述系数对中的B值取值随镁合金板材的延伸率增加而减小；
所述延伸率为镁合金板材变形后长度与原始长度之比的百分数。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述上压板与压边圈之间，还设置有弹簧。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电磁线圈组件包括线圈和在其外部的线圈盒；还包括依次连接的：升压变压器、整流二极管、限流电阻、真空开关，所述真空开关用于控制所述线圈的通断；另外还包括一电容，所述电容一端与所述限流电阻连接，另一端连接所述线圈。
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