CN108296349B - 一种镁合金板增厚的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种镁合金板增厚的方法及装置，属于有色金属材料塑性变形及应用的技术领域，包括下述步骤：S1，使镁合金板发生弯曲变形；S2，对弯曲变形的镁合金板进行限宽压直；S3，通过一次或多次反复弯曲变形和限宽压直实现所述镁合金板的增厚。本发明实现了镁合金板有效增厚的塑性加工。

Description

一种镁合金板增厚的方法及装置
技术领域
本发明涉及有色金属材料塑性变形及应用的技术领域，特别是涉及一种镁合金板增厚的方法及装置。
背景技术
镁合金板材在承受横向压力时容易出现失稳现象，因此镁合金板的横向压缩或厚向增厚较难实现，比如镁合金板材最常用的加工技术轧制，通常会使镁合金板材的厚度减小。但在一些情况下，需要使板材发生横向压缩，即实现镁合金板增厚。但目前还没有一种能使镁合金板有效增厚的塑性加工方法。
发明内容
本发明提供一种镁合金板增厚的方法及装置，以改善上述技术问题。
本发明提供一种镁合金板增厚的方法，包括下述步骤：
S1，使镁合金板发生弯曲变形；
S2，对弯曲变形的镁合金板进行限宽压直；
S3，通过一次或多次反复弯曲变形和限宽压直实现所述镁合金板的增厚。
具体地，步骤S1包括：预热模具型腔为波浪形的开合式弯曲模具，预热温度200℃，预热时间为60min，将所述镁合金板置于所述开合式弯曲模具内，对所述镁合金板施压使所述镁合金板发生弯曲变形，施压压强2 MPa，施压时间5 min；
开合式弯曲模具的模具型腔的曲线方程是Y=-4cos(π/20)x；
步骤S2包括；将弯曲变形的镁合金板取出置于模具型腔为矩形的开合式限宽压直模具中，对弯曲变形的镁合金板施压实现弯曲变形的镁合金板的限宽压直，施压压强1-3MPa，施压时间5-20min
具体地，步骤S2还包括，在所述开合式限宽压直模具内放置防止弯曲变形的镁合金板与所述开合式限宽压直模具粘接的石墨纸。
本发明还提供一种镁合金板增厚的装置，用于实现上述镁合金板增厚的方法；包括热压机、开合式弯曲模具、开合式限宽压直模具以及用于对弯曲变形的镁合金板进行限宽压直时限宽的限位块；热压机包括相对设置的顶座和底座、设置在顶座和底座之间的支撑柱、设置在顶座上的压块、设置在顶座上且与压块连接的液压缸、设置在底座上的工作台、设置在工作台上的下加热台、设置在下加热台上且与压块相对的上加热台以及设置在底座上的控制箱；上加热台和下加热台之间为模具放置空间；控制箱通过第一接线管和第二接线管与所述液压缸连接，通过上加热台控制线和所述上加热台连接，通过下加热台控制线和所述下加热台连接；开合式弯曲模具包括上模和下模，模具型腔为波浪形，模具型腔的曲线方程是Y=-4cos(π/20)x；开合式限宽压直模具包括上模和下模，模具型腔为矩形。
进一步地，开合式弯曲模具用模具钢5CrMnMo材料制作；开合式限宽压直模具用模具钢5CrMnMo材料制作。
进一步地，控制箱上设有油压表、显示屏、电源开关、电源指示灯、行程控制开关、压力控制开关、上模加热控制器和下模加热控制器。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明针对镁合金板因易失稳而难以发生横向压缩或厚向增厚的塑性加工现状，先使镁合金板在开合式弯曲模具中发生弯曲变形，随后在开合式限宽压直模具中进行限宽压直变形，通过一次或多次限宽弯曲压直变形达到增厚的目的，通过板材增厚可以实现预制孪晶、细化晶粒、减小各向异性，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，是一种先进的镁合金板板增厚的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明实施例1提供的镁合金板增厚的方法中镁合金板弯曲变形准备图；
图2是本发明实施例1提供的镁合金板增厚的方法中镁合金板弯曲变形状态图；
图3是本发明实施例1提供的镁合金板增厚的方法中镁合金板限宽压直准备图；
图4是本发明实施例1提供的镁合金板增厚的方法中镁合金板限宽压直状态图；
图5 是实施例3中两次增厚前后的镁合金板对比图；
图6是实施例3中两次增厚前后镁合金板的应力应变曲线；
图7是实施例3中原始镁合金板材的微观组织；
图8是实施例3中两次增厚的镁合金板材的微观组织。
标号：100-开合式弯曲模具；200-开合式限宽压直模具；300-限位块；401-底座；402-顶座；403-支撑柱；404-压块；405-液压缸；406-工作台；407-下加热台；408-上加热台；409-控制箱；410-第一接线管；411-第二接线管；412-上加热台控制线；413-下加热台控制线；414-油压表；415-显示屏；416-电源开关；417-电源指示灯；418-行程控制开关；419-压力控制开关；420-上模加热控制器；421-下模加热控制器；501-初始镁合金板；502-弯曲变形的镁合金板；503-限宽压直的限宽压直。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种镁合金板增厚的方法，包括下述步骤：
S1，使镁合金板发生弯曲变形；
S2，对弯曲变形的镁合金板进行限宽压直；
S3，通过一次或多次反复弯曲变形和限宽压直实现镁合金板的增厚.
具体地，步骤S1包括：预热模具型腔为波浪形的开合式弯曲模具，预热温度200℃，预热时间为60min，将镁合金板置于开合式弯曲模具内，对镁合金板加压使镁合金板发生弯曲变形，施压压强2 MPa，施压时间5 min；
开合式弯曲模具的模具型腔的曲线方程是Y=-4cos(π/20)x；
步骤S2包括；将弯曲变形的镁合金板取出置于模具型腔为矩形的开合式限宽压直模具中，对弯曲变形的镁合金板施压实现弯曲变形的镁合金板的限宽压直，施压压强1-3MPa，施压时间5-20 min。
具体地，步骤S2还包括，在开合式限宽压直模具内放置防止弯曲变形的镁合金板与开合式限宽压直模具粘接的石墨纸。
实施例2
本实施例提供一种镁合金板增厚的装置，用于实施例1所述镁合金板增厚的方法；包括热压机、开合式弯曲模具100、开合式限宽压直模具200以及用于对弯曲变形的镁合金板进行限宽压直时限宽的限位块300；热压机相对设置的顶座402和底座401、设置在顶座402和底座401之间的支撑柱403、设置在顶座402上的压块404、设置在顶座402上且与压块404连接的液压缸405、设置在底座401上的工作台406、设置在工作台406上的下加热台407、设置在下加热407上且与压块404相对的上加热台408以及设置在底座401上的控制箱409；上加热台408和下加热台407之间为模具放置空间；控制箱409通过第一接线管410和第二接线管411与液压缸405连接，通过上加热台控制线412和上加热台408连接，通过下加热台控制线413和下加热台407连接；开合式弯曲模具100包括上模和下模，模具型腔为波浪形，模具型腔的曲线方程是Y=-4cos(π/20)x；开合式限宽压直模具200包括上模和下模，模具型腔为矩形。
进一步地，开合式弯曲模具100用模具钢5CrMnMo材料制作；开合式限宽压直模具200用模具钢5CrMnMo材料制作。
进一步地，控制箱409上设有油压表414、显示屏415、电源开关416、电源指示灯417、行程控制开关418、压力控制开关419、上模加热控制器420和下模加热控制器421。
实施例3
本实施例以退火态AZ31镁合金板为实验对象，根据实施例1所述方法和实施例2所述装置对退火态AZ31镁合金板进行增厚。开合式弯曲模具100的尺寸为86 mm×40 mm×8mm，型腔表面粗糙度Ra 0.08-0.16 μm；开合式限宽压直模具200的尺寸为80mm×40mm×8mm，型腔表面粗糙度Ra 0.08-0.16 μm；镁合金板轧制方向（RD）长度为40 mm，横向（TD）长度为86 mm，厚度为2.7 mm；具体步骤如下：
（1）打磨，将镁合金板各个表面打磨平整；
（2）切割石墨纸，尺寸为7 mm×80 mm×0.5 mm，共两张；
（3）镁合金板的弯曲变形
① 将开合式弯曲模具100垂直置于热压机的上加热台408和下加热台407之间，加热上加热台408和下加热台407，预热开合式弯曲模具100，预热温度200℃，预热时间60min；
② 将镁合金板置于开合式弯曲模具100的模腔中；
③ 将热压机的压块404垂直对准开合式弯曲模具100，开启液压缸405，对开合式弯曲模具100中的镁合金板进行施压，施压压强2 MPa，施压时间5 min；
④ 关闭热压机的上模加热控制器420和下模加热控制器421，停止加热；
⑤ 开模，打开开合式弯曲模具100，取出弯曲变形的镁合金板材；
⑥ 冷却，将镁合金板置于空气中冷却至25℃；
（4）镁合金板的限宽压直
① 将开合式限宽压直模具200垂直置于的上加热台408和下加热台407之间，加热上加热台408和下加热台407，预热开合式限宽压直模具，预热温度200℃，预热时间60 min；
② 将两张石墨纸分别置于开合式限宽压直模具200的长边内侧，限位块300置于开合式限宽压直模具100的宽边内侧；
③ 将弯曲变形的镁合金板置于开合式限宽压直模具200的模腔中；
④ 将热压机的压块404垂直对准开合式限宽压直模具200，开启液压缸405，对开合式限宽压直模具200中的镁合金板进行施压，施压压强2 MPa，施压时间5 min；
⑤ 关闭上模加热控制器420和下模加热控制器421，停止加热；
⑥ 开模，打开开合式限宽压直模具200，取出限宽压直变形后的镁合金板；
⑦ 冷却，将镁合金板置于空气中冷却至25℃。
限宽弯曲压直两次前后的镁合金板厚度对比如图5所示，图中位于底部的是增厚前的镁合金板，上层的是两次增厚后的镁合金板，可以看到增厚后的镁合金板的横向（TD）长度明显减小，厚度有较明显的增加，且并未因失稳而发生弯折或者断裂。增厚前后的镁合金板的应力应变曲线如图6所示，可见镁合金板材的强度（抗拉强度）和塑性（伸长率）都随着增厚程度的增大而提高。图6是原始镁合金板材的微观组织图，图7是经过两次增厚的镁合金板材的微观组织图，从两图中可以看出：原始镁合金板材晶粒粗大且不均匀，没有孪晶存在；两次增厚的镁合金板材晶粒明显细化，出现了数量很大的拉伸孪晶(黑色粗线部分)。虽然个别位置仍然存在粗大晶粒，但细晶区明显增多。因此，晶粒细化和预制孪晶（拉伸孪晶为主）是镁合金板材增厚后性能大幅提升的主要原因。
实施例4
本实施例以退火态AZ31镁合金板为实验对象，根据实施例1所述方法和实施例2所述装置对退火态AZ31镁合金板进行增厚。开合式弯曲模具100的尺寸为86 mm×40 mm×8mm，型腔表面粗糙度Ra 0.08-0.16 μm；开合式限宽压直模具200的尺寸为80 mm×40 mm×8mm，型腔表面粗糙度Ra 0.08-0.16 μm；镁合金板轧制方向（RD）长度为40 mm，横向（TD）长度为86 mm，厚度为2.7 mm；具体步骤如下：
（1）打磨，将镁合金板各个表面打磨平整；
（2）切割石墨纸，尺寸为7 mm×80 mm×0.5 mm，共两张；
（3）镁合金板的弯曲变形
① 将开合式弯曲模具100垂直置于热压机的上加热台408和下加热台407之间，加热上加热台408和下加热台407，预热开合式弯曲模具100，预热温度200℃，预热时间60min；
② 将镁合金板置于开合式弯曲模具100的模腔中；
③ 将热压机的压块404垂直对准开合式弯曲模具100，开启液压缸405，对开合式弯曲模具100中的镁合金板进行施压，施压压强2 MPa，施压时间5 min；
④ 关闭热压机的上模加热控制器420和下模加热控制器421，停止加热；
⑤ 开模，打开开合式弯曲模具100，取出弯曲变形的镁合金板材；
⑥ 冷却，将镁合金板置于空气中冷却至25℃；
（4）镁合金板的限宽压直
① 将开合式限宽压直模具200垂直置于的上加热台408和下加热台407之间；
② 将两张石墨纸分别置于开合式限宽压直模具200的长边内侧，限位块300置于开合式限宽压直模具100的宽边内侧；
③ 将弯曲变形的镁合金板置于开合式限宽压直模具200的模腔中；
④ 将热压机的压块404垂直对准开合式限宽压直模具200，开启液压缸405，对开合式限宽压直模具200中的镁合金板进行施压，施压压强3 MPa，施压时间20 min；
⑤开模，打开开合式限宽压直模具200，取出限宽压直变形后的镁合金板。
增厚前后的镁合金板的厚度如下表所示。
表1 增厚前后的镁合金板的厚度
AZ31镁合金板初始厚度 (mm) 一次增厚后的厚度 (mm) 二次增厚后的厚度 (mm)
2.70 2.8 2.92
由于室温下镁合金塑性变形能力较差，孪生系统开动，更有利于在镁合金板中预制孪晶。孪晶数量可以通过限宽弯曲压直次数来控制，多次反复限宽弯曲压直可增加孪晶数量，有利于提高镁合金板材的力学性能。
实施例5
本实施例以退火态AZ31镁合金板为实验对象，根据实施例1所述方法和实施例2所述装置对AZ31退火态镁合金板进行增厚。开合式弯曲模具100的尺寸为86 mm×40 mm×8mm，型腔表面粗糙度Ra 0.08-0.16 μm；开合式限宽压直模具200的尺寸为80 mm×40 mm×8mm，型腔表面粗糙度Ra 0.08-0.16 μm；镁合金板轧制方向（RD）长度为40 mm，横向（TD）长度为86 mm，厚度为2 mm；具体步骤如下：
（1）打磨，将镁合金板各个表面打磨平整；
（2）切割石墨纸，尺寸为7 mm×80 mm×0.5 mm，共两张；
（3）镁合金板的弯曲变形
① 将开合式弯曲模具100垂直置于热压机的上加热台408和下加热台407之间，加热上加热台408和下加热台407，预热开合式弯曲模具100，预热温度200℃，预热时间60min；
② 将镁合金板置于开合式弯曲模具100的模腔中；
③ 将热压机的压块404垂直对准开合式弯曲模具100，开启液压缸405，对开合式弯曲模具100中的镁合金板进行施压，施压压强2 MPa，施压时间5 min；
④ 关闭热压机的上模加热控制器420和下模加热控制器421，停止加热；
⑤ 开模，打开开合式弯曲模具100，取出弯曲变形的镁合金板材；
（3）镁合金板的限宽压直
① 将开合式限宽压直模具200垂直置于的上加热台408和下加热台407之间；
② 将两张石墨纸分别置于开合式限宽压直模具200的长边内侧，限位块300置于开合式限宽压直模具100的宽边内侧；
③ 将弯曲变形的镁合金板置于开合式限宽压直模具200的模腔中，加热上加热台408和下加热台407，加热至400℃，保温20min；
④ 将热压机的压块404垂直对准开合式限宽压直模具200，开启液压缸405，对开合式限宽压直模具200中的镁合金板进行施压，施压压强1 MPa，施压时间10 min；
⑤开模，打开开合式限宽压直模具200，取出限宽压直变形后的镁合金板。
镁合金在高温下的塑性变形能力较好，更有利于板材增厚，增厚程度可以通过限宽弯曲压直次数来控制。
增厚前后的镁合金板的厚度如下表所示。
表2 增厚前后的镁合金板的厚度
AZ31镁合金板初始厚度 (mm) 一次增厚后的厚度 (mm) 二次增厚后的厚度 (mm)
2 2.08 2.16
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种镁合金板增厚的方法，其特征在于，包括下述步骤：
S1，使镁合金板发生弯曲变形，预热模具型腔为波浪形的开合式弯曲模具，预热温度200℃，预热时间为60 min，将所述镁合金板置于所述开合式弯曲模具内，对所述镁合金板施压使所述镁合金板发生弯曲变形，施压压强2 MPa，施压时间5 min；
所述开合式弯曲模具的模具型腔的曲线方程是Y=-4cos(π/20)x；
S2，对弯曲变形的镁合金板进行限宽压直，将弯曲变形的镁合金板取出置于模具型腔为矩形的开合式限宽压直模具中，对弯曲变形的镁合金板施压实现弯曲变形的镁合金板的限宽压直，施压压强1-3 MPa，施压时间5-20 min；
S3，通过一次或多次反复弯曲变形和限宽压直实现所述镁合金板的增厚。
2.根据权利要求1所述的镁合金板增厚的方法，其特征在于，所述步骤S2还包括，在所述开合式限宽压直模具内放置防止弯曲变形的镁合金板与所述开合式限宽压直模具粘接的石墨纸。
3.一种镁合金板增厚的装置，其特征在于，用于实现权利要求1-2任一项所述的镁合金板增厚的方法；包括热压机、开合式弯曲模具（100）、开合式限宽压直模具（200）以及用于对弯曲变形的镁合金板进行限宽压直时限宽的限位块（300）；
所述热压机包括相对设置的顶座（402）和底座（401）、设置在所述顶座（402）和底座（401）之间的支撑柱（403）、设置在所述顶座（402）上的压块（404）、设置在所述顶座（402）上且与所述压块（404）连接的液压缸（405）、设置在所述底座（401）上的工作台（406）、设置在所述工作台（406）上的下加热台（407）、设置在所述下加热台（407）上且与所述压块（404）相对的上加热台（408）以及设置在所述底座（401）上的控制箱（409）；
所述上加热台（408）和下加热台（407）之间为模具放置空间；
所述控制箱（409）通过第一接线管（410）和第二接线管（411）与所述液压缸（405）连接，通过上加热台控制线（412）和所述上加热台（408）连接，通过下加热台控制线（413）和所述下加热台（407）连接；
所述开合式弯曲模具（100）包括上模和下模，模具型腔为波浪形，模具型腔的曲线方程是Y=-4cos(π/20)x；
所述开合式限宽压直模具（200）包括上模和下模，模具型腔为矩形。
4.根据权利要求3所述的镁合金板增厚的装置，其特征在于，所述开合式弯曲模具（100）用模具钢5CrMnMo材料制作；
所述开合式限宽压直模具（200）用模具钢5CrMnMo材料制作。
5.根据权利要求3所述的镁合金板增厚的装置，其特征在于，所述控制箱（409）上设有油压表（414）、显示屏（415）、电源开关（416）、电源指示灯（417）、行程控制开关（418）、压力控制开关（419）、上模加热控制器（420）和下模加热控制器（421）。
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