CN110293148B - 一种镁合金板材冲压锻造复合成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁合金板材冲压锻造复合成型方法；其工艺过程为板材退火、板材落料、板材预热、拉深成型、拉深件退火、锻压预成型、锻压成型。其特点是在传统冲压拉深成型的基础上，进行模锻加工，将拉深件的立面锻粗并模锻至所需外形、减小底边圆角半径、增大底面材料局部厚度。与传统冲压成型相比，该方法可生产出外形更加复杂的产品。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，具体涉及一种镁合金板材冲压锻造复合成型方法。
背景技术
在镁合金冲压加工领域，现有的方法有等温冲压成型方法、差温冲压成型方法以及在前两者基础上的分步冲压成型方法等，但以上方法均无法加工出厚度有明显差异的结构件。
在金属模锻方面，一般是将饼状金属坯锭放入模具中，通过模具的挤压，使金属坯锭内部产生流动，最终形成模具内腔的形状，这种加工方式对模锻机的下压力要求极高，设备投入较大，生产成本高。
通过对现有专利文献的检索发现，申请号为CN201710343329的中国发明专利申请公开了一种采用高强钢板作为坯料且力学性能相对较好的冲压锻造复合成型工艺，然而，其无法应用于镁合金材料成型。原因主要在于：该专利申请方法适用于原材料为钢板的成型加工，在加工过程中，需将钢材加热至奥氏体化温度(奥氏体化可以大大提高钢材的塑性)；而镁合金材料的塑性极差，在升温过程中也不会出现奥氏体化现象，在塑性应变比较大的成型过程中，无法一次成型，需进行多步去应力退火。
而在镁合金复杂外形零件成型方面，一般采用铸造、压铸或机加成型。但铸造和压铸件的力学性能较低，压铸件尤甚；机加所需工时较长，成本高。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种镁合金板材冲压锻造复合成型方法，该方法通过先冲压、再锻造的步骤，将板材加工成立面厚度明显大于原料板材厚度、底面拥有高出原料板材凸台的壳体。
本发明的目的通过以下技术方案来实现的：
本发明涉及一种镁合金板材冲压锻造复合成型方法，所述方法包括如下步骤：
S1、将预热镁合金板材放置于拉深模具的凹模与压边模之间，通过控制模具行程，对板材进行拉深成型，直至拉深模具的凸模与凹模之间的重合深度大于拉深工件立面高度；
S2、取出S1制得的拉深工件，在250～400℃条件下退火2～4h；
S3、将退火处理后的拉深工件放置在预锻压模具的下凸模上，控制上凹模行程，先利用预锻压模具的上凹模和下凸模之间的型腔固定工件，然后使用预锻压模具的锻边模进行挤压工件立面，使金属材料填充满模具型腔，消除底边圆角，得预锻压成型工件；
S4、将所述预锻压成型工件取出，在300℃条件下退火3h；
S5、将退火处理后的预锻压成型工件放置在锻压模具的下凸模上，控制上凹模行程，先利用锻压模具的上凹模和下凸模之间的型腔固定工件，并挤出所需的凸台，然后使用锻压模具的锻边模进行挤压工件立面，镦粗工件立面，使金属材料填充满模具型腔，得锻压成型工件。
进一步，所述预热镁合金板材是通过将镁合金板材裁剪为100～1000mm宽度、200～2000mm长度，在250～400℃条件下退火2～4h，取出空冷至室温；落料成所需外形，在150～250℃预热5～20min而得。
进一步，所述的镁合金板材牌号为AZ31B或AZ41或ME20M，厚度为1.5mm～5mm。
进一步，所述拉深模具的凹模与压边模内分别设置用于加热的电阻丝；所述预锻压模具的上凹模和下凸模内分别设置用于加热的电阻丝；所述锻压模具的上凹模和下凸模内分别设置用于加热的电阻丝。
进一步，所述拉深模具的凸模内设置冷却循环通道，冷却介质设置为冷却油。
进一步，所述拉深模具的凹模与压边模内分别设置用于检测温度的电热偶；所述预锻压模具的上凹模和下凸模内分别设置用于检测温度的电热偶；所述锻压模具的上凹模和下凸模内分别设置用于检测温度的电热偶。
进一步，步骤S1中，所述拉深模具的压边模温度为250～300℃；所述拉深模具的凹模温度为200～250℃；所述拉深模具的凸模温度为100～200℃。
进一步，步骤S1中，所述拉深模具的凹模温度高于凸模温度；所述拉深模具的压边模温度高于凹模温度。在拉深成型过程中，矩形工件的四个底角处容易出现拉断现象。底角处的拉力主要来源于毛坯的塑性变形抗力。为确保在拉深矩形工件的过程中不出现断裂，一方面需要增加工件已成型部位的屈服/抗拉强度，另一方面需降低毛坯未成型部分的塑性变形抗力。温度越高，材料的塑性越强、塑性变形力越小，同时材料强度越低。在拉深成型过程中，因此，在拉深过程中，需保持尚在变形的工件部分的温度，需降低已完成变形的工件部分的温度。而未完成变形的工件部分主要与压边模和凹摸相接触，已完成变形的工件部分与凸模和凹摸相接触，因此凹模温度高于凸模温度，压边模温度高于凹模温度。
进一步，步骤S3中，所述预锻压模具的上凹模、下凸模表面温度为200～350℃
进一步，步骤S3中，固定工件时所述预锻压模具的上凹模、下凸模之间的间隙等于拉深工件立面的厚度。
进一步，步骤S5中，所述锻压模具的上凹模、下凸模表面温度为250～400℃。
本发明镁合金板材冲压锻造复合成型方法的工作原理：首先用将板材差温冲压至筒状外形，再使用锻压模具将工件的立面镦粗，同时在底面上挤出高于原料板材的凸台。由于拉深成型时，底面与立面之间(底边)存在一定圆角，为防止在镦粗立面时发生立面失稳，在镦粗前需使用预锻压模具消除底边圆角。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1)本发明采用多级模具，多步加工成型的工序，并在每两步成型工序中间对工件进行退火处理，这一方法显著提高了成型成功率和生产效率，降低了单个模具的复杂程度；
2)本发明的镁合金板材冲压锻造复合成型方法可以加工出比一般冲压成型方法更复杂的零部件外形，可在一定程度上取代机加件；
3)相对传统的模锻加工，对模锻机的下压力要求更低。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是实施本发明的拉深模具示意图；1、拉深模具凹模，2、拉深模具压边模，3、拉深模具凸模，4、加热电阻丝，5、冷却循环通道，6、电热偶，7、原料板材；
图2是实施本发明的预锻压模具示意图；8、预锻压模具凹模，9、预锻压模具凸模，10、预锻压模具锻边模，11、拉深工件；
图3是实施本发明的锻压模具示意图；12、锻压模具凹模，13、锻压模具凸模，14、锻压模具锻边模，15、预锻压成型工件；
图4是预锻压成型过程示意图；
图5是锻压成型过程示意图；
其中，1、拉深模具凹模，2、拉深模具压边模，3、拉深模具凸模，4、加热电阻丝，5、冷却循环通道，6、电热偶，7、原料板材，8、预锻压模具凹模，9、预锻压模具凸模，10、预锻压模具锻边模，11、拉深工件，12、锻压模具凹模，13、锻压模具凸模，14、锻压模具锻边模，15、预锻压成型工件，16、锻压成型工件。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例涉及成品外廓尺寸为340mm×290mm×10mm、立面厚度为5mm，底面厚度为3.5mm的产品生产流程：
将3.5mm厚度镁合金轧板裁剪为640mm宽度、1480mm长度，多张板材堆叠至100mm左右厚度，一起放入热处理炉内，在板材最上方放置一块100mm厚的平钢板。将热处理炉加热至350℃，保持3.5h，并随炉冷缺至室温。
将冷却的板材从热处理炉内取出，裁切成370mm×320mm的尺寸，通过落料模具进行落料。
完成落料的板材装入预热炉内，温度保持在200℃，时间15min。
同时，拉深模具开始通电加热，将压边模加热至300℃，将凹模加热至250℃，将凸模加热至150℃。
预热板材取出，如图1，放置于拉深模具凹模1与拉深模具压边模2之间，通过控制模具行程，先使拉深模具压边模2压紧原料板材7，然后对原料板材7进行拉深成型，直至拉深模具凸模3与拉深模具凹模1之间的重合深度大于拉深工件立面高度。拉深模具凹模1安装在冲压机的活动梁上，拉深模具凸模3安装在冲压机下梁上，拉深模具压边模2的压力由辅助液压缸提供。所述拉深模具凸模3内设置冷却循环通道5；所述拉深模具凹模1与拉深模具压边模2内分别设置有用于加热的加热电阻丝4以及用于检测温度的电热偶6。
将拉深成型的拉深工件装入热处理炉内，在300℃条件下退火2h。
如图2，预锻压模具开始通电加热，将预锻压模具凹模8和预锻压模具凸模9均加热至300℃。
将完成退火的拉深工件11从热处理炉内取出，直接放置在预锻压模具的下模(预锻压模具凸模9)上。如图4所示，控制上模(预锻压模具凹模8)行程，先利用预锻压模具凹模8和预锻压模具凸模9之间的型腔固定拉深工件11，并压紧，然后上下模间距继续减小，利用预锻压模具锻边模10进行挤压拉深工件11立面，使金属材料填充满模具型腔，消除底边圆角。预锻压模具凹模8安装在锻压机的活动梁上，预锻压模具锻边模10安装在锻压机的下梁上，预锻压模具凸模9由辅助液压缸实现行程的变化并提供压紧力。
将完成预锻压成型的预锻压成型工件装入热处理炉内，在300℃条件下退火3h。
锻压模具开始通电加热，将凹模和凸模加热至325℃。
如图3，将完成退火的预锻压成型工件15取出，放置于锻压模具的下模(锻压模具凸模13)上。如图5所示，控制上模(锻压模具凹模12)行程，先利用锻压模具凹模12和锻压模具凸模13之间的型腔固定工件，并压紧挤出底面所需的凸台，然后上下模间距继续减小，使用锻压模具锻边模14进行挤压预锻压成型工件15立面，镦粗工件立面，使金属材料填充满模具型腔，制得锻压成型工件16。锻压模具凹模12安装在锻压机的活动梁上，锻压模具锻边模14安装在锻压机的下梁上，锻压模具凸模13由锻压机的顶出液压缸实现行程的变化并提供挤压力。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种镁合金板材冲压锻造复合成型方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、将预热镁合金板材放置于拉深模具的凹模与压边模之间，通过控制模具行程，对板材进行拉深成型，直至拉深模具的凸模与凹模之间的重合深度大于拉深工件立面高度；
所述预热镁合金板材是通过将镁合金板材裁剪为100～1000mm宽度、200～2000mm长度，在250～400℃条件下退火2～4h，取出空冷至室温；落料成所需外形，在150～250℃预热5～20min而得；
所述拉深模具的压边模温度为250～300℃；所述拉深模具的凹模温度为200～250℃；所述拉深模具的凸模温度为100～200℃；所述拉深模具的凹模温度高于凸模温度；所述拉深模具的压边模温度高于凹模温度；
S2、取出S1制得的拉深工件，在250～400℃条件下退火2～4h；
S3、将退火处理后的拉深工件放置在预锻压模具的下凸模上，控制上凹模行程，先利用预锻压模具的上凹模和下凸模之间的型腔固定工件，然后使用预锻压模具的锻边模进行挤压工件立面，使金属材料填充满模具型腔，消除底边圆角，得预锻压成型工件；
S4、将所述预锻压成型工件取出，在250～400℃条件下退火2～4h；
S5、将退火处理后的预锻压成型工件放置在锻压模具的下凸模上，控制上凹模行程，先利用锻压模具的上凹模和下凸模之间的型腔固定工件，并挤出所需的凸台，然后使用锻压模具的锻边模进行挤压工件立面，镦粗工件立面，使金属材料填充满模具型腔，得锻压成型工件。
2.根据权利要求1所述的镁合金板材冲压锻造复合成型方法，其特征在于，所述镁合金板材为AZ31B或AZ41或ME20M；厚度为1.5mm～5mm。
3.根据权利要求1所述的镁合金板材冲压锻造复合成型方法，其特征在于，所述拉深模具的凹模与压边模内分别设置用于加热的电阻丝；所述预锻压模具的上凹模和下凸模内分别设置用于加热的电阻丝；所述锻压模具的上凹模和下凸模内分别设置用于加热的电阻丝。
4.根据权利要求1所述的镁合金板材冲压锻造复合成型方法，其特征在于，所述拉深模具的凸模内设置冷却循环通道，冷却介质设置为冷却油。
5.根据权利要求1或3所述的镁合金板材冲压锻造复合成型方法，其特征在于，所述拉深模具的凹模与压边模内分别设置用于检测温度的电热偶；所述预锻压模具的上凹模和下凸模内分别设置用于检测温度的电热偶；所述锻压模具的上凹模和下凸模内分别设置用于检测温度的电热偶。
6.根据权利要求1所述的镁合金板材冲压锻造复合成型方法，其特征在于，步骤S3中，固定工件时所述预锻压模具的上凹模、下凸模之间的间隙等于拉深工件立面的厚度。
7.根据权利要求1所述的镁合金板材冲压锻造复合成型方法，其特征在于，步骤S3中，所述预锻压模具的上凹模、下凸模表面温度为200～350℃；步骤S5中，所述锻压模具的上凹模、下凸模表面温度为250～400℃。
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