镁合金：基于有效压力介质的变形

作者：Joachim Hecht

欢迎访问e展厅 展厅 8 有色金属展厅 铝/铝合金, 镁/镁合金, 钛/钛合金, 铜/铜合金, 镍/镍合金, ... 对一种合金的轻型结构潜力做出判断，需要按照材料的密度首先求出强度值和刚度值。当求出的刚度仅达到与钢相同的水平时，象AA 5182或AZ 31这样的合金在相关的强度上就显然超过传统的深冲钢的强度。 轻金属合金在室温下的变形性较小，这种特性有其缺点。特别是镁板，在室温下只能进行简单的变形过程，如果以大半径弯曲，或者做出简单的工件形状，只有将变形温度提高到阈值以上大约200℃，它的变形能力才能有跃变式的提高。其原因在于晶体格子中额外的滑移系统被热激活，而且允许表现为复杂的构件形状。提高变形温度的另一个有益的结果是流变应力减小了。这样，需要的变形力也就下降了。 与深冲相比省去了一半模具 对于制造平面轻型结构件，艾尔朗根大学制造技术讲座所进行的研究工作，重点集中在室温下以及更高温度下以作用介质为基础的变形。这种制造方法是用一种带有流体静力压力状态的液态介质以同样的形式作用于金属板上，并根据模具的沟槽制成一定的形状。与采用固定模具冲头的深冲相比，这种方法可以省去制作半个模具，尤其是在小批量生产时具有经济合算的优点。此外也可以制造出形状复杂的零件，例如背切。例如一种可能的组件几何形状，其背切规定为一种抓槽的形状。在传统的深冲情况下，将需要一个多级的过程。现在，采用有效介质，仅用一个唯一的变形步骤就可以完成加工。在空心的双模板材结构方式下，流体静力的压力状态同样也可以在一个变形步骤中完成加工。 300℃以下的压力介质可保证调温状态 镁合金变形加工成复杂的构件形状，需要对模具和工件进行调温。鉴于可能出现的温度范围大约在200℃至300℃之间，从核心模具到机床的加热和绝热在模具技术上的额外费用是有限的。由此达到的起始温度并不以任何耐高温的特殊工具钢为前提。为了准备压力介质，此次讲座安装了一个热压转换器，转换器以载热油为压力介质，将其加热到300℃，同时产生的工作压力达1000巴。同时，高压和高温对密封技术提出了很高的要求。试验工作中取得的有关所用活塞密封件的泄漏率和寿命方面的经验，导致了建造一台压力转换器试验台，该试验台与两家工业伙伴(Schuler-Hydroforming GmbH & Co.KG，Dego-Hydraulik GmbH)共同使用，用于对现存的以及替代的密封技术方案进行调研。 为了能够使象镁合金AZ 31这样的轻型结构材料的性能达到适合变形加工的水平，对材料的特性进行了各种各样的试验。比如在确定可以达到的最大膨胀度和为此付出的变形时，可在不同温度下进行扁平拉伸试验。在温度升高情况下，对出现的膨胀进行测量时，采用光学无接触测量的膨胀测量系统(Aramis，制造厂家为布伦瑞克市Gom GmbH公司)，这种系统不仅可以确定出现膨胀的尺寸，而且可以确定膨胀在试样的宽度和长度上的分布情况。 该测量方法的依据是图样识别原理，该原理使用的是在变形过程中用数字照相机拍摄的随机取景功能。从这些照片中由软件生成反映发生膨胀情况的测量格栅。这种测量方法的一个重要优点是：可以超出同比尺寸的膨胀对材料的流变曲线进行测量。曲线表明，随着膨胀率的下降，材料对变形的阻力也随之减小。至于以后的过程设计，特别是在膨胀率为0.1/s和0.01/s时拍摄的曲线可以提供良好的依据，以便在尽可能低的模具温度、尽量短的过程持续时间和尽量小的压力应力场中取得折衷。 板材“后随流变”的前提是摩擦知识 设计变形过程时，不仅需要掌握材料的机械特征值，而且也需要了解有关温度升高时的摩擦性能。在采用象深冲这种工艺时通过内部高压过程，在这个过程中希望板材从夹紧的压紧装置部位发生“后随流变”而进入模具空腔，必须有关于法兰中摩擦条件的精确特征值，以用于在数字仿真中取得过程的正确图象。轻金属合金需要克服的摩擦力随着温度的升高有不断增加的趋势，为了利用所谓的摩擦系数对这种性能加以描述，使用大学讲座设计的可加热深冲模具进行了改进的深冲试验。通过对径向膨胀和切向镦粗的板材在模具被加热的入口半径上滑动掠过，可以真实地模拟出以后模具中的各种条件，并求出深冲过程中的摩擦系数。 利用该讲座现有的模具技术和系统技术设备，制造出了圆形和长方形的组件。制造这些组件的目的是求出铝合金与镁合金板内部高压变形的适当过程窗。用可以时效硬化的铝合金AA 6016和天然硬度的铝合金AA 5182，在200℃的过程温度下即已制成了示范零件“标志板”。现在，通过Salzgitter公司利用AZ 31新型镁板的可使用性，鉴于其接近系列产品的质量，由巴伐利亚研究基金会于2003年中期批准了“镁板的内部高压变形”项目。该项目的目标是，研究镁板在温度升高情况下以有效介质为基础进行变形加工的依据。除了变形过程本身以外，还同参与该项目的工业伙伴奥迪股份公司合作，对后续过程如接缝过程和表面处理过程进行了调研。镁板的半热变形加工潜力将导致制造具有复杂形状的演示零件，该零件的机械性能可以在符合现实的荷载状态下得到评价。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (4/28/2005)