镁合金板材温热电磁成形方法技术

本发明专利技术提出了一种能够提高镁合金板材成形性能的塑性加工方法－－温热电磁成形法。该方法将镁合金板材置于凹模上，通过凹模内的加热棒加热使镁合金板材升温至１００－３００℃，电磁成形线圈在压力机的作用下压紧镁合金板材，再通过电磁成形设备对电磁成形线圈放电，使镁合金板材贴模成形。本方法通过储能电容对电磁成形线圈瞬间放电产生强脉冲磁场，使加热的坯料在冲击电磁力作用下高速成形，由于复合了温成形与电磁成形的优势，镁合金板材的成形性能得到有效提高，而且克服了单一温成形中的润滑及由此所带来的材料与环境污染、成形速度受限、模具强度、成形工艺条件较苛刻，参数可调整范围小等局限性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械工程领域，具体为。主要用于提高镁合金 板材的成形性能，为镁合金板材塑性加工提供一种新的更为行之有效的方法。
技术介绍
近年来，汽车工业特别是中国汽车工业得到了迅猛发展。与此同时，汽车工业发展所 带来的环境和能源问题也日益严峻，其中汽车75%的能耗直接与车重有关。因此全球汽车生 产商竞相开发和利用新材料、新工艺以减轻汽车自重、降低燃油消耗、减少废气排放，汽 车轻量化已成为现代结构设计的主流趋势，以高强钢、铝合金、镁合金及多种复合材料为 代表的轻质、高强度难成形材料在汽车、航空、航天等先进制造领域的应用R益增加。美 国能源部从2001年即将车用轻合金的成形工艺作为重点资助项目加以研究，并将车用轻质 合金材料的开发与成形工艺作为2006-2011年"The FreedomCAR and Vehicle Technologies (FCVT) Program"的一个重要部分。我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》中也将轻质高强度金属材料的研究开发作为一项重要内容。此外，现代电子技术的发 展对电子器件用结构材料及部件的性能提出了新的更高的要求，传统的塑料已难以满足电 子器件轻、薄、小型化以及安全、环保的发展要求，从而使轻合金特别是铝、镁合金成为 制造电子器件壳体的理想材料。镁及其合金是目前最轻的金属结构材料，其密度比铝轻1/3，具有比强度和比刚度高、 阻尼减震性好、导热性好、电磁屏蔽效果佳、易回收等特点。从20世纪40年代开始，镁合 金已经开始应用于航空、航天等国防军工领域，进入20世纪90年代后，镁合金产品开始用 于汽车、交通、电子以及其他民用产品领域。 一大批重要电子产品在使用镁合金后，取得 很好的效果。1998年后，日本所有的笔记本电脑厂商均推出镁合金外壳的机型。我国联想、 华硕等笔记本电脑1999年后也部分采用了镁合金外壳。近年来数码相机的机壳也部分采用 镁合金制造，在提高相机刚度的同时，也减轻了相机质量，便于携带。镁合金为密排六方晶体结构，在常温下只有基面{0001}三个滑移系可以发生变形，因 此冷态下塑性加工能力较差。目前镁合金产品主要采用压铸方法生产。虽然镁合金的铸造 性能优良，可以铸造成各种形状复杂的零件，但也存在产品规格尺寸受限、力学性能差等 局限，各种铸造缺陷如疏松、气孔、縮孔和夹杂难以避免，壁厚过薄容易造成产品报废， 成品率较低。对于电子器件外壳和3C产品外壳件，有的重量只有几十克，铸造浇冒口金属 比例很高，造成材料利用率较低。如能采用塑性加工技术替代现有的压铸工艺生产薄壁镁 合金零件，将不仅可以提高产品性能和质量，而且可以显著提高材料利用率和生产效率。 因此，如何挖掘和提高镁合金板材的成形性能、开发行之有效的成形新工艺备受国内外工 业界和学术界的关注，并成为近年来竞相研究的热点之一。欧洲、日本、美国近年来分别开展了镁合金薄板成形技术的研究。德国学者Doege等与大众汽车公司应用热冲压成形技术成形了汽车车门等薄板零件，与钢门相比，采用内镁外 铝的混合车门可减重50%，与铝门相比可减重20%;日本学者Ogawa等对镁合金温成形的塑性 性能和成形极限进行了研究，Yoshihara等采用局部加热-局部冷却工艺使镁合金热冲压成 形极限拉深比达到5. 1;中科院金属研究所张士宏等对镁合金板材温热条件下的深拉深进行 了研究，他们发现，对于镁合金板材，120-170'C之间，塑性变形能力很好，尤其在17(TC 左右板材的变形能力很高，筒形件极限拉深比可达到2.6。总体来说，镁合金板材温成形技 术目前仍处于实验室基础研究阶段，润滑及由此所带来的材料与环境污染、成形速度受限、 模具强度、成形工艺条件较苛刻(参数可调整范围小)等都是该技术步入工业应用所亟待 解决的关键问题。高速率成形由于材料动力响应的惯性、模具高速冲击带来的惯性减薄以及高速率下材 料本构关系的改变，可使很多金属材料的成形性能得到改善，某些难成形的金属材料在高 成形速率条件下也变得容易成形，如果工艺参数及边界条件选择适当，可以使材料得到远 超出传统准静态成形所能达到的变形程度。电磁成形是一种高能率成形方法，除能提高金 属材料成形性能外，还具有加工能量易于准确控制、成形速度快、成形精度高、无需传压 介质、成形模具简单及设备通用性强等特点，是一种绿色制造工艺。近年来，国内外学者 竞相开展了轻合金材料的电磁成形研究。1998年，俄亥俄州立大学针对通用汽车Chevy Cavalier的6111T4铝合金车门内板进行了成形实验研究，研究发现，采用与钢质车门内板 相同的成形模具，用常规工艺成形铝合金车门内板时会产生起铍和破裂现象，即使对工艺 参数进行调整也不能避免，而在后续试验中，通过更改模具，增大尖角和弯曲处的圆角半 径，并釆用电磁成形技术进行二次加工，得到的铝合金车门内板满足设计要求，还获得了 较好的平皱效果。目前板材电磁成形多采用平面螺旋线圈和板条式线圈，存在磁压力分布不均，线圈效 率低等缺陷，这相当程度上限制了平板毛坯电磁成形工艺的应用范围。鉴于此，俄亥俄州 立大学的G.S.Daehn教授在分析了管件电磁成形磁压力分布特点及成形效率后，将管件电磁 成形的耦合原理引入平板毛坯电磁成形，提出一种平板毛坯均匀压力线圈放电成形新工艺。 放电线圈的外面有一个凹形导体通道，它和板料组成了一个封闭的回路。当电容放电时， 内部线圈中流过脉冲电流，并在板料和凹形通道组成的回路中诱发方向相反的感应电流(里 面的线圈和外面的回路是绝缘良好)。由于强脉冲电磁力的作用，金属板料高速贴模成形。 因为感应电流的回路完全环绕线圈，所以磁场能量损失小，效率高，此外，由于线圈同时 受到板料和凹形通道的反作用力，所以对线圈的作用力相当于集中在心轴上，这对提高线 圈的使用寿命也是有利的。相比于传统平面螺旋线圈及板条线圈，均匀压力线圈的磁压力 分布较为均匀，成形效率较高。综上所述，镁合金板材在汽车、电子等领域具有广阔的应用前景，如何发掘和提高镁 合金板材的成形性能一直是制造业及学术界致力解决的关键问题。电磁成形作为一种高能 率成形方法，对提高金属板材的成形性能有其独特优势；采用均匀压力线圈能有效改善变 形区域内磁压力的大小及分布，提高其成形效率，有利于平板毛坯电磁成形工艺的推广及工业应用；而提高成形温度可有效提高镁合金板材的塑性变形能力。因此，本专利技术将电磁 成形与温成形结合起来，充分利用它们的复合优势，采用均匀压力线圈在温热条件下对镁 合金板材进行放电成形，利用电磁成形无接触加工的特点回避单一温成形中的润滑及模具 强度等问题，提出一种行之有效的镁合金板材成形新工艺，具有重要的理论意义和广阔应 用前景。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种能够有效提高镁合金板材成形性能的塑性加工方法。 一种利用电 磁成形与温成形复合优势的。 步骤如下(1) 将镁合金板材放置在凹模l上；(2) 对电磁成形设备的储能电容进行充电，当充电电压达到设定成形电压3-20KV后， 断开充电回路；(3) 将凹模l内的加热棒2通电，通过凹模的传导使镁合金板材升温；或者通过压杆9 将压板8压在镁合金板材上，以提高加热速度，镁合金板材升温至预定温度后，移开压板 8;(4)本文档来自技高网...

【技术保护点】
镁合金板材温热电磁成形方法，其特征在于，方法步骤如下：　（１）将镁合金板材放置在凹模（１）上；　（２）对电磁成形设备的储能电容进行充电，当充电电压达到设定电压３－２０ＫＶ后，断开充电回路；　（３）将凹模１内的加热棒２通电， 通过凹模的传导使镁合金板材升温；或者，　通过压杆（９）将压板（８）压在镁合金板材上，以提高加热速度，镁合金板材升温至预定温度后，移开压板（８）；　（４）通过压力机将垫板（７）及电磁成形线圈（５－２）压靠到待成形镁合金板材上，并保 持电磁成形线圈外壳（５－１）与镁合金板材良好接触；　（５）闭合电磁成形放电回路，储能电容通过电缆对电磁成形线圈放电，镁合金板材在电磁力的作用下高速贴模成形，即可得到所需工件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄尚宇，孟正华，胡建华，李友成，张开，李正，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]