镁合金薄板差温拉深模具设计
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Ａ ３ Ｂ的塑性 较 好 ， 以进 行 冲压 成 形 ； 温 度 超 过 ２ ５ Ｚ１ 可 但 ３ ℃时 ， 塑 强度 时 ， 拉深件将在区域 ５与 区域 ３ 相交的壁厚最薄 区域产
★来 稿 １期 ：０ １ ０ — ３ ３ ２ １ － ９ ２
２０ ６
喻祖 建等 ： 镁合金 薄板 差温拉 深模 具设 计
中图分类 号 ：Ｈ１ ， Ｇ ８ ．，ＧＩ４６ ２ 文 献标识 码 ： Ｔ ６ Ｔ ３ ５４ Ｔ ７ ．＋ Ａ
１ 引言
随着 汽车 、 航空 、 天 、 航 电子工业产品向轻量化和特殊性能 要求化方向发展 ， 镁合金 冲压产品作为一种质量轻 、 强度刚度高 、 的应用具有广阔前景… 但镁合金在室温下难于冲压变形 ， 。 相关研
【 摘
要】 针对镁合金板材 室温拉深性能差的问题，通过分析拉深变形过程 中坯料 不同部位 的应
力及摩擦状况 ， 出采用差温拉深工艺和不同的模具工作表 面粗糙度。设计了镁合金差温拉深成形模 提 具 。实践表 明 ， 与坯料 变形 区接 触 的压边 圈和 凹模 部位设 置加 热 系统使 其 温度控 制在 （０ ～ ３ ） 用 ２ ０ ２５℃、
ａｄＴ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｃ ｏ ｇ ｉｇ ０ ３ １Ｃ ｉａ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｈ ｎｑｎ １３ ， ｈｎ ） ｏ ４
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口水嘴 ５从凸模轴心伸入到凸模顶部 ， 出水 口水嘴应低于密封圈 压板 ６以避免余水保 留在凸模 内对模具造成影响 ， 采用密封 圈压 板６ 将密封圈 ３压紧在垫板 ８ 上以避免冷却水渗漏。
圈
２２ ２３ ２ ４ ２５ ２ ６
图 １镁合金板料拉深变形过程及摩擦力示意图
３２ 镁合金板 料拉深 时的摩擦分 析 ＿
第 ７期 ２１ ０ ２年 ７月
文 章 编 号 ：０ １ ３ ９ （０ ２ ０ — ２９ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）７ ０ ５— ２
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎｅ ｙ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉ ｒ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕｅ ２ ５９
镁合金 薄板 差温拉 深模具设计 术
性增量很小 ， 材料进一步升温已无实 际意义 。因此 ，Ｚ １ Ａ ３ Ｂ镁合
金薄板适宜的冲压成形温度范 围为 ２ ｏ ２ ５ ０ ℃一 ３ ℃。
３镁合金拉深变形过程及摩擦分析
根据拉深变形过程中各部分 的受力及变形状况不 同， 可将
电磁屏蔽性 和阻尼减振性好 的有色金属材料结构件 ， 在这些行业 ３１镁 合金板 料拉深变 形分析 ． 究成果较少 。 研究镁合金薄板 冲压成形技术对提高镁合金应用范 镁合金拉深坯料划分成 ５ 个部分 ， 如图 １ 所示。区域 １ 为凸缘部 围具 有 重要 意 义 。 分， 是拉深成形 的主要变形 区， 材料在模具的作用下 向凹模 内部
区域 ３是筒 壁 传 力 区 ， 料 只受 到 单 向拉 应力 作 用 ， 材 将 能消除部分塑陛变形时产生的加工硬化 ， 使其塑性增加 。大部分变 应变 状 态 。
。区域 ４为筒形件 形镁合金适宜在 （０ ， ０ ） ２ ０４ ０￣进行冲压成形 。从性价 比考虑 ， 压力机施加于凸模 的压力传至 区域 ２和区域 １ － Ａ３Ｂ Ｚ １ 镁合金薄板适合生产 冲压件 ， 其在温度达到一定范围时 ， 具 底部 ， 料 处 于径 向和切 向为拉 应 力 的平 面 应力 状 态 ， 形 量 小 。 材 变
喻祖 建 李 建辉
（ 重庆科技 学院 冶金 与材料工 程学院 ， 庆 ４ １ ３ ） 重 ０ ３ １
Ｍｏ ｌ ｓｇ ｆＤｉ ｅ ｅ ｔ ｌ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｏ ｅ ｓｆ ｒＭａ ｎ ｓｕ Ａｌ ｙ ｕｄ Ｄｅ ｉｎ ｏ ｆ ｒ ｎ ｉ ｆ ａ Ｔｅ ｅ ａ ｕ ｅ Ｄｒ ｗｉｇ Ｐｒ ｃ ｓ ｏ ｇ ｅ ｉｍ ｌ ｏ
第７ 期
生拉裂 。防止拉裂的方式一般可以通过提高材料的抗拉强度 、 降 设定 的温度范围； 为了使 凸模 １ ２温度保持在室温 ， 将其后部镗盲 低底部圆角区域材料的变薄率 、 降低底部 圆角区域所受的拉应力 孔 ， 通人循环水 ， 实现冷却 ， 了实现均匀冷却 ， 为 下模冷却水入水
ｏ． － 等方 式 进行 。
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力和摩擦系数成正比， 坯料所受摩擦力的作用方 向总是沿着坯料
向与所 受径 向拉应力 的方 向相反 ， 阻碍变形 区材料 的流动 ， 使拉 深变形 困难 ； 于筒壁传力区区域 ３来说 ， 对 材料紧贴凸模表面 ， 与 凸模表面产生静摩擦力 Ｆ ｕ 摩擦力 的方 向与所受拉应力的方 向 Ｐ， 相反 ， 降低危险截面所承受的拉应力 ， 使底部拉裂可能性下降。
２变形镁合金塑性分析
流动 逐 步形 成 筒壁 ， 深 过程 中 ， 部分 材 料 处 于径 向受 拉 、 在拉 该 切
并在径 向和切向分别产生伸长和压缩变 镁具有密排六方晶体结构， 共有基面滑移、 棱柱面滑移和锥面 向受压的平面应力状态 ， 区域 ２为凹模圆角区， 材料处于径向受拉 、 向和厚向受压的 切 孪生等 ５ 个滑移系， 室温下只有基面产生滑移 ， 因此冷成形性差。 形。 应变状态为径向拉伸 ， 切向压缩 ， 厚度减小 的三维 温度升高时 ， 参与变形的滑移系数量增加 ， 同时回复和再结 晶也 三向应力状态 ；
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有 良好 的塑 陛。从 一些 科研 人 员研 究 Ａ ３ Ｚ １ Ｂ薄板 在不 同温 度下 的 区域 ５为凸模 圆角 区， 材料承受筒壁 的拉应力 以及凸模 的压力 ，
凸模 圆角与 应力应变曲线［ 明， ７ 壤 镁合金的塑性随着温度 的升高而增加 ， 抗拉 材料包 向凸模 圆角发生弯曲和胀形变形使壁厚减薄 ， 如果该处所受拉应力 超过材料 的抗拉 强 度 随着 温 度 的升 高 而 急 剧 下 降 。 当 温 度 达 到 ２ ０ ０ ℃以 上 时 ， 直壁交界处壁厚最薄 ，
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拉深变形过程中，坯料各部分所受摩擦力对拉深变形 的影 响各不相同。总的说来 ， 摩擦力的大小与坯料接触表面所受正压
图 ２镁合金差温拉深模具结构 １２ 、６ 、２ ３ ． 定位销 ２ ２ 、５ ３ ． 、１２ 、５ 螺钉 ３２ ． 、７密封圈 ４、９ 水 口水嘴 ２ 与模 具 接触 面的 切线 方 向 ， 与 坯 料相 对 运动 或 相 对 运 动趋 势 并且 ５ １ ． 水 口水嘴 ６ 封 圈 压板 ７ 定 板 ８垫 板 ９卸料 螺 钉 ｌ ． 模 座 、９ 入 ． 密 周 ． ． ０下 的方向相反 ， 即对于区域 １和来说 ， 凸缘上下表面在压边圈和凹 １． １ 导柱 ｌ． ２ 拉深凸模 １．口 ３力热线圈压板 １ ３ ． ４、Ｏ隔热板 １ 、１ ５３ ． 加热线 圈 ｌ压 边圈 ｌ． ６ ７导套 ｇ ｉｅｂ ｓｉｇ １． ｕｄ ｕｈｎ ８打板 ２ ． Ｏ上模座 ２． ３弹簧 模 工作 表 面 的 压 力作 用 下 产 生摩 擦 力 Ｆ ｕ和 Ｆ ｕ Ｙ Ｄ ，摩擦 力 的方 ２． ４打杆 ２． 脚 ２ ． 垫 板 ３ ． ６模 ８凹模 ２凹模 ３ 、４ 电偶 ３３． 热
循 环水 冷却 凹模 筒壁 及 凸模使 传力 区保持 室温状 态 ， 模具 凸模 表 面粗糙 度数值 为 Ｒ １ ｕ 凹模 和压 边 ａ ． ｍ、 ６
圈 面的表面粗糙度数值为 Ｒ ０ ｕ Ａ ３ Ｂ 表 ａ． ｍ，Ｚ １ 镁合金薄板极 限拉深比从 ２ ９ ４ ． 提高到 ３ ５ ０ ．。 ０
关键 词 ： 镁合 金 ； 差温拉 深 ； 具设计 ； 模 表面粗糙 度 【 ｓｒ ｃ】／ ｒｅ ｏｖ ｈ ｒｂｅ ｆｐ ｏ ｒｗ ｎ ｅ ｏｍａｃ ａ ｎｓｕ ｌ ｙｓｅ ｔ ｔ Ａｂｔａ ｔ ｎ ｏｄ ｒ ｏｓｌ ｔｅｐ ｏ ｌ ｏ ｏｒｄａ ｉ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅｏ ｍ ｇ ｅｉｍ ａ ｏ ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｍ ｇ ｆ ｆ ｌ ａ ｉ ｔｔ ｐ ｒ ｕｅｄｆ ｒｎｉ ｅ ｐ ｒ ｕｅ ｄａ ｉｇｐｏ ｅｓａｄ ｄｆ ｒｎ ｕｄｓＦ ｃ ｏｇ ｎ ｓ Ｗ Ｓ ｍｂｅ ｍ ｅａ ｒ ，ｉｅｅ ｔ ｔｍ ｅａ ｒ ｒｗｎ ｒｃｓ ｎ ｉｅｅ ｔ ｎ ｅ ｔ ｆ ｌ ａ ｔ ｆ ｍｏ ｌ ｕ ａｅｒｕｈ ｅｓ Ｏ ｆ ｄ ｖｌ ｅ ｙａ ａ ｚｎ ｅ ｒ ｔ ｎａ ｄｔｅｓ ｅｓ ｍ ｅｉ ｒｗ ｎ ｐ ｏｅｓ ｅｍ ｌ ａ ｄ ｓ ｎｄ ｅ ｅ ｐ ｄｂ ｎ ｙｉｇｔ ｉ ｉ ｎ ｔ ｓ ｏ ａ ｒ ｉ ｄａ ｉ ｒｃｓ．ｎ ｔ ｏｄｗ ｓ ｅｉ ｅ ｏ ｌ ｈ ｆ ｃｏ ｈ ｒ ｔ ａｎ ｆ ｌ ｇ Ａｄｈ ． ｇ ｔ ｈ ａ ｅｔ ． ａ ｔ ａ ｔ ｔ ｈｗ ｄｔｔ ｈ ｌ ｏ ｒ ｏ ｔ ｅ ｗ ｔ ｂａ ｅｏｍ ｏ ｚｎ ｎ ａ ｔｅｓｍ ｉ ｅ ｅ ｒｃｉ ｓ ｓ ｏ ｅ ａ ｔｅｂａ ｋｈ ｌｅ ｎａ ｔ ｉ ｌ ｋｄｆｒ ａｉ ｏｅａｄ ｍ ｐ ｃ ｅ ｌ ｈ ｎ ｄ ｃ ｃ ｄ ｈ ｎ ｔ ｎ
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★来 稿 １期 ：０ １ ０ — ３ ３ ２ １ － ９ ２
２０ ６
喻祖 建等 ： 镁合金 薄板 差温拉 深模 具设 计
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随着 汽车 、 航空 、 天 、 航 电子工业产品向轻量化和特殊性能 要求化方向发展 ， 镁合金 冲压产品作为一种质量轻 、 强度刚度高 、 的应用具有广阔前景… 但镁合金在室温下难于冲压变形 ， 。 相关研
【 摘
要】 针对镁合金板材 室温拉深性能差的问题，通过分析拉深变形过程 中坯料 不同部位 的应
力及摩擦状况 ， 出采用差温拉深工艺和不同的模具工作表 面粗糙度。设计了镁合金差温拉深成形模 提 具 。实践表 明 ， 与坯料 变形 区接 触 的压边 圈和 凹模 部位设 置加 热 系统使 其 温度控 制在 （０ ～ ３ ） 用 ２ ０ ２５℃、
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２２ ２３ ２ ４ ２５ ２ ６
图 １镁合金板料拉深变形过程及摩擦力示意图
３２ 镁合金板 料拉深 时的摩擦分 析 ＿
第 ７期 ２１ ０ ２年 ７月
文 章 编 号 ：０ １ ３ ９ （０ ２ ０ — ２９ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）７ ０ ５— ２
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镁合金 薄板 差温拉 深模具设计 术
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３镁合金拉深变形过程及摩擦分析
根据拉深变形过程中各部分 的受力及变形状况不 同， 可将
电磁屏蔽性 和阻尼减振性好 的有色金属材料结构件 ， 在这些行业 ３１镁 合金板 料拉深变 形分析 ． 究成果较少 。 研究镁合金薄板 冲压成形技术对提高镁合金应用范 镁合金拉深坯料划分成 ５ 个部分 ， 如图 １ 所示。区域 １ 为凸缘部 围具 有 重要 意 义 。 分， 是拉深成形 的主要变形 区， 材料在模具的作用下 向凹模 内部
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。区域 ４为筒形件 形镁合金适宜在 （０ ， ０ ） ２ ０４ ０￣进行冲压成形 。从性价 比考虑 ， 压力机施加于凸模 的压力传至 区域 ２和区域 １ － Ａ３Ｂ Ｚ １ 镁合金薄板适合生产 冲压件 ， 其在温度达到一定范围时 ， 具 底部 ， 料 处 于径 向和切 向为拉 应 力 的平 面 应力 状 态 ， 形 量 小 。 材 变
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向与所 受径 向拉应力 的方 向相反 ， 阻碍变形 区材料 的流动 ， 使拉 深变形 困难 ； 于筒壁传力区区域 ３来说 ， 对 材料紧贴凸模表面 ， 与 凸模表面产生静摩擦力 Ｆ ｕ 摩擦力 的方 向与所受拉应力的方 向 Ｐ， 相反 ， 降低危险截面所承受的拉应力 ， 使底部拉裂可能性下降。
２变形镁合金塑性分析
流动 逐 步形 成 筒壁 ， 深 过程 中 ， 部分 材 料 处 于径 向受 拉 、 在拉 该 切
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有 良好 的塑 陛。从 一些 科研 人 员研 究 Ａ ３ Ｚ １ Ｂ薄板 在不 同温 度下 的 区域 ５为凸模 圆角 区， 材料承受筒壁 的拉应力 以及凸模 的压力 ，
凸模 圆角与 应力应变曲线［ 明， ７ 壤 镁合金的塑性随着温度 的升高而增加 ， 抗拉 材料包 向凸模 圆角发生弯曲和胀形变形使壁厚减薄 ， 如果该处所受拉应力 超过材料 的抗拉 强 度 随着 温 度 的升 高 而 急 剧 下 降 。 当 温 度 达 到 ２ ０ ０ ℃以 上 时 ， 直壁交界处壁厚最薄 ，
ｄｅｐ ｒ ｗ ｒ ｅ ｔ ｅ ｉｇｓ ｓｅ ｔ ｏ ｔｏ ｈ ｅ ｐｅａｕｅａ ｎ （ ０ － ３ ℃ ｔｅ ｅ ｉ ｕａｉｇｗ － ｉ ａｔ ｅ ｅｓ ｔ ｈｈ ａ ｎ ｔｍ ｃ ｎｒｌｔｅｔｍ ｒ ｒ ｍｏ ｇ ２ ０ ２ ５） ｈ ｎ ｒｃｒ ｌ ｎ ａ ｗｉ ｔ ｙ ｏ ｔ ｃ ｔ
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拉深变形过程中，坯料各部分所受摩擦力对拉深变形 的影 响各不相同。总的说来 ， 摩擦力的大小与坯料接触表面所受正压
图 ２镁合金差温拉深模具结构 １２ 、６ 、２ ３ ． 定位销 ２ ２ 、５ ３ ． 、１２ 、５ 螺钉 ３２ ． 、７密封圈 ４、９ 水 口水嘴 ２ 与模 具 接触 面的 切线 方 向 ， 与 坯 料相 对 运动 或 相 对 运 动趋 势 并且 ５ １ ． 水 口水嘴 ６ 封 圈 压板 ７ 定 板 ８垫 板 ９卸料 螺 钉 ｌ ． 模 座 、９ 入 ． 密 周 ． ． ０下 的方向相反 ， 即对于区域 １和来说 ， 凸缘上下表面在压边圈和凹 １． １ 导柱 ｌ． ２ 拉深凸模 １．口 ３力热线圈压板 １ ３ ． ４、Ｏ隔热板 １ 、１ ５３ ． 加热线 圈 ｌ压 边圈 ｌ． ６ ７导套 ｇ ｉｅｂ ｓｉｇ １． ｕｄ ｕｈｎ ８打板 ２ ． Ｏ上模座 ２． ３弹簧 模 工作 表 面 的 压 力作 用 下 产 生摩 擦 力 Ｆ ｕ和 Ｆ ｕ Ｙ Ｄ ，摩擦 力 的方 ２． ４打杆 ２． 脚 ２ ． 垫 板 ３ ． ６模 ８凹模 ２凹模 ３ 、４ 电偶 ３３． 热
循 环水 冷却 凹模 筒壁 及 凸模使 传力 区保持 室温状 态 ， 模具 凸模 表 面粗糙 度数值 为 Ｒ １ ｕ 凹模 和压 边 ａ ． ｍ、 ６
圈 面的表面粗糙度数值为 Ｒ ０ ｕ Ａ ３ Ｂ 表 ａ． ｍ，Ｚ １ 镁合金薄板极 限拉深比从 ２ ９ ４ ． 提高到 ３ ５ ０ ．。 ０
关键 词 ： 镁合 金 ； 差温拉 深 ； 具设计 ； 模 表面粗糙 度 【 ｓｒ ｃ】／ ｒｅ ｏｖ ｈ ｒｂｅ ｆｐ ｏ ｒｗ ｎ ｅ ｏｍａｃ ａ ｎｓｕ ｌ ｙｓｅ ｔ ｔ Ａｂｔａ ｔ ｎ ｏｄ ｒ ｏｓｌ ｔｅｐ ｏ ｌ ｏ ｏｒｄａ ｉ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅｏ ｍ ｇ ｅｉｍ ａ ｏ ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｍ ｇ ｆ ｆ ｌ ａ ｉ ｔｔ ｐ ｒ ｕｅｄｆ ｒｎｉ ｅ ｐ ｒ ｕｅ ｄａ ｉｇｐｏ ｅｓａｄ ｄｆ ｒｎ ｕｄｓＦ ｃ ｏｇ ｎ ｓ Ｗ Ｓ ｍｂｅ ｍ ｅａ ｒ ，ｉｅｅ ｔ ｔｍ ｅａ ｒ ｒｗｎ ｒｃｓ ｎ ｉｅｅ ｔ ｎ ｅ ｔ ｆ ｌ ａ ｔ ｆ ｍｏ ｌ ｕ ａｅｒｕｈ ｅｓ Ｏ ｆ ｄ ｖｌ ｅ ｙａ ａ ｚｎ ｅ ｒ ｔ ｎａ ｄｔｅｓ ｅｓ ｍ ｅｉ ｒｗ ｎ ｐ ｏｅｓ ｅｍ ｌ ａ ｄ ｓ ｎｄ ｅ ｅ ｐ ｄｂ ｎ ｙｉｇｔ ｉ ｉ ｎ ｔ ｓ ｏ ａ ｒ ｉ ｄａ ｉ ｒｃｓ．ｎ ｔ ｏｄｗ ｓ ｅｉ ｅ ｏ ｌ ｈ ｆ ｃｏ ｈ ｒ ｔ ａｎ ｆ ｌ ｇ Ａｄｈ ． ｇ ｔ ｈ ａ ｅｔ ． ａ ｔ ａ ｔ ｔ ｈｗ ｄｔｔ ｈ ｌ ｏ ｒ ｏ ｔ ｅ ｗ ｔ ｂａ ｅｏｍ ｏ ｚｎ ｎ ａ ｔｅｓｍ ｉ ｅ ｅ ｒｃｉ ｓ ｓ ｏ ｅ ａ ｔｅｂａ ｋｈ ｌｅ ｎａ ｔ ｉ ｌ ｋｄｆｒ ａｉ ｏｅａｄ ｍ ｐ ｃ ｅ ｌ ｈ ｎ ｄ ｃ ｃ ｄ ｈ ｎ ｔ ｎ