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镁合金板冲压成形性能实验研究邓明，许洪斌，刘峰（重庆工学院，重庆400050；电话：68667384）摘要：通过实验，研究了镁合金板的胀形、扩孔、拉深以及拉深+胀形复合性能，对这一新材料的冲压变形规律有了一定认识，得到了一些有实用价值的数据。关键词：镁合金，冲压，变形，性能。1.引言虽然镁合金的主要成形方式为压铸成形，但用塑料成形的形式对镁合金进行加工，也是许多镁合金产品的需要。在镁合金的塑性成形设计时，大量的成形参数不能从手册中查到，这严重阻碍了这类新材料的塑性加工技术的发展和镁合金产品的推广应用。为此，我们用特制的模具，在GBS—60数显半自动杯突试验机上对镁合金板AZ31进行了胀形、扩孔、拉深和锥杯实验，以期得到这种新材料的冲压性能参数。2.试验内容及方法拉深成形性能试验项目及指标详见表1，表1拉深成形性能实验项目成形性能试验方法成形性能指数湿度胀形性能埃利克森试验纯胀形试验最大胀形高度hmax(mm)杯突值（又称埃利克森值）IE极限胀形高度（mm）扩孔性能扩孔试验破裂处厚向应变K．W．I值拉深性能拉深试验拉深比值L.D.R.极限拉深系数(用平底凸模)拉深件厚度变化拉深件径向回弹拉深胀形复合成形性能锥杯试验拉深试验(大压边力)锥杯值C.C.V.L.D.R.(用球底凸模)极限成形高度hmax(mm)2．1杯突试验（Cuppingtestingmethod）杯突试验——即埃利克森试验是由埃利克森（Erichsen）于1914处提出来的，目的是为了实验板金的拉深性能，试验是用端部为球形的冲头将夹紧的试样压入压模内，直到出现穿透裂纹为止，所测量的濒临破裂时刻的杯突深度即为试验结果，杯突什以IE表示。有时还将测出的破裂前加在凸模上的作用力作为参考。试验模具结构如图1。图1.杯突试验模具结构图图2.扩孔试验原理及模具2.2.扩孔试验(Holeexpandingtest)试验时将中心带有预制圆孔的试样置于凹模与压边圈之间并压紧，通过凸模将其下部的试样材料压入凹模，迫使预制圆孔直径不断胀大，直至孔缘局部发生开裂瞬时停止凸模运动，测量试样孔径的最大值和最小值，用它们计算扩孔率（图3）。预制孔的大小是由试冲得出,为仅生孔边破裂的较小值.实验原理和模具见图2所示.2.3拉深试验(drawingtest)本试验研究金属薄板拉深成形性能,用极限拉深比或极限拉深系数表示。本试验采用不同直径的试样，并逐级改变直径进行试验，以测出拉深杯体底部圆角附近的壁部不产生破裂时允许使用的最大试样直径，并用它计算极限拉深比和极限拉深系数。根据试验要求制造各个不同直径的板料，并且要求直径级差分组按相邻两组试样的直径级差为1.00mm进行。试验模具如图3。压边力的确定：不允许压边圈下面的试样材料起皱，但必须保证它们能够在凸模的拉深力作用下发生流动变形。图3拉深实验模具2．4锥杯试验（Conicalcuptest）本试验为以锥杯为标志的金属薄板“拉深+胀形”复合成形性能试验。它是由福井在1938年指出的，故又称为福井锥杯试验。试验时，圆片试样平放在锥形凹模孔内，通过钢球对试样进行“拉深+胀形”复合成形，即锥杯成形，直到杯底侧壁发生破裂时停机，然后测量锥杯口部的最大外径和最小外径，并用它们计算锥杯值CCV。锥杯实验模具见图4.图4.锥杯试验模具1．凹模2．垫模3．钢球4．支撑杆按照以上实验种类有标准要求，我们制作了相应的实验模具。3.实验结果及分析实验用镁合金板来自洛阳某公司，牌号AZ31。3.1杯突试验测试计算出室温条件下的杯突试验相关试验值见表4：表2室温下的杯突实验值试样号123456789平均值IE(mm)4.965.045.575.054.736.056.427.176.155.68试件不同位置的厚度变化曲线图见图7。由图可见，在接近顶部的“3”点，材料减薄最历害，是为破裂点。图6胀形件位置示意图采集点厚度值图7胀形件不同位置处的厚度变化杯突实验结果分析与其它金属比较镁合金的杯突值较低，如软钢IE=10.6~11.9mm（厚度0.8~1.5mm）,铜IE=13.69mm（厚度1.5mm），锌IE=13.24mm(厚度1.5mm),可知镁合成形性能较差，试验中发现试验速度对试验结果有较强的影响，说明对镁合金成形时就考虑成形速度的因素。3．2扩孔试验扩孔试验得到的数据见表5。表3扩孔试验数据试样序号12345678平均dfmax(mm)12.8012.4813.2012.9812.6612.5013.2013.0012.85dfmin(mm)12.9212.6013.2413.0012.7612.6413.1813.1812.94?5.41%2.97%8.36%6.48%4.18%3.03%8.11%7.29%5.71%试验中得到厚度为1mm,左右的镁合金AZ31B的扩孔率为：5.17%。与低碳钢相比是比较低的。3．3拉深试验1）试件及实验条件：实验材料镁合金板牌号：AZ31。试样厚度：1.30mm，试样为直径为40~80mm,共50余件。2）试验结果及分析：a.根限拉深比和极限拉深系数：根据本文2.1中的公式，得到镁合金板AZ31的一次拉深的极限拉深比LDR为：1.268。一次拉深的极限拉深系数：m=d/D=d/(D)max=0.788;试验数据表明镁合金的拉深性能较差，同时，拉深成形件的凸耳不明显。对于实验中的破裂试件，从图12中可以明显看出其破裂的方式不同于低碳钢（拉裂断面），这是由于拉深时试件变形区爱牟切向压力在其45度断面上的最大剪应力大于其极限抗剪强度，使试件破裂。试件显示出破裂面与试件内外表面成45〇，证明了破裂发生在最大剪应力面上。b.在拉深试验中拉深力与位移的变化关系拉深成形试件的力与冲头行程的变化曲线见图9。图9拉深过程中力━行程曲线c.成形试件的厚度变化成形的厚度变化曲线见图10，厚度的最大减薄处位于靠近低部的侧壁“7”处，这一点与碳钢的拉深减薄情况类似。d.拉深件在直径方向的回弹e.凹模直径值：Dd=35.6mm;径向回弹量：Δd=d-Dd径向回弹率：k=(△d/Dd)×100%拉深成形试件的径向回弹率见表2直径方向上的回弹率为1.5%。这说明由于镁合金AZ31的塑性较低，变形不充分造成的回弹较大。3.4锥杯试验结果及分析试验的锥杯试件见图11：a.锥杯试验的锥杯值：锥杯试验锥杯值见表5。试验测的锥杯值为：C.C.V=46.24mm;与其它金属比较,说明镁合金AZ31的拉深性能较低.从图11中可以看出，锥杯实验后的试件形状与一般金属的锥杯形状有一定的差异，其母线不是直线而是弧线。造成这种情况的原因是由于镁合金塑性差，变形区受切向压应力，边缘部分受凹模的约束，发生了较大的塑性变形，而悬空区无直接约束就造成了位于悬空区的试件中部鼓起。表5锥杯试验数据试样序号123456平均Dmax(mm)45.3846.8046.8046.5246.3847.4246.38Dmin(mm)44.9246.4845.4046.2045.9847.5246.09C.C.V45.1546.6445.6346.3646.1847.4746.242．结论通过研究，我们得到镁合金板AZ31的伸长性成形性能如下：1）镁合金板材AZ31的极限胀形高度为5.68mm。（厚度为1～2mm）2）镁合金板材AZ31的极限平均扩孔率为5.71%3）镁合金板材AZ31的拉胀性能较差，其第一次极限拉深系数为0.788，拉深比为：1.268；4）拉深件的径向回弹较大，平均为直径的1.5%；5）拉深件的壁厚有一定减少，与低碳钢相同，其最小壁厚位于筒体询问附近的侧壁上。6）镁合金板的“拉+胀”复合性能同样较差，其平均杯突值为46.24；与低碳钢不同，由于塑性差，镁合金板的锥杯试件出现悬空区严重鼓出的现象。以上实验结果可以作为镁合金板冲压工艺及模具设计之参考。参考文献：【1】国家标准GB/T15825。1～15825。8－1995金属薄板成形性能与试验方法1995【2】梁炳文。陈孝载。等板金成形性能机械工业出版社1999年6月，62-70【3】张士宏，等镁合金的塑性加工技术金属成形工艺2002年5月，3-5