一種鎂合金加工工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎂合金加工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]自1808年H.Davy在實驗室制得純鎂，人類和鎂打交道已有兩百年的歷史，鎂工業(yè)的早期發(fā)展速度比較緩慢，直到二戰(zhàn)期間，由于軍事上的大量需求，鎂合金才在航空、軍工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，使得鎂合金的研究與應(yīng)用獲得較大的發(fā)展。二戰(zhàn)后，鎂合金又轉(zhuǎn)入民用工業(yè)，研究人員把銅、鐵、鎳等元素添加到鎂中以提高鎂合金的性能，使鎂工業(yè)得到長足的發(fā)展。
[0003]鎂合金在汽車工業(yè)上的應(yīng)用始于20世紀30年代，1930年德國工廠在一輛汽車上使用了 73.8 kg的鎂合金。1936年德國大眾汽車公司開始用壓鑄鎂合金生產(chǎn)“甲殼蟲”汽車發(fā)動機傳動系統(tǒng)零部件。1946年“甲殼蟲”單車鎂合金用量達18 kg，至1980年累計生產(chǎn)1900萬輛，鎂合金的總用量達38萬噸，只是后來由于鎂的價格上漲才停止了使用。
[0004]20世紀70年代的中東石油危機之后，節(jié)能成了汽車制造業(yè)的新課題，輕質(zhì)的鎂合金重新受到人們的重視。隨著鎂冶煉工藝的進步以及耐蝕性能的改善，鎂合金在汽車行業(yè)的應(yīng)用大大增加。福特汽車公司是鎂合金應(yīng)用于現(xiàn)代汽車行業(yè)的先驅(qū)，制造了如離合器殼體和踏板支架、制動器、變速箱體、轉(zhuǎn)向柱等部件。隨后奔馳、豐田、奧迪等公司也先后制造了鎂合金材質(zhì)的座椅框架、儀表盤、轉(zhuǎn)向軸等，進一步推動了鎂合金在汽車行業(yè)的應(yīng)用。據(jù)測算，汽車所用燃料的60 %是消耗于汽車自重，如果汽車自重能減10 %，其燃油效率將可提高5%以上。如果每輛汽車能使用70 kg鎂合金，則C02的年排放量將減少30%以上，在日益提倡節(jié)省能源的世界里，“綠色環(huán)?！卑焰V合金進一步推向應(yīng)用領(lǐng)域，成為各大汽車公司首選的材料。目前鎂合金生產(chǎn)的汽車零部件有汽車頭蓋、儀表盤、托架、進氣管、轉(zhuǎn)向柱、制動器、座椅架、離合器踏板、輪轂等等，而且年增長率呈大幅度上升大趨勢。
[0005]近年來3C產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，手機外殼、筆記本電腦外殼、數(shù)碼相機及攝像機的外殼已逐步棄用老式的塑料殼體，鎂合金在部分場合已經(jīng)取而代之。與傳統(tǒng)材料相比，鎂合金具有如下優(yōu)勢:由于鎂合金具有耐震動、抗磨損、尤其是可屏蔽電磁波的特殊功能，贏得手機制造商和消費者更多的青睞；筆記本電腦外殼強調(diào)散熱性好、重量輕、堅固耐磨以及色彩鮮艷等特性，這些要求都是鎂合金能達到而傳統(tǒng)的塑料殼體難于滿足的，因此鎂合金外殼的筆記本電腦較受市場和消費者歡迎。鎂合金在其它民用工業(yè)也有廣泛的應(yīng)用，如滑雪橇、網(wǎng)球拍、電動車部件、自行車架、輪椅及殘疾車架、拐棍、行李架、鎂合金夾具、面包架、裝料架、印刷機械等。隨著人們對鎂合金研究的日益加深，鎂合金正以它獨特的優(yōu)勢不_斷拓寬其市場前景。
[0006]1.2.2我國鎂合金產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀
[0007]我國是世界上最大的產(chǎn)鎂國之一，鎂資源存儲量占全球總儲量的22.5%，我國有數(shù)百家鎂廠的年生產(chǎn)能力在100t以上，總的生產(chǎn)能力可達10萬t/年，說明我國鎂產(chǎn)業(yè)在原材料成本上有著極大優(yōu)勢，中國在全球壓鑄鎂合金市場中占的份額為20%?25%。
[0008]盡管如此，我國鎂產(chǎn)業(yè)依然存在許多問題，形勢不容樂觀。一方面，我國的原鎂質(zhì)量差，鎂合金錠的質(zhì)量也不盡如人意，出口缺乏競爭力，作為結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用的鎂在國內(nèi)消耗量又很少。比如在汽車輕量化、高速、節(jié)能等需求也日益突出的今天，國內(nèi)也只有上海乾通汽車附件有限公司為上海大眾汽車公司的桑塔納轎車配套生產(chǎn)的變速箱殼體和殼蓋是利用德國技術(shù)由鎂合金壓鑄生產(chǎn)的，鎂合金用量僅為8.5kg/輛，而國外汽車的鎂合金用量平均為40kg/輛。又比如，目前在國產(chǎn)的計算機、通訊設(shè)備上幾乎沒有鎂合金零部件，產(chǎn)品的質(zhì)量和銷路受到很大影響，導致我國鎂生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟效益低，面臨嚴重的生存壓力。另一方面，我國對鎂合金的研究還不夠深入，無法為中國的鎂產(chǎn)業(yè)提供有力的技術(shù)支持。因此，如何利用好我們鎂的資源和成本優(yōu)勢，提高技術(shù)，發(fā)展具有國際競爭力的民族鎂產(chǎn)業(yè)，是我國鎂產(chǎn)業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)。
[0009]常見的鎂合金塑性加工工藝
[0010]⑴擠壓
[0011]擠壓是一種常見的金屬塑性加工技術(shù)，其變形過程在近似封閉的模具內(nèi)進行，材料在變形過程中承受很高的壓力，有利于消除鑄錠中的氣孔、疏松等缺陷，提高材料的可成形性，使材料在二次成形過程中能承受較大的變形量，從而改善材料的性能。鎂合金擠壓成形主要工藝參數(shù)包括鑄錠的溫度，模具的預熱溫度，潤滑條件，擠壓速度，擠壓比等，這些參數(shù)的選擇對鎂合金壓制品的組織、性能有很大的影響。
[0012]鎂合金擠壓的加工方法具有產(chǎn)品精度高、表面質(zhì)量好、工藝靈活、操作方便、產(chǎn)品晶粒細化、應(yīng)力狀態(tài)好、合金強度高、塑性優(yōu)良等特點。同時，鎂合金擠壓工藝的缺點也十分明顯，材料擠壓時壓力大，變形力大，模具磨損快，擠壓制品的組織和性能沿長度和斷面方向上不夠均勻。但是，對于鎂合金這種塑性變形能力較差的金屬，擠壓仍然是一種較好的塑性加工方法，目前已用擠壓法生產(chǎn)出各種不同型號的鎂合金板、棒、管和型材。
[0013](2)乳制
[0014]鎂合金板材一般采用乳制方法生產(chǎn)，目前只有少數(shù)幾種成分的鎂合金如Mg-Mn、Mg-Zn-Zr合金可以通過鑄錠直接乳制，大部分的變形鎂合金還只能通過擠壓后再乳制以制成薄板。在鎂合金板材的乳制過程中，主要工藝參數(shù)包括壓下量，乳制溫度，乳制速度，輥型等。其中最關(guān)鍵的是壓下量、乳制溫度、乳制速度，三者之間是互相影響和關(guān)聯(lián)的。相比鋼、鋁等材料，鎂合金的塑性較差，在變形量較大的乳制工藝中，乳制應(yīng)分幾個道次完成，每道次的壓下量應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，若一次變形量過大則會發(fā)生嚴重的裂邊，甚至無法乳制成形。乳制溫度過低時，鎂合金板材易產(chǎn)生高的應(yīng)力集中，從而導致孿晶形核和切變變形；而乳制溫度過高時，晶粒容易長大而使板材的熱脆傾向增大。板材的各向異性也是乳制中最為值得關(guān)注的重要問題，這種各向異性不利于后續(xù)的沖壓成形。因此，為了提高乳制的效率，降低消耗功率，改善和提高板材乳制成形的能力以及板材的性能，應(yīng)優(yōu)化乳制過程中的各個工藝參數(shù)，同時在此基礎(chǔ)上開發(fā)新的乳制技術(shù)。
[0015]⑶沖壓
[0016]沖壓工藝是指利用金屬的塑性變形能力，通過模具和沖壓設(shè)備對金屬板材進行加工，以獲得指定形狀和尺寸零件的塑性加工方法。沖壓是一個涉及領(lǐng)域極其廣泛的工藝過程，就材料在沖壓過程中所發(fā)生的變化來看，沖壓工藝可以分為兩類:第一類是分離工序，其結(jié)果是材料的一部分與整體完全或局部地分開，如沖裁、沖孔、剪截、切口等；第二類包括各種形變工序，其結(jié)果是在模具及外力作用下，材料通過塑性變形達到預期的形狀，以滿足工業(yè)生產(chǎn)中特定的需求，典型的工藝如彎曲、拉深、成形、壓印等。其中，拉深工藝是利用拉深模在壓力機的壓力作用下，將平板坯料制成開口空心零件的加工方法。
[0017]利用拉深工藝生產(chǎn)零件有以下優(yōu)點:
[0018]①拉深工藝依靠上下模具對板材施加壓力，使板材產(chǎn)生塑性變形，操作簡單，便于實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)效率高；
[0019]②拉深工藝可以制成筒形、階梯形、錐形、球形和其它不規(guī)則形狀的薄壁零件，如果配合其它沖壓成形工藝，可以制造形狀復雜的工件；
[0020]③拉深工藝生產(chǎn)加工出的產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定、表面光滑、精度較高；
[0021]④拉深工藝通過塑性變形加工，產(chǎn)品強度高、剛性好；
[0022]⑤拉深工藝材料利用率高。
[0023]目前在汽車、飛機、電器、儀表、電子等工業(yè)部門以及日常生活的生產(chǎn)中，拉深工藝占據(jù)相當重要的地位。由于鎂合金室溫下成形能力差的特點，通常適用于鋁、鋼等材料的拉深工藝很難直接應(yīng)用到鎂合金的成形上來，這也成為阻礙鎂合金板材拉深件廣泛應(yīng)用的重要原因之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]本發(fā)明的目的在于提出一種鎂合金加工工藝。
[0025]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0026]一種鎂合金加工工藝，該工藝為鎂合金塑性加工工藝，鎂合金經(jīng)過鑄造后通過拉深工藝使鎂合金具有更高的強度和延展性等力學性能，包括:鎂合金鑄造一一擠壓一一乳制一一塑性加工一一后續(xù)熱處理一一超聲波清洗一一烘干。塑性加工工藝包括模具結(jié)構(gòu)為圓柱形或錐形，沖頭直徑20——40mm，凹模圓弧半徑4——7mm，成型溫度為150——300度，拉伸速度為30—一90mm/min，壓邊方式為固定剛性壓邊，壓邊間隙為1.02一一1.13，潤滑方式為石墨+機油。
【具體實施方式】
[0027]實施例1
[0028]一種鎂合金加工工藝，該工藝為鎂合金塑性加工工藝，鎂合金經(jīng)過鑄造后通過拉深工藝使鎂合金具有更高的強度和延展性等力學性能，包括:鎂合金鑄造一一擠壓一一乳制——塑性加工——后續(xù)熱處理——超聲波清洗——烘干。鎂合金為AM60B，厚度為1mm，塑性加工工藝包括模具結(jié)構(gòu)為圓柱形，沖頭直徑20mm，凹模圓弧半徑4mm，成型溫度為150度，拉伸速度為40mm/min，壓邊方式為固定剛性壓邊，壓邊間隙為1.02，潤滑方式為石墨+機油。
[0029]實施例2
[0030]一種鎂合金加工工藝，該工藝為鎂合金塑性加工工藝，鎂合金經(jīng)過鑄造后通過拉深工藝使鎂合金具有更高的強度和延展性等力學性能，包括:鎂合金鑄造一一擠壓一一乳制一一兩次塑性加工一一后續(xù)熱處理一一超聲波清洗一一烘干。鎂合金為AZ81，厚度為3mm，塑性加工工藝包括模具結(jié)構(gòu)為圓錐形，沖頭直徑40mm，凹模圓弧半徑6mm，成型溫度為225度，拉伸速度為60mm/min，壓邊方式為固定剛性壓邊，壓邊間隙為1.17，潤滑方式為高溫潤滑脂，經(jīng)過該工藝加工后，鎂合金的力學性能得到明顯改善。
【主權(quán)項】
1.一種鎂合金加工工藝，其特征在于該工藝為鎂合金塑性加工工藝，鎂合金經(jīng)過鑄造后通過拉深工藝使鎂合金具有更高的強度和延展性等力學性能，包括:鎂合金鑄造一一擠壓一一乳制一一塑性加工一一后續(xù)熱處理一一超聲波清洗一一烘干。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的塑性加工工藝包括模具結(jié)構(gòu)為圓柱形或錐形，沖頭直徑20--40mm,凹模圓弧半徑4--7mm,厚度為1--3mm，成型溫度為150--300度，拉伸速度為30--90mm/min,壓邊方式為固定剛性壓邊，壓邊間隙為.1.02--1.13，潤滑方式為石墨+機油。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎂合金加工工藝，該工藝為鎂合金塑性加工工藝，鎂合金經(jīng)過鑄造后通過拉深工藝使鎂合金具有更高的強度和延展性等力學性能，包括：鎂合金鑄造—擠壓—軋制—塑性加工—后續(xù)熱處理—超聲波清洗—烘干。塑性加工工藝包括模具結(jié)構(gòu)為圓柱形或錐形，沖頭直徑20-40mm，凹模圓弧半徑4-7mm，成型溫度為150-300度，拉伸速度為30-90mm/min，壓邊方式為固定剛性壓邊，壓邊間隙為1.02-1.13，潤滑方式為石墨+機油。該工藝能有效克服鎂合金鑄造后力學性能差、缺陷多的缺點，從而有效擴展鎂合金的應(yīng)用范圍，提高鎂合金的硬度和延展性的力學性能。
【IPC分類】B21D22/22, B21D37/10, B21D37/16, B23P17/00, B21D37/18
【公開號】CN105170765
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】沈秋
【申請人】無錫橋陽機械制造有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年10月29日