鎂合金鍛壓成形與模具

前言

　　鎂合金是繼鋼、鐵、鋁、鋅、銅金屬材料之后又一新型工業(yè)材料。鎂及其合金因具有密度小、比強(qiáng)度大、比剛度高、抗振性能好、可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，因此格外引人注目。同時(shí)，與地殼中其他金屬含量相比，鎂元素在地殼中的含量?jī)H在鋁、鐵之后，位居第三。占地球面積70％的海洋也是一個(gè)天然的鎂資源寶庫(kù)。據(jù)測(cè)算，每立方米海水之中約含有1.3kg的鎂，僅是死海一處的鎂若能全部開發(fā)，就可供人類使用22000年。而現(xiàn)在常用的銅、鉛、鋅礦藏的開采只能維持幾十年，鋁、鐵也只能維持100～300年。我國(guó)目前在鎂工業(yè)方面有三項(xiàng)“世界冠軍”，第一是資源大國(guó)，儲(chǔ)存量位居世界首位；第二是原鎂生產(chǎn)大國(guó)，產(chǎn)量占全球的三分之二；第三是鎂礦石出口大國(guó)，占世界總產(chǎn)量的80％～85％?！　∥覈?guó)鎂的深加工技術(shù)很落后，品質(zhì)不夠穩(wěn)定。針對(duì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和我國(guó)鎂工業(yè)的現(xiàn)狀，國(guó)家政府部門已經(jīng)投入了大量的資金進(jìn)行有關(guān)問題的研究與開發(fā)，已取得一定的成效?！　∥覈?guó)的鎂質(zhì)產(chǎn)品制件將會(huì)在交通、運(yùn)輸、電子信息、航空航天、醫(yī)療環(huán)保等方面逐步開始和擴(kuò)大應(yīng)用。因此，我國(guó)特別需要從事這方面工作的工程技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)的技術(shù)人才?！　℃V合金壓力鑄造雖是當(dāng)前應(yīng)用最廣的成形工藝，但由于鑄造中的空洞、雜質(zhì)、晶粒粗大等不可避免的缺陷，大大降低了鎂合金的力學(xué)性能指標(biāo)，嚴(yán)重地限制了鑄造鎂合金零件的應(yīng)用。尤其是在交通工具、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用。與鑄造鎂合金相比，鎂合金鍛壓成形的零件在組織上更加細(xì)化，成分上更加均勻，內(nèi)部更致密。因此變形鎂合金具有高強(qiáng)度和高延伸率等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足更高的受力設(shè)計(jì)要求。　　鎂合金的固態(tài)成形方法有鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔等。前三者工藝用來成形零件，后三者用來成形型材。　　本書共分10章，分別介紹了變形鎂合金的一般情況，重點(diǎn)介紹了模鍛、沖壓、擠壓三種工藝及其模具設(shè)計(jì)。　　由羅大金、程貴生任主編，羅大金提出編寫大綱和有關(guān)資料，并統(tǒng)稿。程貴生編寫序、前言和第1章，李建偉編寫第2章，陳艷艷編寫第3章，李聚群編寫第4章，相曉紅編寫第5章，呂玉榮編寫第6章，崔國(guó)英編寫第7章，陳振興編寫第8章，邵雨露編寫第9章，王德俊編寫第10章?！　≡诰帉戇^程中借鑒了國(guó)內(nèi)外鎂材的科研成果和成形技術(shù)方面的資料，在此一并表示感謝?！　∮捎诒緯w現(xiàn)鎂科學(xué)技術(shù)，又要介紹適合鎂合金成形技術(shù)的特點(diǎn)。因此編寫難度較大，缺乏經(jīng)驗(yàn)，肯定有不足之處，敬請(qǐng)讀者指正。

內(nèi)容概要

　　鎂合金是繼鋼、鐵、鋁、鋅、銅金屬材料之后又一新型工業(yè)材料。鎂及其合金因具有密度小、比強(qiáng)度大、比剛度高、抗振性能好、可回收利用等優(yōu)點(diǎn)，因此格外引人注目。同時(shí)，與地殼中其他金屬含量相比，鎂元素在地殼中的含量?jī)H在鋁、鐵之后，位居第三。占地球面積70％的海洋也是一個(gè)天然的鎂資源寶庫(kù)。《鎂合金鍛壓成形與模具》共分10章，分別介紹了變形鎂合金的一般情況，重點(diǎn)介紹了模鍛、沖壓、擠壓三種工藝及其模具設(shè)計(jì)。由羅大金、程貴生任主編，羅大金提出

書籍目錄

第1章 變形鎂合金概述1.1 變形鎂合金的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.1 概述1.1.2 變形鎂合金的應(yīng)用1.2 變形鎂合金的牌號(hào)和分類1.2.1 變形鎂合金的牌號(hào)1.2.2 變形鎂合金的分類1.3 鎂合金固態(tài)成形的理論基礎(chǔ)1.3.1 固態(tài)成形的基本概念1.3.2 固態(tài)成形的力學(xué)基礎(chǔ)1.3.3 鎂合金固態(tài)成形的特點(diǎn)1.4 鎂合金固態(tài)成形技術(shù)1.4.1 鍛造1.4.2 擠壓1.4.3 沖壓1.4.4 軋制第2章 鎂合金模鍛工藝2.1 鎂合金的可鍛性2.2 鎂合金的鍛造方式2.2.1 自由鍛造2.2.2 模型鍛造2.2.3 等溫鍛造與等溫精鍛2.3 鎂合金鍛造工藝2.3.1 鍛造的主要工序2.3.2 鍛件的熱處理2.3.3 鎂合金鍛后的性能變化2.3.4 鎂合金鍛件缺陷及其防止措施2.4 鍛模設(shè)計(jì)基礎(chǔ)2.4.1 鍛模分類2.4.2 模膛及模鍛工步分類2.5 模鍛設(shè)備2.5.1 鍛錘2.5.2 熱模鍛壓力機(jī)2.5.3 螺旋壓力機(jī)2.5.4 平鍛機(jī)第3章 鍛模設(shè)計(jì)3.1 錘上模鍛鍛模設(shè)計(jì)3.1.1 錘上模鍛的特點(diǎn)3.1.2 鍛件圖的設(shè)計(jì)3.1.3 錘上模鍛工步選擇3.1.4 終鍛模膛的設(shè)計(jì)3.1.5 預(yù)鍛模膛的設(shè)計(jì)3.1.6 制坯模膛設(shè)計(jì)3.2 熱模鍛壓力機(jī)鍛模設(shè)計(jì)3.2.1 鍛件圖特點(diǎn)3.2.2 模膛的設(shè)計(jì)3.3 平鍛機(jī)上鍛模設(shè)計(jì)3.3.1 鍛件圖設(shè)計(jì)特點(diǎn)3.3.2 模鍛工步的確定3.4 摩擦壓力機(jī)模鍛設(shè)計(jì)3.4.1 鍛件圖設(shè)計(jì)特點(diǎn)3.4.2 鍛模設(shè)計(jì)特點(diǎn)第4章 沖裁工藝與沖模設(shè)計(jì)4.1 沖裁變形過程分析^4.1.1 沖裁變形過程4.1.2 沖裁變形力曲線4.1.3 沖裁零件斷面形狀4.2 沖裁件質(zhì)量分析4.2.1 間隙對(duì)切斷面質(zhì)量的影響4.2.2 間隙對(duì)尺寸精度的影響4.2.3 刃口狀態(tài)對(duì)斷面質(zhì)量的影響4.3 凸、凹模間隙值的確定4.3.1 間隙對(duì)沖裁過程的影響4.3.2 間隙值的確定4.4 凸、凹模刃口尺寸計(jì)算4.4.1 尺寸計(jì)算原則4.4.2 尺寸計(jì)算方法4.5 沖裁力的計(jì)算4.5.1 沖裁變形力4.5.2 卸料力及推件力4.5.3 沖裁時(shí)的總壓力4.6 沖裁件的排樣4.6.1 排樣目的4.6.2 排樣方法4.6.3 排樣工藝參數(shù)4.6.4 條料寬度的計(jì)算4.6.5 條料在板料上的排樣4.6.6 材料的利用率4.7 沖裁模的分類及結(jié)構(gòu)分析4.7.1 沖裁模的分類4.7.2 沖裁模的結(jié)構(gòu)分析4.7.3 沖裁模設(shè)計(jì)的一般程序4.7.4 沖裁模的總體設(shè)計(jì)第5章 彎曲工藝與彎曲模具設(shè)計(jì)5.1 彎曲變形過程分析5.1.1 彎曲變形過程5.1.2 彎曲的應(yīng)力應(yīng)變5.2 彎曲件的回彈及減少回彈的方法5.2.1 影響回彈的因素5.2.2 回彈值的確定5.2.3 減少回彈的措施5.3 最小彎曲半徑5.3.1 含義和作用5.3.2 最小彎曲半徑的確定5.3.3 影響最小彎曲半徑的因素5.4 彎曲件毛坯尺寸的計(jì)算5.4.1 變形中性層位置的確定5.4.2 彎曲件毛坯尺寸的計(jì)算5.5 彎曲力的計(jì)算5.6 彎曲件的工序安排及模具設(shè)計(jì)5.6.1 常見彎曲件的工序安排5.6.2 V形件的彎曲5.6.3 U形件的彎曲5.6.4 帽罩形件的彎曲5.6.5 Z形件的彎曲5.6.6 圓筒形件的彎曲5.6.7 其他形狀的彎曲件5.7 彎曲模工作部分尺寸設(shè)計(jì)5.7.1 凸、凹模的圓角半徑及彎曲凹模的深度5.7.2 凸、凹模間隙5.7.3 凸、凹模工作部分的尺寸與公差第6章 拉延工藝及模具設(shè)計(jì)6.1 拉延變形過程分析6.1.1 拉延變形過程6.1.2 拉延過程中毛坯的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)6.2 圓筒形件的拉延6.2.1 毛坯尺寸的計(jì)算6.2.2 拉延系數(shù)和拉延次數(shù)6.2.3 以后各次拉延的特點(diǎn)6.2.4 以后各次拉延的方法6.2.5 壓邊力、拉延力和拉延功的計(jì)算6.2.6 凸、凹模工作部分設(shè)計(jì)6.3 帶凸緣筒形件的拉延6.3.1 小凸緣件的拉延6.3.2 寬凸緣件的拉延6.4 矩形件的拉延6.4.1 矩形件拉延的特點(diǎn)6.4.2 毛坯計(jì)算方法6.4.3 高矩形件拉延工藝過程6.4.4 模具間隙、圓角半徑的確定6.5 拉延工作中的潤(rùn)滑、退火與酸洗6.5.1 潤(rùn)滑6.5.2 退火6.5.3 中間退火6.5.4 酸洗6.6 拉深模具的分類及典型結(jié)構(gòu)6.6.1 首次拉深模6.6.2 后續(xù)各工序拉延模6.7 拉延件的廢品種類、產(chǎn)生原因及預(yù)防方法第7章 其他成形方法及模具7.1 局部成形和翻邊7.1.1 局部成形7.1.2 翻邊7.2 縮口和脹形7.2.1 縮口7.2.2 脹形7.3 校平和整形7.3.1 校平7.3.2 整形7.4 旋壓和強(qiáng)力旋壓7.4.1 旋壓……第8章 鎂合金沖壓板材的技術(shù)特點(diǎn)第9章 鎂合金擠壓工藝第10章 擠壓模具

章節(jié)摘錄

　　在汽車上使用鎂合金零件可以提高汽車抗振及耐碰撞性能，改善汽車的剛度，提高廢舊零部件的回收率，提高汽車的安全性和可操作性。在汽車工業(yè)中，變形鎂合金板材可用于制備車身零部件，鍛件可用于制備汽車底盤承載件。德國(guó)大眾（奧迪）汽車公司開發(fā)了鎂合金汽車覆蓋件的熱沖壓成形技術(shù)，成功地加工出了汽車內(nèi)門板。與鋼門相比，采用內(nèi)鎂外鋁的混合車門可減重50％，與鋁門相比可減重20％。此外，從沖壓性能角度考慮，鎂合金板材沖壓杯形件時(shí)在448K時(shí)的極限拉深比可達(dá)2.0，在498K時(shí)可達(dá)3.0，超過了鋼板和鋁板在室溫下的極限拉深比（兩者分別為2.2和2.6）。Volkswagen1L新款樣車的設(shè)計(jì)中使用了更多的鎂合金，該車選用了鎂合金管材作空心支架，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作覆蓋件，與鋁合金空心支架相比減重了13kg。　　目前影響變形鎂合金在汽車工業(yè)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素是缺少工業(yè)化的生產(chǎn)技術(shù)，未能很好地解決塑性變形能力差和腐蝕問題。另外，產(chǎn)品的價(jià)格偏高，質(zhì)量穩(wěn)定性也有待進(jìn)一步提高?！　?.1.2.3 變形鎂合金在3C領(lǐng)域中的應(yīng)用　　隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電子器件用結(jié)構(gòu)材料及部件的性能提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的塑料和鋁材已逐漸難以滿足電子器件輕、薄、小型化以及安全、環(huán)保的發(fā)展要求，從而變形鎂合金成為制造電子器件殼體的理想材料。近十年來，世界上電子工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，特別是日本和歐美一些國(guó)家在鎂合金產(chǎn)品的開發(fā)方面開展了大量工作，并取得了重要進(jìn)展。一大批重要的電子產(chǎn)品在使用鎂合金后，取得了理想的效果。1998年以后日本所有的筆記本電腦廠商均推出鎂合金外殼的機(jī)型，目前38cm以下的機(jī)種已全面使用鎂合金作為外殼。我國(guó)的聯(lián)想、華碩等筆記本電腦1999年也部分采用了鎂合金外殼。采用鎂合金制造相機(jī)的頂蓋、前蓋、反光鏡箱和機(jī)身，提高了相機(jī)的剛度、精度和耐久度，并使得相機(jī)質(zhì)量變輕、結(jié)構(gòu)變小，且易于攜帶，目前主要用于數(shù)碼相機(jī)的機(jī)殼制造。但是，這些產(chǎn)品大都采用壓鑄法制造，存在產(chǎn)品規(guī)格尺寸受限、力學(xué)性能差等局限。采用塑性加工技術(shù)生產(chǎn)該類產(chǎn)品，不僅可提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量，還可提高生產(chǎn)效率。因此，變形鎂合金在3C領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景?！　¤b于變形鎂合金塑性成形技術(shù)的限制，目前采用塑性成形的方法制造該類產(chǎn)品還只是處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，工業(yè)化生產(chǎn)尚未見報(bào)道。　　1.1.2.4 變形鎂合金在國(guó)防軍工領(lǐng)域中的應(yīng)用　　國(guó)防軍工領(lǐng)域很早就已開始應(yīng)用變形鎂合金產(chǎn)品。20世紀(jì)40年代開始采用變形鎂合金制造裝填器桿（擠壓件）、航空火箭發(fā)射器（擠壓件）、地面導(dǎo)彈發(fā)射器（擠壓件）、T-31型20ram加農(nóng)炮（擠壓及鑄造件）、SIG3315cm槍托架（鑄造和鍛造件）等。隨后，變形鎂合金又被用于制造控制系統(tǒng)雷達(dá)（多種方法制造）、M113運(yùn)輸機(jī)地板（有花紋的金屬板）、M113殼體結(jié)構(gòu)件（Mg-Li合金板材）和底板炮手站臺(tái)（擠壓件）、M116運(yùn)輸機(jī)倉(cāng)頂拱部件和底板（擠壓件和板材）、迫擊炮基板（鍛件）、XM102105mm榴彈炮炮架架尾（板材）、民兵導(dǎo)彈牽引車（板材和擠壓件）、野外保養(yǎng)隱蔽所和直升機(jī)部件（擠壓件）等。20世紀(jì)80年代以后，為了實(shí)現(xiàn)武器輕量化，鎂合金在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)一步擴(kuò)大。

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