AZ31B镁合金板材

第16卷第5期精密成形工程2024年5月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING99工艺参数对AZ31B镁合金单点渐进翻边精度的影响安治国1，叶了1，张涛1，门正兴2，高正源1*（1.重庆交通大学机电与车辆工程学院，重庆 400074；2.成都航空职业技术学院航空装备制造产业学院，成都 610021）摘要：目的以AZ31B镁合金板为研究对象，研究初始成形角、工具直径、成形温度及层间距对单点渐进圆孔翻边精度的影响规律。

方法使用有限元软件对2 mm厚的镁合金板材进行数值模拟，通过计算翻边直壁处的平均回弹量，得出不同工艺参数对单点渐进圆孔翻边直壁轮廓的影响规律。

通过正交实验分析了交互作用下工艺参数对圆孔翻边直壁处平均回弹量的影响，通过极差分析确定了最优工艺参数组合，并通过实验对所得结果进行了验证。

结果随着初始成形角的增大、工具直径的增大、成形温度的升高及层间距的减小，圆孔翻边制件直壁处的成形精度提高，各因素按影响程度由大到小的顺序依次为：成形温度、初始成形角、工具直径和层间距。

成形精度最高的工艺参数组合如下：初始成形角为30°、工具直径为10 mm、成形温度为275 ℃、层间距为0.5 mm。

结论采用仿真模型模拟单点渐进圆孔翻边过程具有较高的准确性，使用优化后的工艺参数得到翻边零件直壁区域的最小厚度以及平均回弹量与仿真结果误差均在3%以内，升高温度可以明显提高单点渐进圆孔翻边的制件精度。

关键词：镁合金；翻边；单点渐进成形；数值模拟；回弹DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.011中图分类号：TG376.2 文献标志码：A 文章编号：1674-6457(2024)05-0099-09Effect of Process Parameters on Flanging Accuracy of AZ31B Magnesium Alloyin Single Point Incremental ProcessAN Zhiguo1, YE Liao1, ZHANG Tao1, MEN Zhengxing2, GAO Zhengyuan1*(1. School of Mechatronics & Vehicle Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 2. School ofAeronautical Manufacturing Industry, Chengdu Aeronautic Polytechnic, Chengdu 610021, China)ABSTRACT: The work aims to take AZ31B magnesium alloy sheet as the object to study the effects of initial forming angle, tool diameter, forming temperature, and layer spacing on the flanging accuracy of the round hole in single point incremental forming. The finite element numerical simulation method was used to analyze the 2 mm thick magnesium alloy sheet, and the收稿日期：2024-03-07Received：2024-03-07基金项目：重庆市自然科学基金面上项目（cstc2021jcyj-msxmX1047）；四川省自然科学基金（2023NSFSC0407）Fund：The Scientific and Technological Research Program of Chongqing Science and Technology Bureau (cstc2021jcyj- msxmX1047); Scientific and Technological Research Program of Sichuan Province (2023NSFSC0407)引文格式：安治国, 叶了, 张涛, 等. 工艺参数对AZ31B镁合金单点渐进翻边精度的影响[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 99-107.AN Zhiguo, YE Liao, ZHANG Tao, et al. Effect of Process Parameters on Flanging Accuracy of AZ31B Magnesium Alloy in Single Point Incremental Process[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 99-107.*通信作者（Corresponding author）100精密成形工程 2024年5月effect of different process parameters on the straight wall profile of the round hole flanging was obtained by calculating the av-erage springback value. The effect of process parameters under the interaction on the average springback at the straight wall of the flanging was analyzed by an orthogonal experiment. The optimal combination of process parameters was determined by range analysis, and the results were verified by experiments. With the increase of the initial forming angle, tool diameter and forming temperature and the decrease of the layer spacing, the flanging accuracy increased, and the importance of parameters ina descending order was as follows: forming temperature, initial forming angle, tool diameter, and layer spacing. The combina-tion of process parameters with the highest forming accuracy included the initial forming angle of 30°, tool diameter of 10 mm, forming temperature of 275 ℃, and layer spacing of 0.5 mm. The simulation model has a high accuracy for simulating the single point incremental flanging process. The profile error of the flanging by the optimal combination of process parameters between the physical experiments and the simulation results is less than 3%. The elevated temperature can significantly improve the flanging profile accuracy of the round hole.KEY WORDS: magnesium alloy; flanging; single point incremental forming; numerical simulation; springback翻边是一种将薄板边缘或预制孔边缘的材料沿着曲线或直线向竖直方向翻折的加工工艺[1]。

单向多道次弯曲工艺对AZ31B镁合金板材冷冲压成形性能的影响摘要:研究单向多道次弯曲（RUB，repeated unidirectional bending）工艺对AZ31B镁合金的冷冲压成形性能影响。

室温下RUB处理的镁合金板材由于基面织构发生了一定的转动，极限拉伸比（LDR，limiting drawing ratio）在轧制方向可以达到1.5。

同时实验也证明了使用RUB处理的AZ31B镁合金板材可以在曲柄压力机上成功的冲压出手机外壳。

室温冲压成形性能的提高可归因于织构的改善，从而导致屈服强度降低、断裂伸长率提高，塑性应变比（r值）的降低以及应变硬化指数（n值）提高。

关键词：镁合金板材单向多道次弯曲工艺织构冲压成形性手机外壳Cold stamping formability of AZ31B magnesium alloy sheet undergoing repeated unidirectional bending processAbstract：The repeated unidirectional bending (RUB) process was carried out on an AZ31B magnesium alloy in order to investigate its effects on the cold stamping formability. The limiting drawing ratio (LDR) of the RUB processed magnesium alloy sheet with an inclination of basal pole in the rolling direction can reach 1.5 at room temperature. It was also confirmed that cell phone housings can be stamped successfully in crank press using the RUB processed AZ31B magnesium alloy sheet. The improvement of the stamping formability at room temperature can be attributed to the texture modifications, which led to a lower yield strength, a larger fracture elongation, and a smaller Lankford value (r-value) and a larger strain hardening exponent (n-value).Keywords:Magnesium alloy sheetRUBTextureStamping formabilityCell phone housing1、引言目前为止镁合金产品主要是由铸造或压铸生产，在航空航天、汽车、民用家电等产品中均有广泛应用。

镁合金板材超塑性成形性能及变形失稳文章研究了轧制AZ31B镁合金板材的超塑性与变形失稳，对镁合金板材进行了超塑性拉伸试验和超塑性凸模胀形试验。

通过对AZ31B镁合金进行超塑性单向拉伸（初始应变比？籽00）实验，研究其在不同加载途径下变形过程中板平面内的两主应变（？着1，？着2）的分布和最小截面处的应变路径变化。

结果表明：在一定变形速度与温度下，工业态AZ31B镁合金板材具有优良的超塑性；在变形温度为573K中温条件下的超塑性成形性合乎成形零件的基本要求。

标签：AZ31B镁合金；超塑性；成形性能；变形失稳Abstract：The superplasticity and deformation instability of rolled AZ31B magnesium alloy sheet were studied in this paper. The superplastic tensile test and the bulging test of superplastic convex die were carried out on the magnesium alloy sheet. The superplastic uniaxial tensile test （initial strain ratio ρ00）were carried out on AZ31B magnesium alloy. The distribution of two principal strains （？著1，？着2）and the variation of strain path at the minimum cross section in the plate plane during different loading paths are studied. The results show that the industrial AZ31B magnesium alloy sheet has excellent superplasticity at a certain deformation rate and temperature，and the superplastic formability at a deformation temperature of 573K meets the basic requirements of forming parts.Keywords：AZ31B magnesium alloy；superplasticity；formability；deformation instability目前，工业中的铝、钛等合金零件的生产多使用超塑性成形工艺，而超塑性成形工艺较少用于镁合金零件的生产过程。

AZ31B镁合金板带轧制微乳液润滑效果试验研究董唱;孙建林;赵永涛;程紫旋【摘要】对轧制油、微乳液和乳化液摩擦学性能进行了测试分析,获得了它们的油膜强度、平均摩擦因数和平均磨斑直径,并计算了极压抗磨减摩系数.在Φ400/170 mm×300 mm四辊轧机上进行AZ31B镁合金板带中温轧制试验,研究了不同润滑条件下AZ31B镁合金板的终轧厚度、轧后表面质量及其影响因素.结果表明,采用微乳液轧制AZ31B镁合金的极压抗磨系数达到了传统轧制润滑剂的水平,微乳液不仅可以减小AZ31B镁合金板带的终轧厚度,而且减少了板带表面粘附磨损,显著改善了轧后板带的表面质量,表现出良好的润滑-冷却效果.【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】5页(P15-19)【关键词】AZ31B镁合金;微乳液;乳化液;轧制油;润滑效果【作者】董唱;孙建林;赵永涛;程紫旋【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TG339金属镁具有密排六方(HCP)晶体结构，滑移系少，使其塑性变形能力比其他常见金属铝、铁等的更差[1]。

镁合金的塑性很低，冷态下变形十分困难，所以镁合金的轧制通常在一定的温度下进行，一般需在225℃～400℃之间进行热轧或温轧[2]。

由于轧制温度较高，过去采用猪油、石蜡或含石墨的四氯化碳溶液的润滑剂。

纯油类润滑剂虽然具有优异的润滑性和防锈性能，但在冷却方面存在不足，并且有易着火、污染严重、清洗困难的问题[3]。

因此，镁合金轧制开始使用乳化液。

谭峰等人使用Span80和Tween80复合乳化剂加入国标40机械油，获得了性能稳定的乳化液[4]。

欧阳美桃等人利用铝合金热轧板带材所使用的冷却润滑剂，再结合镁合金的结构、性能和变形特点配制镁合金轧制乳化液，通过四球摩擦磨损试验以及轧后板材表面形貌观察，得出以二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)为极压剂的乳化液可明显提高最大无卡咬负荷PB和烧结负荷PD，具有良好的抗磨减摩性能，能明显改善镁合金板材表面磨损以及边角的开裂情况[5]。

镁合金轧制工艺绪论1 绪论镁是结构材料中最轻的金属，近年来已经逐渐被应用到航空航天、国防军工、汽车、电子通讯等领域，同时这些领域对其力学性能的要求也在不断提高。

传统的铸造镁合金已经渐渐无法满足要求，而通过挤压、锻造、轧制等工艺生产的变形镁合金产品具有更高的强度、更好的延展性、更多样化的力学性能。

其中，轧制作为镁合金塑性加工的重要手段得到了长足的发展。

镁合金是密排六方晶体结构，c/a 轴比为1.6236，在室温下仅具有一个滑移面，在滑移面上有3个密排方向，即有3个滑移系，根据多晶体塑性变形协调性原则，要使多晶体在晶界处的变形相互协调，必须有5个独立滑移系，显然密排六方结构的镁合金不满足该条件。

因此，在室温下，镁合金的塑性很低。

当变形温度达到225℃时，高温滑移面（棱柱面）被激活，镁合金的塑性有所改善。

镁及其合金的另一个重要特征是加热升温与散热降温比其他金属都快。

因此，在塑性加工过程中，温度下降很快且不均匀，则易发生边裂和裂纹，相对于其它金属材料而言，镁及其合金的热加工温度范围较窄。

镁合金滑移系较少，在室温和低温条件下塑性较差，而且迄今对镁合金塑性变形机理的认识还不够全面和深入，镁合金板材制备及其轧制成形工艺的研究尚处于初级阶段。

镁合金板材轧制成形的以下特点制约了镁合金板材的发展与应用：1）镁合金室温塑性变形能力差，轧制过程中易出现裂纹等变形缺陷；2）目前镁合金板材制备多采用普通的对称轧制，轧制后的组织有强烈的（0002）基面织构，存在严重的各向异性，不利于后续加工；3）镁合金轧制道次压下量较钢和铝小很多，生产效率不高。

制备优质的镁合金板材，大部分工艺都需要经过多道次轧制工序，轧制过程受许多因素的影响，这些因素可以分为两大类：第一类为影响轧制金属本身性能的一些因素，即金属的化学成分和组织状态以及热力学条件；第二类为轧制的工艺因素，如轧制温度、轧制变形量和轧制速度以及后续的热处理工艺。

国内外很多学者针对如何改进镁合金轧制工艺和轧制技术，以获得二次成形性能优良的板材做了大量的研究工作。

AZ31B性能摘录AZ31B和AZ31C是最重要的工业用变形镁合金，具有良好的强度和延展性，两者区别在于所容许的杂质含量。

AZ31B-F（铸造状态）锻造性能优良，强度适中，可锤锻，但很少应用。

AZ31B的焊接性能良好。

需在退火状态使用，退火制度：280～350℃，3～5h，空冷。

AZ31B合金的物理性能性能单位MB2密度（在20℃时）电阻系数ρ（20℃）比导电率（25℃）（与铜的导电率之比）比热C100℃200℃300℃350℃20～100℃线膨胀系数α20～100℃20～100℃20～300℃导热系数λ30℃100℃200℃300℃熔化潜热压缩后经1小时退火的再结晶温度对甘汞电极的标准电位g/cm3Ω·mm2/m%J/g·℃10-6/℃J/cm·s·℃J/g℃V1.780.09318.50.270.280.290.300.2526.027.027.90.23(25℃)0.240.250.2670200(压缩15%)-1.59 AZ31B合金的力学性能材料品种及状态抗拉强度σb,/MPa屈服强度σ0.2/MPa伸长率δ10/%断面收缩率ψ/%弯曲疲劳强度σ-1/MPa（N =5×107）弹性模量E/MPa泊松系数μ抗剪强度στ/MPa剪切模量G/MPa扭转强度τb/MPa扭转屈服强度τ0.2/MPa扭转角ψ/°抗压强度σy/MPa抗压屈服强度σ-0.2/MPa冲击韧性ακ/KJ/m2硬度HB光滑试样带缺口试样棒材(F)板材(纵向)(O)(F) 锻件、模锻件2702502.025518014522016515.020.010.015.031.0－－－110－－－80－－－4300－－－0.34－－－160－－－1600－－－190－－－70－－－379－－－410－－－105－－－120－－12060505550AZ31B合金板材室温力学性能材料状态σb,/MPa σ0.2/MPa δ／%HB 纵向横向纵向横向纵向横向退火（O）未退火25029026030014522016024020.010.018.015.55055AZ31B合金挤压棒材低温力学性能温度/℃σb,/MPa δ/% ψ/% αk/KJ/m2+20 -40 -70 2703003101614132720181209070AZ31B合金的高温力学性能材料品种及状态力学性能温度/℃100 150 200 250 300挤压棒材抗拉强度σb,/MPa屈服强度σ0.2/MPa伸长率δ/%215140331901005012070651154075752290模锻件抗拉强度σb,/MPa屈服强度σ0.2/MPa伸长率δ/%21015030155904510560558035754525125 AZ31B合金的主要用途合金牌号材料品种主要用途MB2 棒材、锻件及模锻件形状复杂的锻件、模锻件及中等载荷的零件。

摘要挤压变形AZ31镁合金组织以绝热剪切条纹和细小的α再结晶等轴晶为基本特征。

挤压变形可显著地细化镁合金晶粒并提高镁合金的力学性能。

随挤压比的增大,晶粒细化程度增加,晶粒尺寸由铸态的d400μm减小到挤压态的d12μm(min);强度、硬度随挤压比的增大而增大,延伸率在挤压比大于16时呈单调减的趋势。

轧制变形使板材晶粒明显细化,硬度提高。

AZ31合金中添加Ce,其铸态组织中能够形成棒状Al4Ce相,并能改善合金退火态组织和力学性能;添加Ce可以改善AZ31的综合力学性能。

关键词:AZ31变形镁合金;强化机制；组织；性能绪论20世纪90年代以来,作为最轻金属结构材料的镁合金的用量急剧增长,在交通、计算机、通讯、消费类电子产品、国防军工等诸多领域的应用前景极为广阔,被誉为“21世纪绿色工程材料”,许多发达国家已将镁合金列为研究开发的重点。

大多数镁合金产品主要是通过铸造生产方式获得,变形镁合金产品则较少。

但与铸造镁合金产品相比,变形镁合金产品消除了铸造缺陷,组织细密,综合力学性能大大提高,同时生产成本更低,是未来空中运输、陆上交通和军工领域的重要结构材料。

目前，AZ31镁合金的应用十分广泛,尤其用于制作3C产品外壳、汽车车身外覆盖件等冲压产品的前景被看好,正成为结构镁合金材料领域的研究热点而受到广泛重视。

第1章挤压变形对AZ31镁合金组织和性能的影响1.1 挤压变形组织特征及挤压比的影响作用图1-1为动态挤压变形过程中的组织变化。

动态变形过程大致分为3个区域:初始区、变形区和稳态区，分别对应着不同的组织。

图1-1a为初始区挤压变形前的铸态棒料组织。

由粗大的α-Mg树枝晶和分布其间的α-Mg+Mg17Al12共晶体组成,枝晶形态十分发达，具有典型的铸造组织特征。

晶粒尺寸为112~400μm。

图1-1b为变形区近稳态区组织。

图中存在大量无序流线,流线弯曲度大、方向不定且长短不一，显然这种组织特征是在挤压力作用下破碎的树枝晶晶臂(α固溶体)发生滑移、转动的结果。