鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬加工領(lǐng)域，特別是指一種鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電致塑性效應(yīng)是材料在電的作用（包括電子照射、電場、電流脈沖等電刺激）下， 變形抗力降低、塑性增加的一種現(xiàn)象。利用電塑性效應(yīng)，不但能夠降低流動應(yīng)力，提高材料 的塑性，在一定程度上改善制品的組織性能，同時可以避免加熱和熱處理的諸多不足、降低 設(shè)備成本。電致塑性效應(yīng)是焦耳熱效應(yīng)、磁壓縮效應(yīng)、集膚效應(yīng)以及純電塑性效應(yīng)等多種物 理效應(yīng)共同作用的結(jié)果。流過金屬變形截面的高密度運動電子與材料內(nèi)部原子發(fā)生碰撞， 增加了原子動能，從而增大材料位錯激活能，促進(jìn)動態(tài)再結(jié)晶，抑制斷裂孔洞的產(chǎn)生，提高 材料塑性變形能力。
[0003] 板料數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)是國際上興起不久的一種柔性加工技術(shù)，是涉及力學(xué)、塑 性成形技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、CAD/CAM等多學(xué)科的先進(jìn)智能化制造技術(shù)，是目前塑性加工領(lǐng)域的 研究前沿之一，在加工理論研究上也具有重要的意義，得到了世界范圍內(nèi)塑性加工學(xué)者的 關(guān)注。板料漸進(jìn)成形技術(shù)是日本學(xué)者松原茂夫于20世紀(jì)90年代初提出的，是一種基于"分 層制造"思想的計算機(jī)數(shù)控?zé)o模加工技術(shù)，將工件三維形狀離散化，著重強(qiáng)調(diào)層作為加工單 元的增量累積成形技術(shù)。該技術(shù)取消了對特定模具的需求，滿足低成本多樣式訂制或新產(chǎn) 品的快速成樣調(diào)試生產(chǎn)要求，易于實現(xiàn)自動化加工，與傳統(tǒng)一次拉深成形相比，能加工出曲 面更復(fù)雜、延伸率更高的成型件，加工精度和表面質(zhì)量均較好，發(fā)展前景非常廣闊。
[0004] 人們逐漸將電致塑性效應(yīng)與板料數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了板料電致塑性 漸進(jìn)成形方法，如公開號為CN102527830A的專利文獻(xiàn)公開了一種板材電致塑性漸進(jìn)成形 裝置及其成形方法。但是該方法只是在常規(guī)的機(jī)床使用方法上作了一些改進(jìn)，沒有對板料 成形中各個參數(shù)（如電流等）進(jìn)行研究，由于電致塑性效應(yīng)與電流密切相關(guān)，電流不恰當(dāng) 時，板料的成形性能差，導(dǎo)致板料成形極限低、成形精度和成形質(zhì)量差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法，該方法使得鎂合金板料成形 極限高、成形精度和成形質(zhì)量好，并且能夠在較低的溫度下得到較好質(zhì)量的零件。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：
[0007] -種鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法，所述鎂合金板料通過機(jī)床漸進(jìn)成形，所 述鎂合金板料連接有脈沖電源，所述脈沖電源的輸出電壓為窄尖沖擊三角波脈沖，所述窄 尖沖擊三角波脈沖寬度為60-80 μ s，所述脈沖電源的輸出電壓大于等于70V，所述脈沖電 源的輸出頻率大于等于200Hz，流經(jīng)所述鎂合金板料的電流密度有效值大于等于95A/mm 2。
[0008] 進(jìn)一步的，流經(jīng)所述鎂合金板料的電流密度有效值為95-115A/mm2。
[0009] 進(jìn)一步的，所述脈沖電源的輸出電壓為70-90V，頻率為200-350Hz。
[0010] 進(jìn)一步的，流經(jīng)所述鎂合金板料的電流密度峰值為950-1100A/mm2。
[0011] 進(jìn)一步的，所述脈沖電源的輸出電壓為90V，頻率為200-250HZ。
[0012] 進(jìn)一步的，所述鎂合金板料的上表面涂抹有起潤滑作用的二硫化鉬粉末涂層，所 述二硫化鉬粉末涂層的厚度為0. 08-0. 12mm。
[0013] 進(jìn)一步的，將二硫化鉬粉末與丙酮溶液按照Ig :5ml混合攪拌均勻，形成潤滑劑， 將所述潤滑劑均勻涂抹在所述鎂合金板料的上表面，將所述鎂合金板料置于通風(fēng)處30分 鐘以上，使丙酮溶液蒸發(fā)晾干，即可得到二硫化鉬粉末涂層。
[0014] 進(jìn)一步的，所述二硫化鉬粉末的目數(shù)大于等于800目，所述丙酮溶液純度為95% 以上。
[0015] 進(jìn)一步的，所述鎂合金板料為AZ31B鎂合金板料，所述鎂合金板料的厚度為 0. 8-1. 2mm〇
[0016] 進(jìn)一步的，所述機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速為120-200r/min，所述機(jī)床的工具頭直徑 為7-9mm，所述工具頭的每層下壓量為0· 1-0. 2mm，所述工具頭的成形進(jìn)給速率為 1000-1800mm/min，單次成形極限角小于等于65° ;所述脈沖電源為高能脈沖電源，其輸出 頻率在100-900HZ連續(xù)可調(diào)，輸出電壓在30-140V連續(xù)可調(diào)。
[0017] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法中，當(dāng)電流密度有 效值大于等于95A/mm 2時，鎂合金板料的成形性能大幅度增加，故可以將95A/mm2作為電流 密度有效值的閾值，超過該閾值后，鎂合金板料具有較好的成形性能。因此鎂合金板料成形 極限高、成形精度和成形質(zhì)量好。本發(fā)明降低了鎂合金板料的再結(jié)晶溫度（從常規(guī)的225°C 降低到了 180°C以下），能夠在較低的溫度下得到較好質(zhì)量的零件（鎂合金板料加工后形成 的零件）；并且本發(fā)明的脈沖電源的輸出電壓為寬度為60-80 μ s窄尖沖擊三角波脈沖，相 比于其他電源（直流電源或其他形式的脈沖電源，如方波脈沖電源等），本發(fā)明的脈沖電源 產(chǎn)生的焦耳熱少，避免了鎂合金板料溫度過高后的氧化以及微觀晶粒的長大，進(jìn)一步的提 高了鎂合金板料成形質(zhì)量。故本發(fā)明的鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法使得鎂合金板料 成形極限高、成形精度和成形質(zhì)量好，并且能夠在較低的溫度下得到較好質(zhì)量的零件。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法中鎂合金板料的成形性能隨 電流密度有效值變化的走勢圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明的鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法中鎂合金板料的金相組織演 變不意圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明的鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法中工具頭與鎂合金板料接觸 面積不意圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明的鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法中鎂合金板料電致塑性漸進(jìn) 成形裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖5為本發(fā)明的鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法中脈沖電源的輸出電壓波形 示意圖。
【具體實施方式】
[0024] 為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具 體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025] 本發(fā)明提供一種鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法，該鎂合金板料通過機(jī)床漸進(jìn) 成形，鎂合金板料連接有脈沖電源，脈沖電源的輸出電壓為窄尖沖擊三角波脈沖，如圖5所 示，窄尖沖擊三角波脈沖寬度U 1) S 60-80 ys(優(yōu)選70ys)，脈沖電源的輸出電壓大于等 于70V，脈沖電源的輸出頻率大于等于200Hz，流經(jīng)鎂合金板料的電流密度有效值大于等于 95A/mm 2〇
[0026] 鎂合金板料電致塑性漸進(jìn)成形方法包括：
[0027] 1、建模編程：利用CAD軟件建立目標(biāo)零件的三維數(shù)字模型，再采用CAM軟件將CAD 軟件建立的模型沿高度方向離散，生產(chǎn)各等高線層面上的加工軌跡；
[0028] 2、在鎂合金板料的上表面涂抹潤滑劑；
[0029] 3、設(shè)置機(jī)床以及脈沖電源的工作條件，調(diào)整脈沖電源的輸出電壓不低于70V;頻 率不低于為200Hz，使流經(jīng)鎂合金板料的電流密度有效值大于等于95A/mm 2;電壓和頻率的 取值必須使電流密度有效值大于等于95A/mm2,如電壓取70V時，頻率應(yīng)大于250Hz，電壓取 90V或以上時，頻率只需大于200Hz即可；
[0030] 電流密度有效值由脈沖電源的輸出電壓、頻率以及工具頭與鎂合金板料的接觸面 積共同決定，輸出電壓和頻率決定電流有效值，電流有效值除以工具頭與鎂合金板料的接 觸面積即為電流密度有效值。漸進(jìn)成形微成形、小面積接觸，從而使電流密度有效值更容易 達(dá)到閾值。
[0031] 電流密度有效值的計算方法如下：
[0032] 由于電流較大，使用互感器測量電流，I = V X 80/0. 1，其中，I為流經(jīng)鎂合金板料 的電流值有效值，V為示波器顯示的感應(yīng)電壓，80為互感器的互感系數(shù)，0. 1為互感器外接 電阻。
[0033] 工具頭與鎂合金板料的接觸面積估算為A = JirAh，其中A為工具頭與鎂合金板 料接觸面積，r為工具頭半徑，Δ h為工具頭層間進(jìn)給量，如圖3所示。
[0034] 電流密度有效值估算為J = I/A，其中J為流經(jīng)鎂合金板料的電流密度，I為流經(jīng) 鎂合金板料的電流值，A為工具頭與鎂合金板料的接觸面積。即，J = 1/ π r Δ h。
[0035] 4、啟動機(jī)床，啟動脈沖電源，開始漸進(jìn)成形；成形加工時，首先保證工具頭完成第 一個層間下壓量，與鎂合金板料穩(wěn)定接觸后，再啟動脈沖電源，避免因接觸不良產(chǎn)生電火 花；
[0036] 5、成形結(jié)束后，關(guān)閉機(jī)床以及脈沖電源；加工結(jié)束后，脈沖電源和機(jī)床同時停止運 行，既要避免過早斷電引起鎂合金板料破裂，也要避免過遲斷電引起鎂合金板料灼燒。
[0037] 電致塑性效應(yīng)是焦耳熱效應(yīng)、磁壓縮效應(yīng)、集膚效應(yīng)以及純電塑性效應(yīng)等多種物 理效應(yīng)共同作用的結(jié)果，這些效應(yīng)都與電流密度有關(guān)，電流密度越大越，電致塑性效應(yīng)越顯 著，鎂合金板料的成形性能越好。由于電源使用的是脈沖電源，故電流密度使用電流密度有 效值（一個周期內(nèi)的電流密度均方根，Root Mean Square、RMS)來表示，另外鎂合金板料的 成形性能（鎂合金板料的電致塑性效應(yīng)）使用破裂深度（Fracture Depth)以及成形極限 角（Forming Limit Angle)來表示，破裂深度以及成形極限角越大，鎂合金板料的成形性能 越好。圖1給出了不同電流密度有效值下的破裂深度以及成形極限角。
[0038] 由圖I (圖1中Jp表示電流密度峰值）可知，當(dāng)電流密度有效值大于等于95A/mm2 時，鎂合金板料的成形性能大幅度增加，故可以將95A/mm2作為電流密度有效值的閾值，超 過該閾值后，鎂合金板料具有較好的成形性能。因此鎂合金板料成形極限高、成形精度和 成形質(zhì)量好。本發(fā)明降低了鎂合金板料的再結(jié)晶溫度（從常規(guī)的225°C降低到了 180°