【導(dǎo)讀】haddefects,butatover200?

　　

【正文】 預(yù)測裂紋位置，然后用實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。 Chen 及其他人用 AZ31 鎂合金板材研究方杯件的深拉延。在室溫下進(jìn)行深拉延，最終板料產(chǎn)生缺陷，但是當(dāng)超過 200℃時，成形性能提高了。在一個鎂合金的相關(guān)研究中， Mwembela 及其他人研究了熱擠壓過程中 AZ31 鎂 合金的微觀結(jié)構(gòu)。用 300℃ — 400℃的高溫進(jìn)行軋制，隨后進(jìn)行鍛造。當(dāng)溫度增加到超過 300℃時，晶粒長大，合金強(qiáng)度降低。在一個鎂合金擠壓研究中， Gouveia 及其他人用有限元方法模擬正擠壓成形。 Chandrasekara 和Shyan John 研究了三種鎂合金 AZ31， AZ61 和 AZ60，溫度對正擠壓成型過程的影響。這些研究表明，鎂合金不能在室溫至 175℃之間成形；鎂合金在 200℃時，可以平穩(wěn)地擠壓，但是 AZ31 和 ZK60 鎂合金出現(xiàn)裂紋。當(dāng)溫度達(dá)到 300℃時，可以良好地成形 AZ31 鎂合金。 Mural 及其他人用由 鑄造成形而得的 AZ31B 鎂合金和均勻化的材料去實(shí)施擠壓。然后研究最終產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。對塑性成形，用 Taguchi 方法不僅不會降低試驗(yàn)結(jié)果的精度，而且可以顯著降低必須實(shí)施的實(shí)驗(yàn)次數(shù)。因此， Taguchi 方法被認(rèn)為是更有效的研究方法。 關(guān)于工藝參數(shù)對熱擠壓鎂合金影響的研究 9 在本研究中，用兩種鎂合金來擠壓壁厚為 2mm 的棺材。 Taguchi 方法用于最初的實(shí)驗(yàn)安排，制定熱擠壓工藝參數(shù)以優(yōu)化 AZ31 和 AZ61 管材的機(jī)械性能。用ANOVA 分析工藝參數(shù)對管材的影響。最后，研究初始擠壓速率和潤滑劑對管材機(jī)械性能的影響。 — Taguchi 方法 本實(shí)驗(yàn)可安排為以下四種方法：（ 1）反復(fù)實(shí)驗(yàn)；（ 2）一次一個因素實(shí)驗(yàn) 。(3)全析因?qū)嶒?yàn)；（ 4） Taguchi 正交表法（ OA）。正交表法（ OA）可以消除由一次一個因素實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的誤差，提高全析因?qū)嶒?yàn)的實(shí)驗(yàn)效率。這個方法一可以用于優(yōu)化工藝參數(shù)。因此，此處用 OA 來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排。 ．試驗(yàn)計(jì)劃方法 Taguchi 方法用信噪比作為質(zhì)量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，基于理想功能，對不同質(zhì)量性能用不同的測量方法。信噪比是三種形式之一 —— 平常的最好，越小越好，越大越好。 在此討論的機(jī)械性能是抗拉強(qiáng)度，是越大越好特性。因此，用越大越好特性的信噪比，由等式（ 1）得出： S/N=－ 10log nyni i??1 21(1) 在等式中 ,n 表示測量總次數(shù) , iy 被測質(zhì)量值 ..下標(biāo) i 指基于 OA,在計(jì)劃中實(shí)驗(yàn)個數(shù) ,計(jì)算得出的信噪比用于響應(yīng)因素統(tǒng)計(jì)分析 ,可以得到工藝參數(shù)的最佳組合。 ．差分析的應(yīng)用 應(yīng)用于 Taguchi方法的 ANOVA主要用于評估實(shí)驗(yàn)誤差的重要性水平和每個響應(yīng)因素。在本研究中，在 ANOVA 統(tǒng)計(jì)分析中用到的等式如下： 因素效果向量平方和， 因數(shù)SS 因數(shù)SS = ?? ?? L12mk yyL rnk ）（ 其中 n是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的次數(shù)， r是實(shí)驗(yàn)重復(fù)的次數(shù)， L 是因數(shù)水平的個數(shù)， ky是水平 k 時因數(shù)對應(yīng)的值， my 是所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值。 （ 2） 總離差向量平方和， 全SS 全SS = mn1ir1j ij2 yrny ?????????? ?? ?（ 3） 其中 ijy 表示實(shí)驗(yàn)組中的 j實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) （ 3）誤差平方和， 誤SS 誤SS = 全SS － 因數(shù)SS 關(guān)于工藝參數(shù)對熱擠壓鎂合金影響的研究 10 （ 4） 因素效果向量自由度， 因素DOF 因素DOF =L－ 1 （ 5） 總離差向量噪聲自由 度， 總DOF 總DOF =n r－ 1 （ 6）因素差 ,iV iV =iiDOFSS (7) 兩預(yù)測值的差異分布， F 因素F =誤差因素VV 其中 誤差V 表示由誤差造成的差異。 （ 8）， i σ iσ = ???全因素SS DOFV iiSS 100%（ 9） （ 9） 實(shí)驗(yàn)誤差， S S=誤差誤差誤差 VSSD O F ?（ 10） 本研究包括 (1)熱擠壓工藝，用 Taguchi 方法分析管材，可以得到為獲得最好機(jī)械性能的工藝參數(shù)組合；（ 2）初始擠壓速率和潤滑劑對管材機(jī)械性能的影響；（ 3）初始擠壓速率和潤滑劑對管材微觀組織的影響；（ 4）應(yīng)用 ANOVA 去分析各個工藝參數(shù)對管材 的影響程度。 Taguchi 試驗(yàn)計(jì)劃過程如圖 1所示。 擠壓成型包括將坯料放入模腔，然后對其施加力使其產(chǎn)生塑性變形。坯料將沿擠壓模的孔繼續(xù)擠壓，使最終產(chǎn)品具有實(shí)心或空心的條帶狀，甚至分布于整個斷面。圖 2顯示了熱擠壓過程。然而，在熱擠壓成型管材中，坯料從位于擠壓末端的模具的三個槽中流入模具。然后通過為定形而連接的 welding chamber。與擠壓工藝相關(guān)的幾何差異是坯料橫截面積和最終產(chǎn)品橫截面積間的比率。這即是擠壓比，由方程（ 11）給出。此研究中用到的坯料為φ 80mm 150mm，表一 顯示其成分。擠壓后，管材外徑為φ 40mm，內(nèi)徑為φ 36mm，壁厚為 2mm。擠壓比為 . 擠壓比 =fAA0 (11) 其中 0A 表示坯料橫截面積， fA 最終產(chǎn)品的橫截面積。 關(guān)于工藝參數(shù)對熱擠壓鎂合金影響的研究 11 本研究包含了直接熱擠壓過程。預(yù)處理包含：將潤滑劑涂在模具和坯料上，將其放入爐中加熱。同時在擠壓成型前，模腔要預(yù)熱 小時。 正交表實(shí)驗(yàn)計(jì)劃 在實(shí)施 OA 計(jì)劃前，用反復(fù)實(shí)驗(yàn)法來確定熱擠壓的控制因素。這個方法尋找在熱擠壓過程中控制因素的水平。表 2顯示了因素水平，最終擠壓速率為 1 smm 。AZ31 和 AZ61 鎂合金坯料為外表，內(nèi)表控制因素為坯料加熱溫度，初始擠壓速率，模腔溫度，潤滑劑，每個控制因素有三種水平。內(nèi)表是一個正交表，表 3顯示了該正交表。 遵照 CNS13868（ JISH4090），用管材壓扁實(shí)驗(yàn)作為參考。從管材上切下 50mm的試樣，將其放在重 30 公噸的試驗(yàn)機(jī)的平板之間壓。焊接區(qū)放在壓力方向，從而形成一個直角。在壓扁實(shí)驗(yàn)中，壓扁速率為 minmm ，當(dāng)平板位于 H=時，管壁未發(fā)現(xiàn)任何裂紋或破裂。按照說明 CNS2111 和 CNS2112 進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，拉伸速率為 minmm 。 本研究中用到的鎂合金為 AZ31 和 AZ61，對其進(jìn)行熱擠壓成形為壁厚為 2mm的管材。基于正交表的最終實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)和壓扁實(shí)驗(yàn)，一了解管材的機(jī)械性能。通過測量質(zhì)量特性和實(shí)施 ANOVA 來分析由拉伸實(shí)驗(yàn)獲得的抗拉強(qiáng)度，以確定最佳 工藝參數(shù)的組合和各個因素重要性。最后，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證其精度。 按照相關(guān)說明進(jìn)行壓扁實(shí)驗(yàn)。當(dāng)兩平板間距為 H=30mm 時，管壁未產(chǎn)生任何裂紋和破裂。表 4 顯示了當(dāng) H=30mm 時，有兩組坯料 AZ31 和 AZ61 制成的管材觀察不到破裂， AZ31 管材可承受的載荷在 和 之間，而 AZ61 管材可承受的載荷在 和 之間。當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行壓扁實(shí)驗(yàn)直至管材破裂， AZ31 的載荷大于等于 ， AZ61 管材的載荷大于等于 。比較這兩組坯料，在 H=30mm 和開始破裂時， AZ61 管材可承受的載荷大于 AZ31 管材的。 管材機(jī)械強(qiáng)度的最佳工藝參數(shù)的組合 表 5 顯示了管材抗拉強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，此表中結(jié)果顯示： AZ31 管材平均抗拉強(qiáng)度分布于 ，而 AZ61管材平均抗拉強(qiáng)度分布于 到 之間。這個比較說明經(jīng)過熱擠壓的棺材有更高的抗拉強(qiáng)度。 管材較大的抗拉強(qiáng)度對應(yīng)于更高的質(zhì)量。因此，計(jì)算的信噪比是越大越好值，用方程 1，信噪比值列于表 合。本研究中考慮的工藝參數(shù)是坯料加熱溫度、初始擠壓速率、模腔溫度和潤滑類型。因數(shù)效果圖，圖 3，揭示了對熱擠壓 AZ31 管材，最佳工藝參數(shù)的組合為： 關(guān)于工藝參數(shù)對熱擠壓鎂合金影響的研究 12 坯料加熱溫度為 320℃，初始擠壓速率為 2 smm ，模腔溫度為 300℃和潤滑劑為BN。 因數(shù)效果圖，圖 4，揭示了對 AZ61 管材，最佳工藝參數(shù)的組合為：坯料加熱溫度為 320℃，初始擠壓速率為 2 smm ，模腔溫度為 350℃和石墨潤滑。 在鎂合金質(zhì)量性能分析中，必須考慮到抗拉強(qiáng)度。用上述最佳工藝參數(shù)的組合的擠壓管材產(chǎn)生了具有最高抗拉強(qiáng)度的產(chǎn)品。 用實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證上述分析得出的最佳工藝參數(shù) 的組合，以確認(rèn)其精度。對AZ31 管材的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，只改變初始擠壓速率（ 2， 3， 4 smm ），其他因數(shù)保持不變。在 AZ61 管材的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，只改變潤滑劑（ BN，石墨， 2MoS ） ,其他因素保持不變。最后比較擠壓管材抗拉強(qiáng)度和微觀組織。 表 6 列舉了由驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到的抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)。第一組數(shù)據(jù)關(guān)于 AZ31 管材。改變初始擠壓速率，當(dāng)初始擠壓速率為 2 smm 時，抗拉強(qiáng)度最大，初始擠壓速率為 3 smm 時和 4 smm 時的次之。這個結(jié)果與圖 3一致。圖 5所示微觀結(jié)果揭示了坯料晶粒尺寸大于擠壓后管材的晶粒尺寸。擠壓減小了晶粒尺寸，這對強(qiáng)化管材有用。 在第二組， AZ61 管材的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，只改變潤滑劑。結(jié)果表明，當(dāng)潤滑劑為石墨時，抗拉強(qiáng)度最大，當(dāng)潤滑劑為 BN 和 2MoS 時的次之。這個結(jié)果與圖 4 一致。圖 6 所示微觀結(jié)果表明，坯料 AZ61 的晶粒尺寸與管材晶粒尺寸截然不同。擠壓減小晶粒尺寸并使之均勻化。 ANOVA 分析用方程（ 2） — （ 10）。 ANOVA 用于評估 AZ31 和 AZ61 管材的抗拉強(qiáng)度，結(jié)果列于表 7和表 %時，對 AZ31 和 AZ61 管材， F值超過 （ F=FINV )18,2,（ =）。因此控制因數(shù) A， B， C 和 D有強(qiáng)烈影響。同樣地，對于 AZ31 和 AZ61 管材，控制因數(shù)的強(qiáng)化效果遵循同樣的順序：（ A）坯料加熱溫度；（ B）初始擠壓速率 。 (D )潤滑劑 。C )模腔溫度。這個順序也可以由部分獲得。在 ANOVA 分析中，坯料加熱溫度具有最強(qiáng)烈的效果。因此 ，控制管材抗拉強(qiáng)度的最重要因數(shù)是坯料加熱溫度。在擠壓過程中，坯料加熱溫度的改變嚴(yán)重影響了管材抗拉強(qiáng)度。 ，管材遵照相關(guān)說明。在 AZ31 和 AZ61 管材的破裂載荷超過 和 。 AZ61 破裂載荷通常超過 AZ31 的破裂載荷。 管材的抗拉強(qiáng)度分布于 和 之間，而 AZ61 管材的抗拉強(qiáng)度分布于 和 之間。 關(guān)于工藝參數(shù)對熱擠壓鎂合金影響的研究 13 AZ31 管材，最大化其抗拉強(qiáng)度的最佳工藝參數(shù)的組合為 : 坯料加熱溫度為 320℃，初始擠壓 速率為 2 smm ，模腔溫度為 300℃和潤滑劑為BN。有熱擠壓成形的 AZ61 管材，最大化其抗拉強(qiáng)度的最佳工藝參數(shù)的組合為：坯料加熱溫度為 320℃，初始擠壓速率為 2 smm ，模腔溫度為 350℃和石墨潤滑。 AZ31 和 AZ61 管材，各種因素對管材抗拉強(qiáng)度的強(qiáng)化效果遵循順序：坯料加熱溫度，初始擠壓速率，潤滑劑類型和模腔溫度。 （ AZ31 或 AZ61），擠壓過程在很大程度上減小了晶粒尺寸，增加了管材抗拉強(qiáng)度。