【正文】 從模架的底座上抽出，旋下連接凹模和壓邊圈的螺栓，將試件取下，接著可以裝入下一個試件進行下一個實驗。將試件從加熱箱內取下以及更換試件時需要穿戴隔熱手套，更換一個試件通常需要半小時的時間，更換試件后，加熱箱內溫度可以在較短時間內升高到設定的溫度。采用干燥箱加熱時，應打開鼓風開關，使干燥箱內溫度均勻，干燥箱內部結構如圖35所示。圖35干燥箱及內部結構圖36 壓邊圈、工件、凹模組裝體，左成形前，右成形后 為保障板料發(fā)生純脹形變形，應將6個大螺釘和4個小螺釘旋緊，防止壓邊圈外的材料參與塑性變形。其旋緊螺釘力度適當，避免力量過大使得螺釘發(fā)生滑絲、斷裂等。圖37 擰緊、拆卸組裝體螺釘固定架為保證實驗效率和安全，除上述介紹采用石棉手套及棉手套外，為擰緊、拆卸組裝體螺釘設計一個固定架，給組裝體一個支點，方便、安全。山東大學碩士學位論文第四章 鎂合金成形性能研究在緒論中我們提出溫度影響鎂合金中Al在鎂基中的溶解度，Al是本文所研究的鎂合金AZ31B最主要的合金元素，其對鎂合金的強度、塑性和耐蝕強度有很大的影響。鎂合金的塑性加工工藝中，擠壓工藝成形的鎂合金制件的內部組織、力學性能與擠壓模具的預熱溫度、鑄錠的溫度、潤滑條件、擠壓速度、擠壓比有很大的關系；軋制工藝成形的鎂合金制品的質量對每次的壓下量、軋制溫度、軋制速度有很大的依賴性。采用第三章所述的改進的極限高度實驗裝置，研究各成形工藝參數(shù)對鎂合金AZ31B板料成形性能的影響。實驗時主要考慮了不同的板料厚度、成形溫度、成形速度以及模具與工件間的潤滑情況對板料成形性能的影響，最終得到極限拱頂高度實驗中，鎂合金AZ31B板料的最佳成形條件。本實驗采用的加熱裝置是電熱鼓風干燥箱，用此干燥箱對模具及工件進行加熱及保溫，由于加熱速度較慢，從室溫加熱到250℃時間約四小時。當成形溫度較高時，如250℃，實驗開始時并不將板料放進實驗裝置進行加熱，而是將干燥箱內的模具進行預熱。當干燥箱內溫度為成形溫度時，再將板料裝進模具中。這時由于打開爐門導致爐內溫度降低，此時溫度大約降低10℃左右，加熱到預定成形溫度（250℃）大約需要半小時，保溫15分鐘即可開始實驗。 采用極限拱頂高度實驗與DEFORM2D模擬相結合的方法，研究鎂合金AZ31B板料厚度對成形性能的影響。采用單一變量的原則，實驗條件相同，每次實驗僅改變板料的厚度。、成形溫度為250℃，沖頭速度為10mm/min，采用二硫化鉬潤滑劑潤滑。當試件實驗力下降時，停止實驗，取出試樣，測量拱頂高度值，計算各個實驗的脹形系數(shù)K值。不同厚度的板料，其拱頂高度如表41和圖41所示。表41 板料厚度對鎂合金成形性能的影響（250℃,10mm/min,時的實驗數(shù)據(jù)）實驗編號板料厚度mm拱頂高度mm脹形系數(shù)最大實驗力KN破裂位置1側壁2凹模圓角處和側壁3側壁41凹模圓角處由表41和圖442可以看出：當板料厚度較小時，隨著厚度的增加，鎂合金板料所能夠成形的極限拱頂高度和脹形系數(shù)也會增加；當板料厚度到達一定值時，隨著板料厚度的增加，鎂合金板料的極限拱頂高度和脹形系數(shù)卻在降低。在脹形實驗中，鎂合金的脹形系數(shù)代表著鎂合金的成形性能，脹形系數(shù)越大，則板料的成型性能越好。因此，隨著板料厚度的增加，板料成形性能越好，成形性能隨板料厚度的增加而減小。 圖41 不同板料厚度成形的拱頂高度 圖42 不同板料厚度的脹形系數(shù)、當t=， ，是四種板料厚度的板料中成形性能最好的。對比表41中的各個厚度的板料的實驗力，隨著板料厚度的增加，其所需的實驗力也隨之增加，即越厚的板料，需要更大的變形才能使其造成失穩(wěn)破裂，其強度越好。從圖41和圖42可得到，但是隨著板料厚度的增加，板料所能成形的極限拱頂高度逐漸變小，但下降越來越緩慢，最后趨于平穩(wěn)。不同厚度的板料的成形后的形狀如圖43所示。由表41和圖43，、凹模圓角處和側壁同時失穩(wěn)、側壁和凹模圓角處。在理想的狀態(tài)下，若沖頭與工件接觸面，凹模圓角與工件接觸部面摩擦狀態(tài)良好，板料的側壁位置在縱向上由于雙面受拉，應力集中較為嚴重，最先破裂。由于在實際的實驗條件下，由于模具與工件的接觸面存在較大的摩擦，會影響板料的應力集中區(qū)域。，由于板料的塑性較差，在此成形高度下，凹模圓角處與板料之間的摩擦作用造成的應力集中小于板料側壁部位的應力集中，因此側壁位置先發(fā)生失穩(wěn)破裂。，在本章節(jié)提供的成形條件，板料側壁和凹模圓角處所受的應力集中較為平衡，因此同時發(fā)生失穩(wěn)破裂。，凹模圓角處模具與工件的摩擦是造成板料應力集中的最大因素，因此在成形的過程中板料與凹模圓角處接觸部位先發(fā)生破裂。 (a) (b) (c) (d)圖43 四種板料厚度工件成形后的工件圖(a) T=250℃,v=10mm/min,t= (b)T=250℃,v=10mm/min,t=(c)T=250℃,v=10mm/min,t= (d)T=250℃,v=10mm/min,t= DEFORM2D模擬中摩擦系數(shù)的確定（剪切摩擦模型）對于Deform2D中模擬時，對于摩擦的系數(shù)的確定，本實驗中采用改進的極限高度實驗裝置，實驗前在板料的中心部位挖一個小孔。中心孔尺寸會隨著板料的脹形成形而逐漸變大，板料和沖頭的接觸面之間的摩擦系數(shù)較大，則會阻礙板料流動，即成形后板料的中心孔尺寸變化較??；反之，若板料與沖頭的接觸面的摩擦系數(shù)較小，中心孔尺寸變化較大。因此可以根據(jù)孔尺寸變化情況判斷沖頭與工件之間的摩擦系數(shù)大小。本文在分析鎂合金板料成形性能中采用實驗與模擬相結合的辦法。，t=、T=250℃、采用二硫化鉬潤滑、成形速度v=10mm/min，當成形高度為12mm，，、10mm。在Deform2D軟件中采用與實驗相同的板料厚度、溫度、成形速度，其本構關系模型，c=，n=，采用前剪切摩擦模型，工件網(wǎng)格數(shù)為2000。、分別將板料成形至12mm，，將五種摩擦系數(shù)在同樣的成形高度時得到中心孔平均尺寸與實際情況對比，對比結果如表42所示。表42 采用二硫化鉬潤滑時摩擦系數(shù)的確定成形高度12mm實驗10mm本實驗主要研究鎂合金AZ31B板料的成形性能，即研究板料失效前極限拱頂高度。由表41可知，t=、T=250℃、采用二硫化鉬潤滑、v=10mm/min時，在上述三種拱頂高度中，因此把這個高度下模擬的孔徑大小最接近實驗數(shù)據(jù)時的摩擦系數(shù)定為二硫化鉬潤滑時工件與模具之間的摩擦系數(shù)。由表42可知，、模擬出的孔徑大小與與實驗數(shù)據(jù)最接近。縱觀各個高度階段，中心孔的變化程度都與實驗數(shù)據(jù)較符合。因此，在DEFORM2D中模擬采用二硫化鉬潤滑的實驗過程時，采用剪切摩擦模型。在DEFORM2D中，采用與實驗中相同的溫度和沖頭速度模擬鎂合金板料DE成形過程，其本構關系模型為，c=，n=，采用前剪切摩擦模型。工件網(wǎng)格數(shù)為2000。當成形高度分別與表41所示成形高度一致時，各板料厚度模擬結果如表43所示。表43 不同板料厚度模擬結果板料厚度mm拱頂高度mm最大實驗力KN最大真應變破壞最嚴重處位置數(shù)值側壁側壁側壁側壁側壁側壁側壁側壁比較實驗所記錄的實驗力位移曲線與模擬結果相比較，如圖44所示。不論從實驗力位移曲線的形狀上看，還是從最大實驗力的級數(shù)量上看，實驗數(shù)據(jù)與模擬的數(shù)據(jù)基本上是接近的，由此可以證明采用DEFORM2D模擬極限拱頂高度實驗的準確性，能準確的模擬出整個實驗過程。(a) (b)(c) (d)(e) (f)(g) (h)圖44 不同板料厚度實驗力行程曲線a)實驗T=250℃,v=10mm/min,t= b)模擬T=250℃,v=10mm/min,t=c)實驗T=250℃,v=10mm/min,t= d)模擬T=250℃,v=10mm/min,t=e)實驗T=250℃,v=10mm/min,t= f)模擬T=250℃,v=10mm/min,t=g)實驗T=250℃,v=10mm/min,t= h)模擬T=250℃,v=10mm/min,t= (a) (b) (c) (d) 圖45板料開始發(fā)生失穩(wěn)時的真應變等值線分布(a) T=250℃,v=10mm/min,t= (b) T=250℃,v=10mm/min,t=(c) T=250℃,v=10mm/min,t= (d) T=250℃,v=10mm/min,t=圖45模擬所得到的應力分布圖，與實驗結果類似。，當材料失穩(wěn)時，，應變較均勻地分布在發(fā)生脹形變形部分的材料上。、應變并非均勻的分布在脹形部分的材料上，而是集中的發(fā)生在板料的側壁位置。從表43可得，、。，在所選的四種厚度的板料中，其成形性能是最好的。綜上所述，當板料厚度較小時，隨著板料厚度的增加，鎂合金AZ31B的成形性能變好；當厚度達到一定值時（如本實驗所提出的t=），隨著板料厚度的增加，鎂合金AZ31B的成形性能變差。因此在實際的生產中，在鎂合金制品中，盡可能采用具有最佳成形性能的板料厚度。當實際條件需要采用其它厚度時，我們可以采用改變工件的其它成形工藝參數(shù)來改變鎂合金AZ31B的成形性能。 成形溫度對鎂合金AZ31B板料成形性能的影響為了考察成形溫度對AZ31B板料脹形性能的影響，本實驗選取了100℃、155℃、200℃和250℃四個成形溫度進行實驗。，在選取的四種板料厚度中，；實驗時沖頭速度為10mm/min；實驗過程采用二硫化鉬潤滑劑潤滑。在不同溫度下，實驗結果如表4圖46和圖47所示。表44 不同的實驗溫度下料成形實驗結果，v=10mm/min,t=,實驗編號溫度℃拱頂高度mm脹形系數(shù)實驗力KN破裂位置11007側壁（接近拱頂）2155側壁（接近拱頂）3200側壁（接近凹模圓角半徑）4250凹模圓角處圖46 不同成形溫度時的拱頂高度值 圖47 不同成形溫度時的脹形系數(shù)值 (a) (b) (c) (d)圖48 四種溫度工件成形圖a) T=100℃,v=10mm/min,t= b) T=155℃, v=10mm/min,t=c) T=200℃,v=10mm/min,t= d) T=250℃, v=10mm/min,t=圖48為不同成形溫度時的脹形結束時的試樣形狀。由表4圖46和圖47可以得出結論：鎂合金在較低溫度下成形性能非常差，當成形溫度為100℃時，拱頂高度僅為7mm。隨著溫度的升高，其成形性能不斷提高，在250℃時。由表44和圖47所示，100℃、155℃和200℃時，鎂合金最先破裂的位置是側壁，并且越來越靠近凹模圓角處，在250℃的情況下，破裂位置在凹模圓角處。首先，在200℃以下時，板料的成形性能較差，板料側壁所受到的應力集中大于凹模圓角處的，因此板料的破裂位置都在板料的側壁位置。隨著溫度的提高，板料的成形性能越來越好，板料的破裂位置逐漸向凹模圓角處轉移。當溫度到達一定溫度的時候，即板料的成形性能到一定程度時，凹模圓角處的應力集中起主導作用，并大于側壁的應力集中，因此在成形的過程中凹模圓角處的板料最先發(fā)生失穩(wěn)破裂。 數(shù)值模擬分析在DEFORM2D中，采用與實驗中相同的溫度和沖頭速度模擬鎂合金板料成形過程，其本構關系模型，c=，n=，采用前剪切摩擦模型。工件網(wǎng)格數(shù)為2000。其模擬結果如表45所示。表45 鎂合金板料模擬成形結果，v=10mm/min，t=，溫度℃拱頂高度mm最大實驗力KN失穩(wěn)時最大真應變破壞最嚴重處位置數(shù)值1007側壁拱頂150側壁側壁200側壁側壁250側壁側壁圖48為實驗與模擬的實驗力行程曲線。從對比結果上看，試驗與模擬的實驗力行程曲線形狀、數(shù)量級相同，在數(shù)值上有一些差距，誤差是必然的，但是差別在誤差范圍內，因此認為模擬結果是可靠的?？梢园褜嶒灪湍M數(shù)據(jù)相結合，分析成形溫度對鎂合金板料成形性能的影響。由表45和圖49的結果可以看出，在100℃，150℃和250℃時，應變較為均勻的分布在鎂合金板料發(fā)生塑性變形的范圍內，鎂合金板料破裂之前所能達到的最大應變隨著成形溫度的升高而不斷變大，由100℃，在250℃，成形性能隨著溫度的升高逐步變好。當成形溫度為 200℃時，其極限拱頂高度小于250℃時的極限拱頂高度，其最大應力卻較大，說明板料的側壁發(fā)生較大的應力集中，因此可以說明200℃時板料的成形性能小于250℃的情況。從應變的層面上說，隨著溫度的提高，板料的成形性能不斷增加。(a)