数控技术毕业设计（论文）镁铝合金的应用及成型工艺研究.doc

职业技术学院毕 业 论 文题目： 镁铝合金的应用及成型工艺研究 学 生： 学 号： 院 （系）： 职业技术学院 专 业： 数控技术 指导教师： 2011 年 月 日陕 西 科 技 大 学 职 业 技 术 学 院毕业设计（论文）任务书 数控技术 专业 081 班级 学生： 题目： 镁、铝合金的应用及成形工艺研究 毕业设计（论文）从 2011 年 2 月 25 日起到 2010 年 4 月 30 日课题的意义及培养目标： 本课题结合学生在企业顶岗实习期间企业生产的产品类型，学生实习的岗位特点，工作任务等制定。其目的使学生结合生产实际，综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的练习。通过学生对所论设备的专门、深入、系统的研究，巩固、扩大、加深已有知识，培养学生观察和分析问题的能力，做到理论与实际的有机结合，提高职业素质，为今后从事技术工作奠定基础。 设计（论文）所需收集的原始数据与资料： 1、基于太原富士康科技的镁铝合金材料的应用。 2、镁铝合金的成分及性能特点。 3、镁铝合金的生产过程 。 4、镁铝合金产品的成形技术、工艺过程、技术参数等。 5. 实例，太原富士康科技集团镁铝合金产品及生产过程。 课题的主要任务（需附有技术指标分析）： 1. 撰写研究论文一篇。基本内容包括; 1）. 论述镁铝合金的成分、性能及用途。 2）. 基于太原富士康科技的镁铝合金的应用. 3）. 基于太原富士康科技的镁铝合金产品的特点及技术指标. 4）. 论述镁铝合金产品的成形方法、工艺过程、技术参数等。 5）. 分析镁铝合金产品生产过程中工艺技术的先进性、经济性和环保性。 2. 要求：论点、论据、论证充分，概念清晰、准确、条理清楚、逻辑性强、阐述流畅、结构严谨、图文并茂。 3.书写及打印格式，严格按陕西科技大学本科毕业生毕业论文（设计说明书）的书写及装订格式要求完成。 设计（论文）进度安排及完成的相关任务（以教学周为单位）：周 次设计（论文）任务及要求1调研、搜集资料2整理资料，编写提纲3-6撰写论文，完成初稿7-8修改论文，按模板整理、打印、装订9准备答辩10毕业答辩 学生签名： 日期： 指导教师： 日期： 教研室主任： 日期： 镁、铝合金的应用及成形工艺研究 摘要近年来，3C产业迅猛发展，节能环保成为全球关注的焦点，而减轻材料的重量和材料的循环利用是实现环保的重要手段。镁合金是最轻的工程金属材料之一，和其他金属相比，镁及其合金有很多突出的工艺及性能特点。例如，其密度小，是所有结构金属中密度最小的一种；在镁中加入不同的金属元素能够形成一系列具有各种性能的合金；熔点低，容易进行热成形，且能耗较低；用作结构件时具有质量轻、比强度高、减震和抗冲击性能好、易切削加工、不易老化：有良好的导热性、无磁、电磁屏蔽能力强它具有良好的比强度、比刚度、可再循环和良好的铸造性能等特点，具有替代传统材料的广阔前景，被誉为21世纪绿色金属结构材料。镁合金是21世纪最具开发前景的轻质结构材料，近年来的应用日益广泛。随着对绿色、环保等方面要求的提高，镁合金以其重量轻、比强度高、比刚度高、减震性好、耐电磁屏蔽、易回收等特点从众多金属材料中脱颖而出，广泛的应用于航空、航天、电子和汽车等行业。目前，镁合金应用的两大热点产业是电子业和汽车业。一方面，用于“3C” (Computer、Communication、Consumption Electronics Products)产品的壳体，有逐渐取代可回收性较差的塑料壳体的趋势；另一方面，作为实际应用中最轻的结构金属，镁合金能够满足交通运输业日益严格的节能和尾气排放要求，从而生产出重量轻、耗油少、环保的新一代交通工具。关键词：镁合金，成份特点，应用领域，成型方法，发展方向Abstract   In recent years, 3C industry, the rapid development of energy-saving environmental protection has become the focus of global concern, and to reduce the weight of materials and materials recycling is an important means to achieve environmental protection. Magnesium alloy is one of the lightest engineering metal materials, and other metals compared to magnesium and its alloys have many outstanding technology and performance characteristics. For example, the density, the density of all structural metals a minimum; in magnesium metal by adding different elements to form a series of alloys with various properties; low melting point, easy to heat forming, and lower energy consumption; When used as a structure with light weight, high strength, good shock absorption and impact resistance, easy cutting, not aging: a good thermal conductivity, non-magnetic, electromagnetic shielding capability than it has good strength and specific stiffness can be recycled and good casting performance and other characteristics, has broad prospects for an alternative to traditional materials, known as the 21st century green metallic structural materials. Magnesium alloy is the development prospects of the 21st century's most lightweight structural materials, used widely in recent years. With the green and environmental protection requirements increase, magnesium alloy for its light weight, high strength, more than just high shock absorption, good resistance to electromagnetic shielding, and so easy to recycle the metal materials from a number of stand out, a wide range of applications in aviation, aerospace, electronics and automobile industries. Currently, the application of magnesium alloy two hot industry is electronics and automotive industry. On the one hand, for the "3C" (Computer, Communication, Consumption Electronics Products) products, housing, a gradual replacement of recyclable plastic housing with poor trend; on the other hand, as a practical application of the lightest structural metals , magnesium alloys to meet increasingly stringent energy-saving transport and emissions requirements, which produce light weight, less fuel consumption, a new generation of environmentally friendly transport. Keywords: Magnesium alloys ，Features，Applications，Forming method，Development目录 论文摘要Abstract 1引言1.1 镁及镁合金的发展回顾1.1.1 金属镁的生产情况 1.1.2国外镁业研发动态2 .金属镁及镁合金的成分，性能特点，用途 2 .1金属镁及其合金的特性 2 .2镁合金的牌号及分类 2 .2 .1镁合金的牌号2 .2 .2镁合金的分类3 .镁合金的应用3 .1镁合金的四大主要应用领域3.1.1镁合金在交通工具上的应用3.1.2镁合金在电子工业的应用3.1.3镁合金在航空航天工业中的应用3.1.4镁合金在化学化工领域的应用4.镁合金电子产品的成形，工艺流程，技术指标4.1镁合金的独特性能4.2镁合金的冲压成形4.3冲压模具设计4.4冲压生产工艺及制件4.5分析与讨论4.6结论5.镁合金成型技术现状及展望5.1铸造镁合金5.1.1压铸5.1.2熔模铸造5.1.3消失模铸造5.2变形镁合金5.3半固态成形5.4其他成型方法5.5存在的问题及展望6.镁合金未来的发展方向6.1节能环保推动镁合金应用空间更趋广阔参考文献致谢引言镁合金作为21世纪绿色金属结构材料,具有比重轻、高比强度、高比刚度,以及良好的电磁屏蔽能力、良好的铸造性能、易于再生利用以及优越的阻尼吸震降噪特性等一系列独特的优点,在汽车、摩托车、机械结构、手持工具、便携电器、机载设备、移动结构上的规模应用能减轻产品重量、减震降噪、降低能耗和排放、提高产品动力学性能,是一种极具应用前景的新型技术结构材料。 镁合金约90%是通过铸造成型的,其中应用最为广泛的是高压铸造工艺。而工艺设计、模具设计和模具制造这三个环节都能够影响压铸的成败。因此,工艺设计、模具设计和模具制造的研究对压铸具有重要的实际指导意义。 本论文针对太原富士康科技的镁铝合金的应用. 镁铝合金产品的特点，成分、性能及用途，及技术指标论述镁铝合金产品的成形方法、工艺过程、技术参数以及镁铝合金在未来的发展方向。1.1镁及镁合金发展回顾    1808年在实验室制得纯镁，1886年镁合金在德国开始工业化生产，1930年德国首次在汽车上运用镁合金73.8Kg，1935年苏联首次将镁合金用于飞机生产，1936年德国大众用压铸镁合金生产"甲克虫"汽车发动机传动系统零部件，1946年达到单车镁合金用量18Kg，1938年英国伯明翰首次将镁合金运用到摩托车变速箱壳。20世纪40年代皮江炼镁法发明，由于工艺简单，生产成本大幅降低，使全世界的原镁产量大幅增加，但能源消耗大，污染环境严重。此前所用的电解法炼镁，虽然洁净，但生产成本较高。 1.1.1金属镁生产情况    20世纪90年代初开始，世界对镁的需求量大幅度增加，原镁的产量和消费量随之迅速增长，进入21世纪全球原镁生产能力已超过60万吨，国际上镁产业的布局情况是，原镁生产以中国、加拿大、澳大利亚、独联体国家为主，其中以中国和加拿大的原镁生产能力增长幅度较大。据统计，2002年世界原镁产量为：中国27万吨，加拿大11.7万吨，美国4.5万吨，挪威4.2万吨，俄罗斯4万吨，以色列2.75万吨，法国1.7万吨，乌克兰1.5万吨，巴西1.2万吨，哈萨克斯坦1万吨，塞尔维亚0.5万吨，印度900吨。当前，西方发达国家已基本不进行对环境影响较大的原镁生产，而进行具有优良特性的镁合金的研究与开发。我国原镁产量约占全球总产量的70%，是世界上第一大原镁生产国和出口国。2003年我国原镁产量、出口量分别为35.4和29.8万吨,分别较上年的26.8、20.9万吨增长32.1%和42.6%。下表列出2000-2003年原镁产量的基本情况。表1 20002003年我国及全球原镁产量年  度2000200120022003全球（万吨）48.8454751中国原镁（万吨）19.521.626.835.4占全球（%）39.9485769.4    金属镁主要用于：作铝基合金的重要添加元素，这部分用量约占镁的总消耗量的43%左右；用于镁合金制造各种零部件的用量已达到镁消耗量的35%左右；镁用于炼钢脱硫约占13%；此外镁还用于阴极保护材料、金属还原剂和化工行业等。世界镁的消费区域主要集中在北美和欧洲地区，其消费量约占全球总消费量的3/4。1.1.2国外镁业研发动态    各国纷纷加大镁合金制品的研发力度，尤其是20世纪90年代以来，相继出台了镁研究计划，开展了大型的"产、学、研"联合攻关项目和计划。德国政府制订了一个投资2500万德国马克的镁合金研究开发计划，主要研究压铸合金工艺，快速原型化与工具制造技术和半固态成型工艺，以提高德国在镁合金应用方面的能力；1993年欧洲汽车制造商提出"公升汽油轿车"的新概念，美国也提出了"PNGV"（新一代交通工具）的合作计划，其目标是生产出消费者可承受的每百公里耗油公升的轿车，且整车至少80以上的部件可以回收，这些要求迫使汽车制造商采用更多高新技术，生产重量轻、耗油少、符合环保要求的新一代汽车；日本通过了"家电回收法"，以限制工程塑料的使用，率先将镁合金用于笔记本电脑、移动电话、数码相机、摄像机上，并计划推广到家电和通讯器材等领域。2.金属镁及镁合金的成分性能特点2.1金属镁及其合金的特性金属镁及其合金是迄今在工程中应用最轻的结构金属材料。镁的密度为1.74g/cm3，是铁的1/4，铝的2/3。熔点是650，与铝的熔点大致相等。它也是地壳中含量最丰富的元素之一，约占地壳组成的2.5%，主要以白云石 (CaCO3·MgCO3)、菱镁矿(MgCO3)和光卤石(KCI·MgC12·6H2O)存在。我国是镁资源大国，镁资源储量占全球总储量的22.5%，居世界首位，镁资源的开发与应用具有极大的潜力。我国的菱镁矿资源总量31.45亿吨。符合炼镁要求的一、二级矿占78%。同时，储量巨大的白云石矿和青海的盐湖。也含有十分丰富的镁资源。白云石资源已探明储量在40亿吨以上，青海盐湖蕴藏有氯化镁32亿吨、硫酸镁16亿吨。我国目前共有镁生产企业100余家，全国的原镁产量约占全球总产量的66%，是世界上第一大镁生产国，同时也是世界第一大镁出口国1。镁合金具有许多独特的性能和优点，被誉为“21世纪绿色工程金属结构材料”，成为汽车、摩托车等交通工具及计算机、通讯、仪器仪表、家电、轻工、军事等行业的重要选材。镁合金作为工程应用材料的优势主要体现在以下几个方面以2 3:1.密度小，只是钢铁的2/9，铝合金的2/3，是最轻的结构合金，能有效降低部件的重量，节约能耗。2.比强度大，略低于比强度最大的纤维增强材料，远高于工程塑料。3.阻尼性很好，吸收能力强，具有极强的减震性，可用于震动剧烈的场合，用在汽车上可增强汽车的安全性和舒适性。4.导热性好，膨胀系数较大，弹性模量低，稍逊于一般的铝合金，是一般工程材料的300倍，且温度依赖性低，可用于制造要求散热性能好的电子产品。5.镁合金是弱磁性材料，电磁屏蔽性能好，抗电磁波干扰能力强，可用于手机等通讯产品。6.镁合金加工成型性好，易于切削加工，外观质感好，可制作笔记本电脑、照相机等外壳。7.镁合金线收缩率很小，尺寸稳定，相对于工程塑料而言，不易因环境改变而改变。8.镁合金易于回收再利用。合金废品回收利用率可达到100%，符合环保要求。大多数纯金属，包括镁在内都太软而不能作为结构材料。然而，在某些情况下，通过热处理或加工成形可把镁和其它金属制成合金，其强度性能与很多铝合金相当。由于镁具有较大的原子半径以及较强的正电性，大部分合金元素在镁中的固溶度很小，并且易于与镁形成稳定的金属间化合物，因而可选择的合金元素受到了很大限制。在镁合金中常用的合金元素有川、Zn、Mn、Sl、Li、Cu、Ag、Zr、Th、RE(Y、Nd、和ee)等4。2.2镁合金的牌号及分类2.2.1镁合金的牌号镁合金的牌号主要反映了其合金元素的成分和质量分数。按照国标GB/T5153-2003的规定，镁合金牌号以英文字母加数字再加英文字母的形式表示。以一种常用牌号AZ31B来说明，前面的英文字母是其最主要的合金组成元素代号，其中A代表质量分数最高的合金元素Al，Z代表质量分数次高的合金元素Zn，随后的数字表示其最主要的合金元素的大致含量。3表示Al的质量分数大致为3%，1表示Zn的质量分数大致为1%。最后面的英文字母B为标识代号，用以标识各具体组成元素相异或元素含量有微小差别的不同合金。ZK61S代表合金元素Zn、Zr的质量分数分别约为6%和1%的一种合金。牌号中的数字在于说明一个大致的范围，并非真正精确的含量，例如AZ31B中各合金元素的真实含量分别为:Al-2.53.5%，Zn-0.71.3%，Mn-0.2%。需要说明的是，这个标准是在2003年依据国际常用的镁合金牌号命名规则进行修改的，此前国内通用的牌号是以MB进行标识，主要包括MB1、MB2、MB8、MB11、MB15等。这些牌号现在已经对应转化为新牌号，但在某些文献中可能还会有所提及，其中，MB2相当于新国标(也是美国国标)的AZ31B，MB1相当于MIA等。2.2.2镁合金的分类一般来说，镁合金分类依据有三种:合金化学成份、成形工艺和是否含有错。按照化学成份可以分为Mg-Al，Mg-Mn，Mg-Zn等二元系，以及Mg-Al-Zn，Mg-Al-Mn等三元系和多元系。按照成形工艺，镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金。2.2.2.1铸造镁合金目前应用的镁合金结构件一般都是铸造产品，其中又以压铸件居多。现在世界工程构件镁合金需求的98%来自于压铸行业。常用的压铸镁合金大多是美国牌号，主要有4个系列:AZ系列(Mg-Al-Zn-Mn)，AM系列(Mg-Al-Mn)，AS系列(Mg-Al-Si)，AE系列(Mg-Al-RE)。1.AZ系合金AZ系合金一般指AZ91系列合金，它具有均衡的力学性能、铸造性能和耐蚀性。其屈服强度最高，一般用于制造形状复杂的薄壁铸件。它也存在耐热性差这一严重缺点。Az91D(Mg，Al-9%，Zn-0.7%，Mn-0.13%)是AZ系列的典型型号，为高纯牌号，通过加入少量的锰来形成Mg-Fe-Mn化合物而减少铁的质量分数，改进合金的耐蚀性能，其Fe，N，Cu等杂质的质量分数仅为一般镁合金的1/10，是一种室温使用的主要高纯压铸镁合金。其抗腐蚀能力明显高于A380铝合金和碳钢7 8。2.AM系合金AM系合金具有优良的韧性和塑性，用于经常受冲击载荷、安全性较高的场合，常用于座架和设备仪表盘等，其主要合金为AM60。AM60B(Mg，Al-6%，Mn-0.13%)为其典型型号，具有优良的耐盐雾性能。AZ91D和AM60B构成了汽车上镁合金应用量的90%。与AZ91合金相比，AM60合金由于含铝量较低，使合金中含铝的二次化合物相的析出量有所减少，故该合金的塑性和韧性较高，强度则有所降低。AM20合金含铝的成分最低，强度也最低，但塑性最好。3.AS系合金AS系合金有较好的抗蠕变性能，通常用于工作温度较高的发动机零件，AS4lA(Mg，AI-4.2%，Si-1.0%，Mn-0.2%)为典型牌号，具有较好的抗拉强度、屈服强度和很好的伸长率。由于铝含量较低，AS41A要求有较高的铸造温度。AS41A已用于空冷汽车发动机的曲轴箱和大众汽车公司的许多零件，如风扇罩和电机支架，叶片导向器和离合器活塞等。AS系列合金由于Si的引入在组织中易形成硬的硅质点。钠和铭能从根本上改善硅相的结构而起到很好的变质效果。4.AE系合金AE系合金比AS系合金有更好的抗蠕变性能，AE42(Al-4%，RE-2.5%，Mn-0.1%)应用于汽车动力系统颇受好评。由于稀土对Mg-Al基合金强度及蠕变性能有很大影响，压铸AE42合金具有比Mg-Al-Si合金更好的抗蠕变性能，能在200250下长期使用9。由于AE对高温性能的改善有限，且铸造较为困难，再加上稀土成本较高，所以暂时无法推广应用A五系列合金。2.2.2:2变形镁合金变形镁合金通过塑性加工和热处理可以获得比铸造镁合金材料更高的强度、更好的延展性、更多样化的力学性能，变形镁合金的分类依据一般有两种:合金成分和是否可热处理强化。按照化学成分来进行分类，变形镁合金系列主要分为以下几种:1.Mg-Al-Zn-Mn系合金Mg-Al系变形镁合金的典型牌号有AZ31，AZ61，AZ80等。此类合金具有良好的强度、塑性和耐腐蚀的综合力学性能和良好的焊接性能，可以制成形状复杂的锻件和模锻件，可用于制造飞机内部构件、舱门、壁板及导弹蒙皮等。2.Mg-Li系合金Mg-Li系合金是超轻的变形镁合金，Li的密度只有0.53g/cm3，用Li作合金元素，除降低密度外，Li的加入可以在合金中形成具有bcc结构的刀相，显著改善镁合金的塑性。但通常Mg-Li合金的强度很低，耐热性能和耐腐蚀性能差。加入Al，Zn，Cd，Si，Mn和RE等元素可以提高合金的强度和组织稳定性。高强度超轻的Mg-Li合金的开发是镁合金研究的热点之一。3.Mg-Mn系合金该系列包括Ml(MB1)、ZM21、ZM31和MBS等。具有较高的耐腐蚀性能，无应力腐蚀倾向，焊接性能良好。可以加工成各种不同规格的管、棒、型材和锻件，其模锻件可制作外形复杂构件，管材多用于汽油、润滑油等要求抗腐蚀性的管路系统。4.Mg-Zn-Zr系合金该系列合金包括ZK60(MB15)、ZK61，MB18，MB21等，此类合金的塑性中等，室温下拉伸屈服强度和压缩屈服强度以及高温瞬时强度都明显优于其它合金(如AZ31等)，具有良好的成形和焊接性能，无应力腐蚀倾向。5.Mg-RE系合金RE代表稀土元素，该系列合金主要包括ZE10、MB8等。具有优异的耐热性和耐腐蚀性，一般无应力腐蚀倾向，广泛用于制备薄板或厚板、挤压材和锻件等。6.Mg-Th系合金该系列主要包括的是美国HK31，HM21，HM31等。该类合金具有优良的高温性能，焊接性能良好。但对人体和环境有一定的危害，通常被限制使用。3.镁铝合金的应用. 镁合金的四大主要应用领域日前介绍了镁合金目前的主要应用领域,主要分四个方面: 3.1交通工具上的应用 随着世界能源危机、资源危机与环境污染问题的日趋严重，节能和轻量化已成为汽车工业的重要问题。采用镁合金制造摩托车发动机、轮毂、减速器、后扶手及减震系统等部件，不仅能减轻整车质量、提高整车的加速和制动性能，还能降低行使震动、排污量、噪声及油耗，可提高驾乘舒适度。重庆镁业科技股份有限公司目前已研制出10余种摩托车镁合金压铸件和挤压铸造镁合金轮毂，并组装了镁合金用量为14kg的隆鑫LX150摩托车，开创了我国摩托车大量采用镁合金的先例。重庆镁业和重庆博奥镁业现已形成镁合金摩托车压铸件300万件、镁合金型材1000吨及镁合金1500吨的年生产能力。目前我国已有300多万辆摩托车应用了镁合金，可节省油耗数亿元以上。我国是摩托车生产大国，目前年产量达2500多万辆，连续14年居全球首位，若平均每辆镁合金用量按5kg计算，摩托车工业每年需镁合金约12万多吨。 目前，我国的自行车厂商已将大量镁合金零部件运用于自行车赛车、登山车甚至折叠车等高级车种。首钢远东、重庆镁业、中华自行车、上海交大、南京华宏等国内企业和研究院所都纷纷推出了镁合金自行车样车，其中首钢远东镁合金车型实现了上市销售，重庆镁业的镁合金自行车实现了产品系列化。 3.2电子工业中的应用 镁合金所具有的优异的薄壁铸造性能及良好的比强度、刚度和抗撞能力，能充分满足3C产品高度集成化、轻薄化、微型化、抗摔撞及电磁屏蔽、散热和环保要求。因此，当前在3C产品如手机、笔记本电脑、数码相机、摄像机、PDA等行业，也已经掀起了镁合金外壳及零部件研发与应用热潮。国内已经建立起了一批专门生产3C产品专用镁合金部件的企业，如青岛金谷镁业公司、长春华禹镁业公司和富士康公司等。 3.3航空航天工业中的应用 就航空材料而言，结构减重和结构承载与功能一体化是飞机机体结构材料发展的重要方向。目前其应用领域包括各民用、军用飞机的发动机零部件、螺旋、齿轮箱、支架结构以及火箭、导弹、卫星的一些零部件。我国的歼击机、轰炸机、直升机、运输机、民用机、机载雷达、地空导弹、运载火箭、人造卫星、飞船上均选用了镁合金构件。如用 ZM2 合金制造 WP7 各型发动机的前支撑壳体和壳体盖；用ZM3镁合金制造J6 飞机的 WP6 发动机的前舱铸件和 WP11的离心机匣；用 ZM4 镁合金制造飞机液压恒速装置壳体、战机座舱骨架和镁合金机轮；以稀土金属钕为主要添加元素的 ZM6铸造镁合金已扩大用于直升机 WZ6发动机后减速机匣、歼击机翼肋等重要零件；研制的稀土高强镁合金MB25、MB26 已代替部分中强铝合金。 3.4化学化工领域的应用 镁合金牺牲阳极作为有效防止金属腐蚀的方法之一，广泛应用于延长家庭或工业热水器、地下铁制管道、电缆、塔基、石油储罐、海水蒸馏器、轮船壳体和海洋环境中的钢桩等的寿命。目前，作为牺牲阳极的镁合金以每年20的速度增长。我国是产镁牺牲阳极生产大国，绝大部分出口。维恩克科技(WINCA)公司可用铸造法和挤压法生产镁合金D形、梯形、球形、圆柱形、半球形等各种规格的牺牲阳极。4.太原富士康科技的镁铝合金产品的特点及技术指标论述镁铝合金产品的成形方法、工艺过程、技术参数等太原富士康镁合金手机外壳的冲压工艺理论与实践 4.1 镁合金的独特性能 镁合金密度低，是实际应用中最轻的金属结构材料，具有比强度和比刚度高、电磁屏蔽效果好、抗震减震能力强、易于机加工成形和易于回收再利用等优点，在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力，从而引起了许多国家的政府、企业和研究机构对镁合金及其成形技术的高度重视,投入了大量人力、财力进行开发研究,并取得了一定的效果。如德国大众(奥迪)汽车公司开发的镁合金汽车覆盖件的热冲压成形技术,成功地加工出汽车内门板,内镁外铝的混合车门,可比用钢板减重50%,比用铝板减重20%。 4.1.1 镁合金的塑性变形特点 镁属于密排六方晶体结构，在室温下只有1个滑移面（0001），滑移面上有3个密排方向，所以室温下只有3个滑移系（如图1所示），其塑性比面心和体心立方金属都低。室温下，镁合金的塑性较差，变形困难，且易出现变形缺陷，这是由镁合金自身本质性质决定的，也是制约变形镁合金加工成形的本质原因。据有关文献报道，温度对镁合金的塑性影响很大，温度愈高，塑性愈好，变形抗力愈低，易于成型加工3。图1 密排六方晶体材料中滑移系42 镁合金的冲压成形 镁合金常用的成形方法有压铸、半固态铸造、挤压铸造、挤压和轧制等,其中镁合金产品的80 %是通过铸造方法获得 1。镁合金的冲压成形是一种技术难度较高的生产工艺，但以其生产效率高、可直接使用性能优良的轧制板材而具有很大的市场优势和广阔的发展前景。 在冲压成形工艺中，拉深成形最为复杂，难度也较大。由于镁合金晶体结构是密排六方（Hcp），滑移系少，常温下塑性较差，一般须在150以上进行拉深成形。根据小坂田等人的研究结果,镁合金板材在250左右拉深时其拉深比超过铝合金和低碳钢板的常温拉深成形极限，在175时镁合金板杯形件拉深的拉深比可达2.0,而在225时可达3.0,超过了钢板和铝板在室温下的拉深比(分别为2.2和2.6)。在该温度下镁合金拉深成形性能与钢板和铝板在室温下的拉深性能相近4。 本文以某手机外壳的冲压生产为实例，对镁合金板材的冲压成形工艺进行了较为系统的研究。 4.3 冲压模具设计 4.3.1 手机外壳零件图 冲压生产的手机外壳零件图如图2所示：图2 手机外壳零件图4.3.2 冲压工序安排 从图2可以看出，此制件用冲压方法进行生产需要四道工序，即：落料 拉深 修边 冲孔。考虑到实验的特殊情况，只需设计制造三套冲压模具，即：落料模具、拉深模具和冲孔模具，修边工序采用手工方式进行。 4.3.3 冲压模具设计 手机外壳是和其它多种小零部件相互配合、有严格装配关系的零件，考虑到实际使用时的互换性，在进行模具设计时仍然要对模具的型腔尺寸精度严格要求。 4.3.3.1模具结构的选取 此次制做的冲压模具是用来做实验的，为简化冲压模具的结构复杂程度、缩短模具的制做周期，设计时采用了带导向系统的单工序模具结构以便于调整。使用的标准模架参数如下： 1）落料模具模架尺寸 180mm×150mm（材料：HT200） 2）拉深模具模架尺寸 150mm×125mm（材料：HT200） 3）冲孔模具模架尺寸 150mm×125mm（材料：HT200） 4.3.3.2落料件尺寸的确定 该零件可按低盒形件处理。切边余量取0.4mm，弯曲的直边部分展开长度按下式计算： LzH0.57Rd5 式中：Lz弯曲的直边部分展开长度 H拉深总高度 Rd底部园角半径 按低盒形件近似做图法得到如图3所示的毛坯尺寸：图3 落料毛坯图4.3.3.3落料模具、冲孔模具的设计 落料模具和冲孔模具的结构相对比较简单。考虑到镁合金的冲压特性，设计时取单边最小冲裁间隙Cmin=0.015mm,卸料板和凸模之间的单边卸料间隙取0.08mm。 4.3.3.4 拉深模具的设计 由于手机外壳的拉深高度较小，拉深系数M>M 1,因此设计时采用了一次拉深成形工艺。在模具结构中，采用了带限位装置（限位高度为S=0.6mm）的橡胶式弹性压边装置，给凸缘变形区施加轴向力2，以防止拉深过程中制件起皱；采用了橡胶式弹顶机构以保证拉深时底面的平整和拉深制件不滞留在凹模型腔内；用220V电热管环绕在拉深凸、凹模的周围，给拉深模具提供合适的温度梯度。 因装配关系，手机外壳是要求外形尺寸的零件，设计时以凹模为基准件，主要参数为：凸模园角半径Rt1mm；凹模园角半径Ra2mm；直边部分拉深间隙值C=0.6mm；转角部分拉深间隙值C=0.66mm。凸、凹模工作部分的横向尺寸按下式计算 5：式中：4.4 冲压生产工艺及制件 4.4.1 材料的选取 本次实验使用的镁板