AZ31B镁合金I型材室温弯曲成型研究

2014-07-16纪安平

重庆三峡学院学报 2014年3期

纪安平

（重庆三峡学院机械工程学院，重庆万州 404100）

合金是最轻的金属结构材料之一，具有强度高、弹性模量大、散热性能好和承受冲击载荷能力特别大、耐腐蚀性能好等特性，是一种环保材料，广泛用于生产生活的各个方面[1].由于具有密排六方晶体结构的镁合金材料在室温下能够提供塑性变形的独立滑移系较少，所以在室温下材料的成型性能较差，这种特性降低了镁合金被加工的能力，缩小了镁合金的应用范围.而且镁合金薄板还具有很强的基面纤维织构或基面板织构，由于这类织构的形成会使得镁合金室温时材料特性为明显的各向异性，这种特性对镁合金薄板成型的力学性能会产生重要的影响，使得镁合金的拉压呈现出不对称性，从而加大了镁合金的成型难度，所以研究镁合金薄板在室温下成型工艺过程中的特性具有重要的理论和实际应用意义[2].AZ31B镁合金 I型材的成型过程复杂，弯曲程度不同，压力分布与应力状态也不同，其加强筋主要承力部分，它的成型好坏对成型对整体的质量也有着重要的影响，本文利用有限元方法对I型材的过程进行仿真分析，对工程实际有较大的指导意义.

1 AZ31B镁合金I型材弯曲成型基本原理

1.1 I型材弯曲成型基本原理

I型材成型的基本原理是利用三点弯圆成型的原理，利用专用压力机驱动冲头对型材间歇式冲压，每次压下量逐渐增大，冲头加载的历程为间歇式加载，当冲头在加载中间歇时，型材应力部分释放，发生回弹，部分弯曲，冲头多次加载，工件多次弯曲成型，使型材最终达到要求弯曲程度.其弯曲成型过程如图1所示.

图1 弯曲成型原理

2 AZ31B镁合金I型材弯曲成型过程数值分析

2.1 数值研究对象规格

本文研究 I型材的材料为底板为 3 mm厚的AZ31B镁合金，其规格如表2所示.利用著名有限元分析工具Msc.marc对I型材成型过程仿真分析，通过对不同规格产品的成型过程仿真分析，分析成型过程的成型规律，指导工程实践.

表2 AZ31B材料的I型材规格

2.2 I型材弯曲应变分布

图2给出了I型材弯曲成型过程分析的塑性应变云图，所取型材规格为3×24号型材，该图表示的是在弯曲过程结束后镁合金型材塑性应变情况.由于模型的对称性，分析模型取其对称一半来分析.从图中可以看出最大应变发生在模具接触位置，而且仅在加强筋部分发生了塑性变形，底板处于弹性变形阶段，即弯曲型材成型后保留很大的残余应力，弯曲后型材的几何形状主要取决于塑性变形.

图2 I型材弯曲等效塑性应变云图

2.3 I型材弯曲成型回弹分析

对三种规格型材的成型结果进行分析，取底板底部对称截面中间点为参考点，研究其成型过程的位移变化如图3所示.该图表明了在成型过程中，规格为3×24号型材成型过程中回弹最为剧烈，而其他两种回弹较小.同时在增量步180处表明了，在压头完全脱离型材后，规格为6×24号型材的回弹量最大，说明在弯曲过程中回弹量并未表现完全.该图还表明了增加加强筋的厚度或者高度可以减小回弹量.

图3 三种规格I型材的对称中点位移

同上对三种规格型材的成型结果进行分析，取底板底部对称截面中间点为参考点，变化研究三种规格型材成型过程中的弧高值与压头压下量之间的关系可表示成图4.该图表明压下量与弧高值成线性关系，这说明整个成型过程弹性变形占变形中的主要部分，塑性变形部分较少，塑性变形体现加强筋条的变形上.同时该图表明成型过程中，弧高值变化量与加强筋的高度和厚度成正比，加强筋的高度和厚度的提高有利于弧高值提高.

图4 三种规格I型材的弧高值与压下量关系

2.4 I型材弯曲成型翘曲分析

I型材成型质量的好坏很大程度表现在底板在成型过程中的翘曲程度，对三种规格型材成型结果进行分析，以对称截面底部边缘点的位移量为研究对象，所有点位移形成的曲线就是型材横截面的几何形状.三种规格横截面外形比较如图5，该图表明了规格为3×24号型材成型横截面直线度最好，所以加强筋的高度和厚度增大都会使底板部分翘曲现象增大.