铜镁钛及合金板料冲压成形性能.ppt

铜镁钛及其合金的板料冲压成形性能 板料成形CAE分析 1° 引言 由铜、镁、钛的纯金属及其合金制成的板料，经冲压工艺成形为各种工业制品。近年来，随着技术创新，对三种金属及其合金的研究不断推新。 本文依次总结了铜、镁、钛三种金属及其合金板料成形方面目前的研究趋势和已有的研究成果。 2° 铜及铜合金板料成形研究前沿 现代高精铜及铜合金带材具备优良的表面质量，满足后续电镀、焊接、冲压等二次加工对铜带表面的技术要求。 铜板料冲压件主要应用于电子工业。为了克服纯铜质软的不足，铜的板料成形朝着两个方向发展：一方面改善材料组织性能，利用铜合金板料成形(如：钨铜合金板材)和超细晶(UFG)铜板料成形；另一方面发展新的成形方法。 2.1 铜及铜合金板料成形研究趋势 铜是面心立方金属，强度低，变形性能优良。 超细晶(Ultrafine grained，UFG)铜板料料是由严重塑性变形(severe plastic deformation，SPD)方法生产的。具有传统铜板料不具备的优良力学性能。 SPD方法中等径角挤压法(equal channel angular pressing ,ECAP)是等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing)是一种利用纯剪切变形细化晶粒的大塑性变形加工方法,已引起人们的极大关注。 根据路线、温度和在加工中使用的工序数，ECAP可以生产各种超细晶材料。 2.2 铜及铜合金板料成形研究成果 等径角挤压法属于一种SPD工艺，主要用于超细晶材料的微成形(microforming)，利用ECAC成形的超细晶铜板厚度达到0.4mm(2009, Australia)。另外，利用ECAC二向成形的超细晶铜板（箔）的极限拉深比为1.9–2.0，而粗晶粒铜板的为2.2，但是并没有出现拉伸强度上升延展性下降的现象。 等径角挤压法之前，现将工业纯铜（99.95%）在保护气体中600℃退火2h，制成截面为20×20mm2的杆状坯料，然后在压力机上反复挤压。 在室温下对Q235钢成功进行了C方式11道次等径弯曲通道，等效应变约高达11，获得了亚微晶铁素体组织。 4次ECAC挤压后材料的杯状实物(右上)。 ECAC挤压模具的FE模型（左下）。 不同次挤压后材料的真应力-应变曲线(右上)。 抗拉强度(实线)和拉伸延性(虚线)是挤压数量的函数（右下）。 ECAC次数与极限拉深比的关系（左下）。 8次挤压后不同极限拉深比（LDR）的铜杯(LDR为：a Db/Dp = 2.4; b Db/Dp = 2.2; c Db/Dp = 1.9; d Db/Dp = 1.6)，主要是由摩擦引起的破裂。左边为实物图，右边为FE模拟(ABAQUS/Explicit）图。 LDR为最大拉深半径与凸模半径的比。 研究表明，随着挤压次数增加，延伸率的降低有原来的50%减少到10%，而LDR几乎不变。这使得ECAC在超细晶铜板料成形中那个充分挖掘材料的潜力。 LDR值越大越有利于变形。 实验和模拟LDR值如右图。 2° 镁及镁合金板料成形前沿 镁是常用金属结构材料中最轻的一种，是地壳中最丰富的元素之一，约占地壳组成的2.5％，其熔点为651℃，比重仅为1．749／cm3，标准电位为-2.363V，是负电性很强的金属。镁合金主要优点如下： 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)镁合金是非磁性屏蔽材料，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)镁合金加工成形性好，外观质感好，可制作笔记本电脑、照相机外壳； 7)镁合金线收缩率小，尺寸稳定，不易因环境而改变(相对于工程塑料)； 8)材料可100％回收，符合环保要求。 正是基于上述的优点．镁合金已经部分取代锌、铝、铸铁和钢等材料，在3C行业、汽车行业、国防、航空航天以及日常生活用品等方面有着广泛的应用。 目前世界上的镁合金件，以铸造工艺（包括传统的铸造、压铸工艺和新型的半固态铸造等工艺）生产的占80％以上如我国台湾省每年所生产的铸造镁合金笔记本电脑壳体占世界产量的60％，而日本则占30％ ；镁合金在汽车上的应用也逐渐发展：铸造法生产的发动机壳体、仪表盘、车轮等正成为各大知名厂家的首选 。 压力加工方式生产的镁合金零件也开始进入人们