紀(jì)安平

（重慶三峽學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，重慶萬(wàn)州 404100）

合金是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料之一，具有強(qiáng)度高、彈性模量大、散熱性能好和承受沖擊載荷能力特別大、耐腐蝕性能好等特性，是一種環(huán)保材料，廣泛用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面[1].由于具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)的鎂合金材料在室溫下能夠提供塑性變形的獨(dú)立滑移系較少，所以在室溫下材料的成型性能較差，這種特性降低了鎂合金被加工的能力，縮小了鎂合金的應(yīng)用范圍.而且鎂合金薄板還具有很強(qiáng)的基面纖維織構(gòu)或基面板織構(gòu)，由于這類織構(gòu)的形成會(huì)使得鎂合金室溫時(shí)材料特性為明顯的各向異性，這種特性對(duì)鎂合金薄板成型的力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生重要的影響，使得鎂合金的拉壓呈現(xiàn)出不對(duì)稱性，從而加大了鎂合金的成型難度，所以研究鎂合金薄板在室溫下成型工藝過(guò)程中的特性具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用意義[2].AZ31B鎂合金 I型材的成型過(guò)程復(fù)雜，彎曲程度不同，壓力分布與應(yīng)力狀態(tài)也不同，其加強(qiáng)筋主要承力部分，它的成型好壞對(duì)成型對(duì)整體的質(zhì)量也有著重要的影響，本文利用有限元方法對(duì)I型材的過(guò)程進(jìn)行仿真分析，對(duì)工程實(shí)際有較大的指導(dǎo)意義.

1 AZ31B鎂合金I型材彎曲成型基本原理

1.1 I型材彎曲成型基本原理

I型材成型的基本原理是利用三點(diǎn)彎圓成型的原理，利用專用壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)沖頭對(duì)型材間歇式?jīng)_壓，每次壓下量逐漸增大，沖頭加載的歷程為間歇式加載，當(dāng)沖頭在加載中間歇時(shí)，型材應(yīng)力部分釋放，發(fā)生回彈，部分彎曲，沖頭多次加載，工件多次彎曲成型，使型材最終達(dá)到要求彎曲程度.其彎曲成型過(guò)程如圖1所示.

圖1 彎曲成型原理

2 AZ31B鎂合金I型材彎曲成型過(guò)程數(shù)值分析

2.1 數(shù)值研究對(duì)象規(guī)格

本文研究 I型材的材料為底板為 3 mm厚的AZ31B鎂合金，其規(guī)格如表2所示.利用著名有限元分析工具M(jìn)sc.marc對(duì)I型材成型過(guò)程仿真分析，通過(guò)對(duì)不同規(guī)格產(chǎn)品的成型過(guò)程仿真分析，分析成型過(guò)程的成型規(guī)律，指導(dǎo)工程實(shí)踐.

表2 AZ31B材料的I型材規(guī)格

2.2 I型材彎曲應(yīng)變分布

圖2給出了I型材彎曲成型過(guò)程分析的塑性應(yīng)變?cè)茍D，所取型材規(guī)格為3×24號(hào)型材，該圖表示的是在彎曲過(guò)程結(jié)束后鎂合金型材塑性應(yīng)變情況.由于模型的對(duì)稱性，分析模型取其對(duì)稱一半來(lái)分析.從圖中可以看出最大應(yīng)變發(fā)生在模具接觸位置，而且僅在加強(qiáng)筋部分發(fā)生了塑性變形，底板處于彈性變形階段，即彎曲型材成型后保留很大的殘余應(yīng)力，彎曲后型材的幾何形狀主要取決于塑性變形.

圖2 I型材彎曲等效塑性應(yīng)變?cè)茍D

2.3 I型材彎曲成型回彈分析

對(duì)三種規(guī)格型材的成型結(jié)果進(jìn)行分析，取底板底部對(duì)稱截面中間點(diǎn)為參考點(diǎn)，研究其成型過(guò)程的位移變化如圖3所示.該圖表明了在成型過(guò)程中，規(guī)格為3×24號(hào)型材成型過(guò)程中回彈最為劇烈，而其他兩種回彈較小.同時(shí)在增量步180處表明了，在壓頭完全脫離型材后，規(guī)格為6×24號(hào)型材的回彈量最大，說(shuō)明在彎曲過(guò)程中回彈量并未表現(xiàn)完全.該圖還表明了增加加強(qiáng)筋的厚度或者高度可以減小回彈量.

圖3 三種規(guī)格I型材的對(duì)稱中點(diǎn)位移

同上對(duì)三種規(guī)格型材的成型結(jié)果進(jìn)行分析，取底板底部對(duì)稱截面中間點(diǎn)為參考點(diǎn)，變化研究三種規(guī)格型材成型過(guò)程中的弧高值與壓頭壓下量之間的關(guān)系可表示成圖4.該圖表明壓下量與弧高值成線性關(guān)系，這說(shuō)明整個(gè)成型過(guò)程彈性變形占變形中的主要部分，塑性變形部分較少，塑性變形體現(xiàn)加強(qiáng)筋條的變形上.同時(shí)該圖表明成型過(guò)程中，弧高值變化量與加強(qiáng)筋的高度和厚度成正比，加強(qiáng)筋的高度和厚度的提高有利于弧高值提高.

圖4 三種規(guī)格I型材的弧高值與壓下量關(guān)系

2.4 I型材彎曲成型翹曲分析

I型材成型質(zhì)量的好壞很大程度表現(xiàn)在底板在成型過(guò)程中的翹曲程度，對(duì)三種規(guī)格型材成型結(jié)果進(jìn)行分析，以對(duì)稱截面底部邊緣點(diǎn)的位移量為研究對(duì)象，所有點(diǎn)位移形成的曲線就是型材橫截面的幾何形狀.三種規(guī)格橫截面外形比較如圖5，該圖表明了規(guī)格為3×24號(hào)型材成型橫截面直線度最好，所以加強(qiáng)筋的高度和厚度增大都會(huì)使底板部分翹曲現(xiàn)象增大.

圖5 三種規(guī)格I型材的橫截面外形

3 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)AZ31B鎂合金I型材彎曲成型過(guò)程數(shù)值分析，得出了以下結(jié)論：

（1）I型材彎曲成型彈性變形占主要部分，塑性變形集中在加強(qiáng)筋部分；

（2）I型材彎曲成型過(guò)程中回彈現(xiàn)象與加強(qiáng)筋的厚度和高度有關(guān)系，提高厚度和高度可以減小回彈；

（3）I型材彎曲成型的加強(qiáng)筋的高度和厚度的提高有利于弧高值提高；

（4）I型材彎曲成型的結(jié)構(gòu)件橫截面外形成型質(zhì)量高低與強(qiáng)筋的高度和厚度有關(guān)，強(qiáng)筋的高度和厚度增大都會(huì)使底板部分翹曲現(xiàn)象增大.

[1]Mchael M, Avedesianm, Hugh baker. Magnesium and Mag-nesium Alloy [M].ASM Specialty Handbook.

[2]廖龍歡，趙丁藏，江媛媛，等.AZ31B鎂合金薄板室溫拉壓不對(duì)稱性能研究[J].熱加工工藝，2012（22）：78-80.

[3]徐義.合金型材彎曲變形過(guò)程數(shù)值模擬研究[D].湖南：湖南大學(xué)，2008.

[4]陳林，汪凌云，盧志文.AZ31B鎂合金板材沖壓成形性能研究[J].輕合金加工技術(shù)，2006（1）：35-38，58.

[5]劉智勇，蔣顯全，穆鋒，等.AZ31鎂合金塑性加工研究進(jìn)展[J].輕金屬，2008（12）：60-64.