板料体积成形的工艺特点与发展趋势

板料体积成形工艺是实现轻量化结构零件制造的有效途径之一。在现有研究工作的基础上,对板料体积成形的工艺特点和发展趋势进行了总结分析。分析结果表明:热成形的引入,能够有效地降低材料变形抗力,从而实现成形力的降低;柔性渐进成形技术和剪应力主导变形模式的设计实现了优化成形质量并降低成形载荷的目的;定制化处理技术,则从坯料定制和表面定制层面入手,通过优化金属流动行为,提升成形效果;此外,多机连线生产模式的引入和应用,促进了新型板料体积成形工艺的发展。在上述工艺方法和生产模式的作用下,板料体积成形零件正逐渐向着复杂化和立体化的方向快速发展。

超声振动对半固态ZL101合金成形微凸台微观组织的影响

在将半固态成形技术应用于板料镦挤成形工艺的基础上,提出超声振动辅助板料镦挤微触变成形复合工艺,并且基于微凸台特征搭建了超声振动辅助板料体积微触变实验装置。通过与无超声振动实验进行对比,研究了超声振动对微凸台微观组织的影响。实验结果表明,施加超声振动会打散固相颗粒的连接,导致在成形过程中变形机制发生变化。同时超声振动可以明显改善凸台顶部的液相偏析缺陷。结合圆环镦粗理论认为微凸台触变成形过程中板料存在分流区,挤压流动占优阶段施加超声振动会导致分流区的范围减小,进而降低微凸台的成形高度。

基于微凸台特征条件下的板料体积微触变成形实验研究

在已有半固态微成形研究的基础上,首次尝试将其应用于板料体积成形工艺,针对目前3C产品微细凸台难成形等问题,提出微触变板料体积成形复合工艺。通过实验研究了各工艺参数对成形微凸台高度的影响,并对工艺应用的适用性进行了探讨。研究表明,在微凸台成形过程中,影响高度因素的排序为:板厚>下压量>成形温度>变形速度。板厚对成形凸台的高度有非常重要的影响,随着板厚的减小,凸台成形高度升高明显,这与宏观固态条件下的板料体积成形规律出现了背离,表现出类似尺度效应的现象,这一现象可以用圆环镦粗结合微成形摩擦尺度效应做很好的解释。在成形微凸台的过程中,外围凸包、顶部凸起以及背面缩孔等缺陷有所减少。

基于定制表面的材料流动控制研究

为解决板料体积成形工艺中因应力应变状态在不同区域的差异化分布易导致材料流动不合理而影响产品质量的问题,提出采用定制表面进行材料流动控制。分别对模具和坯料定制表面展开研究,通过在模具上设置微特征以及在坯料表面进行喷丸处理达到控制材料流动的目的。为分析定制表面控制材料流动的规律及机理,设置不同的微特征结构参数及喷丸工艺参数,基于凸台挤压测试探究了不同形貌的定制表面对材料流动的控制能力及其摩擦学性能。结果表明:喷丸能提高材料的表面粗糙度及表面硬度,从而导致材料流动阻力增大;模具微特征定制表面对材料流动的阻碍效果受到流动路径和模具储料能力的协同影响;对比两种定制表面,模具微特征对材料流动的阻碍作用比坯料喷丸更为显著。