基本信息
- 項目名稱：
- AZ21B鎂合金擠壓工藝探究與實踐
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 鎂合金被廣泛應用于汽車、航空電子及工業(yè)中的各種結構件，本課題以AZ21B鎂合金成形電池殼為載體進行研究，設計出一套能廣泛應用的模具及成形工藝方案，可以用于指導生產(chǎn)這些構件的鎂合金擠壓制品。我們所設計的模具還具有通用模架，生產(chǎn)不同的擠壓件只需根據(jù)需要更換凸凹模、并改變工藝參數(shù)即可，大大縮短模具設計周期、降低成本，而且此模具是在滿足熱反擠壓條件下，綜合分析熱效率及生產(chǎn)效率而設計的，具有廣泛的應用前景。
- 詳細介紹：
- 1.1研究目的： 鎂的比重為1.74g/cm3，只有鋁的2/3，鈦的2/5，鋼的1/4；鎂合金比鋁合金輕36%，比鋅合金輕73%，比鋼輕77%。是最輕的金屬結構材料，已成為世界最令人矚目的綠色環(huán)保工程材料，具有廣闊的應用前景。但是鎂是密排六方結構,室溫下塑性差，很難進行塑性成形。近幾年來，國內、外對鎂合金及其成形方法的研究投入越來越多。而我國現(xiàn)階段對鎂合金的研究還十分薄弱，特別是AZ21B鎂合金的研究還是一片空白，我們希望通過本課題的研究來填補這一片空白。 本課題主要探究AZ21B鎂合金反擠壓工藝如何成形外徑14.1±0.2、 壁厚為0.3 、高為48.0±0.5、底厚為 0.6鎂合金電池外殼。按傳統(tǒng)反擠壓(冷擠壓)工藝得不到的理想的鎂合金制件(如電池外殼)，因為鎂是密排六方結構,塑性差，在冷環(huán)境下很難成型，如果成型出來，制品表面也是不光潔的。我們通過對鎂合金材料性能、模具結構、加工條件等的探究并進行實驗分析，進而獲得一較理想的熱反擠壓模具及其成形工藝方案。 1.2 基本思路： 在鎂合金制品的表面質量與品質得到較大的提高的前提下，設計出一套能廣泛應用的模具，通過對鎂合金材料性能、模具結構、加工條件等的探究并進行實驗分析，進而獲得理想的工藝方案。具體方案如下：設計鎂合金熱擠壓模具，并在不同的工藝條件下進行鎂合金電池殼的熱擠壓實驗從而獲得生產(chǎn)條件下的加熱方案及相關裝置設計。 2、 創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標 2.1 創(chuàng)新點 （1）設計一種鎂電池殼等溫反擠壓模具結構； （2）通過一系列工藝設計方案實驗獲得擠壓力與溫度的工藝參數(shù)，并獲得最佳擠壓工藝條件。 （3）通過實驗及理論計算，綜合分析不同方案的熱效率、生產(chǎn)效率及效益，從而設計出一套與所設計模具相配套的理想工藝方案。 2.2 技術關鍵 技術關鍵主要在于工藝參數(shù)的控制，主要有以下幾點： （1）凸凹模間隙要均勻； （2）準確控制試驗加熱溫度； （3）坯料及模具的加熱和保溫方式。 （4）嚴格控制外界干擾因素對設計工藝方案的影響； 2.3 主要技術指標 本作品設計主要分兩步，第一、模具結構設計；第二、工藝參數(shù)的設計。因此主要技術指標有以下幾點： (1)模具適用于：平面尺寸10mm～30mm的擠壓件； (2)模具溫度調節(jié)范圍：室溫～400℃，溫控誤差±10℃； (3)模具許用行程速度：60～120次/分； (4)全套工藝裝置穩(wěn)態(tài)加熱能耗：＜1KW?h 3、 作品的科學性和先進性 3.1 作品的科學性 3.1.1 模具設計 在鎂合金制品的表面質量與品質得到較大的提高的前提下，我們設計出一套能廣泛應用的模具，且此模具是在滿足熱反擠壓條件下，綜合分析熱效率及生產(chǎn)效率而設計的。模具結構圖如圖（1）所示： 圖（1） 熱反擠壓模具 3.1.2 性能及工藝探究 本課題是以AZ21B鎂合金制作干電池殼為載體來研究，其外徑14.1±0.2mm、 壁厚為0.3mm 、高為48.0±0.5mm、底厚為 0.6mm。而目前我國現(xiàn)階段對AZ21B的研究還是一片空白，并沒有現(xiàn)成的AZ21B的性能數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)。所以我們通過對AZ21B鎂合金板材的有關基本性能測試（相關資料見附錄1）與沖剪工藝（相關資料見附錄2）、反擠壓工藝的實驗探究（相關資料見附錄3），了解其塑性變形行為，進而獲得一較理想的電池殼熱反擠壓工藝方案。 3.1.3技術性分析說明 由擠壓力——溫度工藝關系可知隨著擠壓溫度的提高擠壓力下降?？刂撇煌墓に噮?shù)間的關系：在一定的實驗條件下，如特定的擠壓設備中使用，在設備的擠壓速度一定的條件下，在不同的加熱溫度下，可得到不同的擠壓力。測得某溫度下的擠壓極限值，從而獲得最佳擠壓工藝參數(shù)。即鎂合金在三向擠壓應力下的最佳塑性變形參數(shù) 。 3.2 作品的先進性 3.2.1 模具及性能特點 在熟悉工藝的前提下，我們設計出AZ21B鎂合金熱反擠壓成形電池殼模具，且此模具具有通用模架。有了通用模架，以后的擠壓模具的設計周期將縮短一半以上，只需要考慮工作部件，更換凸凹模即可。其模具及性能特點分別如下： 模具特點： （1）在一定的尺寸(不論圓形、非圓形；大?。桓叨瓤勺?范圍內，可以任意更換擠壓凹模、凸模； （2）可以根據(jù)需要變換卸料和頂出工作零件； （3）保證適合一定工作行程的要求； （4）模溫控制裝置通用； （5）模架等結構零件不必更換。 性能特點： （1） 加熱效率高、節(jié)能； （2） 溫度控制準確、可視； （3） 更換零件方便、安裝穩(wěn)定可靠、定位精度高。 3.2.2工藝技術特點和優(yōu)勢 與傳統(tǒng)的鋁，鋅擠壓電池殼相比，鎂合金電池殼更具優(yōu)勢，適應時代的發(fā)展，在未來更能大量節(jié)約成本！鎂從資源角度來說供應充足，在未來結構材料發(fā)展中將承擔更重要角色！ 作為電池殼體材料，鎂合金符合電池殼材料要求，而且能大大降低電池的制造費用，因為鎂合金的密度為2.8，是輕量化結構性金屬材料，是電池殼體的理想化材料和發(fā)展方向。但是鎂合金薄板的加工難度高，目前在世界上還沒有工業(yè)化生產(chǎn)。本課題的優(yōu)勢在于以AZ21B鎂合金成形電池殼為載體設計出一套能廣泛應用的反擠壓模具，并進行優(yōu)化實驗，設計一系列實驗方案以獲得有研究意義的AZ21B鎂合金的最佳塑性成形工藝方案。有效解決了AZ21B鎂合金擠壓成形電池殼工藝中的成形難、熱效率和生產(chǎn)效率低等問題，稍做改進即可投入實踐進行大量生產(chǎn)。 4、 研究成果 （1） 目前我們已經(jīng)把對AZ21B鎂合金熱態(tài)拉伸所做實驗寫成論文，論文已發(fā)表在《輕合金加工技術》。該性能測試為今后的工藝設計提供可靠的科學依據(jù)。 (論文見附件1) （2） 對AZ21B鎂合金沖剪工藝實驗結論已經(jīng)查新，目前國內尚無此項研究，只有國外有少數(shù)類似研究項目。 （科技查新報告見附錄4） （3） 申請發(fā)明專利《鎂合金冷態(tài)精切工藝參數(shù)》，專利申請?zhí)?：201110048899.0 。 （專利申請受理通知書見附件2） （4） 設計出一副能廣泛應用的反擠壓模具及其工藝方案。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 作品設計發(fā)明的目的： 我國是鎂資源大國，鎂合金室溫下塑性差，很難進行塑性成形，使鎂產(chǎn)業(yè)得不到發(fā)展。本課題以AZ21B鎂合金成形干電池殼為載體，對鎂合金材料性能、模具結構、加工條件等進行探究并進行實驗分析，進而獲得一較理想的熱反擠壓模具及其成形工藝方案，使鎂資源得到更為廣泛的應用。 基本思路：在鎂合金制品的品質得到較大的提高的前提下，設計出一套能廣泛應用的模具，通過對鎂合金材料性能、模具結構、加工條件等的探究并進行實驗分析，進而獲得理想的工藝方案。 創(chuàng)新點： （1）設計一種鎂電池殼等溫反擠壓模具； （2）通過一系列工藝設計方案實驗獲得擠壓力與溫度的工藝參數(shù)，并獲得最佳擠壓工藝條件。 （3）通過實驗及理論計算，綜合分析不同方案的熱效率、生產(chǎn)效率及效益，從而設計出一套與所設計模具相配套的理想工藝方案。 技術關鍵： 技術關鍵主要在于工藝參數(shù)的控制，主要有以下幾點： （1）凸凹模間隙要均勻； （2）準確控制試驗加熱溫度； （3）坯料及模具的加熱和保溫方式。 （4）嚴格控制外界干擾因素對設計工藝方案的影響； 主要技術指標： 本作品設計主要分兩步，第一、模具結構設計；第二、工藝參數(shù)的設計。因此主要技術指標有以下幾點： (1)模具適用于：平面尺寸10mm～30mm的擠壓件； (2)模具溫度調節(jié)范圍：室溫～400℃，溫控誤差±10℃； (3)模具許用行程速度：60～120次/分； (4)全套工藝裝置穩(wěn)態(tài)加熱能耗：＜1KW?h
科學性、先進性
- 科學性與先進性： 鎂是密排六方結構,室溫下塑性差，很難進行塑性成形,而且通過查新我們發(fā)現(xiàn)，目前沒有現(xiàn)成的AZ21B鎂合金的性能數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)。所以我們通過對AZ21B鎂合金板材的有關基本性能測試與沖剪工藝、反擠壓工藝的實驗探究，了解其塑性變形行為，進而獲得AZ21B鎂合金的基本性能數(shù)據(jù)和一種可實施的AZ21B的塑性加工方法及工藝控制參數(shù)。 本作品所采用的技術方案是：通過隔熱板對模框里面進行保溫，則進行更換凸凹模和一些頂出裝置就不用對凹模重新加熱。利用加熱原件進行熱傳遞便于模具更換操作方便，熱傳遞接觸面充分加熱效率高、節(jié)能，利用?？蚣皽乜匮b置能夠使溫度控制準確、可視；采用階梯形裝配提高各部件的配合精度，利用鑲快提高模具剛度且利用凹模壓板固定提高凹模的位置精度和穩(wěn)定性。這樣當我們需要生產(chǎn)不同擠壓產(chǎn)品只需更換凸凹模和一些頂出原件而不需要改變?？蚣訜嵫b置和一些結構件（鑲塊、?？虻龋┒_到我們提高生產(chǎn)效率降低成本的目的。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明： 本作品通過通用模架在一定的尺寸范圍內，可以任意更換擠壓凹模、凸模；保證適合一定工作行程的要求；模溫控制裝置通用；模架等結構零件不必更換。 技術特點和優(yōu)勢： 作為電池殼體材料，鎂合金符合電池殼材料要求，而且能大大降低電池的制造費用。但是鎂合金薄板的加工難度高，目前在世界上還沒有工業(yè)化生產(chǎn)。本課題的優(yōu)勢在于以AZ21B鎂合金成形電池殼為載體設計出一套能廣泛應用的反擠壓模具，獲得AZ21B鎂合金的最佳塑性成形工藝方案。有效解決了AZ21B鎂合金擠壓成形電池殼工藝中的成形難、熱效率和生產(chǎn)效率低等問題，稍做改進即可投入實踐進行大量生產(chǎn)。 適用范圍和推廣前景： 鎂合金可以廣泛應用于汽車零部件產(chǎn)品，以及筆記本電腦外殼和手機外殼、航空航天電子以及工業(yè)、渦輪噴氣發(fā)動機機罩、衛(wèi)星零部件、噴氣發(fā)動機傳動齒輪箱等各種結構件。根據(jù)所需要的產(chǎn)品利用AZ21B鎂合金擠壓工藝成形方法和工藝參數(shù)設置，達到縮短模具設計周期、節(jié)約材料和能源、降低成本提高產(chǎn)品質量，具有廣泛的應用前景。
同類課題研究水平概述
- 通過查新我們了解到，目前國內對鎂合金的研究還不是很深入，與鎂合金相關的塑性成形工藝方案及模具并不成熟，還處于起步階段。國外對此的研究也是從20世紀80年代以來鎂日益受到重視而開始的，技術也還不是很成熟。
