CN108787843B

CN108787843B - 一种提升铝合金板料拉深成形极限的方法及铝合金毛坯料

Info

Publication number: CN108787843B
Application number: CN201810569880.2A
Authority: CN
Inventors: 王燕齐; 程永奇; 张鹏; 罗干; 张珂诚; 李鹏斌
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2038-06-05
Also published as: CN108787843A

Abstract

本发明涉及一种提升铝合金板料拉深成形极限的方法。所述方法包括如下步骤：S1：在铝合金板料朝上放置表面粘接橡胶层；所述橡胶层为丁腈橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶或天然橡胶，所述橡胶层的厚度不小于0.8mm；S2：在铝合金板料上涂覆润滑剂，进行拉深即得铝合金杯形件。本发明提供的提升铝合金板料拉深成形极限的方法利用特定的橡胶层和润滑剂的配合作用来增加铝合金板料和凸模之间的摩擦力，减小了铝合金杯形件圆角部位的拉应力，降低其应变，从而减小拉深凸模处材料的减薄率以及制耳率，大大降低了破裂风险及提升成形质量，从而提高铝合金板材的单工序状态下的拉深成形性能。

Description

一种提升铝合金板料拉深成形极限的方法及铝合金毛坯料

技术领域

本发明属于铝合金板料拉深成形技术领域，具体涉及一种提升铝合金板料拉深成形极限的方法及铝合金毛坯料。

背景技术

随着全球生态环境污染以及能源短缺等危机日益严重，节能减排正成为全球汽车行业的大趋势，以铝合金为代表的轻质高强材料代替传统的钢质车身的汽车材料轻量化，降低了车身无效重量，可以减少因无效重量造成的能源消耗，正成为节能减排的重要一环。

铝合金因比强高、密度小、耐蚀性强、可循环回收等优点，正逐渐取代钢结构车身，广泛地应用于汽车领域中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中铝合金板料的成形极限受到限制的缺陷和不足，提供一种提升铝合金板料拉深成形极限的方法。本发明提供的方法利用特定的橡胶层和润滑剂的配合作用来增加摩擦，减小了铝合金杯形件圆角部位的拉应力，降低其应变，从而减小拉深凸模处材料的减薄率以及制耳率，大大降低了破裂风险及提升成形质量，从而提高铝合金板材的单工序状态下的拉深成形性能。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种提升铝合金板料拉深成形极限的方法，包括如下步骤：

S1：在铝合金板料朝上放置的表面粘接橡胶层；所述橡胶层为丁腈橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶或天然橡胶，所述橡胶层的厚度不小于0.8mm；

S2：在铝合金板料上涂覆润滑剂，进行拉深即得铝合金杯形件。

常规的拉深工艺是将铝合金板料放置于拉深成形模具中的压边圈中心位置，然后在铝合金板料的上下两面涂覆润滑油，进行拉深。

本发明提供的提升铝合金板料拉深成形极限的方法利用特定的橡胶层和润滑剂的配合作用来增加铝合金板料和凸模之间的摩擦力，减小了铝合金杯形件圆角部位的拉应力，降低其应变，从而减小拉深凸模处材料的减薄率以及制耳率，大大降低了破裂风险及提升成形质量，从而提高铝合金板材的单工序状态下的拉深成形性能。

应当理解的是，橡胶层的最大厚度应不大于凸凹模间隙的厚度。

其中，橡胶的增摩性能和相对应的厚度指标是影响拉深成形极限提升效果的关键因素，丁腈橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶或天然橡胶等橡胶的优良的增摩擦性能性能可提供适合的摩擦力，而其耐高低温、耐老化、易粘接等性能又可大大扩大该工艺的使用场景，大大提升拉深极限性能。而橡胶厚度太薄，容易导致拉深过程中成形力过大使得橡胶破裂失去增摩效果；而受到凸凹模间隙限定，如橡胶厚度大于凸凹模间隙，过厚容易造成杯形件流动困难，造成拉深破裂，使得拉深成形效果反而降低，通过选取恰当的橡胶种类和根据拉深成形模具选取恰当的橡胶种类和厚度，最大可将拉深成形极限提升21％。

应当理解的是，润滑剂涂覆在凹模与板料之间以及板料与压边圈之间，其中板料与凸模接触的拉深部位不进行润滑。

优选地，所述橡胶层为丁腈橡胶。

优选地，所述橡胶层的厚度为0.8～2mm。

更为优选地，所述橡胶层的厚度为1mm。

为得到铝合金杯形件，所述铝合金板料为圆形，所述橡胶层为橡胶层垫圈，所述橡胶层垫圈的内径小于凸模的直径；所述橡胶层垫圈的外径大于凸模的直径；所述橡胶层的中心与所述凸模的中心重合。

优选地，所述橡胶层垫圈的内径为：

D_内径＝D_凸模直径-(0.5～4)r_{凸模圆角半径}；

所述橡胶层垫圈的外径为：

D_外径＝D_凸模直径+(0.5～4)r_{凸模圆角半径}。

更为优选地，所述橡胶层垫圈的内径为：

D_内径＝D_凸模直径-2r_{凸模圆角半径}；

所述橡胶层垫圈的外径为：

D_外径＝D_凸模直径+2r_{凸模圆角半径}。

橡胶层的内径为凸模直径减去两倍凸模圆角半径，外径为凸模直径加上两倍凸模圆角半径时，既可实现更好的拉深极限提升效果，又可节约橡胶层成本。

优选地，所述橡胶层通过粘接剂粘接在所述铝合金板料上。

为了提供更好的粘接力，及便于后续的剥离和避免残留，优选地，所述粘接剂为胶水、瞬干胶、AB胶或环氧树脂胶。

优选地，所述粘接剂为502胶水。

优选地，所述橡胶层通过粘接剂粘接在所述铝合金板料上后，还包括压紧步骤。

更为优选地，所述压紧步骤为：利用质量大于5kg的重物压紧粘接处。

优选地，所述润滑油为聚四氟乙烯润滑剂、润滑油、润滑脂、二硫化钼或石墨润滑剂。

更为优选地，所述润滑油为聚四氟乙烯润滑剂；所述聚四氟乙烯润滑剂为薄膜润滑剂，优点是不与产品粘结，润滑剂易从成品中去除。

选用聚四氟乙烯润滑剂，可避免润滑油流入到橡胶层与铝合金板料之间。

优选地，所述薄膜的厚度为0.5mm，摩擦系数为0.04。

优选地，S2中所述拉深的条件为：凸模拉深速度为50～400mm/min的成形速度，拉深的单位压边力为2.5～3.5Mpa。

更为优选地，所述凸模拉深速度为200mm/min。

本发明还请求保护一种铝合金毛坯料，所述铝合金毛坯料通过上述方法制备得到。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的方法利用特定的橡胶层和润滑剂的配合作用来增加摩擦，减小了铝合金板料边角的拉应力，降低其应变，从而减小拉深凸模处材料的减薄率以及制耳率，大大降低了破裂风险及提升成形质量，从而提高铝合金板材的单工序状态下的拉深成形性能。

附图说明

图1为实施例1提供的拉深示意图；

图2为实施例1提供的拉深模具示意图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

实施例1

一种提升铝合金板料拉深成形极限的工艺方法，包括如下步骤(如图1和图2)：

在铝合金板料成形极限内根据拉深凹模和压边圈尺寸大小，通过压力机冲裁或者线切割机床加工出圆形拉深板材。

6061铝合金由如下质量分数的组分组成：镁1.0％、硅0.6％、铁0.7％、铜0.2％、铬0.25％、钛0.15％，其余为铝。后续实施例和对比例均以该铝合金进行拉深极限提升和测试。

将厚度为1mm圆环橡胶垫圈(丁腈橡胶)通过粘接剂(502胶水)粘接与待拉深的圆形板料中心表面，粘接完毕后用立即用重物(质量大于5kg)紧紧压紧粘接处，续重时间大于2min。其中，所述铝合金板的厚度为1.2mm；所述橡胶层为橡胶层垫圈，所述凸模直径(D_p)为50mm，凸模圆角半径为6mm，所述橡胶层垫圈的内径为38mm，外径为62mm，此实施例橡胶宽度为12mm。

将薄膜润滑剂聚四氟乙烯制成与板料大小一致的圆形薄膜，并将其中一片薄膜中心处掏空出与拉深凸模直径大小一致的中心圆。

将未掏孔的聚四氟乙烯薄膜放置于凹模与板料接触侧，将掏空过的薄膜置于板料与压边圈一侧。

在凸模拉深速度为200mm/min，拉深的单位压边力为3MPa的成形条件下进行杯形件拉深成形。

拉深极限通过国家标准GB/T 15825.3-2008进行测试，具体如下：通过逐级增加板料的直径，获得在该润滑条件下，能拉深成杯体的最大试样直径，所述最大试样直径的计算公式如下式所示。

符号说明：

D₀″—当某一级试样的破裂个数小于3，而直径增大一级后，试样破裂的个数等于或大于4,此时试样直径记录为D₀″

X—当D_o＝D₀″时，一组试样中破裂的试样个数，X<3

Y—当D_o＝(D₀″)_i+1时，一组试样中破裂的试样个数，4<Y<6

ΔD₀—相邻两级试样直径的尺寸级差

Z—当D_o＝(D₀″)_i+1未破裂的试样个数，Z≤2

D₀—试样直径

测试结果如下表1。

表1拉深极限测试结果

经计算，(D₀)max＝115mm，其中D_p为凸模直径(50mm)。

根据极限拉深比(LDR)的计算公式可得：

LDR＝(D₀)max/D_p＝2.3。

实施例2

一种提升铝合金板料拉深成形极限的工艺方法，包括如下步骤：

将厚度为0.8mm圆环橡胶垫圈(氯丁橡胶)通过粘接剂(环氧树脂胶)粘接在待拉深的圆形板料中心表面，粘接完毕后用立即用重物(大于5KG)紧紧压紧粘接处，续重时间大于2min，所述铝合金板的厚度为2mm。所述橡胶层为橡胶层垫圈，所述铝合金板的厚度为1.2mm；所述凸模直径(D_p)为50mm，凸模圆角半径为6mm，所述橡胶层垫圈的内径为38mm，外径为62mm，此实施例橡胶宽度为12mm。将薄膜润滑剂聚四氟乙烯制成与板料大小一致的圆形薄膜，并将其中一片薄膜中心处掏空出与拉深凸模直径大小一致的中心圆。

应当理解的是，橡胶层垫圈的内径为26～47mm，外径为53～74mm，也可取得本实施例相同的效果，在此不再赘述。

在凸模拉深速度为200mm/min，拉深的单位压边力为2.5MPa的成形条件下进行杯形件拉深成形。

测试结果如下表2。

表2拉深极限测试结果

经计算，(D₀)max＝112.5mm，其中D_p为凸模直径(50mm)。

根据极限拉深比的计算公式可得：

LDR＝(D₀)max/D_p＝2.25。

实施例3

将厚度为2mm圆环橡胶垫圈(天然橡胶)通过粘接剂(AB胶)粘接与待拉深的圆形板料中心表面，粘接完毕后用立即用重物(大于5KG)紧紧压紧粘接处，续重时间大于2min，所述铝合金板的厚度为1.2mm。所述橡胶层为橡胶层垫圈，所述铝合金板的厚度为1.2mm；所述橡胶层为橡胶层垫圈，所述凸模直径(D_p)为50mm，凸模圆角半径为6mm，所述橡胶层垫圈的内径为38mm，外径为62mm，此实施例橡胶宽度为12mm。

测试结果如下表3。

表3拉深极限测试结果

经计算，(D₀)max＝115mm。

根据极限拉深比的计算公式可得：

LDR＝(D₀)max/D_p＝2.3。

实施例4

将厚度为1mm圆环橡胶垫圈(丁腈橡胶)通过粘接剂粘接与待拉深的圆形板料中心表面，粘接完毕后用立即用重物(质量大于5kg)紧紧压紧粘接处，续重时间大于2min，所述铝合金板的厚度为1.2mm。所述橡胶层为橡胶层垫圈，所述铝合金板的厚度为1.2mm；所述橡胶层为橡胶层垫圈，所述凸模直径(D_p)为50mm，凸模圆角半径为6mm，所述橡胶层垫圈的内径为38mm，外径为62mm，此实施例橡胶宽度为12mm。

将石墨固体润滑剂均匀涂抹在板料与压边圈，板料与凹模接触面之间，且依然保证凸模与板料接触部位不润滑。

测试结果如下表4。

表4拉深极限测试结果

经计算，(D₀)max＝98.75mm，其中D_p为凸模直径(50mm)。

根据极限拉深比的计算公式可得：

LDR＝(D₀)max/D_p＝1.975。

对比例1

本对比例提供的方法除不粘接橡胶垫圈以及润滑条件由聚四氟乙烯改为油润滑以外，其余操作和条件均与实施例1一致，作为空白实验。

测试结果如下表5。

表5拉深极限测试结果

(D_油)max＝95mm

根据极限拉深比的计算公式可得：

LDR＝(D_油)max/D_p＝1.9。

由实验结果可知，聚四氟乙烯加橡胶强制润滑工艺与油润滑条件下未粘接橡胶工艺与相比可以将板料的极限拉深比提高约21％。

对比例2

本对比例提供的方法除橡胶垫圈选用聚氨酯垫圈以外，其余操作和条件均与实施例1一致。

测试结果如下表6。

表6拉深极限测试结果

(D_油)max＝96.25mm

根据极限拉深比的计算公式可得：

LDR＝(D_油)max/D_p＝1.925。

从上述结果可知，聚氨酯垫片的提升板料成形极限的效果远不如丁腈橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶或天然橡胶。

对比例3

本对比例提供的方法除橡胶垫圈选用0.5mm丁腈橡胶以外，其余操作和条件均与实施例1一致。

测试结果如下表7。

表7拉深极限测试结果

(D_油)max＝94.75mm，其中D_p为凸模直径(50mm)。

根据极限拉深比的计算公式可得：

LDR＝(D_油)max/D_p＝1.895。

表8为各实施例和对比例的极限拉伸比的提升情况。

表8极限拉伸比的提升情况

测试结果	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1	对比例2	对比例3
								D<sub>0MAX</sub>	115	112.5	115	98.75	95	96.25	94.75
LDR	2.3	2.25	2.3	1.975	1.9	1.925	1.895
								极限提升率	21％	18.4％	21％	3.9％	参照	1.3％	-0.2％

从表8以及实例1，2，3对比可知橡胶层厚度在0.8～2mm厚度时对提升板料成形极限效果较好，橡胶层的厚度对板料成形极限的提升起重要影响作用，从对比例3可知橡胶层如果较薄容易在成形过程中破裂，失去限制凸模圆角材料流动的作用，未能起到提升板料成形极限的作用；而如果较厚则会造成杯形件流过凹模的阻力增大，使得破裂趋势增加，而在0.8～2mm范围的厚度内成形极限的提升效果明显。

从实施例4可知，与实施例1和对比例1相比较，可知不同种类的润滑剂对提升成形极限的效果不同，石墨的润滑效果小于聚四氟乙烯而大于油润滑。

从对比例2可知不同类型的橡胶对提升板料成形极限的效果不一，聚氨酯垫片的提升板料成形极限的效果不如丁腈橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶或天然橡胶。

Claims

1.一种提升铝合金板料拉深成形极限的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S2：在铝合金板料上涂覆润滑剂，将铝合金板料放在压边圈上使其粘接有橡胶层的一面与凹模相对后进行拉深即得铝合金杯形件；

所述铝合金板料为圆形，所述橡胶层为橡胶层垫圈，所述橡胶层垫圈的内径小于凸模的直径；所述橡胶层垫圈的外径大于凸模的直径，所述橡胶层的中心与所述凸模的中心重合。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述橡胶层的厚度为0.8～2mm。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述橡胶层通过粘接剂粘接在所述铝合金板料上。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述粘接剂为胶水。

5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述橡胶层通过粘接剂粘接在所述铝合金板料上后，还包括压紧步骤。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述润滑剂为聚四氟乙烯润滑剂、润滑油、润滑脂、二硫化钼或石墨润滑剂。

7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，S2中所述拉深的条件为：凸模拉深速度为50～400mm/min，拉深的单位压边力为2.5～3.5Mpa。

8.一种铝合金毛坯料，其特征在于，所述铝合金毛坯料通过权利要求1～7任一所述的方法制备得到。