一种轻质镁合金仪器支架产品等温成形方法与流程

本发明涉及一种轻质镁合金仪器支架产品等温成形方法，属于热成形技术领域。

背景技术：

航天器的轻量化，对降低产品的自重提出了迫切的需求，也对构件的复杂程度和性能的要求越来越高。航天器的轻量化需要新型材料和先进成形技术的全面提升做支撑；采用高性能镁合金轻量化材料；采用薄壁、整体、空心、带筋和变截面等轻量化结构，这是实现装备零件轻量化的主要技术途径。

纯镁的密度为1.736g/m³，普通镁合金的密度为1.3-1.9g/m³，最轻的镁合金(mg-li合金)的密度仅为0.95g/m³，约为铝合金的2/3，用镁合金代替铝合金材料，每公斤可减重20％-30％。镁合金具有密度低、比强度和比刚度高、阻尼性能好、电磁屏蔽效果佳、零件尺寸稳定等优异性能，镁合金被誉为“21世纪的绿色工程材料”，在航空航天、汽车、医疗器械以及电器等领域都具有广阔的应用前景，是有效解决航天器轻量化需求的轻质金属材料。作为一种轻质高强度结构的材料，镁合金已广泛应用于航空航天零部件以达到减轻重量的目的。

1934年开始，德国在航空器上采用了许多镁合金部件，如condor飞机用镁合金板材制作发动机的外壳、机身和机翼下的蒙皮，机翼和尾翼之间的过渡流线外罩，油箱及其他壳体，部件的连接采用铆钉或焊接。当时在condor飞机上使用的镁合金总重达650kg，其中镁合金板材的重量有500kg。

镁合金在国防军工方面具有广泛的应用，如穿甲弹用高比强镁合金作弹托材料，应用变形镁合金制造战术航空导弹舱段、副翼蒙皮、壁板、加强框、舵面、隔框等零件，诱饵鱼雷壳体，以及雷达、卫星上用的镁合金的井字梁，相机架和外壳等，重量可与原来塑料壳体相当，而刚度更高。镁合金板材主要应用于壳体、肋板、隔板(框)及箍圈、控制设备箱体及加强肋、发动机进气导管、头锥壳体、外部流线型罩、组合舱门、雷达天线、气动容器装置等。

但镁合金具有密排六方结构，与其他合金相比，结构对称性较低，室温下的变形只限于基面滑移系，变形过程中极易产生变形织构，导致其难于在室温下进行塑性变形。由于镁合金室温成形性能差，性能不易保证，尤其对于力学性能要求高、形状复杂的零件成形更是困难，航天用高性能镁合金成形技术成为航天制造技术提高迫切需要解决的任务。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：为克服现有技术的不足，提供一种轻质镁合金仪器支架产品等温成形方法，有效地解决了镁合金板材成形困难和表面耐蚀性差的技术难题，实现镁合金板材的冲压成形，适应航天器型号轻量化的要求。

本发明的技术解决方案：

一种轻质镁合金仪器支架产品等温成形方法，具体步骤为：

步骤1，模具设计与制造：根据镁合金仪器支架的结构形状和尺寸设计模具，并进行加工制造成上模和下模；

步骤2，板材下料：采用2.0-4.0mm厚的镁合金板材进行等温热成形，按产品结构和尺寸要求进行下料，制成冲压用板料；

步骤3，模具和板料加热：将热成形模具的上模和下模分别安装在等温热成形机的底座和活动油缸上，对模具进行加热，升温速度为60-100℃/h，模具加热温度为150-300℃；

将热成形板料放置于热成形下模具上方，将模具与热成形板料一起加热，加热温度为150-300℃，保温时间8-20min；

步骤4，等温热成形：

保持模具和热成形板料温度恒定，将镁合金仪器支架的上模和下模合模，变形速度为1.0-1.5mm/s，保压时间2-5min；

将上模和下模分离，将成形后的镁合金产品从模具中取出，空冷至室温，获得板厚2.0-4.0mm、圆角半径为4-6mm的镁合金仪器支架成形件；

步骤5，机加工及表面防护：对镁合金仪器支架产品进行机加工和表面防护处理。

步骤1模具设计与制造包括：

镁合金仪器支架模具材料采用5crmnmo，凸模和凹模圆角半径为4-6mm、凸模和凹模之间的间隙为1.05-1.15倍的板厚，上模和下模采用定位销进行定位。

步骤2中镁合金板材的化学成分质量百分比为al：2.5-5.0wt％，zn：0.70-1.30wt％，mn：0.15-0.50wt％，余量为mg、微量元素。

步骤2将2.0-4.0mm厚的镁合金板材按产品的结构形状和尺寸进行下料，工艺缺口大小为6-12mm，工艺槽半径为3-6mm，制成热成形板料。

步骤5中表面防护包括：采用微弧氧化法对镁合金产品的表面进行防护处理，在其内外表面可形成保护膜层，膜层厚度为30-40μm。

镁合金产品的屈服强度不小于140mpa。

镁合金产品抗拉强度不小于240mpa。

镁合金产品延伸率不小于12％。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明通过对镁合金板材成形模具优化设计和采用等温热成形工艺，有效地保证了镁合金材料的成形性能，成功地解决了镁合金板材成形困难的技术难题；通过采用微弧氧化表面处理，提高了产品的耐蚀性能，获得了满足设计要求的镁合金仪器支架产品，保证了型号产品的使用要求。

附图说明

图1为本发明成形工艺过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。

本实施例提供的一种轻质镁合金仪器支架产品等温成形生产方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤1)模具设计与制造：根据镁合金仪器支架的结构形状和尺寸设计模具，并进行加工制造；

步骤2)板材下料：采用2.0-4.0mm厚的镁合金板材进行等温热成形，按产品结构和尺寸要求进行下料，制成冲压用板料；

步骤3)模具和板料加热：对等温热成形模具加热，将成形用板料防置于成形模具中加热；

步骤4)等温热成形：保持模具温度一定，对板料进行等温冲压成形，保压，获得合格的镁合金仪器支架产品；

步骤5)机加工及表面防护：对镁合金仪器支架产品进行机加工和表面防护处理。

其中，步骤1)模具设计与制造：根据镁合金仪器支架的结构形状和尺寸设计模具，并进行加工制造，包括：

镁合金仪器支架模具材料采用5crmnmo，凸模和凹模圆角半径为4-6mm、凸模和凹模之间的间隙为1.05-1.15倍的板厚，上模和下模采用定位销进行定位。

其中，步骤2)板材下料：采用2.0-4.0mm厚的镁合金板材进行等温冲压成形，按产品结构和尺寸要求进行下料，制成冲压用板料，包括：

将2.0-4.0mm厚的镁合金板材按产品的结构形状和尺寸进行下料，工艺缺口大小为6-12mm和工艺槽半径为3-6mm，制成热成形板料；

其中，所述镁合金板材的化学成分质量百分比为al：2.5-5.0wt％，zn：0.70-1.30wt％，mn：0.15-0.50wt％，余量为mg、微量元素及杂质。

其中，步骤3)模具和板料加热：对等温热成形模具加热，将成形用板料防置于成形模具中加热，包括：

将热成形模具的上模和下模分别安装在等温热成形机的底座和活动油缸上，对模具进行加热，升温速度为60-100℃/h，模具加热温度为150-300℃；

将热成形板料放置于热成形下模具上方，将模具与热成形板料一起加热，加热温度为150-300℃，保温时间8-20min；

其中，步骤4)等温热成形：保持模具温度一定，对板料进行等温冲压成形，保压，获得合格的镁合金仪器支架产品，包括：

保持模具和热成形板料温度恒定，利用热成形机将镁合金仪器支架的上模和下模合模，变形速度为1.0-1.5mm/s，保压时间2-5min；

将上模和下模分离，将成形后的镁合金产品从模具中取出，空冷至室温，获得镁合金仪器支架成形件；

其中，所述镁合金成形工件的板厚2.0-4.0mm、圆角半径为4-6mm。

其中，步骤5)机加工及表面防护：对镁合金仪器支架产品进行机加工和表面防护处理，包括：

对镁合金仪器支架成形件产品，按照设计要求进行机加工，满足设计的尺寸要求；

去除产品表面的油污，清洁产品表面；

采用微弧氧化法对高强镁合金产品的表面进行防护处理，在其内外表面可形成保护膜层，膜层厚度为30-40μm；

最后获得满足尺寸和性能要求的镁合金仪器支架产品。

其中，所述镁合金产品的屈服强度不小于140mpa、抗拉强度不小于240mpa、延伸率不小于12％。

本发明通过对镁合金板材成形模具优化设计和采用等温热成形等工艺制度，有效地保证了镁合金材料的成形性能，成功地解决了镁合金板材成形困难的技术难题；通过采用微弧氧化表面处理，提高了产品的耐蚀性能，获得了满足设计要求的镁合金仪器支架产品，保证了型号产品的使用要求。

下面通过实施例具体说明本发明提供的一种轻质镁合金仪器支架产品等温成形生产方法。

实施例1

采用2.0mm厚的镁合金板材产品的结构形状和尺寸进行下料，其化学成分质量百分比为al：2.8wt％，zn：0.90wt％，mn：0.2wt％，余量为mg、微量元素及杂质。

将热形模具加热至200℃，升温速度为70℃/h，将热成形板料放置于热成形下模具上方，将模具与热成形板料一起加热，加热温度为200℃，保温时间10min；

保持模具和热成形板料温度恒定，利用热成形机将镁合金仪器支架的上模和下模合模，变形速度为1.0mm/s，保压时间2min；

将上模和下模分离，将成形后的镁合金产品从模具中取出，空冷至室温，获得镁合金仪器支架成形件；

按照设计要求进行机加工，去除产品表面的油污，清洁产品表面。最后采用微弧氧化法对高强镁合金产品的表面进行防护处理，膜层厚度为35μm。其镁合金仪器支架产品的屈服强度为150mpa、抗拉强度为250mpa、延伸率为13％。

实施例2

采用4.0mm厚的镁合金板材产品的结构形状和尺寸进行下料，其化学成分质量百分比为al：3.1wt％，zn：1.0wt％，mn：0.25wt％，余量为mg、微量元素及杂质。

将热形模具加热至250℃，升温速度为100℃/h，将热成形板料放置于热成形下模具上方，将模具与热成形板料一起加热，加热温度为250℃，保温时间20min；

保持模具和热成形板料温度恒定，利用热成形机将镁合金仪器支架的上模和下模合模，变形速度为1.5mm/s，保压时间5min；

将上模和下模分离，将成形后的镁合金产品从模具中取出，空冷至室温，获得镁合金仪器支架成形件；

按照设计要求进行机加工，去除产品表面的油污，清洁产品表面。最后采用微弧氧化法对高强镁合金产品的表面进行防护处理，膜层厚度为40μm。其镁合金仪器支架产品的屈服强度为145mpa、抗拉强度为248mpa、延伸率为12.5％。

最后应当说明，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而不受上述实施例的限制，其其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。