微特征铝合金半固态流动性能试验研究.pdf

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1、模具技术2010．No．4文章编号：1001—4934(2010)04—0001—04微特征铝合金半固态流动性能试验研究陈金晶，于沪平，赵雅珠(上海交通大学模具CAD国家工程研究中心，上海200030)摘要：为了研究半固态材料在微尺度下的充型能力，设计并加工了锥形槽微型模具。使用ZL101铝合金材料，将径向断面填充面积比作为评价参数，分析模具槽宽尺寸、成形温度对半固态微尺度充型能力的影响。试验表明，在半固态温度区间挤压成形，在流动性上没有出现固态金属所表现出的“尺度效应”。关键词：半固态成形；微型模具；评价参数；尺度效应中图分类号：TG111．2文献标识码：AAbstract：I

2、nordertostudythemicro-scalefillingcapacityofsemi-solidmaterial，akindofmicroV·grooveddieisdesignedandfabricated．TheZL101alloyisselectedastheexperi-mentalmateria1．Theeffectofthewidthofgrooves，formingtemperature，andforceonthemicro—scalefillingcapacityisinvestigatedusingtheinflowingareatosectionr

3、atioasthee—valuationparameter．Theresultshowsthereisnosizeeffectatthesemisolidtemperature．Keywords：semi—solidforming；micro—dies；evaluationparameters；sizeeffect0引言Kurt等人在其2004年发表的一篇论文中提出，可以将半固态技术用于微型零件制造的微成形是指利用材料的塑性变形来生产至应用设想，并将这种新的技术命名为微触变少在二维方向上尺寸处于毫米量级以下零件的成形E4j。在国内，上海交通大学模具CAD国技术。它具有高效、高精度

4、等优点，非常适合微家工程研究中心的课题小组也同步提出把半型产品的低成本大批量制造。但是，由于尺度固态技术引入到微成形领域，并随之展开了效应的影响，微成形技术的发展和应用受到了相关研究，内容包括探讨在微挤压工艺下，成很大的限制[1—2_。形温度、挤压直径、挤压比和工作带等参数对半固态技术起源于20世纪70年代初，半固态金属流动性的影响规律，微挤压过程是一种在液固二相温度区问对材料实施加工中的微观组织变形机理等[引。的技术，也因此兼备了液态和固态金属成形本文设计了锥形槽模具，用模压的方法研的品质特性。目前，半固态技术已经进入了究铝合金材料在微尺度下的半固态流动性能，实用化阶段，尤其是

5、在汽车领域，但把半固态分析槽宽尺寸、成形温度和成形力等参数对半技术应用于微成形领域还是一个全新的课固态微成形性能的影响。题[。在国外，德国卡塞尔大学的Steinhoff．收稿日期：2010—02—25基金项目：国家自然科学基金重点项目(50835002)。作者简介：陈金晶(1985一)，男，硕士研究生。2DieandMouldTechnologyNo．420101试验方法模具装置采用陶瓷加热线圈进行整体加热，使用K型热电隅测温，PID温度控制电路进行温度控制。1．1试验条件表2锥形槽模具系列本试验用的材料为ZL101合金，其化学成编号123分如表1所示。采用上海大学材料学院用DJ

6、MR一000SNF电磁搅拌器生产的直径为妒70mm的棒料，加工成直径4．8mm、厚度5mm的圆柱形坯料。将坯料上、下表面进行抛光处1．3测量与评价方法理，表面粗糙度Ra0．12m。使用水剂石墨润滑图2所示为本试验采用的微型锥形槽模具。剂，在20kN的万能材料试验机上进行试验，模B—B具自行设计，加热部分采用自制的电阻加热线圈加热。a表1ZL101合金的化学成分％I●SiFeCuMnMgCrZnTiNiA1I∞6．990．130．000．000．350．000．000．140．01其余1．2模具装置及加热温控系统模具装置如图1所示。为保证模具的拆卸方便，模具型芯部分采用镶块组合式结

7、构，锥形{配合。配合锥形面采用慢走丝加工，锥形槽模具(图1)采用超高精度机床加工，槽深均为1mm，槽的顶角a分别取为：30。、35。、4O。、45。、图2微型锥形槽模具5O。、55。、6O。、65。和75。，对应的槽口尺寸分别为本试验采用日本NIKON公司生产的光学0．54、0．63、0．73—083、0．93、1．04、1．15、1．27和投影仪测量成形微特征的表面轮廓，测量精度1．53mm为10m。为评价材料在半固态下的微成形性能，又考虑到实际测量的可行性和难度，将径向填充面