不銹鋼板成形分析及防止拉深缺陷的對策

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不銹鋼的延展率小、彈性模量E較大，硬化指數(shù)較高，厚向異性指數(shù)r值很小(不銹鋼為0.9～0.11，軟鋼為1.3～2.0)。不銹鋼材料由屈服到破裂的塑性變形階段短，特別是它的塑性應(yīng)變比的加權(quán)值R較大。不銹鋼板拉深開裂有時(shí)發(fā)生在拉深變形之后，有時(shí)是在當(dāng)拉深件由凹模內(nèi)退出時(shí)立即發(fā)生；有時(shí)是在拉深變形后受撞擊或振動(dòng)時(shí)發(fā)生；也有時(shí)在拉深變形后經(jīng)過一段時(shí)間的存放或在使用過程中才發(fā)生。

　　本文針對不銹鋼板拉深時(shí)產(chǎn)生缺陷的原因進(jìn)行了分析，并提出解決措施。不銹鋼拉深過程中常見問題分析:
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　　1開裂形成的原因
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" E% x# Z$ X) M& M9 i6 y　　奧氏體不銹鋼的冷作硬化指數(shù)高(不銹鋼為0.34)。奧氏體不銹鋼為亞穩(wěn)定型，在變形時(shí)會(huì)發(fā)生相變，誘發(fā)馬氏體相。馬氏體相較脆，因此容易發(fā)生開裂。在塑性變形時(shí)，隨著變形量的增大，誘發(fā)的馬氏體含量也將隨著變形量的增大而增高，殘余應(yīng)力也越大.殘余應(yīng)力與馬氏體含量的關(guān)系:誘發(fā)的馬氏體相含量越高，引起的殘余應(yīng)力也越大，在加工過程中也就越易開裂。
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　　2表面劃痕形成的原因
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　　不銹鋼拉深件表面出現(xiàn)劃痕主要是由于工件和模具表面存在相對移動(dòng)，在一定壓力的作用下，致使坯料與模具局部表面直接產(chǎn)生摩擦，加之坯料的變形熱使坯料及金屬屑熔敷在模具表面上，使工件表面擦傷產(chǎn)生劃痕。
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　　不銹鋼常見成形缺陷的預(yù)防措施:

/ z$ d0 _) ?3 Y+ u& U　　1選擇合適的不銹鋼材質(zhì):在奧氏體不銹鋼中常用材料是1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9Ti。在拉深過程中1Cr18Ni9Ti比0Cr18Ni9Ti穩(wěn)定，抗開裂性好。因此應(yīng)盡可能選擇1Cr18Ni9Ti材料。

　　2合理選擇模具材料不銹鋼在深拉深過程中硬化顯著，產(chǎn)生許多硬金屬點(diǎn)，造成粘附，使工件和模具表面容易劃傷、磨損，因此不能采用一般模具用工具鋼。實(shí)踐證明：選擇銅基合金模具能消除不銹鋼件表面劃痕、劃傷，降低破損率。另一種材料為高鋁銅基合金模具材料(含鋁13Wt%～16Wt%)，這種材料與SUS304不銹鋼互溶性小，拉深件和模具之間不粘著，拉深件表面不易產(chǎn)生劃痕劃傷，產(chǎn)品拋光成本低，在不銹鋼拉深成形領(lǐng)域已經(jīng)獲得成功應(yīng)用。但是由于這種模具硬度偏低(40HRC～45HRC)，常用于生產(chǎn)相對厚度t/D較小的產(chǎn)品。一般拉深1500件～2000件以后在凹模表面容易產(chǎn)生始于圓角R處呈放射狀拉深棱。氮化硅陶瓷(Si3N4)已成為重要的工程材料，尤其是反應(yīng)燒結(jié)氮化硅陶瓷，具有良好的高低溫力學(xué)性能、耐熱沖擊性和化學(xué)穩(wěn)定性，而且可以非常方便地制成形狀復(fù)雜的零件�？衫�用陶瓷材料的高硬度、高耐磨性以及高化學(xué)穩(wěn)定性，用反應(yīng)燒結(jié)氮化硅材料模具代替金屬模具拉深SUS304不銹鋼。

　　3選擇合理的凸、凹模圓角凹模圓角與應(yīng)力大小和分布有很大的關(guān)系。圓角半徑大，壓邊圈壓料面積不足，容易產(chǎn)生失穩(wěn)起皺；而如果圓角太小，材料在變形過程中進(jìn)入凹模的阻力就會(huì)增加，材料不易向內(nèi)流動(dòng)和轉(zhuǎn)移，從而增加了傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力，可能導(dǎo)致拉裂。因此，選擇合理的凸、凹模圓角半徑是至關(guān)重要的。凸模相對圓角半徑rp/t約等于4時(shí)，最有利于防止開裂。凹模和凸模相對圓角半徑增加，其極變形程度會(huì)增加，凹模相對圓角半徑取5mm～8mm時(shí)有利于防止開裂。

　　4采用帶變薄的拉深以前的探討者通過試驗(yàn)也證明了采用帶變薄的拉深可大幅度降低拉深件的切向殘余應(yīng)力最大值，可有效地防止縱向開裂發(fā)生。根據(jù)不同的變形程度和原始板料厚度，選擇適當(dāng)?shù)淖儽∠禂?shù)Ψn(一般為0.9t～0.95t)，如果Ψn取值過小會(huì)使變形應(yīng)力急劇增加，從而導(dǎo)致拉深件底部破裂。
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　　5在拉深工藝中加入中間退火工序在多次拉深后應(yīng)進(jìn)行一次中間退火工序，可以徹底消除殘余應(yīng)力，并恢復(fù)奧氏體不銹鋼的組織。對于高硬度的不銹鋼，一般在1～2次拉深工序后，需要進(jìn)行中間退火。如1Crl8Ni9Ti，通常加熱溫度為1150℃～1170℃，加熱時(shí)間為30min，并在氣流中或水中冷卻。并且，無論是工序間熱處理，還是最后成品熱處理，應(yīng)盡可能在拉深后立即進(jìn)行，以免由于長期存放，工件由于內(nèi)應(yīng)力作用產(chǎn)生變形或龜裂。但退火以及退火后的的清洗會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)周期的增加，且影響表面品質(zhì)。
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, K! r: U* }3 i% q　　6采用適當(dāng)?shù)臐櫥瑒┎捎眠m當(dāng)?shù)臐櫥瑒�對不銹鋼的拉深有明顯的效果。潤滑劑能夠在凸、凹模之間形成一層有一定韌性和延伸率的薄膜，因而有利于不銹鋼的拉深成形。對于拉深變形程度大、成形困難的不銹鋼拉深件，在實(shí)際生產(chǎn)中可以使用聚氟乙烯薄膜來充當(dāng)潤滑劑。聚氟乙烯薄膜具有極好的抗撕裂強(qiáng)度、一定的韌性和延伸率且容易清洗。涂復(fù)干膜后，在拉深過程中干膜能隨坯料一起變形，可以始終將坯料與模具隔開，加之薄膜本身具有一定孔隙度和大量纖維裂紋，故也可存放一定的潤滑油，所以該薄膜相當(dāng)于一層干膜潤滑劑。這種潤滑方式可以有效地將變形不銹鋼板與模具表面隔離開，潤滑效果良好，有利于提高模具使用壽命和產(chǎn)品的合格率。
　7其他預(yù)防措施
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　　在不銹鋼的拉深中還可以采取下列預(yù)防措施：

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　　(1)由于白口鑄鐵的存油性能好，容易形成潤滑油膜，壓邊圈的材料可以使用白口鑄鐵；(2)采用錐形壓邊圈；(3)邊緣加工光滑，不能有微裂缺口。汽車消聲器殼體拉深缺陷解決方案某公司為“福特”汽車公司生產(chǎn)的汽車消聲器外殼(材料為不銹鋼)，在預(yù)拉深工序和拉深成形工序中均出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。工廠在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，拉深開裂出現(xiàn)幾率在5%～8%左右。為此他們在預(yù)拉深工序和成形拉深工序之間增加了退火和酸洗處理，但其效果不明顯。

　　1零件開裂原因分析由于該工件的拉深深度大(預(yù)拉深時(shí)拉深深度為94mm～95mm)、頭部截面又較小、壁薄等原因，使零件拉深成形困難。該工件的開裂部位出現(xiàn)在凸模的圓角和凹模的圓角處。經(jīng)分析，認(rèn)為引起工件拉深開裂的原因有：

& F/ A8 O; @7 b8 t) u2 f( s　　(1)在凸模圓角處(該處變薄最厲害)產(chǎn)生開裂的原因是拉應(yīng)力超過了材料的強(qiáng)度極限而引起的；(2)凸緣面積不合理，導(dǎo)致材料變形阻力增大，容易形成開裂；(3)如前所述凹模的圓角半徑與應(yīng)力的分布有很大的關(guān)系，該零件由于其凹模圓角小，增大了材料變形時(shí)的阻力和傳力區(qū)的最大拉應(yīng)力，導(dǎo)致變形區(qū)應(yīng)力過大，從而引起零件在凹模圓角處開裂；(4)只采取了常規(guī)的潤滑措施，材料在變形時(shí)同凹模表面產(chǎn)生摩擦也增大了變形阻力，相應(yīng)地也增大了最大拉應(yīng)力，阻礙了材料在變形時(shí)的流動(dòng)。
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　　2采取的改進(jìn)措施根據(jù)上述開裂形成原因的分析，采用以下改進(jìn)措施，使得該零件在拉深時(shí)開裂的比率大幅下降。

1 n. l! r* c# y: u( d. v0 L　　(1)在凹模表面涂干膜潤滑劑(主要成份為：硝化棉，油性醇酸樹脂和增塑劑，極壓劑等添加劑)，以減小材料在變形過程中與模具表面的摩擦阻力，使材料更容易由變形區(qū)向傳力區(qū)流動(dòng)。干膜潤滑劑的干膜能將模具與坯料隔開，防止零件表面劃傷和模具粘結(jié)，從而可以提高零件表面質(zhì)量和成品率，同時(shí)干膜本身也具有一定的韌性，有利于材料的拉深成形；(2)優(yōu)化凸緣直徑，降低最大拉應(yīng)力，減小變形阻力。增大了第一次拉深的模具橫向尺寸，并且加大了第一次拉深的凹模圓角；(3)經(jīng)過綜合分析后，決定在預(yù)拉深工序結(jié)束后增加一道切邊工序，盡量切除多余材料，減小材料成形阻力，有效的防止材料在進(jìn)一步變形過程中產(chǎn)生開裂；(4)合并了原工序中的最終兩道工序(即成形拉深、翻邊工序)，將其整合成一道工序(成形和翻邊)，使該零件的加工步驟沒有增加，從而也就有效的控制了加工成本。通過上述一系列的改進(jìn)措施，很好的解決了該零件在預(yù)拉深和最終拉深過程中出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象。結(jié)論雖然不銹鋼在拉深時(shí)常出現(xiàn)開裂、起皺和表面劃傷等缺陷，但通過選擇成形性能好的不銹鋼材料、合理的凸、凹模圓角、增加適當(dāng)熱處理工序和在凹模表面涂潤滑劑等合理的預(yù)防措施，就可以提高不銹鋼拉深成形的成功率，拉深出高質(zhì)量不銹鋼產(chǎn)品。同時(shí)應(yīng)用本研究成果，可成功地解決汽車消聲器外殼在預(yù)拉深工序和拉深成形工序中均出現(xiàn)開裂的問題，得到了工廠的好評，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。