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不(bú)鏽鋼(gāng)衝壓加工中存在的問題及技術對策
2013-1-16  來(lái)源:  作者:金屬材料及工藝研究所穀維忠 趙廣榮

      不鏽鋼在空(kōng)氣, 水、酸、鹽的水溶液以及其它腐蝕介質中具有很高的化學穩定性, 用途十分廣泛. 由於該(gāi)鋼中合金(jīn)元素(鉻、鎳等)的存在(zài)使其電(diàn)極(jí)電位顯著提高, 形成穩(wěn)定的(de)奧氏體組織,從而使鋼的耐腐蝕性能提高(gāo). 不鏽鋼板經(jīng)過(guò)精軋、酸洗、衝壓加(jiā)工(gōng)後, 再經(jīng)拋光等工序使(shǐ)其工件強度高、硬度高、耐磨、表(biǎo)麵光亮、具有很好的使用性能. 不鏽鋼廣泛(fàn)地(dì)應用於航空、電器、儀表、醫療器械, 生活用品等國民經濟各個部門. 近年來, 在鐵道車(chē)輛的製造中(zhōng), 例如青島四方車輛工廠製造(zào)的高(gāo)級旅遊車輛, 長春(chūn)客車工廠製造的25 米新型高級客車(軟臥車、硬臥車)都采用了不鏽鋼材料. 大大地提高了車輛(liàng)的使用性能(車速(sù)可提高至(zhì)140 ~160 k m / h )和壽命. 而且客(kè)車美觀、大方、舒適, 從而使我(wǒ)國製(zhì)造的鐵道客車開始(shǐ)打人國際市場(chǎng).客車製(zhì)造中, 其洗手器、洗麵器、大便器等(děng)複雜形狀的不鏽鋼衝壓件(jiàn)的(de)壓(yā)型(xíng)成功, 顯示了較高的衝壓技(jì)術水平.但(dàn)是, 由(yóu)於對不鏽鋼板衝壓(yā)性能的試驗研究(jiū)尚不(bú)充分, 工藝及模具設計的客觀規律掌(zhǎng)握的還不夠好, 因而在不鏽(xiù)鋼衝壓加工中存在著衝壓件質量差, 廢品率高(有(yǒu)的竟高達(dá)50 % 7 0 % ),模具壽命低, 產品成本高等問題(tí).而不鏽鋼目前價格還較貴, 材料供應亦不充足, 所以解決上述問題就成(chéng)為當務之(zhī)急, 具有十分重要的意義。作者通過對(duì)不鏽鋼衝壓性能的試驗研究, 物理化學和變形力學的理論(lùn)分析, 以及現場工藝實踐的觀察、分析, 指出了不(bú)鏽鋼衝壓加工中產生這些(xiē)問題(tí)的(de)原因, 找出了解(jiě)決問題的技術對策。

 

      1 不鏽(xiù)鋼性能分析

 

      表1 ~表(biǎo)4 列出了不鏽鋼的化學成(chéng)分(fèn)及有關性(xìng)能指標

 

 

 

    

      由表可知, 不(bú)鏽鋼的性能有如下的特點, 成形時必須給予足夠的重視。

 

      1 ) 10-3 值(zhí)高, 塑性(xìng)好, 10-4 比值低, n值高, 故一次成形的極限(xiàn)變形量大, 有利於衝壓成形。

   

      2) 冷壓加工硬化能力高, 當奧氏體鋼發生塑性變形時, 由於機械驅動力部分或全部地代替化學驅(qū)動力(lì), 使得奧氏體和馬氏體的自(zì)由能發生了變(biàn)化, 即誘(yòu)發(fā)了奧氏體向馬氏體轉變, 材料發生加工硬化(huà), 使變形拉力增高. 一般不鏽鋼經冷衝壓加工後, 強(qiáng)度極限可以提(tí)高一倍(60 0 MPa 增加到1 20 0 MPa ), 屈服極限提高三四倍( 20 0 ~ 2 50 M Pa 增加到1 0 00 ~1 ro OM Pa ) , 延伸率占則由4 0 % ~60 % 降低到5 % ~10 %, 塑性(xìng)下降, 屈強比增高, 對衝壓成形十分不利。

 

      3) 硬化效應強, 回彈大, 衝壓件凍結性能差(chà), 造(zào)成(chéng)工件尺寸和形狀精度(dù)低。

   

      4) 不鏽鋼具有粘滯(zhì)性.經過(guò)衝壓變形後, 不鏽鋼的硬(yìng)度顯著提高, 在繼續(xù)變形的過程中, 材(cái)料與模具表麵極易在某些點上由於極大的單位壓力而粘(zhān)合在一起, 加劇了模具的磨損(sǔn), 工件表麵也發生劃傷, 嚴重影響模具的使用壽命及衝壓件的質量。

 

      5) 不(bú)鏽鋼在塑性變形中產生熱量, 且本身導熱性能差, 這樣(yàng)就使鋼板工件及模具的溫度(dù)上, 其(qí)溫度可達2 0 ℃ 左右, 這也是發生粘著、模(mó)具磨損加劇、工件劃傷的(de)重要原因之一.

 

      6) 不鏽鋼在塑性變形中產生較(jiào)大的(de)內應力. 這是由於奧氏體不鏽鋼在大的變形力作用下,發生馬氏體相變, 從而引起奧氏體強化; 奧氏體轉變成馬氏體(tǐ)的相變強(qiáng)化; 馬(mǎ)氏體的強(qiáng)化, 由肚產生很大(dà)的組織內應力(lì), 再加上溫度內(nèi)應力, 再加上變形引(yǐn)起的附加應力等.所以在存放時可能(néng)自行開裂。

 

      7) 不(bú)鏽鋼在衝壓成形過程中, 要求較大的變形(xíng)功.這是由於該鋼種的” 值較大, 變形易均韻向外擴(kuò)散, 最(zuì)大變形力2 不鏽(xiù)鋼衝壓(yā)加工中的問題及技術(shù)對策.

 

      2 不鏽鋼衝壓加工中的問題及技術對策(cè)

 

       1) 工件的破裂

 

      工件的破裂(liè)分為: ① 器壁破(pò)裂; ② 底部(bù)破(pò)裂. 器壁破裂(liè)的原因(yīn)是壓邊力小, 形成起皺, 毛胚形狀、尺寸(cùn)不合理(lǐ)、餘料較多(duō)、塑性流動阻力太大而造成的.底部破裂是(shì)由於變形程度(dù)太大(dà), 超過了材料的許用變形程(chéng)度, 或變形力太大超過材料的(de)承載能力所致解決的措(cuò)施是精(jīng)確(què)計算毛胚尺寸, 合理確定毛胚形狀, 增大壓(yā)邊力(lì), 減(jiǎn)小毛胚增厚量, 合理確定工藝參數, 合理確定凹(āo)模圓角半徑R 的大小, R 比(bǐ)一般材料選取的(de)要小. R 12 t 減小到6 ~ 8 t .另外(wài)要增加中間(jiān)熱(rè)處理工序。

 

      2) 工件的擦傷, 模具的磨(mó)損

 

      這主要是由於壓力太大, 溫度較高, 模具及防皺壓(yā)板表麵粗糙, 使其發生粘著而造成的.

 

      解決的辦法是選擇合適的模具材料(具有自潤性, 並且模具材料(liào)與(yǔ)不鏽鋼材料的親和力要小). 如某廠用鑄鐵材料做模具材料, 實踐效果(guǒ)很好。常用的衝壓模(mó)具材料C r 12 M o , Cr1 2Mo V 等用來做不鏽鋼衝壓模具(jù)就不(bú)合適(拉深1 ~ 2 件就發生粘著).合理的潤滑也很重要, 潤滑濟要起到潤(rùn)滑、冷卻兩(liǎng)個作用. 一般采用氯化石蠟+ 二硫化鑰做潤滑劑, 效果理想.也可(kě)采用幹膜潤滑,如聚乙烯(xī)薄膜, 硝基清漆等(děng), 潤滑效果也佳。

 

      另外, 值得(dé)注意(yì)的是(shì)工件劃傷. 山於落料毛胚上有毛刺, 在成形工序(xù)時, 毛(máo)刺破碎, 形成細小顆粒, 這些已硬化了的小顆粒劃傷了工件。所以, 落(luò)料毛胚清除(chú)毛刺工序是很必要的。

 

      3) 工件的自(zì)行開裂一是工件的低溫(0 ℃ 以下) 成形開裂(liè). 這是由於不鏽(xiù)鋼經軋製, 內部已(yǐ)有變(biàn)形應力.在塑(sù)性成形時(shí), 此種變形應(yīng)力加大; 而(ér)變形時又(yòu)發熱, 溫度升高, 周圍環境溫度低, 工件內部又形成溫度應力(lì). 這種溫度應力, 誘發了工件內部已(yǐ)存在的(de)很大的應力釋放, 致使工件(jiàn)開裂. 另一是工件的時效開裂, 也是工件內變形、內應力太大所引起(qǐ)的. 所以, 不鏽(xiù)鋼應避免在低溫下(0 )衝壓成(chéng)形,並且在衝壓成形後, 12 ~24 小(xiǎo)時內必須進行消除內應力的熱處理。

 

      4) 工件表麵不光潔, 質量差這主(zhǔ)要是潤滑條件差(chà), 防皺壓板及模具表麵粗糙所(suǒ)造(zào)成的。故模具表麵應強化, 拋光處理。

 

      5) 不鏽鋼不適(shì)於複合工序若采用落料一拉深複合工序使(shǐ)其成形(xíng), 山於落料毛胚的毛刺不能及時處理, 造成工件擦

傷(shāng)、模(mó)具磨損(sǔn), 反而不利, 使技術、經濟效果都差。

 

      6) 為消除加工硬(yìng)化(huà)、減小回彈, 應增(zēng)加工件熱處(chù)理工序, 但(dàn)有時卻造成工件表麵質量差, 需經過酸洗、拋(pāo)光等輔助工序.

 

      7) 應盡量減小不鏽鋼成形工序次數, 一次(cì)性充分利用(yòng)不(bú)鏽鋼塑性指標高的特點.例如, 拉深工藝首次拉深係數可(kě)取小, m1= 0. 465 ~ 0 .49 6 或再取小一點.這可通過采取有利(lì)的工藝(yì)措施如合理潤滑, 超低溫成形, 錐形(xíng)凹模, 充液拉深(shēn)來實現(xiàn)。

 

      8) 不鏽(xiù)鋼衝壓成形, 應保證衝壓件(jiàn)的工藝示功圖, 完全(quán)被設備發出的示功圖所包容, 以防止設備悶(mèn)車, 避免造成設備、模具及工件的損壞(huài)。

 

      9 )應采用硬度高、表而(ér)光潔(jié)的(de)防皺壓板不鏽鋼衝壓成形的防皺壓板多采用碳素工具鋼(gāng), 應淬火, 表麵(miàn)強化, 拋光處理, 一般表麵(miàn)粗糙度以3 ~ 4 um 為宜(yí).以(yǐ)達到壓邊效果好, 防止粘著和工件劃傷(shāng)。

 

      10) 不鏽(xiù)鋼衝壓速度以慢為宜(6 /min ); 采用液壓設備無論從(cóng)變形功和衝壓速(sù)度方麵, 比較合適。

 

      綜上所述, 不難看出, 不鏽鋼衝壓加工中問(wèn)題較多, 且對工(gōng)藝影響較大(dà)。作者認為今後應從(cóng)不鏽鋼的(de)衝(chōng)壓性能、衝壓工藝參數的合(hé)理確(què)定, 衝壓件質量, 衝模壽命, 加工中的潤滑、降低衝壓(yā)件(jiàn)成本諸方麵進(jìn)行深人的研究, 這是不(bú)鏽鋼衝壓技術的發展方向。

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