不銹鋼板成形分析及防止拉深缺陷的對(duì)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,。

8 A! n1 Q5 ?, Q* E　　本文針對(duì)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:

　　1開裂形成的原因

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　　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。

4 l+ O9 s2 m) t1 v. h. F, v6 \　　2表面劃痕形成的原因

　　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(duì)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:
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. Q* s; d/ z9 S/ H$ D　　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。
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4 R* M0 X- U! Z　　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(duì)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,。
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　　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(duì)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(duì)圓角半徑增加，其極變形程度會(huì)增加,，凹模相對(duì)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,。

　　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(duì)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(wú)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(zhǎng)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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　　6采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑采用適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑對(duì)不銹鋼的拉深有明顯的效果。潤(rùn)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(duì)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(rùn)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(rùn)滑油,，所以該薄膜相當(dāng)于一層干膜潤(rùn)滑劑,。這種潤(rùn)滑方式可以有效地將變形不銹鋼板與模具表面隔離開，潤(rùn)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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! k% l3 \2 I# S0 M) Z　　在不銹鋼的拉深中還可以采取下列預(yù)防措施：
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3 P5 z( ^( _; s- W( F8 W　　(1)由于白口鑄鐵的存油性能好，容易形成潤(rùn)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?cè)陬A(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,。
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5 @# m7 u$ ]5 z5 T8 H0 q　　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：

6 @' d. S. S" T7 G+ ?% t1 u! I' u　　(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(rùn)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),。

3 l* h9 X; D, z4 ^2 ^　　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,。

4 p- L$ p9 W$ ?( u# F　　(1)在凹模表面涂干膜潤(rùn)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(rùn)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(rùn)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(píng),，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,。
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