不銹鋼在空氣, 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. 由于該鋼中合金元素(鉻、鎳等)的存在使其電極電位顯著提高, 形成穩定的奧氏體組織,從而使鋼的耐腐蝕性能提高. 不銹鋼板經過精軋、酸洗、沖壓加工后, 再經拋光等工序使其工件強度高、硬度高、耐磨、表面光亮、具有很好的使用性能. 不銹鋼廣泛地應用于航空、電器、儀表、醫療器械, 生活用品等國民經濟各個部門. 近年來, 在鐵道車輛的制造中, 例如青島四方車輛工廠制造的高級旅游車輛, 長春客車工廠制造的25 米新型高級客車(軟臥車、硬臥車)都采用了不銹鋼材料. 大大地提高了車輛的使用性能(車速可提高至140 ~160 k m / h )和壽命. 而且客車美觀、大方、舒適, 從而使我國制造的鐵道客車開始打人國際市場.客車制造中, 其洗手器、洗面器、大便器等復雜形狀的不銹鋼沖壓件的壓型成功, 顯示了較高的沖壓技術水平.但是, 由于對不銹鋼板沖壓性能的試驗研究尚不充分, 工藝及模具設計的客觀規律掌握的還不夠好, 因而在不銹鋼沖壓加工中存在著沖壓件質量差, 廢品率高(有的竟高達50 % 一7 0 % ),模具壽命低, 產品成本高等問題.而不銹鋼目前價格還較貴, 材料供應亦不充足, 所以解決上述問題就成為當務之急, 具有十分重要的意義。作者通過對不銹鋼沖壓性能的試驗研究, 物理化學和變形力學的理論分析, 以及現場工藝實踐的觀察、分析, 指出了不銹鋼沖壓加工中產生這些問題的原因, 找出了解決問題的技術對策。
1 不銹鋼性能分析
表1 ~表4 列出了不銹鋼的化學成分及有關性能指標
由表可知, 不銹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 值高, 塑性好, 10-4 比值低, n值高, 故一次成形的極限變形量大, 有利于沖壓成形。
2) 冷壓加工硬化能力高, 當奧氏體鋼發生塑性變形時, 由于機械驅動力部分或全部地代替化學驅動力, 使得奧氏體和馬氏體的自由能發生了變化, 即誘發了奧氏體向馬氏體轉變, 材料發生加工硬化, 使變形拉力增高. 一般不銹鋼經冷沖壓加工后, 強度極限可以提高一倍(由60 0 MPa 增加到1 20 0 MPa ), 屈服極限提高三四倍( 由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 %, 塑性下降, 屈強比增高, 對沖壓成形十分不利。
3) 硬化效應強, 回彈大, 沖壓件凍結性能差, 造成工件尺寸和形狀精度低。
4) 不銹鋼具有粘滯性.經過沖壓變形后, 不銹鋼的硬度顯著提高, 在繼續變形的過程中, 材料與模具表面極易在某些點上由于極大的單位壓力而粘合在一起, 加劇了模具的磨損, 工件表面也發生劃傷, 嚴重影響模具的使用壽命及沖壓件的質量。
5) 不銹鋼在塑性變形中產生熱量, 且本身導熱性能差, 這樣就使鋼板工件及模具的溫度上升, 其溫度可達2 0 ℃ 左右, 這也是發生粘著、模具磨損加劇、工件劃傷的重要原因之一.
6) 不銹鋼在塑性變形中產生較大的內應力. 這是由于奧氏體不銹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的相變強化; 馬氏體的強化, 由肚產生很大的組織內應力, 再加上溫度內應力, 再加上變形引起的附加應力等.所以在存放時可能自行開裂。
7) 不銹鋼在沖壓成形過程中, 要求較大的變形功.這是由于該鋼種的” 值較大, 變形易均韻向外擴散, 最大變形力2 不銹鋼沖壓加工中的問題及技術對策.
2 不銹鋼沖壓加工中的問題及技術對策
1) 工件的破裂
工件的破裂分為: ① 器壁破裂; ② 底部破裂. 器壁破裂的原因是壓邊力小, 形成起皺, 毛胚形狀、尺寸不合理、余料較多、塑性流動阻力太大而造成的.底部破裂是由于變形程度太大, 超過了材料的許用變形程度, 或變形力太大超過材料的承載能力所致解決的措施是精確計算毛胚尺寸, 合理確定毛胚形狀, 增大壓邊力, 減小毛胚增厚量, 合理確定工藝參數, 合理確定凹模圓角半徑R 的大小, R 比一般材料選取的要小. R 由12 t 減小到6 ~ 8 t .另外要增加中間熱處理工序。
2) 工件的擦傷, 模具的磨損
這主要是由于壓力太大, 溫度較高, 模具及防皺壓板表面粗糙, 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, 并且模具材料與不銹鋼材料的親和力要小). 如某廠用鑄鐵材料做模具材料, 實踐效果很好。常用的沖壓模具材料C r 12 M o , Cr1 2Mo V 等用來做不銹鋼沖壓模具就不合適(拉深1 ~ 2 件就發生粘著).合理的潤滑也很重要, 潤滑濟要起到潤滑、冷卻兩個作用. 一般采用氯化石蠟+ 二硫化鑰做潤滑劑, 效果理想.也可采用干膜潤滑,如聚乙烯薄膜, 硝基清漆等, 潤滑效果也佳。
另外, 值得注意的是工件劃傷. 山于落料毛胚上有毛刺, 在成形工序時, 毛刺破碎, 形成細小顆粒, 這些已硬化了的小顆粒劃傷了工件。所以, 落料毛胚清除毛刺工序是很必要的。
3) 工件的自行開裂一是工件的低溫(0 ℃ 以下) 成形開裂. 這是由于不銹鋼經軋制, 內部已有變形應力.在塑性成形時, 此種變形應力加大; 而變形時又發熱, 溫度升高, 周圍環境溫度低, 工件內部又形成溫度應力. 這種溫度應力, 誘發了工件內部已存在的很大的應力釋放, 致使工件開裂. 另一是工件的時效開裂, 也是工件內變形、內應力太大所引起的. 所以, 不銹鋼應避免在低溫下(0℃ )沖壓成形,并且在沖壓成形后, 12 ~24 小時內必須進行消除內應力的熱處理。
4) 工件表面不光潔, 質量差這主要是潤滑條件差, 防皺壓板及模具表面粗糙所造成的。故模具表面應強化, 拋光處理。
5) 不銹鋼不適于復合工序若采用落料一拉深復合工序使其成形, 山于落料毛胚的毛刺不能及時處理, 造成工件擦
傷、模具磨損, 反而不利, 使技術、經濟效果都差。
6) 為消除加工硬化、減小回彈, 應增加工件熱處理工序, 但有時卻造成工件表面質量差, 還需經過酸洗、拋光等輔助工序.
7) 應盡量減小不銹鋼成形工序次數, 一次性充分利用不銹鋼塑性指標高的特點.例如, 拉深工藝首次拉深系數可取小, m1= 0. 465 ~ 0 .49 6 或再取小一點.這可通過采取有利的工藝措施如合理潤滑, 超低溫成形, 錐形凹模, 充液拉深來實現。
8) 不銹鋼沖壓成形, 應保證沖壓件的工藝示功圖, 完全被設備發出的示功圖所包容, 以防止設備悶車, 避免造成設備、模具及工件的損壞。
9 )應采用硬度高、表而光潔的防皺壓板不銹鋼沖壓成形的防皺壓板多采用碳素工具鋼, 應淬火, 表面強化, 拋光處理, 一般表面粗糙度以3 ~ 4 um 為宜.以達到壓邊效果好, 防止粘著和工件劃傷。
10) 不銹鋼沖壓速度以慢為宜(6 次/min ); 采用液壓設備無論從變形功和沖壓速度方面, 都比較合適。
綜上所述, 不難看出, 不銹鋼沖壓加工中問題較多, 且對工藝影響較大。作者認為今后應從不銹鋼的沖壓性能、沖壓工藝參數的合理確定, 沖壓件質量, 沖模壽命, 加工中的潤滑、降低沖壓件成本諸方面進行深人的研究, 這是不銹鋼沖壓技術的發展方向。
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