不锈钢薄板拉伸时出现的问题及对策

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摘要：针对不锈钢薄板拉深特性，提出了选择模具材料、模具制造、工艺润滑方面的注意点，以确保产品质量和模具寿命。
关键词：不锈钢；拉深；粘结瘤

0 引言

不锈钢产品以其精美的外表、优良的抗腐蚀性、抗高温氧化性及高低温强度而颇得人们的青睐，愈来愈广泛地用于装饰、轻工、民用五金、厨房设备及用具等行业。由于这类产品外观质量要求较高，在产品的整个加工过程中，要保证高光亮度的产品表面不划伤和擦伤难度确实很大，特别是由于不锈钢薄板拉深特性所带来的模具选材、热处理、加工及工艺润滑等问题直接影响到产品质金、产量、成本及模具寿命。

1 不锈钢薄板拉深特点及粘结瘤

由于不锈钢的屈服点高，硬度高，冷作硬化效应显著，不锈钢薄板进行拉深时其特点如下：

1) 因导热性比普通低碳钢差，导致所需变形力大；
2) 不锈钢薄板拉深时，塑性变形剧烈硬化，薄板拉深时容易起皱，满要较大的压边力；
3) 板料在拉深凹模圆角处的弯曲和反向弯曲所引起的回弹，通常会在产品侧壁形成凹陷变形使得尺寸精度和形状要求较高的产品需要增加整形工序来达到。
4) 不锈钢薄板拉深过程中容易出现粘结瘤现象。

图1所示，从微观角度看，板料与模具表面都是凹凸不平的粗键面，由于拉深过程中压边力较大，载荷由局部凸起部位承受单位压力很大；又因板料与模具间产生相对运动以及板料的塑性变形产生热能，使得润滑膜粘度下降，强度降低；板料上凸起部位在高压、瞬时高温、受运动剪切作用下，润滑膜破裂，板料与模具直接接触，板料凸起部位被模具凸起部位刮下成为碎片堆人模具凸起部位前方，如温度足够高，使得碎片软化、熔化、枯焊在模具上，形成粘结瘤。粘结瘤一且形成就很难脱落，且越粘越大，从而导致不锈钢板料拉深产品表面留下严重划痕。另外，拉深速度、板料变形童大小等也对粘结瘤形成起着重要作用。如何避免拉深模粘结瘤的形成，提高拉深件的表面质量是不锈钢薄板拉深中的技术难题所在。
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图1模具、板料真实接触状态

2 解决措施

不锈钢薄板拉深成形过程中出现粘结瘤的问题一直困扰着生产现场，给生产者带来很大的麻烦，然而由于粘结瘤形成涉及到摩擦学等问题，影响因素较多。目前，我们只能从不同角度提出措施来防止粘结瘤的形成及减少。

2.1 模具工作部分材料选择及热处理

针对粘结瘤问题，选择模具材料应根据不锈钢板料与模具材料的亲合关系注意两点：选择一是抗粘合性强，二是耐磨减摩的模具材料。一般来讲，金属晶格类型、晶格间距、电子密度、电化学性能相通的金属，其相互吸引、溶解能力强，易粘附在一起，结果摩擦系数变大。Cr、Ni与Fe的互溶性大，因此用钢模拉深时，更易发生粘结瘤现象。实践证明：选用铸铝青铜、硬铝青铜防粘效果较好；采用碳化钨钢结硬质合金制造凹模比用Cr12Mov软氮化制造凹模寿命提高数倍，且不粘模；如果采用代号3054合金铸铁，只需在模具表面进行火焰淬火，模具表面不会出现粘结瘤。另外在模具易损部位可采用硬质合金镶块，它具有优良的抗压性能、超群的耐磨性和持久的表面粗糙度及尺寸情度控制。但由于价格问题，生产中用得较少。

受工厂选材限制，如果一般高碳、高铬工具钢用作不锈钢薄板拉深模，热处理硬度应达到60HRC以上，表面可进行软氮化处理。如为提高模具耐磨性而再提高硬度对于不锈钢拉深中的粘结现象并不会带来改善。关键是应该在热处理中尽可能去除残余奥氏体，如Cr12一类高硬度材料采用普通的悴火工艺，即使达到HRC62-64的极限硬度范围，组织中仍残存相当数量的奥氏体。奥氏体既是模具中的软点，与马氏体相比又与润滑剂中活性剂的亲和力较弱，不易建立起润滑油膜。因此这类材料的热处理在悴火冷却后可采用低温处理的办法，使残余奥氏体转变为马氏体从而改善基体的抗粘合性。此外，还应对不锈钢拉深模进行表面处理以提高模具的耐磨性、抗粘合性。对于合金铸铁或有色合金材料制作的模具采取渗氮等表面强化工艺，使用效果较好。

2.2 模具工作部分的表面加工

不锈钢拉深模表面质量要求很高。较低的表面粗糙度可以起到减摩和提高抗粘合性的作用因此。拉深模在进行了磨削加工后，更重要的是消除加工痕迹。而在模具制造中往往忽视了研磨和抛光工序。应该指出。在整个模具加工过程中，抛磨工作量应占三分之一，因不锈钢产品的外观质量在很大程度上取决于模具的抛磨技术。模具表面粗糙度降低，模具的修磨次数相应减少，模具使用寿命相应地得到提高。

如果模具表面抛磨不够，加之不锈钢薄板拉深易引起粘结瘤的特性，因而拉深出来的产品划痕严重。而产品上的这此划痕用抛光处理来解决既费时又达不到效果。因此，我们应该在模具抛磨工序上下大的功夫，只有模具表面加工精度提高才能减少产品的划痕，模具的修模寿命才能得到大幅度提高。近年来，国内出现了各种抛光新技术和抛光工具，开发了超声波、电解抛光、磨料喷射、挤压珩磨等新工艺、新设备。据资料介绍，对CrWMo，3Cr12W8V,Cr12三种材料模具进行电化学抛光试验研究，证明这种抛光仅用5-10分钟就能使模具型腔表面粗糙度从原来的Ra3.2-Ra1.6的基础上降低到Ra0.4-RaO.2。同时通过电化学抛光还可提高表面硬度以提高耐磨性。又如，超声波抛光机可用于经软氮化处理的型腔的细抛光，它可以避免手工抛光易破坏氮化膜的缺点。对于新的抛光技术我们应该积极去运用和总结。

2.3 工艺润滑

由不锈钢拉深特性可知，形成粘结瘤是因为板料与模具发生了直接接触，这是一个理论上不争的事实，因此选择润滑剂或涂覆剂的首要点就是在板料拉深成形过程中润滑膜自始至终不发生破裂并且起润滑作用。“防粘降摩”是选择润滑剂的基本出发点。

一般在润滑剂中加一定比例的极压添加剂或采用固体润滑剂均可取得较好效果。这主要是提高润滑剂对金属表面的润滑能力，用以产生含硫、磷、氯的化合物在高温下与金属表面起化学反应，生成硫化铁、氯化铁等来加强油膜强度和增强吸附能力，较好地润滑模具与产品表面。固体润滑剂则是填充到金属表面的小坑内，使干磨擦接触点减少到最少，另外固体润滑剂有很高的稳定性，在高温下也能起到润滑作用，不易发生模具粘结。通常在生产中根据产品变形程度和实际情况选择和配方(有关冲压手册上可查到配方)。

另外，由脂肪、矿物油、合成油脂、润滑脂、皂液也可组成润滑剂，且对不锈钢浅拉深效果较好。含有水溶乳浊液，或者用油稀释的有机矿物油也可用于浅拉延。在润滑剂中加入石墨能起到抗粘合的作用但石墨加人后的清洗较困难。如选用代号3054合金铸铁制作模具，那么选用一般润滑剂效果都较好。

据资料介绍板料经盐浴处理可在表面获得一层金属软模(如铜、锌、铅等)，拉深成形过程中不会出现粘模现象。另外，近年来研制出了一种以聚乙烯醇缩丁醛为主体的有机高分子润滑膜，毛坯经过处理，表面得到一层有机润滑膜，它可随板料一起变形，这不仅避免了模具与板料的直接接触，防止了粘模，保证了产品表面质量。而且极大的减弱了模具与板料的摩擦作用，起到良好的润滑作用，实验表明效果良好。