不锈钢板成形分析及防止拉深缺陷的对策

HEATS

　　不锈钢的延展率小、弹性模量E较大，硬化指数较高，厚向异性指数r值很小(不锈钢为0.9～0.11，软钢为1.3～2.0)。不锈钢材料由屈服到破裂的塑性变形阶段短，特别是它的塑性应变比的加权值R较大。不锈钢板拉深开裂有时发生在拉深变形之后，有时是在当拉深件由凹模内退出时立即发生；有时是在拉深变形后受撞击或振动时发生；也有时在拉深变形后经过一段时间的存放或在使用过程中才发生。

; J9 ]% y1 {- z

　　本文针对不锈钢板拉深时产生缺陷的原因进行了分析，并提出解决措施。不锈钢拉深过程中常见问题分析:

6 b! H5 ~: G3 a/ N; q( z1 X

　　1开裂形成的原因

' o k3 D" M* S7 d9 Y8 W. _/ K4 z- \

　　奥氏体不锈钢的冷作硬化指数高(不锈钢为0.34)。奥氏体不锈钢为亚稳定型，在变形时会发生相变，诱发马氏体相。马氏体相较脆，因此容易发生开裂。在塑性变形时，随着变形量的增大，诱发的马氏体含量也将随着变形量的增大而增高，残余应力也越大.残余应力与马氏体含量的关系:诱发的马氏体相含量越高，引起的残余应力也越大，在加工过程中也就越易开裂。

5 D, S! u6 ]" V, { d

　　2表面划痕形成的原因

* o) X# b% q: n( D

　　不锈钢拉深件表面出现划痕主要是由于工件和模具表面存在相对移动，在一定压力的作用下，致使坯料与模具局部表面直接产生摩擦，加之坯料的变形热使坯料及金属屑熔敷在模具表面上，使工件表面擦伤产生划痕。

9 {) O4 Y, E3 U

　　不锈钢常见成形缺陷的预防措施:

, x9 v) `" a" q( v9 w h

　　1选择合适的不锈钢材质:在奥氏体不锈钢中常用材料是1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9Ti。在拉深过程中1Cr18Ni9Ti比0Cr18Ni9Ti稳定，抗开裂性好。因此应尽可能选择1Cr18Ni9Ti材料。

- a7 O( r# ~. A K5 s % m( U1 V( i5 a7 H' L" j! t0 p

　　2合理选择模具材料不锈钢在深拉深过程中硬化显著，产生许多硬金属点，造成粘附，使工件和模具表面容易划伤、磨损，因此不能采用一般模具用工具钢。实践证明：选择铜基合金模具能消除不锈钢件表面划痕、划伤，降低破损率。另一种材料为高铝铜基合金模具材料(含铝13Wt%～16Wt%)，这种材料与SUS304不锈钢互溶性小，拉深件和模具之间不粘着，拉深件表面不易产生划痕划伤，产品抛光成本低，在不锈钢拉深成形领域已经获得成功应用。但是由于这种模具硬度偏低(40HRC～45HRC)，常用于生产相对厚度t/D较小的产品。一般拉深1500件～2000件以后在凹模表面容易产生始于圆角R处呈放射状拉深棱。氮化硅陶瓷(Si3N4)已成为重要的工程材料，尤其是反应烧结氮化硅陶瓷，具有良好的高低温力学性能、耐热冲击性和化学稳定性，而且可以非常方便地制成形状复杂的零件。可利用陶瓷材料的高硬度、高耐磨性以及高化学稳定性，用反应烧结氮化硅材料模具代替金属模具拉深SUS304不锈钢。

8 m/ Y& b! N" }* t$ H0 e

　　3选择合理的凸、凹模圆角凹模圆角与应力大小和分布有很大的关系。圆角半径大，压边圈压料面积不足，容易产生失稳起皱；而如果圆角太小，材料在变形过程中进入凹模的阻力就会增加，材料不易向内流动和转移，从而增加了传力区的最大拉应力，可能导致拉裂。因此，选择合理的凸、凹模圆角半径是至关重要的。凸模相对圆角半径rp/t约等于4时，最有利于防止开裂。凹模和凸模相对圆角半径增加，其极变形程度会增加，凹模相对圆角半径取5mm～8mm时有利于防止开裂。

5 `8 K1 ~: `; ?* A

　　4采用带变薄的拉深以前的探讨者通过试验也证明了采用带变薄的拉深可大幅度降低拉深件的切向残余应力最大值，可有效地防止纵向开裂发生。根据不同的变形程度和原始板料厚度，选择适当的变薄系数Ψn(一般为0.9t～0.95t)，如果Ψn取值过小会使变形应力急剧增加，从而导致拉深件底部破裂。

. m s# e# x% p( m

　　5在拉深工艺中加入中间退火工序在多次拉深后应进行一次中间退火工序，可以彻底消除残余应力，并恢复奥氏体不锈钢的组织。对于高硬度的不锈钢，一般在1～2次拉深工序后，需要进行中间退火。如1Crl8Ni9Ti，通常加热温度为1150℃～1170℃，加热时间为30min，并在气流中或水中冷却。并且，无论是工序间热处理，还是最后成品热处理，应尽可能在拉深后立即进行，以免由于长期存放，工件由于内应力作用产生变形或龟裂。但退火以及退火后的的清洗会导致生产周期的增加，且影响表面品质。

　　6采用适当的润滑剂采用适当的润滑剂对不锈钢的拉深有明显的效果。润滑剂能够在凸、凹模之间形成一层有一定韧性和延伸率的薄膜，因而有利于不锈钢的拉深成形。对于拉深变形程度大、成形困难的不锈钢拉深件，在实际生产中可以使用聚氟乙烯薄膜来充当润滑剂。聚氟乙烯薄膜具有极好的抗撕裂强度、一定的韧性和延伸率且容易清洗。涂复干膜后，在拉深过程中干膜能随坯料一起变形，可以始终将坯料与模具隔开，加之薄膜本身具有一定孔隙度和大量纤维裂纹，故也可存放一定的润滑油，所以该薄膜相当于一层干膜润滑剂。这种润滑方式可以有效地将变形不锈钢板与模具表面隔离开，润滑效果良好，有利于提高模具使用寿命和产品的合格率。

$ V! X, \( ~* ~ ) p. p7 D3 T$ x; [