不锈钢拉伸[1]

不锈钢的深冲●金属流动●起皱现象●深冲用不锈钢●模具间隙●冲压件设计●润滑油●冲压技术●概述冲压就是把材料变成圆柱形或盒形物体的过程，这个过程是依靠冲床和模具来实现的。当冲压物的深度超过该物体直径1.5倍以上的时候，该冲压就可以称为深冲。下图是一个杯子的冲压，一个尺寸合适的冲压件放在拉伸环上面，冲压件的边部用夹具夹紧，冲头把钢板向下压入模具孔，当冲头经过冲压环继续向下的时候，金属就包围在冲头的前端，并呈放射状移动从而形成杯子形状。当杯子形成后，事实上和冲头接触的钢板部位并没有发生改变，而由于冲压过程中过剩金属的集中，杯壁和原来钢板度相比密度变大了，这个原因很容易理解，如右图所示假如一个圆柱物是由一张纸做成，为了形成侧壁，图中三角形过剩部位必须被切掉。但是切除钢板的多余部分肯定是不合实际的，冲压过程中多余金属全部用来形成侧壁，所以侧壁金属的密度就变大。这就使圆柱的顶部存在很大的收缩力，如果金属流动控制不好的话就会导致一些问题比如起皱现象。●金属流动金属流动进入模具可以看成下图，假如在冲压前将冲压件标记上对称的图案，可以看到在圆柱体上，侧壁分割片段的宽度有所减小，表明剩余金属已经挤压在一起，冲压件边部以及底部基本没有发生改变。如果是矩形的冲压件如图显示巨大的压缩力发生在边角处，金属留向边角处的侧壁，所以在边角处的边缘会有耳索产生。●起皱现象●起皱现象当金属呈放射性状经过拉伸环向内流动时，产生的压缩力可能会导致皱纹发生，夹具会阻止这种皱纹的发生。金属流动的不均匀或者没有拉伸环的支撑，皱纹就会开始产生。薄的材料比厚的材料更需要固定力。冲压件的固定力可以通过很多方法控制，第一，使用表面比较平整的固定垫，当金属在固定垫下面流过的时候，压力就会增加，如果把固定垫设计一个轻微的角度的话，固定力还会增加。这样冲压就会更加规则，但是在拉伸环以外的冲压件可能会发生起皱现象，如果以后会切处法兰的话，就可以不必担心这个问题。这样设计的目的就是对金属流入拉伸环进行有效的控制。另外，还可以在固定垫增加一个冲压球，并且在下面增加一个对应的槽来进一步阻止金属向内流动。以上所采取的措施就是为了在有需要的时候让侧壁等到更多的拉伸，尽管固定的力有现成的参数可以参考，但是通常还是需要通过反复试验得出正确的固定力●深冲用不锈钢olsen拉伸试验提供了不同材料的拉伸指数，在这个试验中，一个圆柱形的冲压件被球型冲头冲压，模具设计成阻止任何边缘部位的金属流入。这个试验的判断基准就是冲压件在没有发生开裂的情况下能被冲压的最大深度。用杯子深度和落料的直径的比值来衡量这种材料的冲压性能。在下表中提供了不同钢种的Olsen拉伸值以及其他性能。冲压通常选择奥氏体钢中的301、302、304以及305，而316、321和347钢种一般仅在有特殊需要的时候才用于深冲，还有410（马氏体钢）、430（铁素体钢）也经常用于冲压。在选择哪一个钢种用于深冲的时候，通常可以看这个钢种的加工硬化程度，一般低Ni的钢种比如301（6.5%Ni）很容易引起加工硬化，而含Ni高的钢种比如305（11%Ni）就相对不容易引起加工硬化，因此304或305比301更适合深冲用途，另外不同钢种的冲压程序以及是否需要进行退火也不同●模具间隙不锈钢在冲压过程中发生的加工硬化会对模具产生不良影响，比如磨损以及斑痕。模具间隙一般比材料的厚度要大。铁素体不锈钢的模具间隙一般和普通碳钢相似，但是奥氏体钢的模具间隙通常要大一些，铁素体钢模具间隙一般是材料厚度的10%～15%,奥氏体钢的模具间隙一般是材料厚度的35%～40%。见下图另外冲压的深度越大，模具和冲头的间隙也应该越大（注意：不是同一批生产出来的材料间微小的厚度差距也会对冲压产生很大的影响，另外长时间模具的磨损也必须考虑在内）。●模具和冲头的半径模具和冲头的半径是由材料的规格决定的，比如材料厚度、冲压的深度、钢种。如果冲头的半径太小的话，冲压件的底部将会发生开裂甚至整个底部将会脱落。如果拉伸环的半径太小的话金属流动会受到限制，侧壁会被过度拉伸直到断裂。如果半径太大的话在模具和冲头间没有支撑的部位将会发生皱纹因此模具半径的选择非常重要，通常我们根据金属材料的厚度来设定。对奥氏体钢，拉伸环的半径设定为材料厚度的4～8倍比较适合，冲头底部的半径设定为材料厚度的4～6倍。在冲压比较浅的时候，比如杯状物体的一次冲压时，一般拉伸环半径最小是4倍的材料厚度，在下一步冲压时，因为冲压件的直径下降比较多，应该适当增加拉伸环的半径到8倍的材料厚度，另外应当适当减小冲头半径，这样就会减小冲压件直径以及底部半径，从而减少开裂的发生。一般一次冲压时冲头底部半径是6倍的材料厚度，下步冲压时应该适当减小。如下图●冲压件设计一般落料直径应该大于2倍的冲头直径，落料尺寸太大会引起开裂，因为金属呈放射壮向内流动时会被模具外面的材料限制，冲压杯状物时，落料的尺寸取决于物体的最终形状、钢的拉伸性能、物体是否具有法兰以及法兰的尺寸。另外对落完料的材料边部毛刺进行修整也必须考虑在尺寸内。下图可以用来指导薄料的落料尺寸。B=冲压深度÷模具内径C=法兰宽度÷杯子直径A=落料直径÷冲头直径如图所示，B和C都是确定的数值，可以得出A值，从而计算出落料尺寸。冲压盒状物体一般把材料剪成矩形或者八角形，八角形状一般用于深冲侧角较小的盒状物，因为使用八角形有助于金属流入侧角处。那种组合的匀称形状物体的落料尺寸也可以用图解的方法来计算，但是不规则形状物体的落料尺寸需要通过反复试验摸索得出。用于冲压的金属应当是退火过的，因为这样才能用于较深的冲压，退过火的材料发生起皱的倾向也小。对钢的表面进行修整也非常重要，如果表面不平滑，润滑油将会不规则的分布于表面，容易导致划痕和斑点。材料应当具有规则的厚度，通常最好厚一点的材料进行冲压，因为随着材料厚度增加，起皱现象将降低。●润滑油在冲压过程中，润滑油能够有效的减少模具和材料接触过程中产生的擦伤、划痕以及斑点，润滑油能够在冲压过程中维护不锈钢表面，但是在冲压后必须及时去处，因为残留在表面的油在退火时会导致产生问题（退火时油中的C会渗入内部和Cr结合在晶界析出，造成材料的耐腐蚀性降低）含氯或者含硫的脂肪油以及蜡油用来压力较大的冲压，它们能够在钢的表面提供一层薄膜，这样能够减少开裂。而乳液状的水性油用于一般的冲压。润滑油可以用刷、浸泡、喷、或者擦拭于物体表面，最好是使用擦拭的方法，因为不同部位的润滑油使用是有选择性的，在需要拉伸的部位一般使用较少或者不用润滑油，而摩擦力较大、金属流动困难的地方应该多使用润滑油。●冲压技术不锈钢和低碳钢相比，通常具有更高的拉伸强度以及屈服强度，因此在开始的冲压过程中需要更大的力，另外一些钢种具有很高的加工硬化率，因此冲压时使用较大的力，并且随着冲压进行这个力还需要不断增加。奥氏体钢的加工硬化增加了材料的强度以及硬度，这将导致模具的磨损，因此模具的材料也必须仔细选择。2#工具钢或者铜铝合金材料的模具通常用于冲压不锈钢。一个物体的最终成型可能需要2个或者更多的冲压步骤，通常，先冲压成较浅的杯状物，然后再次冲压成型。如果形状比较复杂的物体，在冲成杯状物以后还有一系列的冲压步骤，有时甚至需要多达10次冲压才能最终成形，中间还必须有退火过程。通常不易加工硬化的钢种（304、305）能够冲压的次数多，而易加工硬化的钢种比如301如果要多次冲压的话就必须增加中间退火过程