不锈钢拉伸过程中常见的问题

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1、不锈钢的延展率小、弹性模量 E 较大，硬化指数较高。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。不锈钢拉伸过程中常见问题分析 :1 开裂形成的原因 :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

2、的残余应力也越 大，在加工过程中也就越易开裂。2 表面划痕形成的原因 : 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。不锈钢常见成形缺陷的预防措施 :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。2、合理选择模具材料 :不锈钢在深拉深过程中

3、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（40HRC45HRC），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

4、） 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。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 r

5、p/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Wn（般为0.9t0.95t），如果Wn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。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

6、拉深工序后，需要进行中间退 火。女口 1Crl8Ni9Ti，通常加热温度为1150 C1170 C,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

7、。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7其他预防措施在不锈钢的拉深中还可以采取下列预防措施：（1）由于白口铸铁的存油性能好，容易形成润滑油膜，压边圈的材料可以使用白口铸铁；（2）采用锥形压边圈；（3）边缘加工光滑，不 能有微裂缺口。汽车消声器壳体拉深缺陷解决方案某公司为“福特” 汽车

8、公司生产的汽车消声器外壳（材料为不锈钢），在预拉深工序和拉 深成形工序中均出现开裂现象。工厂在实际生产时，拉深开裂出现几 率在5%8%左右。为此他们在预拉深工序和成形拉深工序之间增 加了退火和酸洗处理，但其效果不明显。1、零件开裂原因分析由于该工件的拉深深度大（预拉深时拉深深 度为94mm95mm）、头部截面又较小、壁薄等原因，使零件拉深 成形困难。该工件的开裂部位出现在凸模的圆角和凹模的圆角处。经 分析，认为引起工件拉深开裂的原因有：（1）在凸模圆角处（该处变薄最厉害）产生开裂的原因是拉应力超 过了材料的强度极限而引起的；（2）凸缘面积不合理，导致材料变形阻力增大，容易形成开裂；（3）如前所

9、述凹模的圆角半径与应力的分布有很大的关系，该零件由于其凹模圆角小，增大了材料变形时的阻力和传力区的最大拉应 力，导致变形区应力过大，从而引起零件在凹模圆角处开裂；(4) 只采取了常规的润滑措施，材料在变形时同凹模表面产生摩 擦也增大了变形阻力， 相应地也增大了最大拉应力， 阻碍了材料在变 形时的流动。2、采取的改进措施根据上述开裂形成原因的分析，采用以下改 进措施，使得该零件在拉深时开裂的比率大幅下降。(1) 在凹模表面涂干膜润滑剂 (主要成份为：硝化棉，油性醇酸树 脂和增塑剂，极压剂等添加剂 )，以减小材料在变形过程中与模具表 面的摩擦阻力， 使材料更容易由变形区向传力区流动。 干膜润滑剂的

10、 干膜能将模具与坯料隔开， 防止零件表面划伤和模具粘结， 从而可以 提高零件表面质量和成品率， 同时干膜本身也具有一定的韧性， 有利 于材料的拉深成形；(2) 优化凸缘直径，降低最大拉应力，减小变形阻力。增大了第 一次拉深的模具横向尺寸，并且加大了第一次拉深的凹模圆角；(3) 经过综合分析后，决定在预拉深工序结束后增加一道切边工 序，尽量切除多余材料，减小材料成形阻力，有效的防止材料在进一 步变形过程中产生开裂；(4) 合并了原工序中的最终两道工序 (即成形拉深、 翻边工序 )，将 其整合成一道工序 (成形和翻边 )，使该零件的加工步骤没有增加，从 而也就有效的控制了加工成本。 通过上述一系列

11、的改进措施， 很好的 解决了该零件在预拉深和最终拉深过程中出现的开裂现象。 结论虽然 不锈钢在拉深时常出现开裂、 起皱和表面划伤等缺陷， 但通过选择成 形性能好的不锈钢材料、合理的凸、凹模圆角、增加适当热处理工序 和在凹模表面涂润滑剂等合理的预防措施， 就可以提高不锈钢拉深成 形的成功率，拉深出高质量不锈钢产品。同时应用本研究成果，可成 功地解决汽车消声器外壳在预拉深工序和拉深成形工序中均出现开 裂的问题，得到了工厂的好评，取得了良好的经济效益和社会效益 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 301 不 锈钢带的拉

12、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杭 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。另外还有其他一些简单预防措施比如使用白口铸铁做压边圈磨 具，因为白口铸铁的存油 性能好，容易形成润滑油膜；再比如采用 锥形压边圈；另外将工件边缘加工光滑，去除微 裂缺口，也可以有 效防止开裂。