不銹鋼件沖孔翻邊產(chǎn)生開裂時(shí)的解決方法

摘要：針對不銹鋼件沖孔翻邊時(shí)存在的開裂問題，制定出改變應(yīng)力狀態(tài)工藝方法，解決了塑性差的不銹鋼件沖孔翻邊時(shí)開裂的問題。

關(guān)鍵詞：塑性；應(yīng)力；應(yīng)變；變形；摩擦力

一、引言

汽車消聲器由于受到工作環(huán)境的影響，要使用耐腐蝕的不銹鋼制造。眾所周知，不銹鋼中各合金元素含量較高，因此它有較高的硬度、強(qiáng)度，但是，受到合金元素的影響，其塑性有所降低。在沖孔翻邊時(shí)，材料塑性的降低，也影響了沖孔翻邊后的工件質(zhì)量。

二、問題的提出

我廠生產(chǎn)的汽車消聲器前法蘭為不銹鋼沖壓件，材料為1Cr18Ni9Ti，厚2mm，在沖壓生產(chǎn)過程中分為落料、壓型、沖孔翻邊（復(fù)合）、沖小孔（連接孔）四道工序完成（如圖1）。在翻邊工藝參數(shù)確定時(shí)，以碳鋼件為基礎(chǔ)，并參照不銹鋼的性能對翻邊系數(shù)m進(jìn)行了參數(shù)的修正。在試生產(chǎn)時(shí)，分別以碳鋼和進(jìn)口不銹鋼（304）進(jìn)行了小批量試制，各部分均可達(dá)工藝要求。但是，在后來的正式生產(chǎn)中，按照圖紙要求使用1Cr18Ni9Ti不銹鋼，工件產(chǎn)生開裂達(dá)90%以上，工件口部存在微小裂紋的可以使用，而嚴(yán)重的裂口或拉裂、拉脫就只能報(bào)廢，生產(chǎn)中因口部開裂嚴(yán)重而報(bào)廢的件占40%左右。

三、問題的分析和解決措施

在翻邊時(shí)，要受到下列因素的影響：①材料的塑性。②孔的邊緣狀態(tài)。翻邊前孔邊表面質(zhì)量高（無撕裂、毛刺）時(shí)就有利于翻邊。③翻邊前孔徑d和材料厚度t的比值d/t。d/t愈小愈利于翻邊成形。④凸模形狀。拋物線（球形、錐形）凸模由于在材料變形過中是逐漸變形，因此較平底凸模更有利于翻邊成形。⑤翻邊孔的形狀。內(nèi)孔翻時(shí)圓形孔易翻邊成形。

根據(jù)翻邊時(shí)的變形情況，對預(yù)沖孔邊緣內(nèi)外層金屬作了應(yīng)力分析，金屬材料在變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)為：內(nèi)層為徑向、切向的兩向拉應(yīng)力，厚度方向壓應(yīng)力（如圖2）而外層金屬為徑向、切向的兩向拉應(yīng)力（如圖3）。在金屬材料沿凸模表面流動過程中，在受到凸模的擠壓力的作用下，因料厚的原因，外層金屬的應(yīng)變速率和變形程度都要大于內(nèi)層金屬。主應(yīng)變是切向變形，在主應(yīng)變方向上的拉應(yīng)力，而材料處于拉應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，塑性最差，最易產(chǎn)生破壞，當(dāng)變形應(yīng)力大于材料強(qiáng)度極限時(shí)，就會產(chǎn)生剪切破壞而拉裂。

1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料塑性差，性能也不穩(wěn)定，在變形過程中加工硬化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，而且工件沖孔后斷口質(zhì)量不好，在變形時(shí)易受到應(yīng)力集中的影響，有微小的毛刺存在，在壓型之后進(jìn)行沖孔翻邊過程中，極易產(chǎn)生開裂現(xiàn)象。

經(jīng)過對現(xiàn)場使用的模具使用情況檢查觀察，發(fā)現(xiàn)在翻邊時(shí)凸凹模發(fā)熱特別嚴(yán)重，工件與模具發(fā)生較為嚴(yán)重的沾結(jié)現(xiàn)象，在翻邊過程中在模具表面易形成沾結(jié)瘤，從而加大了摩擦。使用的模具材料是Cr12MoV，屬Cr12型鋼，與不銹鋼中的Cr有同素親和作用，在變形過程中強(qiáng)烈的摩擦，容易使材料與模具發(fā)生沾結(jié)，金屬繼續(xù)流動時(shí)受到的縱向拉應(yīng)力進(jìn)一步加大，而使工件發(fā)生開裂。

基于上述因素，為解決在沖孔翻邊時(shí)引發(fā)的工件開裂問題，采取了如下幾方面的措施：

1.在沖壓過程中，用常用的機(jī)油、黃油、塑料布等潤滑劑加強(qiáng)對模具和坯料的潤滑。

2.增大翻邊系數(shù)m，即增大壓型深度、減小翻邊高度的方法。

3.用鉆頭鉆擴(kuò)孔，改拋物線凸模翻邊的工藝方法，以降低變形速率，提高斷面表面粗糙度，減小翻邊時(shí)因產(chǎn)生的局部應(yīng)力集中而形成的開裂。

以上幾種方法分別進(jìn)行了單項(xiàng)和綜合使用，但收效甚微，雖然翻邊時(shí)的開裂率稍有降低，但開裂率也有30%～35%。

為此，我們從減小摩擦力、降低模具發(fā)熱入手?？紤]到如果能在變形金屬與模具間墊加一層導(dǎo)熱性較差的石墨乳、鋸木屑等非金屬材料，應(yīng)該能起到減小摩擦力、降低Cr的同素親和力的作用，為此，分別以兩種材料作潤滑濟(jì)（如圖4），各取了50件壓型后的件進(jìn)行了沖孔翻邊試驗(yàn)?？紤]到鋸木屑松，不易附著在模具及坯料上，在使用中將木屑與機(jī)油混合起來，涂在坯料內(nèi)側(cè)與翻邊凸模接觸的地方，經(jīng)過試沖，收效果較好，沖孔翻邊時(shí)的廢品率控制到了10%以下；之后又采用模鍛模用石墨乳加鋸木屑，基本消除了裂口和拉脫等嚴(yán)重開裂，但小的裂口依然存在，仍影響著產(chǎn)品質(zhì)量。

由于在工件翻邊時(shí)口部的外層金屬處于兩向拉應(yīng)力狀態(tài)。在塑性變形時(shí)，如果改變金屬變形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，在兩向拉應(yīng)力的基礎(chǔ)上增加一壓應(yīng)力，無凝會改變金屬的塑性，有利于金屬的變形。若在翻邊時(shí)在金屬變形區(qū)的外層墊加一層塑性好的金屬，即可使變形的外層金屬在變形時(shí)在厚度方向受到一個(gè)壓應(yīng)力作用，改變變形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，這既能提高材料的塑性，又能減小材料與翻邊凹模中的Cr的同素親和作用力，減小摩擦力，避免發(fā)生材料與模具因同素親和力的作用而產(chǎn)生的沾結(jié)。這樣就可最大程度地減小翻邊時(shí)的開裂（如圖5）。為此我們先在原來鉆孔后的壓型件進(jìn)行試沖，即在翻邊時(shí)在工件變形區(qū)的外側(cè)凹模內(nèi)側(cè)墊加一層厚0.2～0.5mm的（Q235等）鐵皮，共131件，無一開裂。為進(jìn)一步驗(yàn)證該方案的可行性，又取壓型后未鉆孔的件進(jìn)行沖孔翻邊復(fù)合成型（平凸凹模），也在沖孔翻邊時(shí)在工件上墊加一層厚0.2mm的（Q235）鐵皮，結(jié)果1012件無一產(chǎn)生開裂，工件全部合格。

四、效果及應(yīng)用

后經(jīng)兩個(gè)批的試用，效果堪好，基本消除了因材料原來產(chǎn)生的沖孔翻邊時(shí)產(chǎn)生開裂而造成的廢品問題，只有少數(shù)件在口部有微小的開裂，沒出現(xiàn)以往拉脫、大裂口等影響產(chǎn)品使用的缺陷。既確保了生產(chǎn)進(jìn)度，降低了產(chǎn)品廢品損耗，又顯著地降低了成本。此方法在以后其他厚板件的沖孔翻邊工藝中得到了推廣使用，獲得了好的效果。