拉深缺陷及解决措施2解读.docx
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拉深缺陷及解决措施2解读
该缺陷是由于流入凹模的材料在压缩应力作用下失稳引起的。
消除方法
(1)制品形状。
凸模侧壁由于呈锥形或曲面形,所以在拉深时,材料存在无约束部分,即处于悬空状态。
由于切向压应力的作用,材料发生纵向弯曲折皱。
为了制造没有折皱的制品,材料在拉伸时,必须防止多余材料的流入。
如果拉伸过度,就会发生破裂,如果成形条件苛刻,破裂和折皱会一起发生,在这种情况下,或者分几道工序成形,或者稍微改变制品形状。
①将制品深度降低。
提高压边力,采用拉伸的方法对防止薄壁容器筒体拉深皱纹是有效的。
逐渐提高压边力,虽然可减少薄壁容器拉深折皱,但如果超过极限,rp部会产生缩颈现象。
这时,如果制品深度与要求深度有一些差别的话,只须改变压延条件,就可控制在图纸要求的范围之内。
②将侧壁制成垂直壁。
凸模稍有倾斜而不能消除薄壁容器拉深折皱时,可将制品高度的1/3~1/4改制成垂直壁。
垂直壁对防止折皱是有效的。
如果制品不允许有垂直壁,可用精整达到图纸要求。
③减少侧壁的倾斜度。
将凸模倾斜度设计成接近于垂直,薄壁容器拉深的折皱就不易产生。
④将角部R增大。
为了消除异形凸形曲面制品角部R处产生折皱,可将角部R增大,其成形条件就会好起来。
(2)冲压条件。
①提高压边力。
为了抑制材料的流入,压边圈板面应认真进行研磨。
rd应尽可能小些,试验时,rd可从2t开始试起。
而拉伸应在增加压边力后进行,反复几次,直到不产生折皱。
②压边力须均衡。
薄壁容器拉深折皱分布不均时,大都是由缓冲销的长度不一所致。
另外,还有接触状态不好,凹模平面的研磨不良、加工油的涂敷不均等,可根据上述情况逐一进行检查。
③检查加工油的种类及涂敷量。
为了提高拉伸力,一般是全面涂上一层薄薄的低粘度加工油,基本上在无润滑状态下进行拉深。
④检查毛坯形状。
试将毛坯尺寸增大进行试验,其结果将作为是否需要加强筋和确定加强筋布置的依据。
毛坯形状上带有凸凹也包括在检查之列。
(3)检查模具。
①加强拉伸的结构。
a检查拉深筋的形状和配置。
b检查是否要用多段拉深。
c将压边圈平面作成为反锥度压板。
②增加压边圈刚性。
压边圈刚性不足时,即使增加压边力,也不能防止凸缘折皱和薄壁容器拉深折皱。
重新制作比补强较为有利。
③凸模的倾斜度小时,使模具处于全配合状态。
凸模的倾斜度小时,为了消除薄壁容器拉深折皱,大都使模具处于全配合状态。
然而,拉深时因发热引起制件侧壁膨胀,结果侧壁粘附于凹模内壁上,造成脱模困难。
在这种情况下,如果使用水溶性润滑剂积极冷却模具,便可消除上述缺陷。
(4)材料。
①试增加板料厚度。
②使用屈服点低的材料为好。
③改换成延伸率大的材料。
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壁破裂
这种缺陷一般出现在方筒角部附近的侧壁,通常,出现在凹模圆角半径(rcd)附近。
在模具设计阶段,一般难以预料。
破裂形状如图1所示,即倒W字形,在其上方出现与拉深方向呈45°的交叉网格。
交叉网格象用划线针划过一样,当寻找壁破裂产生原因时,如不注意,往往不会看漏。
它是一种原因比较清楚而又少见的疵病。
方筒拉深,直边部和角部变形不均匀。
随着拉深的进行,板厚只在角部增加。
从而,研磨了的压边圈,压边力集中于角部,同时,也促进了加工硬化。
为此,弯曲和变直中所需要的力就增大,拉深载荷集中于角部,这种拉深的行程载荷曲线如图2所示,载荷峰值出现两次。
图1 方筒壁破裂
图2 方筒拉深时,凸模行
程与拉深载荷的关系
第一峰值与拉深破裂相对应,第二峰值与壁破裂相对应。
就平均载荷而言,第一峰值最高。
就角部来说,在加工后期由于拉深载荷明显地向角部集中,在第二峰值就往往出现壁破裂。
与碳素钢板(软钢板)相比较,18—8系列不锈钢由于加工硬化严重,容易发生壁破裂。
即使拉深象圆筒那样的均匀的产品,往往也会发生壁破裂。
原因及消除方法
(1)制品形状。
①拉深深度过深。
由于该缺陷是在深拉深时产生的,如将拉深深度降低即可解决。
但是必须按图纸尺寸要求进行拉深时,用其他方法解决的例子也很多。
②rd、rc过小。
由于该缺陷是在方筒角部半径(rc)过小时发生的,所以就应增大rc。
凹模圆角半径(rd)小而进行深拉深时,也有产生壁破裂的危险。
如果产生破裂,就要好好研磨(rd),将其加大。
(2)冲压条件。
①压边力过大。
只要不起皱,就可降低压边力。
如果起皱是引起破裂的原因,则降低压边力必须慎重。
如果在整个凸缘上发生薄薄的折皱,又还在破裂地方发亮,那就可能是由于缓冲销高度没有加工好,模具精度差,压力机精度低,压边圈的平行度不好及发生撞击等局部原因。
必须采取相应措施。
是否存在上述因素,可以通过撞击痕迹来加以判断,如果撞击痕迹正常,形状就整齐,如果不整齐,则表明某处一定有问题。
②润滑不良。
加工油的选择非常重要。
区别润滑油是否合适的方法,是当将制品从模具内取出来时,如果制品温度高到不能用手触摸的程度,就必须重新考虑润滑油的选择和润滑方法。
在拉深过程中,最重要的因素之一是不能将润滑油的油膜破裂。
凸模侧壁温度上升而使材料软化,是引起故障的原因。
因此,在进行深拉深时,要尽量减少拉深引起的磨擦,另外,还需要同时考虑积极的冷却方案。
③毛坯形状不当。
根据经验,在试拉深阶段产生壁破裂时,只要改变毛坯形状,就可消除缺陷,这种实例非常多。
拉深方筒时,首先使用方形毛坯进行拉深,rd部位如果产生破裂,就对毛坯四角进行切角。
在此阶段,如果发生倒W字形破裂和网格疵病,则表示四角的切角量过大。
切角的形状,如拉深时凸缘四角产生凹口,只要切角量适当减小一些,就可消除,同时还可制止破裂。
④定位不良。
切角量即使合适,但如毛坯定位不正确,就会象切角过大那样,仍要产生破裂。
另外,当批量生产时,使用三点定位装置时,定位全凭操作者的手感,这时往往会产生壁破裂。
⑤缓冲销接触不良。
只要将缓冲销的长度作适当调整,缺陷即可消除。
(3)模具问题。
①模具表面粗糙和接触不良。
在研磨凹模面提高表面光洁度的同时,还要达到不形成集中载荷的配合状态。
②模具的平行度、垂直度误差。
进行深拉深时,由于模具的高度增加,所以凸模或凹模的垂直度、平行度就差,当接近下死点时,由于配合和间隙方面的变化,就成为破裂的原因。
因此,模具制作完毕之后,必须检查其平行度和垂直度。
③拉深筋的位置和形状不好。
削弱方筒拉深时角部的拉深筋的作用。
(4)材料
①拉伸强度不够。
②晶粒过大,容易产生壁部裂纹,故应减小材料之晶粒。
③变形极限不足,因此要换成r值大的材料。
④增加板材厚度,进行试拉深。
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纵向破裂
沿拉深方向的破裂,称之为“纵向破裂”,由于破裂的原因不同,所以消除方法也不同。
(1)由材料引起纵裂的实例。
使用不锈薄钢板(SUS304)在拉深极限附近进行深拉深时,rp,rd部都不破裂,而在侧壁产生纵向破裂,最典型的例子就象图1所示,破裂成象一个剥开了皮的香蕉。
图1 纵向破裂
这种裂纹的特征是纵向开裂,是从模具内取出制品的最后时刻瞬时裂开。
其原因尚未定论,但可能是下述原因引起的。
① 深容器拉深时,由于在圆周方向受强大的压缩应力的作用,因此,内部有拉伸残余应力存在,将拉深后的容器从凹模取出时,该残余应力就急骤起作用,并以容器四周的缺口为起点产生破裂。
② 凸缘部位的压缩变形,使容器侧壁形成时,由于瞬时压曲,侧壁部产生折弯或弯曲,从而产生破裂和纵向裂纹。
消除方法
根据经验,可改变rp,rd的大小;对模具进行充分研磨;增减缓冲销压力;改变润滑油等。
当经过各种实验,都无法控制时,更换材料,将板厚增加0.1mm,这时破裂就完全消除了。
(2)胀形过多而产生破裂。
进行方筒深拉深时,会产生回弹凹陷,其措施是,用稍微加大尺寸的凸模再进行胀形,即可消除回弹凹陷。
但是如果胀形过多,由于角部产生加工硬化,产生纵向裂纹。
目前,为了防止纵向裂纹的危险,采用精整的办法。
即:
将制品做成与凸模完全相同的形状,精整时在凸缘上安装拉深筋,完全防止材料流入,这不是一种一般的再拉深的办法。
(3)由于混入异物而引起断裂。
若没有察觉凹模上粘有异物而进行拉深时,异物就以此为起点,可能沿拉伸方向撕裂制品。
这种原因产生的裂纹,开初小,逐渐增大撕裂范围。
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自然时效破裂
加工硬化性能强的SUS301等材料,当经过剧烈的成形加工后,一直放置不用,由于残余应力的作用,往往会发生纵向裂纹。
但含镍量多的奥氏体不锈钢板,即SUS304以上的材料,即使进行剧裂的冲压加工,也不会产生自然时效裂纹。
另外,使用黄铜等铜合金板,经剧烈成形加工后一直放置,也往往会产生纵向裂纹。
其原因与残余应力及周围某些气氛有关。
图1是其示意图。
图1 自然时效裂纹
消除方法
最主要是尽量减少残余应力。
成形后立即进行退火处理能防止裂纹产生。
为了尽量减少残余应力,操作时必须注意以下几点:
①使凹模圆角半径(rd)尽量小。
②用多次拉深增加拉深深度时,尽可能要余留下凸缘部分。
③设计拉深工艺时,要避免不合理的工艺。
④压边圈应经常研磨,以增加压边力,防止折皱发生。
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侧壁端面裂纹
如图1所示,从制品端面开裂的现象称为侧壁端面裂纹,与延伸凸缘侧裂纹为同一现象。
图1 侧壁端面裂纹
消除方法
(1)制品形状。
①避免开式拉深。
拉深时应有一定的形状精度。
开式拉深时,由于制品的形状,端部会产生裂纹,因此,要象图2那样,必须同时使端部也有一点拉深侧壁。
但是,rp尺寸应做大10~15mm,否则制品就有变形的可能。
②凹模圆角半径(rd)过小
由于必须拉伸成形,因此rd小些较为有利,但超过其极限,就会发生破裂,因而应通过试验选择适当的rd。
如果选择的rd比图纸尺寸大,就需增加一道精整工序。
图2 拉深件端面制止裂纹产生
(2)冲压条件。
①压边力过大。
将压边力稍作减少后进行拉伸,然后检查制品形状变化情况和有无破裂。
②毛坯形状不适宜。
为了避免开式拉伸,当进行带有辅助侧壁的拉深时,应将毛坯形状控制在最小尺寸范围之内。
另外,开式拉伸时,如端面毛刺过大,容易破裂,所以应防止毛刺的出现。
③凹模面润滑不良。
制品如产生刮伤,则是由于润滑不好所致,所以应检查润滑质量和用量。
(3)模具问题。
①拉深筋的位置和形状不好。
开式拉深时,如果拉深筋末端与制品末端一致,则造成材料的流动阻力不均匀,材料流入模腔的量不一致,而容易破裂,所以要改变拉深筋的位置,使其能慢慢把拉深筋引起的凸峰压平,从而减弱拉深筋末端的拉伸力。
②凹模面加工不良。
在试模阶段,由于凹模面的光洁度不好,引伸力不均匀而产生缺陷。
如果发现毛坯面有擦伤,就用砂轮磨光划伤部位,以