不锈钢薄板的成形工艺和其他金属薄板成形工艺一样,包括冲压(冲裁、弯曲、拉深等)、胀形、翻边、扩孔、局部成形、旋压、旋薄和冷弯成形等基本成形工艺。冲压成形是板材成形最基本的工艺过程。


1. 冲压成形


  冲压成形是把平板凸缘拉入凹模孔内而形成直壁的加工方法。


  凸缘的流入,随着凹模孔轮廓形状的变形状态不同,可分为压缩凸缘流入、平行凸缘流入、伸长凸缘流入三类,见图5-6。


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  由于拉深零件的形状尺寸不同,毛坯在变形过程中的应力应变分布也不一样。


  在冲压过程中,金属薄板的边部由压边圈夹持,由凸模和凹模的共同作用,使薄板板料向凹模移动产生塑性变形,将平板加工成所需形状的零件。金属板料向凹模的移动量由压边圈之间的压力大小所控制。


  实际零件的冲压过程就其成形方式而言可能是多种方式的组合。为此,可以将复杂零件的压过程按不同区域的成形方式进行分解。基本的加工方式可以分为以下几点。


 a. 冲裁(剪切过程)


   将薄板切成毛料或零件。


   对冲裁件质量的影响因素有:冲剪方向;下料方式;毛料形状设计和切刃状态等。


 b. 弯曲


   弯曲的要点包括:变形区域性-弯曲轴线;边部弯转-空间;弯曲区应变沿厚度方向不均匀分布(应变梯度);和弯曲方向(沿轧向“弱线”),通常变曲轴垂直轧制方向。


   影响弯曲应变量的主要因素有弯曲半径与板厚之比值及弯曲件弯曲成形时,外区受拉而内区受压,卸载后这些应力导致回弹。


   弯曲-变直过程中最终变形为0,但实际应变为加倍,即先拉后压。


 c. 拉深


   拉深是使板料或者半成品在拉深模具内,将其成形为中空工件的工序。


   ①. 拉深过程 

 

     坯料在拉深模凸模的作用下,逐渐被压入凹模内,在此过程中坯料发生很大的塑性变形,而形成中空的拉深件。拉深件的底部一般不变形,只起传递拉力的作用,厚度基本不变。拉深件的直壁主要受拉力作用,厚度减小。而直壁与底之间的过渡圆角处被拉薄的程度最为严重。拉深件的法兰部位切向受压应力作用,厚度有所增大。


  ②. 拉深过程的工艺要点 


    在拉深过程中,拉深件起皱和拉裂是最常见的质量问题。为了防止拉深件出现起皱,在拉深过程中需用压环施加以适当的压力将坯料压住,见图5-7。为了防止拉深件被拉裂,除了将拉深模的边缘作成圆角和采用合理的模具间隙值外,还要根据材料的塑性来选用合理的拉深系数。拉深系数是指拉深件直径与坯料直径之比,该系数值总是小于1。拉深系数值越小,变形程度越大,可拉深的次数越少,反之则需经过多次拉深方能完成。拉深系数的大小,一般为0.5~0.8。在多次拉深过程中,拉深件往往需要进行中间退火(再经晶退火)以消除前几次拉深变形中所产生的冷加工硬化,为随后的拉深过程的顺利进行做准备。


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2. 胀形


  胀形又称拉胀是利用模具使板料拉伸变薄局部表面积增大以获得零件的加工方法。常用的有圆柱形(或管形)毛坯的胀形及平板毛坯的拉张成形等。


  胀形可采用不同的方法来实现,如刚模胀形、橡皮胀形和液压胀形等。


  圆柱形空心坯料的胀形是依靠材料的拉伸,将直径较小的空心零件或管毛坯,在半径方向上向外扩张的方法。胀形一般要用可分式凹模,其凸模形式有:橡皮(或聚氨酯)凸模(图5-8);分块式凸模,由楔状心块将其分开(图5-9);用液体作为凸模(图5-10),这种方法有的可以直接将液体倒入毛坯内,但此法操作不便且生产率低,有的可用装在凸模上充满液体的橡皮囊上。


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3. 旋压


   旋压是一种历史悠久的工艺方法,我国在10世纪就有了这种成形方法,以后于14世纪才传入欧洲。旋压成形方法可制造各种不同形状的旋转面零件,如发动机罩、螺旋桨桨帽等(图5-11)。


 a. 旋压工艺原理


   旋压用的机床类似于车床或由车床改装而成,但最新发展有数控旋压床。旋压床的工作原理如图5-12所示。用机床尾顶座工通过顶块3将平板毛坯1压紧于旋压模4上,毛坯连同模具一起旋转,操作者用手操作旋压棒,将毛坯顺次压向旋压模,这时毛坯发生周向收缩,径向延伸变形。


 b. 旋压注意事项


   旋压过程主要问题是起皱和局部变薄以及拉裂。如图5-12所示的旋压压延过程,凸缘周边起皱决定于收缩变形程度(即零件直径和毛坯直径之比值),毛坯的稳定性,如to/D。。数值(坯料厚度/坯料直径),毛坏转速以及操作者的经验。提高毛坯的转速会增加毛坯凸缘的稳定性,但由手工操作不能保证均匀的纵向送进,会造成局部过度碾薄,一般工厂所用的转速多在200~600r/min的范围内。为了防止起皱和旋压模圆角处材料变薄或拉裂,操作应按如下顺序进行:首次操作时将凸模圆角处材料赶形贴模形成帽形件;第二步操作时将帽形件凸缘赶形成圆锥面以增加这部分材料的刚度,起防皱作用;第三步操作是旋压棒从毛坯周边向凸模圆角处赶并使毛坯向凸模靠拢。以后的操作是重复上述二、三步骤。逐步地将材料旋压贴模为止,最后再加以修整赶形和零件切边。因为旋压过程变形情况极其复杂,多半又是手工操作,故成形之成败与操作者的经验很有关系。


   旋压还可用于进行缩口、卷边、扩口等项工作。


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 c. 旋压的优缺点


   旋压的缺点是零件变薄量较大,劳动强度较大,要求技术水平较高而劳动生产率低等。旋压工作虽有这些缺点,但是由于旋压模具简单,特别能适应于加工某些比较复杂的旋转面零件,所以至今还是航空工业中不可缺少的工艺方法。旋压设备的改进和旋压过程的自动化能够克服上述的主要缺点并且使旋压工艺得到新的发展。


d. 旋压模


   旋压模一般用铸铁、钢和铜合金制造。有时在试制时,也可用硬木制造。旋压模按反切内样板加工,零件按反切外样板检验。


   对于变形程度较大零件可用一套模具经多次成形并经中间退火工序,有时还可增加模具套数,即采用中间过渡模等方法解决。


4. 翻边与翻孔


   翻边与翻孔是弯曲的变种,它沿弯曲线方向应变不相等。沿曲线为压应变时称收缩翻边;沿弯曲线为拉应变时称拉伸翻边。弯曲线为圆周的拉伸翻边即变为扩孔。


5. 局部成形


   局部成形包括压花与压印等。压花产生于局部区域,包括筋纹,鼓包、装饰牌照等。其特点是只产生金属移动。压印则产生厚度变化而拼成图案(如制币)。