專利名稱：一種差溫拉伸捋加工的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種差溫拉伸捋加工的模具。
技術(shù)背景目前打印機(jī)、復(fù)印機(jī)用超薄圓筒不銹鋼管膜是通過薄板素材深拉捋加工而成，其 厚度要求在0. Imm以下，從而達(dá)到其較高的熱效率和穩(wěn)定性要求。傳統(tǒng)的加工工藝有兩種，其一是先通過初級(jí)拉伸成型出杯狀素材，然后作退火 處理，再經(jīng)捋加工模具進(jìn)行多次捋加工，才能逐步造出薄片圓筒狀管膜，采用這種捋加工模 具只可生產(chǎn)出最小厚度約0. Imm厚的薄片圓筒狀管膜，若采用這種捋加工模具制造厚度 為0. Imm以下的薄片圓筒狀管膜，該筒狀管膜會(huì)產(chǎn)生直徑大小偏差20 μ m左右，相對(duì)于厚 0. Imm以下的薄片圓筒狀管膜的大小，變動(dòng)比例較大，不能作為精度要求高的部材生產(chǎn)方 法，并且因?yàn)橹睆酱笮∽儎?dòng)為20 μ m的話是非常大的，捋加工時(shí)在直徑大小變動(dòng)大的部分 上發(fā)生應(yīng)力集中，在其部分上產(chǎn)生切斷或裂開。直徑大小變動(dòng)發(fā)生原因是由捋加工時(shí)的不 均勻性引起的，捋加工時(shí)圓筒的周方向上發(fā)生的面內(nèi)各向異性引起的變形不均勻，面內(nèi)各 向異性在加工過程中，在不銹鋼內(nèi)部形成加工集合組織，引起在45度螺距上發(fā)生加工量不 均勻的現(xiàn)象，變形相對(duì)量大的方位上，相對(duì)地厚度變薄。并且，變形的不均勻也會(huì)影響到圓 度。特別是制造厚0. 05mm以下的超薄圓筒不銹鋼管膜，因?yàn)槭浅^35%加工率的強(qiáng)加工， 材料的強(qiáng)度引起與模具的摩擦力的一方變大，圓筒底部發(fā)生破斷。其二是與上述相比在捋加工時(shí)采用多級(jí)捋加工模具成型，但由于是在常溫下進(jìn) 行，奧氏體不銹鋼板材經(jīng)初級(jí)拉伸，再經(jīng)多級(jí)捋加工才生產(chǎn)出所需成形品，這過程會(huì)產(chǎn)生比 較嚴(yán)重的馬氏體相變(即加工硬化)，而馬氏體具有高硬度、可塑性差的特點(diǎn)，導(dǎo)致不銹鋼 的加工率大大降低，加工過程也容易造成拉裂。另外，使用這種多級(jí)捋加工模具還要求在初 級(jí)拉伸制成杯狀素材坯料后要經(jīng)4道工序(退火1工序，再拉伸3工序)才能制成最終的 成形品。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種生產(chǎn)效率高、可提 高加工率和有效抑制馬氏體產(chǎn)生的差溫拉伸捋加工模具。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為一種差溫拉伸捋加工的模具，包 括有模具架、沖頭和多級(jí)沖模，在每級(jí)沖模內(nèi)都設(shè)有加熱元件，沖頭內(nèi)設(shè)有冷卻流道，該冷 卻流道與外部管道設(shè)備組成環(huán)回通道，環(huán)回通道內(nèi)充滿冷卻媒質(zhì)。沖模的入模角度為5度 9. 5度。對(duì)沖頭冷卻溫度控制在_7V 20°C，對(duì)各級(jí)捋 加工沖模的加熱溫度控制在70°C 200°C。沖頭壓進(jìn)沖模的加工速度為10 1000mm/sec。采用上述技術(shù)方案后，通過對(duì)模具沖頭進(jìn)行冷卻，對(duì)每級(jí)捋加工沖模進(jìn)行加熱，利 用差溫一次多級(jí)捋加工，從而避免馬氏體相變的發(fā)生，提高不銹鋼素材的可塑性，也就提高了加工率；另外，采用本模具進(jìn)行生產(chǎn)，除了前序的初級(jí)拉伸和退火外工序外，只要一次差 溫捋加工就完成生產(chǎn)，較之傳統(tǒng)的模具省去了 3道工序，提高了生產(chǎn)效率。

圖Ia本實(shí)用新型再拉伸捋加工模具的結(jié)構(gòu)圖；圖Ib本實(shí)用新型再拉伸捋加工模具的沖模部分的結(jié)構(gòu)圖；圖2為試驗(yàn)材料SUS304的機(jī)械性能與溫度依賴性的關(guān)系圖；圖3為溫度與0. 2%耐力的各向異性的關(guān)系圖；圖4為初級(jí)拉伸成形品壁厚測(cè)量位置的示意圖；圖5為對(duì)應(yīng)圖4所示測(cè)量位置的初級(jí)拉伸成形品壁厚分布示意圖；圖6為對(duì)應(yīng)圖4所示測(cè)量位置的各樣品加工誘起馬氏體變量的示意圖；圖7為再拉伸率為60%、初級(jí)拉伸率分別為2. 6和2. 0的壁厚分布對(duì)照?qǐng)D；圖8為再拉伸率為55%、初級(jí)拉伸率分別為2. 6和2. 0的壁厚分布對(duì)照?qǐng)D；圖9為初級(jí)拉伸成型品作退火處理后的加工誘起馬氏體相變量示意圖；圖10材料因再拉伸捋加工誘起的馬氏體相變量的示意圖；圖11為高溫范圍內(nèi)差溫拉深加工溫度與應(yīng)力的關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例的差溫拉伸捋加工的模具包括有模具架1、沖頭2和多級(jí)沖模3，在每級(jí) 沖模內(nèi)都設(shè)有加熱元件4，沖頭2內(nèi)設(shè)有冷卻流道5，該冷卻流道5與外部管道設(shè)備組成環(huán) 回通道，環(huán)回通道內(nèi)充滿冷卻媒質(zhì)。沖頭壓進(jìn)沖模的加工速度為10 lOOOmm/sec。捋加工厚度為0. Imm以下的不銹 鋼圓筒，成型加工的時(shí)候，加工速度在10 1000mm/sec的范圍內(nèi)進(jìn)行較為適合。加工速度 超過lOOOmm/sec的話，供給圓筒表面的潤滑劑十足，容易發(fā)生烘烤。另外，加工速度不足 lOmm/sec的話，由于加工時(shí)的塑模以及沖床的振動(dòng)的影響，變形不均勻，圓筒的軸方向的厚 度變得不均。下面結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)詳細(xì)說明本實(shí)用新型。連續(xù)多級(jí)捋加工再拉伸有直接再拉伸和逆向再拉伸兩種，在這里以直接再拉伸為 例作說明，制作如圖Ia所示的模具，模具的沖頭肩部半徑為3mm，沖模肩部半徑為4mm，再拉 伸率(再拉伸沖頭直徑/初級(jí)沖頭直徑X 100)為80、70、65、60、55、50以及45%。再拉伸 率表示數(shù)值越小，制造又窄又深的管材的成型難度越高。沖模的入模角度α為5度 9. 5度適宜，如圖Ib所示。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究得知，為了得到捋加工產(chǎn)生的超薄片材，沖模的入模角度是重要的要 因。也就是說，入模角度比9.5度大的話，會(huì)對(duì)薄片圓筒產(chǎn)生過大的剪斷力，并破斷。一方， 入模角度變小的話，對(duì)圓筒軀干的沖模的擠壓力變大，有利防止薄片圓筒的破斷，但是入模 角度不足5. 0度的話，因?yàn)楸∑瑘A筒的沖模接觸面積過大，會(huì)發(fā)生烘烤現(xiàn)象。并且，垂直在 沖床表面的力過剩地起作用，沖床和圓筒難以分離。甚至發(fā)生對(duì)沖模的圓周方向的彈性膨 脹，厚度控制困難。試驗(yàn)材料[0029]試驗(yàn)材料使用SUS304 (標(biāo)稱板厚0. 8mm)。試驗(yàn)材料的拉伸測(cè)試通過采用與軋制方 向互成0度，45度以及90度方向的JISZ2201的13B號(hào)試驗(yàn)片，利用精密萬能測(cè)試機(jī)進(jìn)行 測(cè)試。測(cè)試條件是，初期橫梁速度3mm/min，形變5%以下是lOmm/min。測(cè)試溫度為20°C， 100°C，150°C。機(jī)械性能與溫度依賴性如圖2所示。150°C下的拉伸強(qiáng)度，與20°C的相比減少大約 40%。0.2%耐力，約減少25%。而且斷裂伸長率減少約40%。0.2%耐力的各向異性如圖 3所示。圖3顯示，本研究所使用的SUS304，與軋制方向相互成45度方向時(shí)的各向異性較 弱。再拉伸捋加工中使用的初級(jí)拉伸成型品，沖頭直徑Φ 60mm,拉伸比(初期坯料直 徑/初級(jí)拉伸沖頭直徑)為2. 0，2. 4以及2. 6三種。初級(jí)拉伸的成型條件如表1所示。表1初級(jí)拉伸成型條件 測(cè)試方法再拉伸捋加工測(cè)試中，對(duì)試制出來的圓柱再拉伸的模具給予評(píng)價(jià)，調(diào)查它的加工 誘起的馬氏體相變量，以及成形品的板厚和成形品品質(zhì)。成形性通過無破裂成形的可行再 拉伸率進(jìn)行評(píng)價(jià)。測(cè)試條件是壓邊力為10kN，沖模以及壓邊的溫度為70 200°C，沖頭溫度為_7 20°C。潤滑劑為初級(jí)拉伸后，對(duì)成形品內(nèi)外面涂布水溶性沖壓(press)工作油。測(cè)試裝置 使用油壓塑形加工測(cè)試機(jī)。加工誘起的馬氏體相變量，運(yùn)用Ferrite Scope分析儀進(jìn)行測(cè)量。測(cè)試結(jié)果初級(jí)拉伸成形品(拉伸比2. 6)的壁厚測(cè)量位置如圖4所示，壁厚分布如圖5所示。從圖中可以看到，沖頭頭部的板厚減少了。而且因?yàn)樵囼?yàn)材料的各向異性的性質(zhì)， 所以沖頭肩部以及法蘭附近的圓周方向的板厚之差較大。這個(gè)問題也同樣存在于拉伸比為 2.0和2. 4的成形品之中。[0040]各成形品的加工誘起的馬氏體相變量如圖6所示。圖中顯示作為比較的，在室溫(30°C )下成形成形品的結(jié)果。差溫拉伸的成形品是 它的沖頭要進(jìn)行冷卻的。還會(huì)降低沖頭肩部的極限板厚，因此沖頭肩部上因加工誘起的馬 氏體相變量，拉伸比2. 6中約8%，拉伸比2. 0中約被測(cè)量出來。但是能夠確認(rèn)的是，與 室溫成形相比，差溫拉伸成形品能夠大幅度抑制相變量。如圖6，任何一個(gè)成形，它們的沖頭 肩部的馬氏體相變量都增加了，但是側(cè)壁部分大多顯示為0。再拉伸捋加工成型性再拉伸捋加工測(cè)試結(jié)果如表2所示，在沖模壓邊和沖頭溫度為30°C的情況下，極 限再拉伸率為80%。與此相對(duì)的，因?yàn)樯吡藳_模以及壓邊溫度，所以成形的極限也提高 了。而且，當(dāng)沖模溫度為120°C，壓邊溫度為80°C，沖頭溫度為20°C時(shí)，極限再拉伸率提高到 60%。再者，當(dāng)沖模以及壓邊溫度為200°C，沖頭溫度為_7°C時(shí)，極限再拉伸率變成55 %。 由此得知，再拉伸捋加工成型性取決于成型溫度條件。另外，本測(cè)試的條件沒有受到初級(jí)拉 伸比的影響。表2再拉伸捋加工測(cè)試結(jié)果 在再拉伸捋加工的過程中，因過度地減少板厚導(dǎo)致沖頭肩部破裂。為了提高容易 破裂的沖頭肩部的強(qiáng)度，沖頭肩部的冷卻是很重要的。另外，沖模和壓邊的溫度會(huì)影響到材 料的流阻。因此，對(duì)于提高成型極限，設(shè)置較高的沖模以及壓邊溫度是有效的方法。差溫拉 伸加工法能夠有利于進(jìn)行再拉伸捋加工，并且生產(chǎn)出再拉伸率為55%，外形比為3. 3(成型 高度/(再拉伸沖頭直徑+板材壁厚X 2))的非常深的成形品。[0047]再拉伸捋加工后成品的品質(zhì)再拉伸率為60%的壁厚分布如圖7所示。再拉伸捋加工以后，沖頭肩部的板材壁 厚呈現(xiàn)局部性的降低。而且，初級(jí)拉伸過程中，呈現(xiàn)局部性板材壁厚降低的沖頭肩部，跟圖 中所顯示的部位一致。但是，這部分的板材壁厚變動(dòng)不大。我們認(rèn)為這種現(xiàn)象是受到加工硬化影響的。由以上得出，初級(jí)拉伸的過程中，沖頭 肩部板材壁厚的減少不會(huì)對(duì)再拉伸捋加工的成型極限產(chǎn)生大的影響。再拉伸后，拉伸比為2. 6的側(cè)壁壁厚分布均勻。初級(jí)拉伸過程中，拉伸比為2. 6的 沖頭頭部的壁厚降低了很多，所以跟側(cè)壁壁厚相差較大。由此得知，初級(jí)拉伸的壁厚分布會(huì) 影響到經(jīng)再拉伸捋加工后的產(chǎn)品品質(zhì)。再拉伸率為55%的加工誘起的馬氏體相變量如圖8所示。拉伸比為2. 0的沖頭肩部的相變量為5%左右，拉伸比為2. 6的是7_17%。產(chǎn)生 這種變異的原因是沖模溫度以及壓邊溫度不穩(wěn)定，必需要審查加熱裝置等等。另外，圖8所 顯示的樣品3的馬氏體相變量最大置為 %。加工的馬氏體相變量與開裂有關(guān)(一般認(rèn)為， 10%以上馬氏體相變量為開裂危險(xiǎn)線2)。由此得知，針對(duì)開裂的問題，采取了穩(wěn)定溫度條件 的方法，很大程度上能夠省略最終退火的工序。降低再拉伸捋加工溫度的方法此前，進(jìn)行了關(guān)于差溫再拉伸捋加工成型的研究，因此能夠把握成型溫度和成型 性的關(guān)系。如果沖模以及壓邊溫度升高了，成型性也會(huì)提高，從而獲得55%的極限再拉伸 率。然而，必需要把沖模跟壓邊的溫度設(shè)定在200°C，但同時(shí)也希望在實(shí)用方面實(shí)現(xiàn)低溫化。 為了嘗試降低再拉伸捋加工的成型溫度，進(jìn)行了關(guān)于初級(jí)拉伸后加工誘起的馬氏體相變量 給成型溫度和成型性帶來的影響的研究。初級(jí)拉伸時(shí)也進(jìn)行差溫拉伸加工，成型后的成品(拉伸比2.0)進(jìn)行退火。圖9顯 示退火后的加工誘起的馬氏體相變量。加工誘起的馬氏體相變量經(jīng)過退火處理后，變成了0%。同樣的，把拉伸比為2. 4以及2. 6的成型品進(jìn)行退火，然后進(jìn)行再拉伸捋加工測(cè)試 的結(jié)果如表3所示。表3再拉伸成型性(退火后)[0058] 拉伸比為2.0的再拉伸率為45%，拉伸比為2. 4以及2. 6的都為50%。另外，在 沖模以及壓邊的溫度為150°C的狀態(tài)下就能夠成型。加工誘起的馬氏體相變量給成型性和 再拉伸溫度條件帶來的影響如圖10所示。上述的拉伸比為2. 0的，不經(jīng)退火處理直接進(jìn)行差溫拉伸捋加工的時(shí)候，沖頭底 部的加工誘起馬氏體相變量為0. 5%，沖頭肩部的為0. 74%。并且極限再拉伸率為55%，沖 模跟壓邊溫度必需為200°C。與此相反的是，經(jīng)過退火處理能夠提高成型極限，降低成型溫 度。由此得知，加工誘起的馬氏體相變量與再拉伸捋加工成型性和再拉伸的溫度條件有關(guān) 系，能夠抑制初級(jí)拉伸后的加工誘起馬氏體相變量，有效地降低了再拉伸捋加工的溫度。差溫拉伸加工法，通過加熱沖模以及壓邊，來降低材料的流阻。通過沖頭冷卻提 高容易破裂的沖頭肩部強(qiáng)度，從而提高成型極限。這個(gè)溫度范圍就是拉伸強(qiáng)度變化最大的 0-100°C的范圍。所以，不銹鋼SUS304的拉伸強(qiáng)度，即使處在上述溫度范圍內(nèi)，也傾向于隨 著溫度的上升而逐漸降低。而且因?yàn)樵?0°C以上的溫度范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生馬氏體相變量，所 以為了在初級(jí)拉伸中抑制馬氏體相變量，把沖頭的溫度設(shè)置為80°C，沖模以及壓邊溫度為 22°C，嘗試?yán)酶邷囟确秶臏囟炔顏磉M(jìn)行拉伸成型。這種做法如圖11所示。成型條件如 表4所示，結(jié)果如表5所示。在這種溫度范圍內(nèi)進(jìn)行加工的時(shí)候，原本擁有加工誘起的馬氏 體相變量最多的沖頭肩部，它的相變量降為0%。表4初級(jí)拉伸成型條件 表5初級(jí)拉伸成型品的沖頭肩部的加工誘起馬氏體相變量 這種溫度條件下，沒有進(jìn)行再拉伸測(cè)試。但是跟經(jīng)過退火處理的樣品一樣，希望能 夠提高成形性和降低再拉伸溫度。在模具工程上，希望能夠低溫化處理較難控制溫度的再 拉伸工序，并把高溫化處理單一的第1級(jí)拉伸工序的方法，作為模具工程中實(shí)用性較強(qiáng)的 方法。本實(shí)用新型的拉伸捋加工方法具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)為了運(yùn)用差溫拉伸技術(shù)來達(dá)到縮短工序的目的，進(jìn)行了差溫再拉伸成形測(cè)試。 室溫狀態(tài)下的極限再拉伸率為80%，與此相對(duì)，差溫再拉伸率為55%。結(jié)果顯示，能夠削減 包括退火工序在內(nèi)的3個(gè)工序。(2)結(jié)果顯示，能夠把再拉伸捋加工成型后加工誘起的馬氏體相變量抑制在10% 以下，以及能夠省略第3級(jí)拉伸以后的退火工序。(3)因?yàn)樵倮燹奂庸つ＞叩闹圃焐?，很難控制模具的溫度，所以研究了降低再拉 伸溫度方法。通過提高與以往相比的初級(jí)拉伸溫度獲得了和競奪退火處理的樣品一樣的加 工誘起的馬氏體相變量。結(jié)果顯示，可降低再拉伸捋加工工序中的成型溫度。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到 的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種差溫拉伸捋加工的模具，包括有模具架(1)、沖頭(2)和多級(jí)沖模(3)，其特征在于在每級(jí)沖模內(nèi)都設(shè)有加熱元件(4)，沖頭(2)內(nèi)設(shè)有冷卻流道(5)，該冷卻流道(5)與外部管道設(shè)備組成環(huán)回通道，環(huán)回通道內(nèi)充滿冷卻媒質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種差溫拉伸捋加工的模具，其特征在于沖模(3)的入模 角度為5度 9. 5度。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種差溫拉伸捋加工的模具，包括有模具架、沖頭和多級(jí)沖模，在每級(jí)沖模內(nèi)都設(shè)有加熱元件，沖頭內(nèi)設(shè)有冷卻流道，該冷卻流道與外部管道設(shè)備組成環(huán)回通道，環(huán)回通道內(nèi)充滿冷卻媒質(zhì)。采用上述技術(shù)方案后，通過對(duì)模具沖頭進(jìn)行冷卻，對(duì)每級(jí)捋加工沖模進(jìn)行加熱，利用差溫一次多級(jí)捋加工，從而避免馬氏體相變的發(fā)生，提高不銹鋼素材的可塑性，也就提高了加工率；另外，采用本模具進(jìn)行生產(chǎn)，除了前序的初級(jí)拉伸和退火外工序外，只要一次差溫捋加工就完成生產(chǎn)，較之傳統(tǒng)的模具省去了3道工序，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)B21D37/10GK201676958SQ20102012694
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者劉江 申請(qǐng)人:劉江