首先想了解不銹鋼沖壓、彎曲和連續沖裁加工工藝,必須要知道以下幾點:
a. 極限拉深比--拉深加工時,相對于容器直徑d可能拉深的最大原料板直徑為Dmax時,Dmax/d則稱為極限拉深比(LDR).
b. 平均r值--塑性為異向性的材料深拉深成形特性評價的重要指標。鐵素體系列不銹鋼中,其平均r值越大,其極限拉深比就越高。
c. 拉深皺折-鐵素體系列不銹鋼在沖床上進行深拉深加工時,在其表面上容易產生凹凸不平的皺折??烧J為是組合結構不同而引起的塑性異向性。
d. 時效性斷裂-奧氏體系列不銹鋼SUS304等準穩定型奧氏體系列不銹鋼,在加工后有發生時效性裂紋的現象。它與晶界晶粒無關。一般認為是由于加工感應而引起的馬氏體、氫和殘余應力所致。
1. 沖壓加工
沖壓加工行業是家庭式作坊工業的代表性產業,多是從單獨一個一個地加工西餐具、器皿等所謂的“洋人筷子”等開始,發展到餐飲業的廚房用具以及廚房中所使用的水槽、洗滌盆、深拉深加工的澡盆以及汽車、電機領域中的零部件等。主要工藝方法是采用剪切、沖孔、拉深等進行連續加工。洋餐具、器皿和鍋的沖壓加工,基本上是屬于圓筒拉深制成。原材料板直徑D對容器(產品)直徑d之比,D/d稱為拉深比。以可能拉深的最大原材料板直徑為Dmax時,則Dmax/d稱為極限拉深比(LDR: Limiting Drawing Ratio)作為衡量加工性的指標。不銹鋼產品得以大幅度的增加需求與沖壓加工技術的發展有很大關系。不銹鋼產品生產廠家在深拉深加工等方面,由于塑性加工技術和材料技術的進展。使得鐵素體系列不銹鋼高加工性鋼種,已經產品化了??梢赃x定平均r值在1.2~1.8,LDR為2.2~2.5的鋼種。
在不銹鋼制品的沖壓加工中,如果使用奧氏體系列不銹鋼或鐵素體系列不銹鋼的高加工性能鋼種時,可以進行一定程度的深拉深加工。奧氏體系列不銹鋼的代表型鋼種 SUS 304(18Cr -18Ni),因為它的LDR為2.5,可以進行相對較大的深拉深加工。
但由于加工硬化傾向大而急劇地增加了加工難度,有時竟發生裂紋或斷裂。為此,沖壓廠家就在中間加上一道熱處理工序之后再進行深拉深加工。還必須注意,奧氏體系列不銹鋼的奧氏體穩定度低的鋼種經過拉深后,有可能發生時效斷裂現象。
近年來,新潟縣燕市的沖壓加工廠和新鴻縣工業技術中心共同開發不銹鋼熱沖壓技術,實現了超深拉深加工。熱沖壓技術就是將凹?;蛘咄鼓F渲兄贿M行加熱,這樣不銹鋼原來的拉深程度就可以提高1.5~2.0倍。熱沖壓加工設備的工作原理如圖6-9所示。其加工特性如圖6-10所示。
2. 彎曲與連續沖裁
奧氏體系列不銹鋼進行彎曲加工是件簡單之事,可以制作角鋼、槽鋼等型材使用。鐵素體系列,馬氏體系列不銹鋼作為型材加工,一般情況下沒有問題,但當彎曲半徑R小的時候,在折彎處有時會發生斷裂。在JIS標準中,對鐵素體、馬氏體系列的不銹鋼彎曲試驗標準規定,彎曲半徑R為1.0t(t為板材厚度)不應發生彎曲斷裂。還有,必須注意不銹鋼彎曲加工回彈量大的特點。落料(俗稱下料)或稱為沖裁加工,大多數是采用沖床連續加工的方式,有時在沖切斷面上,發生塌邊現象(即沖切面與基準平面不垂直)。精密落料是從變壓器等使用疊層的電磁鋼板的加工技術開展起來的技術,對粒子加速器的套環(collar)或電子零部件中的引線框(lead frame)等等,從較厚的板材到超薄材,精密落料得到廣泛應用。沖壓加工機械亦可以進行精密沖壓(落料)加工,但由于沖壓塌邊的問題,一般不能作為成品直接使用。在精密沖壓中,為控制塌邊,就需加一道機械控制的工藝措施,這需要按產品用途以及成本兩方面來權衡。在加工方法競爭上,還有一種“蝕刻”方法,在電子產品的接線框等超薄產品中,在加工廠家的技術競爭中,兩者幾乎各占一半。
3. 加工油、表面保護薄膜和其他潤滑
a. 表面保護薄膜-為了保持不銹鋼的匠藝性、防止產生瑕疵以及作為潤滑而敷于材料表面的聚氯乙烯或聚乙烯等薄膜。
b. 揮發性加工油--加工時有潤滑效果而后又能揮發掉的加工油。使用完全揮發型的,可以省掉清洗工序。
c. 潤滑不銹鋼板-具有透明石蠟涂裝的不銹鋼,它比加工油或表面保護膜有更好的加工性。
在沖床上進行不銹鋼板彎曲、沖裁(落料)等加工時,可使用加工油、表面保護薄膜或直接使用潤滑鋼板。在表6-1中,對加工油、表面保護薄膜和潤滑鋼板進行比較。表面保護薄膜是不銹鋼保持匠藝性的一項重要措施。所用樹脂為聚氯乙烯系列或聚乙烯系列。材料運轉自始至終都是用表面保護薄膜對材料表面施行保護。使用表面保護薄膜,最容易發生的問題就是殘留糊狀物,貼附后長期保存在倉庫內的或者是不具備耐候性能的薄膜放置在室外的,則容易發生損壞。表面保護薄膜要根據用途和加工方法選定。主要廠家生產的表面保護薄膜性能及其有關事項如表6-2所示。不使用表面保護薄膜時,一般情況下要使用加工油。當使用加工油加工后,需進行洗凈。洗凈的方法有多種,最近在保護地球環境問題當中,規定了保護環境條例,對于破壞臭氧層的清洗劑做出了限制。
因此,當使用加工油時,要考慮到洗凈和存放問題。在加工油選定方面,從前認為由于不銹鋼硬度比普通鋼要高,加工不銹鋼比普通鋼困難,所以要選用有黏性的加工油。具有黏性的加工油往往是黏糊糊的,在加工過程中不但變黑而且難以清洗。另外,其中多數情況下加入氯系列添加劑。因此,更有必要進行充分地清洗。近年來,開發了許多水溶性加工油,在深拉深等加工中,其潤滑性堪比原用油性的加工油。水溶性加工油比較容易清洗,應用效果很好。作為新技術,雖然加工條件受到某種程度的限制,免清洗的揮發型加工油仍得到推廣。
在揮發性加工油中,有完全揮發型和部分殘留型等產品。需根據加工條件選擇,使用完全揮發型的可以省掉加工后的清洗。在家電生產廠中,沖制全自動洗衣機不銹鋼洗衣桶時就是采用完全揮發型加工油。在其他領域中,完全揮發型加工油已實際運用到沖孔、內緣翻邊、壓制筋板、彎曲和卷邊等沖壓工藝中。
由于使用揮發性加工油可以省掉清洗工序,在流水加工作業線上使用,可以降低成本。主要生產廠家的揮發性加工油產品如表6-3所示。如將揮發性加工油的涂敷方式和加工條件進行改進時,即可以完全省掉清洗工作。但是,揮發性加工油涂敷方式、加工條件及加工夾具的質量管理不善時,由于加工夾具的磨損等可能產生對不銹鋼的鐵粉銹蝕事故。關于鐵粉銹蝕檢查方法,可參照本書后部章節中的“使用時注意重占日惠執處理”由的說明。
先前在沖壓加工過程中使用加工油。為了洗凈這些加工油而使用了破壞臭氧層的三氯乙烷,三氯乙烯等。后來,洗凈方法改為堿性洗凈方法。在1995年,考慮到保護地球環境問題,開發了潤滑不銹鋼板。在汽車、電機、燃氣器具領域中,積極推廣了省掉清洗工序的潤滑不銹鋼板。特別是在汽車領域中的排氣分支管的不銹鋼化過程中,實踐證明,加工這種形狀復雜的工件,認為潤滑不銹鋼板比以前使用潤滑油的加工性更優越。所以,潤滑不銹鋼板的需要量大幅度增加。
潤滑不銹鋼板,根據用途亦有不涂薄膜的。非脫膜型和脫膜型兩類已經產品化了。潤滑不銹鋼板種類和特性如表6-4所示。在建筑材料領域中,使用潤滑不銹鋼板做屋頂時,非脫膜型和脫膜型一樣,其薄膜經過1~2年的紫外線照射就消失了。作為工程實例,用于西武百貨大樓和福岡機場候機大廳。實踐證明,潤滑不銹鋼板的加工性比加工油還要優越,見表6-5。
不銹鋼板生產廠家的潤滑不銹鋼板產品,在透明涂裝不銹鋼項目中有介紹。