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          常用鈑金材料的工藝性能

          2019-03-25 09:25 作者:管理員8 來源:未知 瀏覽: 字號:
          1.3常用鈑金材料的工藝性能

              零件加工工藝方案的確定除與加工零件的形狀、精度,企業所具有的結構設備等有關外,還與零件所用的材料關系極大,即使對同一強度等級的材料,不同加工材料的化學成分對零件的加工工藝也會帶來不同的影響,從而直接影響著飯金件的生產加工,因此,分析并了解不同材料的加工工藝特性,對飯金件加工工藝以及生產操作的規范的制定都具有重要的意義,以下是一些常用飯金材料的加工工藝性能。
           
              (1)普通碳素結構鋼的工藝性能
           
              一般說來,飯金件以普通碳素結構鋼(如:Q195、Q215Q235等)和優質碳素結構鋼(如:08 , 10F,20等)最為常用該類鋼種的冷、熱成形,氣割,碳弧氣刨,水火矯形等工藝性都已趨于完善。除在成形上因厚度增加受變形率限制,加熱受溫度上限限制外,其他限制不多。
           
              在加工較厚板料時,為增加板料的變形程度,降低板料的變形抗力,多用熱成形或局部加熱毛坯的拉深成形工藝,但應避免在某些溫度區間加熱,如碳鋼加熱到200-400℃時,因為時效作用(夾雜物以沉淀的形式在晶界滑移面上析出)使塑性降低,變形抗力增加,這個溫度范圍稱為藍脆區,這時鋼的性能變壞,易于脆斷,斷口呈藍色。而在800-950℃范圍內,又會出現熱脆區,使塑性降低,因此,在板料熱態拉深操作過程中,應特別注意實際變形熱壓的溫度不應處于藍脆區和熱脆區。在操作時,應考慮加熱設備與壓力機間的位置對變形熱壓溫度的影響,并謹慎使用降溫吹風設備,以避免藍脆及熱脆的發生。
           
              (2)合金鋼的工藝性能
           
              常用于制造飯金結構件的合金鋼通常為16Mn, 15MnV等低合金高強度結構鋼,它們的工藝性能如下。
           
              ①16Mno 16Mn鋼一般都是熱軋狀態供貨,不需要熱處理,特別是厚度小于20mm的軋材,其力學性能都很高,因此,熱壓后一般都直接使用。對于厚度大于20mm的鋼板,為提高鋼材的屈服強度和低溫沖擊韌性,可采用正火處理后使用。
           
              另外,其氣割性能與普通低碳結構鋼相同。氣割邊緣1mm內雖有淬硬傾向,但由于淬硬區域很窄,可通過焊接消除。因此,該鋼種的氣割邊緣不需機械加工,可直接進行焊接。
           
              碳弧氣刨性能也與普通低碳結構鋼相同。氣刨邊緣內雖有淬硬傾向,但由于淬硬區域也很窄,可通過焊接消除,因此,該鋼種的氣刨邊緣不需機械加工,可直接進行接。其結果與機械加工后進行焊接的熱影響區硬度基本相同。
           
              與Q235相比,16Mn鋼屈服強度都在345MPa以上,比Q235高,故冷成形力大于Q235鋼。對于大厚度熱軋鋼材,采用正火或退火后,冷成形性能能得到極大的改善。但當板厚達到一定厚度(t≥32)時,須在冷成形后進行去應力熱處理。
           
              當加熱到800℃以上時,能獲得良好的熱成形性能,但16Mn鋼加熱溫度不宜超過9000C,否則,容易出現過熱組織,降低鋼材的沖擊韌性。
           
              此外,16Mn鋼經3次火焰加熱矯形并水冷后的力學性能無明顯改變,具有與原母材同樣的抗脆性破壞能力,因此,該鋼種可以進行水火矯形,但對動載荷結構不宜采用水火矯形。
           
              ② 15MnV。較薄的15MnV與15MnTi鋼板,其剪切和冷卷性能與16Mn鋼相似,但對板厚t妻25mm的熱軋鋼板,在剪切邊緣上容易隱存因剪切的冷作硬化引起的小裂紋。這種裂紋有可能在鋼材出廠前就已產生。因此,應加強質量檢查,一但發現,應經過氣割或機械加工去除有裂紋的邊緣。此外,較厚的15MnV類鋼熱軋板,冷卷時容易產生斷裂,可通過930-1000℃的正火處理,提高其塑性和韌性,改善冷卷性能。
           
              另外,該類鋼的熱成形和熱矯形性能良好,加熱溫度為850-1100℃熱成形時,多次加熱對屈服強度的影響不大;且氣割性能良好,碳弧氣刨性能也良好,碳弧氣刨對焊接接頭的性能無不良影響。

              具有同樣工藝性能的15MnV類鋼還包括15MnTi, 15MnVCu,15 MnVRE、15MnNTiCu等。
           
              ③ 09Mn2Cu, 09Mn2。該類鋼具有較好的冷沖壓性能。09Mn2Cu, 09Mn2, 09Mn2Si中厚鋼板的冷卷工藝性、熱壓工藝性、氣割、碳弧氣刨、火焰矯形與Q235一樣。
           
              ④ 18MnMoNb。該類鋼的缺口敏感性高,經火焰氣割的切口存在淬硬傾向,為防止彎曲時產生裂紋,應對氣割后的鋼板經580℃保溫lh,進行消應力退火。
           
              (3)不銹鋼的工藝性能
           
              不銹鋼的種類很多,按化學成分可分為兩大類,即鉻鋼和鎳鉻鋼。鉻鋼中含多量鉻或再含有少量鎳、欽等元素;鎳鉻鋼中含多量鉻和鎳或再含有少量欽、鑰等元素。按金相組織的不同,分為奧氏體型、鐵素體型、馬氏體型等幾類。由于化學成分和金相組織的不同,各類不銹鋼的力學性能、化學性質、物理性能也有較大差異,使不銹鋼材料應用的工藝難度相對增加.
           
              常用的不銹鋼牌號有兩類:
              甲類:屬于馬氏體型鉻鋼,如1Crl3, 2Cr13, 3Cr]3, 4Cr13等.
              乙類:屬于奧氏體型鎳鉻鋼,如1Crl8Ni9Ti, 1Crl8Ni9等。
           
              以上兩類不銹鋼具有如下加工工藝性能。
           
              ①為了獲得好的塑性,應使材料處于軟態,所以要進行熱處理.甲類不銹鋼的軟化熱處理是退火,乙類不銹鋼的軟化熱處理是淬火。
           
              ②在軟態下,兩類不銹鋼的力學性能都具有較好的加工工藝性,特別是具有較好的沖壓變形工藝性,適合于變形基本工序的沖壓加工,但不銹鋼的材料特性與普通碳鋼相比,是大不相同的,即使是拉深用不銹鋼材料,其垂直塑性的異向性特性值也遠低于普通碳鋼,同時,又因為屈服點高,冷作硬化嚴重,所以不僅在拉深過程中容易產生皺折,而且板料在凹模圓角處產生的彎曲和反向彎曲變形引起的回彈,往往都會在制件的側壁形成凹陷或撓曲。故對于不銹鋼的拉深,需要有很高的壓料力,而且要求對模具進行細致的調枯。

              由于不銹鋼冷作硬化現象很強烈,拉深時容易產生皺折,因此在實際操作過程中,要采取如下一些措施,以便保證拉深作業順利進行:一般要在每次拉深后進行中間退火,不銹鋼不像軟鋼那樣可以經過3-5次進行中間退火,通常是每經過一次拉深后就要進行中間退火;變形量大的拉深件,最終拉深成形后,要緊接著進行消除殘余內應力的熱處理,否則拉深件會產生裂紋,去內應力的熱處理規范是甲類不銹鋼加熱溫度250-4001C,乙類不銹鋼加熱溫度350-450℃,然后在上述溫度下保溫1-3h;采用溫熱拉深方法可以得到較好的技術經濟效果,例如對lCrl8Ni9不銹鋼加熱到80--120℃,能減少材料的加工硬化和殘余內應力,提高拉深變形程度,減小拉深系數。但奧氏體不銹鋼加熱到較高溫度(300- 700℃)時,并不能進一步改善其沖壓工藝性.拉深復雜零件時,應選用油壓機、普通液壓機等設備,使其在不高的拉深速度(0.15-0.25m/s左右)下變形,可以得到較好的效果。

              ③與碳鋼或有色金屬相比,不銹鋼沖壓另一特點是變形力大,彈性回跳大。因此,為保證沖壓件尺寸和形狀的精度要求,有時要增加修整、校正以及必要的熱處理。
           
              ④奧氏體不銹鋼不同品種間的屈服強度差別較大,因此,在剪切、成形的工序中注意加工設備的承受能力.
           
              (4)有色金屬及合金的工藝性能
           
              對有色金屬及合金成形過程中接觸到的設備,其模具表面光滑程度的要求均較高.
           
              ①銅和銅合金常用的銅和銅合金有純銅、黃銅和青銅。純銅和牌號為H62及H68的黃銅,沖壓工藝性均好,比較起來,H62比H68的冷作硬化較強烈。
           
              青銅用作耐蝕、彈簧和耐磨零件,不同牌號間性能差別較大。一般說來,青銅比黃銅的沖壓工藝性差些,青銅比黃銅的冷作硬化強烈,需要頻繁的中間退火.
           
              大部分黃銅和青銅在熱態下(600-800℃以下)具有較好的沖壓工藝性,但加熱會給生產L帶來許多不便,并且銅和許多銅合金在200-400℃的狀態下,塑性反而比室溫時較大的降低,因而一般不采用熱態沖壓.
           
              ②鋁合金鈑金構件中常用的鋁合金主要有硬鋁、防銹鋁、鍛鋁等。
           
              防銹鋁主要是鋁錳或鋁鎂合金,熱處理效果很差,只能通過冷作硬化來提高強度,它具有適中的強度和優良的塑性及抗腐蝕性.硬鋁和鍛鋁屬于熱處理能強化的鋁合金.鍛鋁大多是鋁鎂硅合金,熱狀態下強度較高,熱處理強化效果差,在退火狀態下具有很好的塑性,適于沖壓和鍛造加工.硬鋁是鋁銅鎂合金,強度較高,熱處理強化效果好.
           
              防銹鋁可用退火方法來獲得最大的塑性,硬鋁和鍛鋁既可用退火方法也可用淬火方法來獲得最大的塑性。它們在淬火以后的狀態有較高的塑性和對沖壓有利的綜合力學性能,因而具有比退火狀態更好的沖壓工藝性。
           
              硬鋁和鍛鋁屬于熱處理能強化的鋁合金,它們有一個特點,即淬火后隨時間延長逐漸強化,這種現象稱為“時效強化”。時效強化具有一定的發展過程,不同牌號材料的發展速度也不相同.由于這類鋁合金具有時效強化的特點,因此,對此類鋁合金的沖壓加工必須在時效強化發展完成之前完成,一般車間要求在淬火后1. 5h內完成加工.
           
              在鋁合金中,鋁鎂合金(大部分為防銹鋁)的冷作硬化比較強烈,因此用這類材料制造復雜零件時,通常要進行1---3次中間退火.在深拉深成形后還要進行消除內應力的最終退火。
           
              為改善加工工藝性,生產中還采用在鋁合金處于溫熱狀態下沖壓.溢熱沖壓多用于冷作硬化后的材料,材料經溫熱(大約100-200℃左右)后,既保留了部分冷作硬化又改善了塑性,可以提高沖壓變形程度和沖壓件的尺寸精度.
           
              溫熱沖壓時,必須嚴格控制加熱溫度,過低會引起沖壓件產生裂紋,過高又會引起強度急劇降低.也會引起裂紋。在沖壓過程中.凸模容易過熱,當它超過一定溫度后,就會使沖壓材料強烈軟化,引起拉深件斷裂。凸模溢度保持在小于50- 75℃,可以提高溫熱拉深的變形程度。溫熱沖壓中,必須采用特制的耐熱潤滑劑。
           
              ③鈦和鈦合金欽和欽合金的工藝性較差,其強度較高,變形力大,冷作硬化程度強烈,除少數牌號可以對變形不大的零件進行冷沖壓外,大多采角熱沖壓.熱沖壓的加熱溫度較高(300-750℃),且因牌號不同而不同,加熱溫度過高會使材料變脆,不利于沖壓。由于欽是一種化學性質非;钴S的元素,對氧、氫、氮等元素的化合所需溫度都不高,而與氧、氫、氮等生成的化合物都是產生脆性的主要因素,因此,鐵及合金的加熱受到嚴格的限制。需要高溫加工時,必須在保護氣體中進行,或采用全保護的無泄漏包裝進行整體加熱。在操作鈦和鐵合金的沖壓件時,應采取盡可能低的沖壓速度.
           
              此外,鐵材的切斷可采用機械方法,如鋸切、高壓水切割、車床、管切斷機床等,鋸切速度宜慢,絕不可以用氧一乙炔焰等通過加熱進行氣割,也不宜用砂輪鋸切割,避免切口的熱影響區受到氣體的污染,同時,切口處毛邊過大,還要增加毛邊處理的工序。

              鈦和鈦合金管可以冷彎,但回彈現象明顯.通常在室溫下是不銹鋼的2-3倍,因此,鈦管的冷彎中要處理好回彈量,此外,鈦管的冷彎彎曲半徑不得小于管外徑的3. 5倍.冷彎時,為防止局部出現橢圓度超差或出現皺折現象,可在管內充填經過干燥的河沙,并用木錘或銅錘夯實.彎管機冷彎時,應加芯軸.熱彎時,預熱溫度應在200-300℃.
           
              對于90°翻邊,應分別用30°, 60°, 90°三套模具分次壓制,避免出現裂紋。
           

          (責任編輯:laugh521521)
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