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拉伸類模具的表面拉傷問題

作者: 來源: 日期:2017/8/24 13:53:18 人氣:1100
        引伸(拉延、拉伸),彎曲、翻邊、薄板輥壓成型等類模具,其共同特點是工件在成型過程中,模具與被加工材料的接觸表面要產生相對滑動。一般而言,被加工材料以各類鋼鐵材料及各類鍍層鋼板居多,而模具一般由鋼鐵制成。此類工況存在的一個很大問題是成型過程中,工件和模具表面易產生拉傷,也有稱為拉毛、劃傷、或拉絲的。拉傷的后果是影響產品的外觀和產品的質量。一些場合,工件表面拉傷,即是廢品。拉傷嚴重時形成咬死現象,無法進行正常生產。成型工作壓力比較大或奧氏體不銹鋼類材料成型時拉傷現象表現得尤為嚴重。對于此種現象,目前國內還缺乏較系統的研究,對其解決方法的選擇缺乏有效的指導原則,而國外則相反。本文結合筆者多年的科研和實踐經驗,就此問題進行分析,并對其解決方法進行了較詳細的介紹。
        工件拉傷問題的實質及解決拉傷問題的基本措施
        工件成型過程中拉傷問題分以下兩種狀況,一種情況是由于模具的宏觀機械凹凸不平或被成型材料與模具之間夾雜其它硬質顆粒,都會在工件表面形成機械的切削。此種情況在實際生產中可能會出現,其解決方法是完善模具設計和制模時對模具表面進行仔細研磨加工,并加強生產環境的管理。本文以下主要討論另一種情況的拉傷問題。
        另一種情況是由于工件表面與模具表面粘著磨損[1]而形成的拉傷,也是生產中最常見的又不容易解決的一種狀況,以下詳細分析粘著磨損的產生及減少粘著磨損的一些基本措施。
        成型類模具加工工件時,模具與被加工材料表面相互接觸并相對滑動,組成一對接觸副或摩擦副。由于材料表面不可能是完全平整的,總存在可以測到的粗糙度,所以真正的接觸只發生在微觀接觸面上。分析表明,微觀真實接觸面積只是名義上的幾何接觸面積的一個小部分,由此微觀接觸面范圍內產生很大的機械應力,這些應力由于切向相對運動還會加強,以致受到負荷作用的粗糙面凸峰發生彈性或彈塑性變形,這樣摩擦副雙方表面的吸附層或反應層會遭到破壞,結果使暴露在表面的原子鍵聯結或多或少地得到加強,這種現象稱為粘著作用。當磨擦副發生相對運動時,這種原子鍵又會相互脫開,原子鍵脫開并不一定都在原始微觀接觸處斷開,而有可能在磨擦副雙方表面層附近斷開,其結果是材料從磨擦副的一方轉移到磨擦副的另一方上去,這就是所謂的粘著磨損[1]。實驗證明,出現粘著磨損的磨擦副的表面非常粗糙,并有拉傷,其程度與法向力,磨擦副之間相對運動速度以及溫度等負荷參數有關。當以上負荷參數超過了臨界值時,粘著磨損突然加劇,出現所謂膠合現象,極端情況摩擦副間的相對運動停止,出現咬死現象。由上分析可見,工件成型時表面出現拉傷或咬死現象就是粘著磨損所引起的結果。
要減少粘著磨損目前還缺乏統一的選擇判據,大多需要依靠經驗知識來確定,以下是減少粘磨損所采取的一些基本措施。
        1)盡量減少接觸副之間的負荷,包括機械與熱負荷;
        2)避免采用金屬配對副,而可采用陶瓷與陶瓷,塑料與塑料,塑料與金屬,陶瓷與金屬或塑料與陶瓷配對副來代替;
        3)當使用金屬配對副時,應優先采用體心立方或六方體結構的材料,避免采用面心立方結構的材料;
        4)采用非均質組織的材料;
        5)采用潤滑油膜使接觸副隔開;
        6)采用有EP(極壓)添加劑的潤滑油,使接觸副表面上形成保護性的吸附層或反應層。
        具體到成型模具與工件原材料或半成品這對接觸副,由于成型負荷和所成型材料千差萬別,采用何種或幾種措施來解決工件的拉傷問題,除要考慮效果的有效性外,還必須考慮產品的批量大小,實現的難易程度及其經濟性等方面的問題,以下予以詳細討論。
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