拉伸類模具的表面拉傷問(wèn)題
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(diǎn)是工件在成型過(guò)程中,模具與被加工材料的接觸表面要產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。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(gè)很大問(wèn)題是成型過(guò)程中,工件和模具表面易產(chǎn)生拉傷,也有稱為拉毛、劃傷、或拉絲的。拉傷的后果是影響產(chǎn)品的外觀和產(chǎn)品的質(zhì)量。一些場(chǎng)合,工件表面拉傷,即是廢品。拉傷嚴(yán)重時(shí)形成咬死現(xiàn)象,無(wú)法進(jìn)行正常生產(chǎn)。成型工作壓力比較大或奧氏體不銹鋼類材料成型時(shí)拉傷現(xiàn)象表現(xiàn)得尤為嚴(yán)重。對(duì)于此種現(xiàn)象,目前國(guó)內(nèi)還缺乏較系統(tǒng)的研究,對(duì)其解決方法的選擇缺乏有效的指導(dǎo)原則,而國(guó)外則相反。本文結(jié)合筆者多年的科研和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),就此問(wèn)題進(jìn)行分析,并對(duì)其解決方法進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。
工件拉傷問(wèn)題的實(shí)質(zhì)及解決拉傷問(wèn)題的基本措施
工件成型過(guò)程中拉傷問(wèn)題分以下兩種狀況,一種情況是由于模具的宏觀機(jī)械凹凸不平或被成型材料與模具之間夾雜其它硬質(zhì)顆粒,都會(huì)在工件表面形成機(jī)械的切削。此種情況在實(shí)際生產(chǎn)中可能會(huì)出現(xiàn),其解決方法是完善模具設(shè)計(jì)和制模時(shí)對(duì)模具表面進(jìn)行仔細(xì)研磨加工,并加強(qiáng)生產(chǎn)環(huán)境的管理。本文以下主要討論另一種情況的拉傷問(wèn)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(chǎn)中最常見(jiàn)的又不容易解決的一種狀況,以下詳細(xì)分析粘著磨損的產(chǎn)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(shí),模具與被加工材料表面相互接觸并相對(duì)滑動(dòng),組成一對(duì)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(cè)到的粗糙度,所以真正的接觸只發(fā)生在微觀接觸面上。分析表明,微觀真實(shí)接觸面積只是名義上的幾何接觸面積的一個(gè)小部分,由此微觀接觸面范圍內(nèi)產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力,這些應(yīng)力由于切向相對(duì)運(yùn)動(dòng)還會(huì)加強(qiáng),以致受到負(fù)荷作用的粗糙面凸峰發(fā)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(yīng)層會(huì)遭到破壞,結(jié)果使暴露在表面的原子鍵聯(lián)結(jié)或多或少地得到加強(qiáng),這種現(xiàn)象稱為粘著作用。當(dāng)磨擦副發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),這種原子鍵又會(huì)相互脫開(kāi),原子鍵脫開(kāi)并不一定都在原始微觀接觸處斷開(kāi),而有可能在磨擦副雙方表面層附近斷開(kāi),其結(jié)果是材料從磨擦副的一方轉(zhuǎn)移到磨擦副的另一方上去,這就是所謂的粘著磨損[1]。實(shí)驗(yàn)證明,出現(xiàn)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(duì)運(yùn)動(dòng)速度以及溫度等負(fù)荷參數(shù)有關(guān)。當(dāng)以上負(fù)荷參數(shù)超過(guò)了臨界值時(shí),粘著磨損突然加劇,出現(xiàn)所謂膠合現(xiàn)象,極端情況摩擦副間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)停止,出現(xiàn)咬死現(xiàn)象。由上分析可見(jiàn),工件成型時(shí)表面出現(xiàn)拉傷或咬死現(xiàn)象就是粘著磨損所引起的結(jié)果。
要減少粘著磨損目前還缺乏統(tǒng)一的選擇判據(jù),大多需要依靠經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)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(fù)荷,包括機(jī)械與熱負(fù)荷;
2)避免采用金屬配對(duì)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(duì)副來(lái)代替;
3)當(dāng)使用金屬配對(duì)副時(shí),應(yīng)優(yōu)先采用體心立方或六方體結(jié)構(gòu)的材料,避免采用面心立方結(jié)構(gòu)的材料;
4)采用非均質(zhì)組織的材料;
5)采用潤(rùn)滑油膜使接觸副隔開(kāi);
6)采用有EP(極壓)添加劑的潤(rùn)滑油,使接觸副表面上形成保護(hù)性的吸附層或反應(yīng)層。
具體到成型模具與工件原材料或半成品這對(duì)接觸副,由于成型負(fù)荷和所成型材料千差萬(wàn)別,采用何種或幾種措施來(lái)解決工件的拉傷問(wèn)題,除要考慮效果的有效性外,還必須考慮產(chǎn)品的批量大小,實(shí)現(xiàn)的難易程度及其經(jīng)濟(jì)性等方面的問(wèn)題。
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