五金模具设计之拉伸模的常有缺陷

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五金模具设计之拉伸模的常有缺陷

一.壁破裂
这种缺陷一般出现在方筒角部附近的侧壁，通常出现在凹模圆角半径（rcd）附近。在模具设计阶段，一般难以预料。即倒W字形，在其上方出现与拉深方向呈45°的交叉网格。交叉网格象用划线针划过一样，当寻找壁破裂产生原因时，如不注意，往往不会看漏，它是一种原因比较清楚而又少见的疵病。
分析
方筒拉深的直边部和角部变形不均匀，随着拉深的进行，板厚只在角部增加，从而研磨了的压边圈，压边力集中于角部，同时，也促进了加工硬化，为此，弯曲和变直中所需要的力就增大，拉深载荷集中于角部，这种拉深的行程载荷曲线载荷峰值出现两次。 第一峰值与拉深破裂相对应，第二峰值与壁破裂相对应。就平均载荷而言，第一峰值最高，就角部来说，在加工后期由于拉深载荷明显地向角部集中，在第二峰值就往往出现壁破裂。与碳素钢板（软钢板）相比较，18—8系列不锈钢由于加工硬化严重，容易发生壁破裂。即使拉深象圆筒那样的均匀的产品，往往也会发生壁破裂。

原因及消除方法
1.制品形状
① 拉深深度过深。
由于该缺陷是在深拉深时产生的，如将拉深深度降低即可解决。但是必须按图纸尺寸要求进行拉深时，用其他方法解决的例子也很多。
② rd、rc过小。
由于该缺陷是在方筒角部半径（rc）过小时发生的，所以就应增大rc。凹模圆角半径（rd）小而进行深拉深时，也有产生壁破裂的危险。如果产生破裂，就要好好研磨（rd），将其加大 。
消除方法
① 拉深深度过大。
胀形超过极限而引起纵向裂纹；另外，在精整时，纵向或横向胀形若超过极限，也会引起破裂。总之，破裂的直接原因，与胀形超限是一致的。因此，超过变形极限而产生破裂，从形式上讲，就是拉深深度过深，如果降低拉深深度，成形条件就会变好。
② 凹模圆角半径（rd）过小。
由于是胀形变形，如果超过材料所具有的变形极限，就会产生破裂。因此，合理的rd既能防止凸缘部裂纹的产生，又能补充材料。作为改善材料流入条件的方法之一，是增大凹模圆角半径（rd）。增大rd虽然防止了破裂产生，但这时的rd比图纸尺寸大，为使rd达到图纸要求，应增加一道精整工序。

2.冲压条件
① 压边力过大
只要不起皱，就可降低压边力。如果起皱是引起破裂的原因，则降低压边力必须慎重。如果在整个凸缘上发生薄薄的折皱，又还在破裂地方发亮，那就可能是由于缓冲销高度没有加工好，模具精度差，压力机精度低，压边圈的平行度不好及发生撞击等局部原因。必须采取相应措施。是否存在上述因素，可以通过撞击痕迹来加以判断，如果撞击痕迹正常，形状就整齐，如果不整齐，则表明某处一定有问题。
② 润滑不良
加工油的选择非常重要。区别润滑油是否合适的方法，是当将制品从模具内取出来时，如果制品温度高到不能用手触摸的程度，就必须重新考虑润滑油的选择和润滑方法。在拉深过程中，最重要的因素之一是不能将润滑油的油膜破裂。凸模侧壁温度上升而使材料软化，是引起故障的原因。因此，在进行深拉深时，要尽量减少拉深引起的磨擦，另外，还需要同时考虑积极的冷却方案。
③ 毛坯形状不当
根据经验，在试拉深阶段产生壁破裂时，只要改变毛坯形状，就可消除缺陷，这种实例非常多。拉深方筒时，首先使用方形毛坯进行拉深，rd部位如果产生破裂，就对毛坯四角进行切角。在此阶段，如果发生倒W字形破裂和网格疵病，则表示四角的切角量过大。切角的形状，如拉深时凸缘四角产生凹口，只要切角量适当减小一些，就可消除，同时还可制止破裂。
④ 定位不良
切角量即使合适，但如毛坯定位不正确，就会象切角过大那样，仍要产生破裂。另外，当批量生产时，使用三点定位装置时，定位全凭操作者的手感，这时往往会产生壁破裂。
⑤ 缓冲销接触不良
只要将缓冲销的长度作适当调整，缺陷即可消除。
消除方法
① 压边力过大。
调整拉深力最基本的方法是调整压边力。如果产生破裂，并且凸缘部位发亮，则是因为压边力过大。因此，当有破裂危险时，可稍微降低压边力来观察制品的变化。
② 凹模面润滑不足。
随着压边力的增加，润滑油油膜强度也应相应提高，使其尽量减少摩擦③毛坯形状不良。如果毛坯越大，成形条件就会越来越坏。因此，需将毛坯减小到最小限度。即可接近下死点时，毛坯要越过拉深筋，然后进行试拉深。

3.模具问题
① 模具表面粗糙和接触不良。
在研磨凹模面提高表面光洁度的同时，还要达到不形成集中载荷的配合状态。
② 模具的平行度、垂直度误差。
进行深拉深时，由于模具的高度增加，所以凸模或凹模的垂直度、平行度就差，当接近下死点时，由于配合和间隙方面的变化，就成为破裂的原因。因此，模具制作完毕之后，必须检查其平行度和垂直度。
③ 拉深筋的位置和形状不好。
削弱方筒拉深时角部的拉深筋的作用。
消除方法
① 拉深筋的形状和位置不对。
使用拉深筋虽然可以防止凸缘产生折皱，但其副作用是阻碍了材料的流入，因此，如果产生破裂的原因是材料流入阻力太大，那末，为了材料容易流入，就需要与毛坯形状一起综合分析拉深筋的位置和形状。
② 加工不良。
如果模面加工不良，往往不能提高压边力。因此，需要用砂轮磨光。

4.材料
① 拉伸强度不够。　　
② 晶粒过大，容易产生壁部裂纹，故应减小材料之晶粒。　
③ 变形极限不足，因此要换成r值大的材料。　　
④ 增加板材厚度，进行试拉深。侧壁纵向裂纹如果加工初期受到压缩变形，加工后期受到拉伸变形，可能产生纵裂纹。
消除方法
如果超过变形极限，就需要换成更高级的材料，另外，还要增加板材厚度。

二.凸模肩部相应部位裂纹
由于材料的强度不够，当拉深载荷达到材料破断载荷时就会发生此缺陷。缺陷部位产生于凸模肩R相应的部位（rp处），即比冲撞痕线更接近rp的部分。破裂部分的冲撞痕线，因与其他部位不同，可以对下面几种情况进行观察检查：或者被延展；或者在凸缘的上下面有发亮的部分；或者产生折皱。另外，在侧壁上有时也有发亮的部分。初期横向破裂，呈舌状。
原因及消除方法
1.制品形状
① 拉深深度过大。
目前，圆筒、方筒深拉深的极限是在设计阶段确定的。从而，在极限附近进行拉深时，要用表面光洁、平整的材料，综合模具配合和研磨，加工润滑油，缓冲压力，压力机精度等现场条件，进行试验拉深。
② 凸模半径（rp）过小。
a 将rp修正到适当值。
b 图纸上的rp过小时，首先按适当值进行拉深，然后再增加一道工序，成形所需尺寸。
③ 凹模尺寸（rd）过小。
a 将rd修正到适当值。
b 图纸上的rd过小时，首先用适当rd值进行拉深，然后再增加一道工序，成形到所需尺寸。　　
④ 方筒的角部半径（rc）过小。
a 将拉深深度减小；
b 多增加一道拉深工序；
c 换成更高级的材料；
d 将板料厚度增加。

2.冲压条件
① 压边力过大。
压边力过大时，在凸缘面上不会发生起皱。防皱压板面粗糙度，模具配合，间隙，rp，rd，加工油的种类和涂敷条件，缓冲销造成的压边力分布等，都影响防皱压力。如果有关拉深的上述这些条件都合适的话，压边力就会下降，在起皱之前，不会发生破裂。 压边力过大时，由于凸缘面会全面发亮，所以很容易判断。
② 润滑不良。
拉深加工与润滑有极为密切的关系，特别是包含有减薄拉深加工时，必须控制制品温度的升高。如果是条件好的拉深加工，润滑油的选择不成什么问题；条件不好的拉深加工，如果润滑油选择不当，就会引起破裂.
③ 毛坯形状不良。
在试拉深阶段，决定毛坯形状是重要的工作之一。必须将毛坯形状限制在最小尺寸。当用方形毛坯进行圆筒拉深时，极限拉深率为0.58左右。另外，如果拉深率过于严苛，rp部位的伤痕会产生破裂，如进行切角，就可防止破裂。拉深方筒时可先用方坯进行，这样可以制造出漂亮的制品，但是如果达到拉深极限，在rcp附近就会产生破裂。如果已经破裂，可将毛坯的四角切去一部分。但如果切多了的话，就会产生凸缘起皱，成为产生壁裂纹的原因。
④ 毛坯定位不好。
即使毛坯形状良好，但如果调整位置不好，或者放置方位不对，这时，凸模与毛坯产生错位，也会产生破裂或起皱。 另外，用500吨油压机，对较大尺寸的拉深件成形时（材料是SUS304），使用粘度低的油就可进行深拉深。当使用粘度高的油进行深拉深时，拉深到高度的1/4，rp部位就会破裂。 不锈钢与软钢板相比较，容易受到速度的影响，但如进行充分的冷却和润滑，在实际操作中，其他方面的问题比速度问题更重要。 当进行高速冲裁时，即使使用一般间隙，切口的全部剪切面都是非常理想的。
⑤ 模具安装不良。
该缺陷是由模具安装不良，上下模不对中所造成的。近来，几乎所有的模具都备有导向装置，由于模具不对中产生的故障已很少见。
⑥ 缓冲销的长短不齐。
缓冲销在使用过程中，由于出现压弯，冲击伤痕等，往往变得长短不一，拉深过程中，缓冲销长的部分，由于受到集中载荷而破裂。为了对缓冲销的长短不一进行检查，在模具调整阶段，用手来回摇销，长销由于集中承受压边圈的重量，而变得很重，这是很容易理解的。
⑦ 缓冲垫凹凸不平。
当压力机缓冲垫的销子位置出现凹陷，或者废料从销孔落到缓冲垫上，就无法控制缓冲压力。压力机如有活动工作台，由于能进行简单的清扫或检修，所以这样的事故是不会发生的，但如果是固定工作台，长期不检修，一旦使用，往往会发生事故。
⑧ 缓冲销配备不良。
缓冲销原则上应装配在凸模的周围，然而，必须有适当的间隔。如果压边圈很薄，缓冲销配置不当时，产品的凸缘，在某个缓冲销部位受到强烈拉力而使其断裂。这时，凸缘的末端形状，就会象舌状样局部延伸，这是很简单明白的道理。 另外，缓冲销配置与凸模周边形状不一致，凸缘面会起皱，也往往会成为破裂的原因。归根到底，当压边圈很薄，销子的位置就有明显的影响，因此，使压边圈具有充分的强度，是最基本的问题。
⑨ 起皱引起破裂。
a. 坯料尺寸大于压边圈。
当坯料尺寸比压边圈大时，拉深开始之后，坯料外露部分就产生起皱，它同“拉深筋”的功能一样，继续拉深会使其破裂，在试拉深阶段，为了确定“拉深筋”的位置，有时故意使毛坯露在压边圈外。一般来说，即使是大坯料局部胀形，其原则仍是毛坯用压边圈压住后再进行加压。
b. 压边力小。
当压边力小时，毛坯表面就会起皱，该折皱通过凹模圆角半径（rd）时，往往会破裂。因此，这种场合，折皱和破裂就混为一体。当用加工硬化程度高的不锈钢板进行方筒深拉深时，有一光亮部分，在靠近rd处产生折皱。该折皱就是产生破裂的原因，rd部分如果破裂，首先要提高压边力，消除折皱，这是头等重要的事情。决不要增大rd或者降低压边力。光亮部分是由于坯料厚度增加，承受集中载荷所致，因此，在提高压边力的同时，把模具间的接触点到刮目相看平，消除材料增厚的部分；如呈分布载荷，则可消除凸缘面起皱，而使材料的流入变得容易。
c. 凹模半径（rd）过大。
rd过大时，就会在rd部分产生加工硬化后的折皱，它又作为拉深筋的功能使拉深件产生破裂。从而，在进行深拉深时，rd要尽可能小，这样易于拉深。
d. 压边圈侧壁间隙过大。
例如圆筒凸缘压紧拉深或方筒局部凸缘压紧拉深时，凸模与压边圈侧壁的间隙，必须比凹模圆角半径（rd）小。如果间隙过大，拉深时材料不能贴紧rd，而是要向上鼓起，从而产生折皱，折皱进入间隙后压成一定形状，并成为产生破裂的原因。 因此，加工时压边圈侧壁要有一个合理的间隙，筒形件凸缘压紧部分和方筒角部凸缘压紧部分，间隙必须设计成小于rd。
e. 压力机精度不良。
压力机精度不良，对于浅拉深影响不大。当使用曲柄压力机进行深拉深时，如果精度不良，就要受到明显的影响而产生破裂。所以，保证机床精度，是拉深加工之基础。

3. 模具关系
① 凹模表面粗糙。
进行深拉深时，凹模与压边圈的两面研磨不充分，特别是拉深不锈钢板与铝板时，更易产生拉深伤痕。因此，凹模必须进行0.4S以下的镜面加工，这样可以完全消除撞击伤痕。 当进行面压高的深拉深时，即使消除碰撞也往往会产生破裂，为了使表面更光滑，可用“刮刀”消除碰撞，防止油膜破碎。
② 消除压边圈碰撞。
在拉深过程中，为了不产生集中载荷，应根据板厚变化改变模面接触状态，使模面间隙呈均布载荷。 拉深时，如不消除压边圈的碰撞，也会形成集中载荷而产生破裂 。
③ 拉延筋的位置和形状不良。由于拉延筋胀力过大而引起破裂时，可以用改变拉延筋形状，判断拉延筋的位置与材料的流入过程，即通过综合判断的办法确定拉延筋与毛坯形状的关系。
④ 间隙过小。
拉深件角部靠近rd部分的侧壁，有亮点并产生破裂时，这是间隙过小引起的。因此，只要修正间隙，消除亮点，即可防止破裂。 另外，不是全部角部，而只是某个角部发亮并产生破裂时，其原因是导向装置不好或者只是某角部的尺寸精度差；另外，是由于凸、凹模与压边圈之间的垂直度差，在拉深过程中间隙产生变化，引起破裂等等。找出原因，消除光亮部位，就可防止破裂。
但下述情况例外：对四方形器皿进行浅拉深时，角部凸模的圆角半径（rcp）和拐角圆角半径r过小时，rcp处肯定会破裂。为了防止破裂，最好将凸模圆角半径rcp增大到适当值，但这样一来，制品的商品价值就会下降。为此，只要增加一道变薄拉深，既能达到制品尺寸要求，又能防止rcp部的破裂。
⑤ 凸模与压边圈的间隙过大。
在深拉深过程中，当凸模与压边圈的间隙过大时，压边圈产生水平移动；rd较小时，与图2的情况一样，材料不紧贴于rd部，而是进入凸模与压边圈之间形成折皱，此时如果凸凹模之间的间隙控制不好，就会产生破裂。 为了使压边圈准确地上下移动，通常是使压边圈在凸模上滑动，或者采用压边圈在上模的导向板上导向的方法。
⑥ 由于热胶着而产生破裂。
如果模具制造不当，在拉深过程中就会产生热胶着，材料在拉深时也往往会破裂。另外，在试拉深时，用不经表面硬化处理的模具拉深，也往往会发生上述情况。在拉深件和模具之间使用聚乙烯薄膜和聚氯乙烯薄膜能防止破裂和拉深伤痕的发生，也可以用热处理和表面硬化处理的办法解决。　
⑦ 压边圈刚性不好。
当压边圈刚性不好时，材料只在缓冲销部位受到强烈拉力，而压边圈板面的其他部位产生挠曲，由此造成起皱并成为破裂的原因。如果缓冲销压力降低，凸缘面就会全部起皱，由于起皱是破裂的直接原因，所以只好重新制造一个刚性好的压边圈。
材料
① 拉深性能不好。当拉深条件恶劣，又不允许增加工序时，就要提高材料的性能。
a 试换成CCV值小，r值大的材料。
b 研制深拉深性能好的材料。　　
② 板材厚度不够。增加板材厚度再进行试拉深。
③ 板厚误差大。测量板厚，如果板厚误差大，可换成误差小的材料进行试拉。
④ 研讨时效问题。试拉深用板材，要首先确定板材的压延日期，由于时效也会引起破裂。当确认板材压延后存放时间已久，就要换成没有时效危险的材料，以确定时效是否对材质有影响。