一种节镍型不锈钢温差拉深成形装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种节镍型不锈钢温差拉深成形装置及方法；包括对凹模和压边圈加热的加热装置；凸模的内部为一空腔，在空腔内设有用于对凸模本体冷却的风冷装置。通过加热凹模与压边圈，使两者温度达维持在100～150℃之间，增加节镍型不锈钢凸缘变形区的稳定性，使其在塑性变形过程中不产生马氏体相变，解决了材料时效开裂缺陷；同时冷却凸模，使其温度维持在40℃以下，增加拉深件危险截面的抗拉强度，提高材料一次变形能力。本发明不仅降低了节镍型不锈钢时效开裂敏感性，省去了常规防止拉深件开裂的退火工序，还提高材料一次拉深变形极限，减少成形道次。
【专利说明】
一种节镍型不锈钢温差拉深成形装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及金属材料的塑性成形装置及其成形工艺，尤其涉及一种节镍型不锈钢温差拉深成形装置及方法。
【背景技术】
[0002]节镍型奥氏体不锈钢是在传统304不锈钢的基础上，减少贵金属Ni的使用，添加Mn、N等元素获得室温下单一奥氏体组织的经济型不锈钢。近年来，该类不锈钢以其优异的机械性能和较好的耐腐蚀性能，受到不锈钢生产企业越来越多的关注，品种开发数量和产品产量均呈逐年快速增长的趋势。
[0003]在拉深成形时，大部分材料的破坏形式是零件直壁底部应力超过抗拉强度而破裂，但节镍型不锈钢在拉深成形后，常常在壁部发生纵向开裂，这种纵向破裂称为时效开裂。时效开裂有时在拉深件由凹模内退出时立即发生，有时是在拉深变形之后受撞击或振动时发生，也有在拉深变形后经过一段时间存放或在使用过程中才发生，造成的损失和危害十分严重。
[0004]目前，生产中广泛运用拉深件口部高频退火来控制亚稳定奥氏体不锈钢的时效开裂缺陷，但对于稳定性更低的节镍型不锈钢，需要对拉深件口部及壁部进行整体退火才能完全消除时效开裂的隐患。但经退火处理后的零件会产生严重的氧化皮，且加热与未加热的交界处会产生一条较明显的加热分隔线，该分隔线在实际生产中难以抛光去除，因此高频退火不仅增加了抛光打磨的难度和成本，还增加了因酸洗带来的环境污染。
[0005]图4是一个内径为Φ 160mm，高为130mm的筒形件，厚度为0.6mm，材料为国产冷乳节镍型不锈钢板201，坯料为0.6mm的板材，直径为Φ 335mm。该零件传统拉深工艺是经过两道次拉深后，马上对口部和壁部进行高频退火处理才能消除时效开裂，退火后的零件需要进行酸洗和打磨抛光，才能消除因退火产生的氧化皮和分隔线等缺陷。
【发明内容】
[0006]为了克服高频退火产生的氧化皮及零件变形等缺点，本发明提供了一种不需高频退火，而消除节镍型不锈钢拉深件时效开裂的节镍型不锈钢温差拉深成形装置及方法。提高了节镍型奥氏体不锈钢的稳定性，使其在拉深成形中不产生马氏体相变，零件不再发生时效开裂，免除了拉深件高频退火处理。
[0007]本发明通过下述技术方案实现:
[0008]—种节镍型不锈钢温差拉深成形装置，包括凸模14、凹模5、压边圈4;凹模5由上模座11驱动其沿凸模14轴线方向上下运动，压边圈4由压边圈顶杆4驱动其沿凸模14轴线方向上下运动，
[0009]该节镍型不锈钢温差拉深成形装置还包括一个对凹模5和压边圈4加热的加热装置;所述凸模14的内部为一空腔，在空腔内设有用于对凸模14本体冷却的风冷装置。
[0010]所述加热装置包括加热线圈16、热电偶、温度控制仪和继电器;加热圈卷缠在凹模5与压边圈4的外围，热电偶安装在凹模5与压边圈4测温孔中，加热线圈16连接通过继电器连接电源;热电偶连接温度控制仪;热电偶将温度数据反馈给温度控制仪，温度控制仪通过热电偶反馈来的当前温度数据与预设温度比较后得出差值，并将控制信号发送给继电器，由继电器完成加热线圈16与电源的开/断动作;使凹模5与压边圈4在工作过程中的温度为10cC ?150。。。
[0011]所述风冷装置包括通气板20、通气管19;所述通气板20上开设有多个进气孔19-1和排气孔20-1;所述通气管19安装在进气孔19-1上;进气孔19-1的入口处通过管路连接外置设备提供的压缩空气;压缩空气的气流自下而上排出通气管19后，进入凸模14的空腔，再自上而下流出排气孔20-1，进而对凸模14本体进行冷却，使其在工作过程中的温度为40 °C以下。
[0012]所述凸模14的顶壁17与侧壁18为分体结构，他们之间的衔接处采用内外螺纹连接，通过螺纹将两者固定为一个整体。
[0013]所述凸模14的顶壁17外缘为圆角。
[0014]所述加热线圈16为陶瓷式加热圈。
[0015]—种节镍型不锈钢温差拉深成形方法如下:
[0016]步骤一:上升凹模5和压边圈4;当压边圈4升至与凸模14顶部时停止，使压边圈4与凸模14的上表面整体形成平面；
[0017]步骤二:将凹模5和压边圈4加热100°C?150°C，将凸模14温度控制在40°C以下；
[0018]步骤三:将板料的表面涂抹润滑油，并放置在压边圈4与凸模14形成的平面上，凹模5与压边圈4合模后无需对板料进行合模加热处理，直接拉深成形;在拉深成形过程中，板料的凸缘变形区域加热软化，使其在塑性变形过程中不产生马氏体相变，完成板料的直接拉深成形。采用温差拉深成形的零件无氧化皮，表面质量高，无马氏体相变，也无时效开裂发生。
[0019]上述步骤二还包括一个凹模5和压边圈4的温度控制步骤:热电偶安装在凹模5与压边圈4的测温孔中，测量其温度，并将测量的温度数据反馈给温度控制仪，温度控制仪通过凹模5和压边圈4的当前温度与预设温度比较后得出差值;温度控制仪根据该差值，将控制信号发送给继电器，由继电器完成加热线圈16与电源的断开与连通动作，使温度稳定在设定范围。
[0020]上述步骤二还包括一个凸模14温度控制步骤:启动提供压缩空气的外置设备;40°(:以下的压缩空气气流通过管路，自下而上排出通气管19后，进入凸模14的空腔，再自上而下流出排气孔20-1，通过不断循环的气流将凸模14的热量带走，进而对凸模14本体进行冷却，使其在工作过程中的温度为40°C以下。
[0021 ]上述步骤三所述板料为节镍型不锈钢板材。
[0022]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果:
[0023]本发明对凹模和压边圈增加了加热装置;本发明凸模的内部为一空腔，在空腔内设有用于对凸模本体冷却的风冷装置。通过加热凹模与压边圈，使两者温度达维持在100?150°C之间；在拉深过程中，增加节镍型不锈钢凸缘变形区的稳定性，使其在塑性变形过程中不产生马氏体相变，解决了材料时效开裂缺陷；同时通过风冷装置对凸模进行冷却，使其温度维持在40 V以下(温度越低效果越好)，增加拉深件危险截面的抗拉强度，提高材料一次变形能力。不仅降低了节镍型不锈钢时效开裂敏感性，省去了常规防止拉深件开裂的退火工序，还提高材料一次拉深变形极限，减少成形道次。
[0024]通过本装置结合拉深步骤，可使零件表面无氧化皮产生，无因退火产生的分隔线等表面缺陷，表面质量高，免除了多次拉深和打磨工序，降低生产成本，提高生产效率。
[0025]本发明不止适用于解决节镍型不锈钢拉深件的时效开裂，对于其他亚稳定奥氏体不锈钢也具有普遍适用性。
[0026]本发明凸模再用两部分结构设计，它们的衔接处采用凹凸结构嵌合，并通过螺栓将两者固定为一个整体。这种分体式结构，不仅减小了凸模结构的加工难度，而且节省了对其热处理的成本。具有结构简单实用、便于拆装、便于维护等优点。
【附图说明】
[0027]图1为本发明节镍型不锈钢温差拉深成形装置整体结构示意图。
[0028]图2为加热装置电气结构示意图。
[0029]图3为凸模内部结构示意图。
[0030]图4为传统拉深工艺，制得的筒形件。
【具体实施方式】
[0031 ]下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
[0032]实施例
[0033]图4为现有拉深工艺制得的筒形件。具体内容参见【背景技术】。
[0034]本发明如图1至3所示，公开了一种节镍型不锈钢温差拉深成形装置，包括凸模14、凹模5、压边圈4;凹模5由上模座11驱动其沿凸模14轴线方向上下运动，压边圈4由压边圈顶杆4驱动其沿凸模14轴线方向上下运动，
[0035]该节镍型不锈钢温差拉深成形装置还包括一个对凹模5和压边圈4加热的加热装置;所述凸模14的内部为一空腔，在空腔内设有用于对凸模14本体冷却的风冷装置。
[0036]为了在拉深过程中，使板料更顺利的流动，防止起皱，在凹模5和压边圈4的内缘的相对应的位置，增加了一拉深槛。拉深槛结构大致为凹模5上为凸，压边圈4上为凹，如图1中A所示。
[0037]所述加热装置包括加热线圈16、热电偶(K型)、温度控制仪和继电器(固态)；加热圈卷缠在凹模5与压边圈4的外围，热电偶安装在凹模5与压边圈4测温孔中，加热线圈16连接通过继电器连接电源;热电偶连接温度控制仪;热电偶将温度数据反馈给温度控制仪，温度控制仪通过热电偶反馈来的当前温度数据与预设温度比较后得出差值，并将控制信号发送给继电器，由继电器完成加热线圈16与电源的开/断动作;使凹模5与压边圈4在工作过程中的温度为100°C?150 °C。当凹模5与压边圈4温度升高到100 V时，板料塑性变形过程中不再发生马氏体相变，其拉深件也不再发生时效开裂。当然。根据不同板料的具体特性，温度可适当调整，如105°(:、110°(:、115°(:、130°(:、145°(:等。加热线圈16的功率为3.81^以上。
[0038]所述风冷装置包括通气板20、通气管19;所述通气板20上开设有多个进气孔19-1和排气孔20-1;所述通气管19安装在进气孔19-1上;进气孔19-1的入口处通过管路连接外置设备(空压机或者风冷机)提供的压缩空气;压缩空气的气流自下而上排出通气管19后，进入凸模14的空腔，再自上而下流出排气孔20-1，进而对凸模14本体进行冷却，使其在工作过程中的温度为40 °C以下。
[0039]通过调节外置设备压缩空气的阀门可以调节进气压强及流量，从而调节凸模14的温度。使其稳定在40 °C以下；如40 °C至O °C之间的某个值，如35 °C、30 °C、25 °C、20 °C、1 °C、5°(:等。总之凸模14的温度越低越好，若条件允许或者根据具体工艺要求，也可控制在(TC以下。
[0040]所述凸模14的顶壁17与侧壁18为分体结构，他们之间的衔接处采用内外螺纹连接，通过螺纹将两者固定为一个整体。
[0041 ]所述凸模14的顶壁17外缘为圆角。
[0042]所述加热线圈16为陶瓷式加热圈。
[0043]本发明节镍型不锈钢温差拉深成形方法，可通过如下步骤实现:
[0044]步骤一:上升凹模5和压边圈4;当压边圈4升至与凸模14顶部时停止，使压边圈4与凸模14的上表面整体形成平面；
[0045]步骤二:将凹模5和压边圈4加热100 °C?150 °C，将凸模14温度控制在40 °C以下;待温度稳定后，进行下一步。
[0046]步骤三:将板料(节镍型不锈钢板材)的表面涂抹润滑油，并放置在压边圈4与凸模14形成的平面上，凹模5与压边圈4合模后无需对板料进行合模加热处理，直接拉深成形(SP按照冷拉深工艺方式)；在拉深成形过程中，板料的凸缘变形区域加热软化，使其在塑性变形过程中不产生马氏体相变，完成板料的直接拉深成形。
[0047]上述步骤二还包括一个凹模5和压边圈4的温度控制步骤:热电偶安装在凹模5与压边圈4的测温孔中，测量其温度，并将测量的温度数据反馈给温度控制仪，温度控制仪通过凹模5和压边圈4的当前温度与预设温度比较后得出差值;温度控制仪根据该差值，将控制信号发送给继电器，由继电器完成加热线圈16与电源的断开与连通动作，使温度稳定在设定范围。
[0048]上述步骤二还包括一个凸模14温度控制步骤:启动提供压缩空气的外置设备;40°(:以下的压缩空气气流通过管路，自下而上排出通气管19后，进入凸模14的空腔，再自上而下流出排气孔20-1，通过不断循环的气流将凸模14的热量带走，进而对凸模14本体进行冷却，使其在工作过程中的温度稳定维持在40°C以下，防止因热辐射和热传导而使凸模14温度升高。
[0049]如上所述，加热凹模5及压边圈4，使板料凸缘变形区加热软化，提高材料稳定性，减少塑性诱发马氏体相变，降低拉深件口部残余应力，改善材料时效开裂敏感性；同时冷却凸模，降低凸模圆角处的温度，提高拉深件凸模圆角危险截面区域的抗拉强度，增加材料拉深极限，减少成形道次。
[0050]本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种节镍型不锈钢温差拉深成形装置，包括凸模(14)、凹模(5)、压边圈(4);凹模(5)由上模座(11)驱动其沿凸模(14)轴线方向上下运动，压边圈(4)由压边圈顶杆4驱动其沿凸模(14)轴线方向上下运动， 其特征在于:该节镍型不锈钢温差拉深成形装置还包括一个对凹模(5)和压边圈(4)加热的加热装置;所述凸模(14)的内部为一空腔，在空腔内设有用于对凸模(14)本体冷却的风冷装置。2.根据权利要求1所述节镍型不锈钢温差拉深成形装置，其特征在于:所述加热装置包括加热线圈(16)、热电偶、温度控制仪和继电器;加热圈卷缠在凹模(5)与压边圈(4)的外围，热电偶安装在凹模(5)与压边圈(4)测温孔中，加热线圈(16)连接通过继电器连接电源；热电偶连接温度控制仪;热电偶将温度数据反馈给温度控制仪，温度控制仪通过热电偶反馈来的当前温度数据与预设温度比较后得出差值，并将控制信号发送给继电器，由继电器完成加热线圈(16)与电源的开/断动作;使凹模(5)与压边圈(4)在工作过程中的温度为100Γ?150Γο3.根据权利要求1所述节镍型不锈钢温差拉深成形装置，其特征在于:所述风冷装置包括通气板(20)、通气管(19);所述通气板(20)上开设有多个进气孔(19-1)和排气孔(20-1);所述通气管(19)安装在进气孔(19-1)上;进气孔(19-1)的入口处通过管路连接外置设备提供的压缩空气;压缩空气的气流自下而上排出通气管(19)后，进入凸模(14)的空腔，再自上而下流出排气孔(20-1)，进而对凸模(14)本体进行冷却，使其在工作过程中的温度为40°C以下。4.根据权利要求3所述节镍型不锈钢温差拉深成形装置，其特征在于:所述凸模(14)的顶壁(17)与侧壁(18)为分体结构，他们之间的衔接处采用内外螺纹连接，通过螺纹将两者固定为一个整体。5.根据权利要求4所述节镍型不锈钢温差拉深成形装置，其特征在于:所述凸模(14)的顶壁(17)外缘为圆角;所示凹模(5)和压边圈(4)内缘的相应面位置，增加了一拉深槛结构。6.根据权利要求2所述节镍型不锈钢温差拉深成形装置，其特征在于:所述加热线圈(16)为陶瓷式加热圈。7.—种节镍型不锈钢温差拉深成形方法，其特征在于采用权利要求1至6中任一项所述节镍型不锈钢温差拉深成形装置实现，其实现步骤如下: 步骤(一):上升凹模(5)和压边圈(4);当压边圈(4)升至与凸模(14)顶部时停止，使压边圈(4)与凸模(14)的上表面整体形成平面； 步骤(二):将凹模(5)和压边圈(4)加热100°C?150°C，将凸模(14)温度控制在40°C以下； 步骤(三):将板料的表面涂抹润滑油，并放置在压边圈(4)与凸模(14)形成的平面上，凹模(5)与压边圈(4)合模后无需对板料进行合模加热处理，直接拉深成形；在拉深成形过程中，板料的凸缘变形区域加热软化，使其在塑性变形过程中不产生马氏体相变，完成板料的直接拉深成形。8.根据权利要求7所述节镍型不锈钢温差拉深成形方法，其特征在于:所述步骤(二)还包括一个凹模(5)和压边圈(4)的温度控制步骤:热电偶安装在凹模(5)与压边圈(4)的测温孔中，测量其温度，并将测量的温度数据反馈给温度控制仪，温度控制仪通过凹模(5)和压边圈(4)的当前温度与预设温度比较后得出差值;温度控制仪根据该差值，将控制信号发送给继电器，由继电器完成加热线圈(16)与电源的断开与连通动作，使温度稳定在设定范围。9.根据权利要求7所述节镍型不锈钢温差拉深成形方法，其特征在于:所述步骤(二)还包括一个凸模(14)温度控制步骤: 启动提供压缩空气的外置设备； 40°C以下的压缩空气气流通过管路，自下而上排出通气管(19)后，进入凸模(14)的空腔，再自上而下流出排气孔(20-1)，通过不断循环的气流将凸模(14)的热量带走，进而对凸模(14)本体进行冷却，使其在工作过程中的温度为40°C以下。10.根据权利要求7所述节镍型不锈钢温差拉深成形方法，其特征在于:步骤(三)所述板料为节镍型不锈钢板材。
【文档编号】B21D22/22GK106001232SQ201610497447
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】夏琴香, 方铭, 张豪, 梁卫民, 程秀全, 叶灿深, 周驰
【申请人】华南理工大学, 广东凌丰集团股份有限公司