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拉伸类模具的表面拉伤问题

作者: 来源: 日期:2017/8/24 13:53:18 人气:2183
        引伸(拉延、拉伸),弯曲、翻边、薄板辊压成型等类模具,其共同特点是工件在成型过程中,模具与被加工材料的接触表面要产生相对滑动。一般而言,被加工材料以各类钢铁材料及各类镀层钢板居多,而模具一般由钢铁制成。此类工况存在的一个很大问题是成型过程中,工件和模具表面易产生拉伤,也有称为拉毛、划伤、或拉丝的。拉伤的后果是影响产品的外观和产品的质量。一些场合,工件表面拉伤,即是废品。拉伤严重时形成咬死现象,无法进行正常生产。成型工作压力比较大或奥氏体不锈钢类材料成型时拉伤现象表现得尤为严重。对于此种现象,目前国内还缺乏较系统的研究,对其解决方法的选择缺乏有效的指导原则,而国外则相反。本文结合笔者多年的科研和实践经验,就此问题进行分析,并对其解决方法进行了较详细的介绍。
        工件拉伤问题的实质及解决拉伤问题的基本措施
        工件成型过程中拉伤问题分以下两种状况,一种情况是由于模具的宏观机械凹凸不平或被成型材料与模具之间夹杂其它硬质颗粒,都会在工件表面形成机械的切削。此种情况在实际生产中可能会出现,其解决方法是完善模具设计和制模时对模具表面进行仔细研磨加工,并加强生产环境的管理。本文以下主要讨论另一种情况的拉伤问题。
        另一种情况是由于工件表面与模具表面粘着磨损[1]而形成的拉伤,也是生产中最常见的又不容易解决的一种状况,以下详细分析粘着磨损的产生及减少粘着磨损的一些基本措施。
        成型类模具加工工件时,模具与被加工材料表面相互接触并相对滑动,组成一对接触副或摩擦副。由于材料表面不可能是完全平整的,总存在可以测到的粗糙度,所以真正的接触只发生在微观接触面上。分析表明,微观真实接触面积只是名义上的几何接触面积的一个小部分,由此微观接触面范围内产生很大的机械应力,这些应力由于切向相对运动还会加强,以致受到负荷作用的粗糙面凸峰发生弹性或弹塑性变形,这样摩擦副双方表面的吸附层或反应层会遭到破坏,结果使暴露在表面的原子键联结或多或少地得到加强,这种现象称为粘着作用。当磨擦副发生相对运动时,这种原子键又会相互脱开,原子键脱开并不一定都在原始微观接触处断开,而有可能在磨擦副双方表面层附近断开,其结果是材料从磨擦副的一方转移到磨擦副的另一方上去,这就是所谓的粘着磨损[1]。实验证明,出现粘着磨损的磨擦副的表面非常粗糙,并有拉伤,其程度与法向力,磨擦副之间相对运动速度以及温度等负荷参数有关。当以上负荷参数超过了临界值时,粘着磨损突然加剧,出现所谓胶合现象,极端情况摩擦副间的相对运动停止,出现咬死现象。由上分析可见,工件成型时表面出现拉伤或咬死现象就是粘着磨损所引起的结果。
要减少粘着磨损目前还缺乏统一的选择判据,大多需要依靠经验知识来确定,以下是减少粘磨损所采取的一些基本措施。
        1)尽量减少接触副之间的负荷,包括机械与热负荷;
        2)避免采用金属配对副,而可采用陶瓷与陶瓷,塑料与塑料,塑料与金属,陶瓷与金属或塑料与陶瓷配对副来代替;
        3)当使用金属配对副时,应优先采用体心立方或六方体结构的材料,避免采用面心立方结构的材料;
        4)采用非均质组织的材料;
        5)采用润滑油膜使接触副隔开;
        6)采用有EP(极压)添加剂的润滑油,使接触副表面上形成保护性的吸附层或反应层。
        具体到成型模具与工件原材料或半成品这对接触副,由于成型负荷和所成型材料千差万别,采用何种或几种措施来解决工件的拉伤问题,除要考虑效果的有效性外,还必须考虑产品的批量大小,实现的难易程度及其经济性等方面的问题,以下予以详细讨论。
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