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一种节镍型不锈钢温差拉深成形装置及方法.pdf

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一种 节镍型 不锈钢 温差 成形 装置 方法
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摘要
申请专利号:

CN201610497447.3

申请日:

2016.06.27

公开号:

CN106001232A

公开日:

2016.10.12

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):B21D 22/22申请日:20160627|||公开
IPC分类号: B21D22/22; B21D37/16; B21D37/10 主分类号: B21D22/22
申请人: 华南理工大学; 广东凌丰集团股份有限公司
发明人: 夏琴香; 方铭; 张豪; 梁卫民; 程秀全; 叶灿深; 周驰
地址: 510640 广东省广州市天河区五山路381号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 广州市华学知识产权代理有限公司 44245 代理人: 蔡克永
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法律状态
申请(专利)号:

CN201610497447.3

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2016.11.09|||2016.10.12

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

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?#21364;?#32500;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?#26723;?#20102;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。

权利要求书

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?#21450;?#35013;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?#36879;?#32487;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℃~150℃。
3.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℃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。
7.一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℃~150℃,将凸模(14)
温度控制在40℃以下;
步骤(三):将板料的表面涂抹润滑?#20572;?#24182;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
?#21450;?#35013;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℃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℃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。

说明书

一种节镍型不锈钢温差拉深成形装置及方法

技术领域

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?#20985;?#26415;

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?#36879;?#34432;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。

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?#36873;?#26102;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?#19981;?#25110;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?#29616;亍?br />

目前,生产中广泛运用拉深件口部高?#20302;?#28779;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?#29616;?#30340;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?#20302;?#28779;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。

图4是一个内径为Φ160mm,高为130mm的筒形件,厚度为0.6mm,材
料为国产冷轧节镍型不锈钢板201,坯料为0.6mm的板?#27169;本?#20026;Φ335mm。
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?#20302;?#28779;
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?#28909;?#38519;。

发明内容

为了克服高?#20302;?#28779;产生的氧化皮及零件变形?#28909;?#28857;,本发明提供了一种
不需高?#20302;?#28779;,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?#20302;?#28779;处理。

本发明通过下述技术方案实现:

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,

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。

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?#21450;?#35013;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?#36879;?#32487;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℃
~150℃。

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℃以下。

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。

所述凸模14的顶壁17外缘为圆角。

所述加热线圈16为陶瓷式加热圈。

一种节镍型不锈钢温差拉深成形方法如下:

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℃~150℃,将凸模14温度控制在
40℃以下;

步骤三:将板料的表面涂抹润滑?#20572;?#24182;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。

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?#21450;?#35013;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?#36879;?#32487;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。

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℃以下。

上述步骤三所述板料为节镍型不锈钢板材。

本发明相对于现有技术,具有如下的优点及效果:

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?#21364;?#32500;持在100~150℃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℃以下(温
度?#38477;?#25928;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?#26723;?#20102;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。

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?#32570;?#38754;缺陷,表面质量高,免除了多次拉深和打磨工序,?#26723;?#29983;产
成本,提高生产效?#30465;?br />

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。

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

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。

图2为加热装置电气结构示意图。

图3为凸模内部结构示意图。

图4为传统拉深工艺,制得的筒形件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详?#35813;?#36848;。

实施例

图4为现有拉深工艺制得的筒形件。具体内容参见背?#20985;?#26415;。

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,

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。

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。

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?#21450;?#35013;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?#36879;?#32487;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℃~150℃。当凹模5与压边圈4温度升高到100℃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?#36873;?#24403;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3.8kW以上。

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℃以下。

通过调节外置设备压缩空气的阀门可?#32536;?#33410;进气压强及流量,从而调节
凸模14的温度。使其稳定在40℃以下;如40℃至0℃之间的某个值,如35℃、
30℃、25℃、20℃、10℃、5℃等。总之凸模14的温度?#38477;?#36234;好,若条件允
许或者根据具体工?#25214;?#27714;,?#37096;?#25511;制在0℃以下。

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。

所述凸模14的顶壁17外缘为圆角。

所述加热线圈16为陶瓷式加热圈。

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:

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℃~150℃,将凸模14温度控制在
40℃以下;待温度稳定后,进行下一步。

步骤三:将板料(节镍型不锈钢板材)的表面涂抹润滑?#20572;?#24182;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(即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。

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?#21450;?#35013;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?#36879;?#32487;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。

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℃以下,防止因热辐射和热传导而使凸模14温度升高。

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,?#26723;?#25289;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,?#26723;?#20984;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。

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,?#21450;?#21547;在本发明的保护范围之内。

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