拉伸類模具的表面拉傷問題

   引伸(拉延、拉伸)，彎曲、翻邊、薄板輥壓成型等類模具，其共同特點是工件在成型過程中，模具與被加工材料的接觸表面要產(chǎn)生相對滑動。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很大問題是成型過程中，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。一些場合，工件表面拉傷，即是廢品。拉傷嚴(yán)重時形成咬死現(xiàn)象，無法進(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拉傷現(xiàn)象表現(xiàn)得尤為嚴(yán)重。對于此種現(xiàn)象，目前國內(nèi)還缺乏較系統(tǒng)的研究，對其解決方法的選擇缺乏有效的指導(dǎo)原則，而國外則相反。本文結(jié)合筆者多年的科研和實踐經(jīng)驗，就此問題進(jìn)行分析，并對其解決方法進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹。

      工件拉傷問題的實質(zhì)及解決拉傷問題的基本措施

      工件成型過程中拉傷問題分以下兩種狀況，一種情況是由于模具的宏觀機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，都會在工件表面形成機械的切削。此種情況在實際生產(chǎn)中可能會出現(xiàn)，其解決方法是完善模具設(shè)計和制模時對模具表面進(jìn)行仔細(xì)研磨加工，并加強生產(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，模具與被加工材料表面相互接觸并相對滑動，組成一對接觸副或摩擦副。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，微觀真實接觸面積只是名義上的幾何接觸面積的一個小部分，由此微觀接觸面范圍內(nèi)產(chǎn)生很大的機械應(yīng)力，這些應(yīng)力由于切向相對運動還會加強，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，這種現(xiàn)象稱為粘著作用。當(dāng)磨擦副發(fā)生相對運動時，這種原子鍵又會相互脫開，原子鍵脫開并不一定都在原始微觀接觸處斷開，而有可能在磨擦副雙方表面層附近斷開，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]。實驗證明，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，磨擦副之間相對運動速度以及溫度等負(fù)荷參數(shù)有關(guān)。當(dāng)以上負(fù)荷參數(shù)超過了臨界值時，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運動停止，出現(xiàn)咬死現(xiàn)象。由上分析可見，工件成型時表面出現(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)驗知識來確定，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，包括機械與熱負(fù)荷;

      2)避免采用金屬配對副，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副來代替;

      3)當(dāng)使用金屬配對副時，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)采用潤滑油膜使接觸副隔開;

      6)采用有EP(極壓)添加劑的潤滑油，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接觸副，由于成型負(fù)荷和所成型材料千差萬別，采用何種或幾種措施來解決工件的拉傷問題，除要考慮效果的有效性外，還必須考慮產(chǎn)品的批量大小，實現(xiàn)的難易程度及其經(jīng)濟(jì)性等方面的問題。