T4003鐵素體不銹鋼沖壓工藝性淺析

文／孫剛，孟令武，賈立壯·中車齊齊哈爾車輛有限公司

T4003鐵素體不銹鋼沖壓工藝性淺析

文／孫剛，孟令武，賈立壯·中車齊齊哈爾車輛有限公司

孫剛，工程師，主要從事鐵路貨車沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)工作。

T4003鐵素體不銹鋼是鋼鐵公司為滿足鐵路貨車高速、重載需要新研制的經(jīng)濟(jì)型鐵素體不銹鋼。鋼鐵公司在推出該鋼材前作了相關(guān)沖壓及焊接試驗(yàn)，但沒有可借鑒的批量生產(chǎn)的技術(shù)資料。齊車公司是鐵路貨車設(shè)計(jì)主導(dǎo)廠，T4003鐵素體不銹鋼在鐵路貨車的應(yīng)用上處于推廣階段，由齊車公司生產(chǎn)的出口澳大利亞BHP公司的不銹鋼礦石車也廣泛使用T4003鐵素體不銹鋼，其他鐵路貨車工廠并未對(duì)T4003鐵素體不銹鋼做出廣泛應(yīng)用。

為了根據(jù)T4003鐵素體不銹鋼的沖壓性能制定合理的沖壓工藝，我們根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行了大量的剪沖工藝試驗(yàn)、校平工藝試驗(yàn)、彎曲性能試驗(yàn)、成形性能試驗(yàn)，掌握了板料分離性能和成形性能，成功地制定了合理的沖壓工藝。

T4003鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分

鋼板的成分、組織狀態(tài)的設(shè)計(jì)必須滿足用戶的設(shè)備工藝要求，最主要的是焊接性能、冷彎成形性能及剪切、沖裁等方面的可加工性能。試驗(yàn)用母材為太鋼生產(chǎn)的鐵素體不銹鋼T4003，板厚為6mm，我們對(duì)鋼板化學(xué)成分進(jìn)行了復(fù)檢，并與要求進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果合格，如表1所示。

T4003鐵素體不銹鋼的金相組織及機(jī)械性能

表1 T4003鐵素體不銹鋼化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果（單位：%）

要使產(chǎn)品達(dá)到減重要求，首先力學(xué)性能必須滿足設(shè)計(jì)要求，鋼板的橫向、縱向性能必須穩(wěn)定達(dá)到規(guī)定的要求。為了全面了解該鋼種的機(jī)械性能，我們首先對(duì)鋼材的金相組織進(jìn)行了分析，母材金相組織分析結(jié)果如圖1所示，母材組織組成為鐵素體，晶粒度為8級(jí)。

圖1 T4003母材金相組織（350X）

我們對(duì)太鋼生產(chǎn)的板厚為6mm的T4003鐵素體不銹鋼的機(jī)械性能進(jìn)行了復(fù)檢，并與要求進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果合格，如表2所示。

T4003鐵素體不銹鋼沖壓性能研究

在加工性能上，由于T4003鐵素體不銹鋼含有Cr、Ni元素，具有較強(qiáng)的粘滯性，抗咬合性差，與其他材料接觸時(shí)摩擦因數(shù)大并且易發(fā)生粘連，只有通過改進(jìn)工件的沖壓工藝性、改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)、控制拉延阻力等手段，才能保證成形件的質(zhì)量精度。

為了解T4003鐵素體不銹鋼的沖壓性能，滿足BHP不銹鋼礦石車前期技術(shù)準(zhǔn)備的需要，并結(jié)合現(xiàn)有沖壓加工設(shè)備制定合理的沖壓工藝，我們根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行了大量的常規(guī)沖壓工藝性能試驗(yàn)：剪沖工藝試驗(yàn)、板材校平試驗(yàn)、彎曲性能試驗(yàn)、典型件成形性能試驗(yàn)（下側(cè)門成形、浴盆板滾弧），并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果制定了合理的沖壓加工工藝。

剪切工藝試驗(yàn)

對(duì)6mm厚的T4003板材進(jìn)行剪切小批量試驗(yàn)，剪切試驗(yàn)主要目的是驗(yàn)證板材的剪切斷面質(zhì)量。從試驗(yàn)結(jié)果看，剪切斷面也包含塌角側(cè)、光亮帶、撕裂帶、毛刺側(cè)等剪切斷面基本特征。但與普通耐候鋼剪切斷面相比，光亮帶與撕裂帶分界不清，肉眼可見離散的剪切粘滯點(diǎn)，塌角與09CuPCrNi基本相似，毛刺高度為0.3～0.4mm（卡尺測量）符合JB/T 4381-2011要求。剪沖斷面如圖2所示，生產(chǎn)過程如圖3所示。

圖2 T4003剪切斷面圖

圖3 剪沖工序生產(chǎn)過程圖

表2 T4003鐵素體不銹鋼機(jī)械性能檢驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過剪切后，板材利用沖孔模具進(jìn)行沖裁試驗(yàn)，從沖裁斷面狀態(tài)判斷，不銹鋼沖裁對(duì)刃部的磨損將大大超過普通耐候鋼。另外，由于材料的粘滯性，沖裁間隙的選取將影響毛刺大小及刃口壽命的長短。因此，綜合刃口磨損和斷面質(zhì)量，建議將沖裁（單邊）間隙設(shè)計(jì)為板料厚度的6%～8%。

校平工藝試驗(yàn)

由于來料是卷料供貨，開平后平面度較差，為3mm/mm2左右，經(jīng)車間精校平機(jī)校平后，能夠達(dá)到要求，即1.5mm/mm2。

彎曲工藝試驗(yàn)

彎曲試驗(yàn)是在折壓機(jī)上完成的，目的在于驗(yàn)證板料在剪切條件下的最小許可彎曲半徑。試件為t10、t5兩種厚度規(guī)格，各取三種纖維方向（0°、45°、90°）。t10板的折壓半徑為R10，t5板的折壓半徑為R6，均未發(fā)現(xiàn)折壓裂紋（圖4），與出廠技術(shù)條件吻合。此工藝條件下的折彎半徑為板厚的1.0～1.2倍，為保險(xiǎn)起見，實(shí)際生產(chǎn)中折彎半徑可取板厚的1.5～1.6倍。

圖4 T4003折彎圖

壓型工藝試驗(yàn)

主要目的是驗(yàn)證該材質(zhì)大型覆蓋件成形工藝性，試驗(yàn)采用下側(cè)門壓型落料復(fù)合模。是否開裂和平面度狀態(tài)是成形件的兩大關(guān)鍵質(zhì)量特性，從試驗(yàn)結(jié)果看，未發(fā)現(xiàn)明顯縮頸及開裂現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)皺（即成形內(nèi)部起皺），但4個(gè)外側(cè)平邊有明顯的波浪式皺褶，起皺高度在0.6～1mm之間，數(shù)值不大但影響外觀質(zhì)量，如圖5所示。

圖5 下側(cè)門板成形圖

結(jié)論

⑴鑒于不銹鋼的粘滯性較大，將加劇對(duì)沖裁模具刃部的磨損，因此應(yīng)加快模具新材料應(yīng)用進(jìn)程，以提高模具壽命。目前條件可以選用65Nb或Cr12MoV，使用壽命會(huì)相對(duì)高一些。

⑵T4003沖裁（單邊）間隙設(shè)計(jì)，取板料厚度的6%～8%較為適宜，以提高模具壽命，降低毛刺高度。

⑶T4003板材開卷、精校平后可達(dá)到平面度要求。

⑷在彎曲加工時(shí)，為防止發(fā)生裂紋，建議T4003板材彎曲件設(shè)計(jì)圓角取板厚的1.5～1.6倍，即R=(1.5～1.6)t。

⑸T4003大型覆蓋件成形工藝復(fù)雜，成形件內(nèi)部無起皺，外部有少量褶皺，影響外觀質(zhì)量。