冷轧板做深冲件,常见一个问题:圆筒拉深时法兰一圈先起皱,推下去筒壁也跟着皱。现场第一反应往往是"料太软",要求钢厂换强度更高的板。实际上,起皱多半是法兰部分在拉深过程中受到周向压缩,压边力或材料流动控制没到位,让板料像纸一样被压褶了。料软只是影响因素之一,模具和工艺参数往往占主导。
拉深起皱的力学本质很清楚。圆形坯料被拉进凹模时,法兰外圈金属要向中心收缩,周向被压缩。如果压边圈压不紧,或者压边力不够,法兰板料就会在压缩失稳下起皱。GB/T 15825.1-2008《金属薄板成形性能与试验方法 第1部分:成形性能和指标》把 r 值(塑性应变比)、n 值(加工硬化指数)和极限拉深比 LDR 列为成形性能核心指标;r 值高、n 值大的材料抗薄化和抗失稳能力更好,不容易起皱,但并不能替代模具侧的压边控制。
判断是料的问题还是模具问题,要看起皱位置和规律。法兰外圈整圈均匀起皱,多半说明压边力不足、坯料尺寸太大或润滑过好,材料流动太快;筒壁局部皱褶,则可能是凸凹模间隙不均、圆角半径不合适,或者材料厚度和性能波动。GB/T 15825.3-2008《金属薄板成形性能与试验方法 第3部分:拉深与拉深载荷试验》用极限拉深比 LDR 来定量评价材料的拉深成形性能;同一块料在标准模具下 LDR 越高,深冲能力越强。如果试验 LDR 明显低于钢质保书对应牌号的行业水平,才考虑材料方向。
工艺端可调的空间往往更大。压边力是最直接的手段:太小起皱,太大则拉裂。增加拉深筋可以人为加大材料流入凹模的阻力,让法兰金属在拉应力状态下多走一段,反而能抑制起皱;坯料直径改小、阶梯拉深、设置反拉深,都是常用办法。凹模圆角半径也很关键:半径过小,材料弯曲变形大、流动阻力高,容易拉薄甚至拉裂;半径过大,法兰约束弱,更容易起皱。经验上圆角取 5~8 倍料厚较为常见,具体要按试模结果调。
选材和订货同样要讲清楚。GB/T 5213-2019《冷轧低碳钢板及钢带》按成形性能把 DC01~DC06 分档,DC04、DC05、DC06 的 r90、n 值更高,适合复杂深冲和外观件。订货不要只写"不起皱",要在合同里写明执行标准、牌号、r90/n90 指标、拉深比要求,并约定按 GB/T 15825.3 做极限拉深比试验或 GB/T 15825.8《成形极限图(FLD)测定指南》做成形极限图。FLD 把主应变、次应变画成安全区、起皱区和破裂区,一眼就能看出当前工艺有没有进起皱区。
现场排故可以按顺序来:第一步查压边力是否足够、压边圈是否平行;第二步看坯料尺寸和润滑;第三步试调凹模圆角和拉深筋;第四步才怀疑材料 r、n 值不足或厚度不均。把锅先扣在料软上,容易漏掉模具这边真正该修的环节。复杂零件建议先小批量试模,用网格应变分析或 DIC 实测应变分布,再按 FLD 调整参数,比盲换材料见效快。
数据来源:来自公开网络
钢管动力,关联公众号:钢标控。
常见问题(FAQ)
问:拉深起皱和拉裂是一回事吗?
答:不是。起皱是法兰在压缩应力下失稳起褶,属于压缩失稳;拉裂是材料被拉得过薄、局部颈缩或破裂,属于拉伸失效。压边力太小容易起皱,压边力太大或材料 r/n 不足容易拉裂。调工艺时两者常常互相牵制。
问:压边力是不是越大越好?
答:不是。压边力要刚好压住法兰不让它起皱,又不能大得把材料锁死、拉裂筒壁。通常先用经验值,再通过试模逐步加大到不起皱的临界点。厚料、高强料需要更大压边力,软薄料则小一些。
问:r 值和 n 值对起皱有什么影响?
答:r 值(塑性应变比)高说明材料抵抗厚度方向变薄的能力强,有利于防止拉裂和局部过度减薄;n 值(加工硬化指数)高说明材料变形后变硬、能分散应变,抗失稳能力更好。GB/T 15825.1-2008 把这两项列为成形性能关键指标,复杂深冲件宜选 DC04 及以上、r90 和 n 值较高的牌号。
问:拉深筋有什么用?
答:拉深筋安装在压边圈或凹模上,通过凸起筋条增加材料流入凹模的阻力。它能让法兰金属先被拉伸展平,减小周向压缩,从而抑制起皱;同时又能控制进料速度,避免某处流料过快造成局部皱褶或破裂。
问:GB/T 15825.3 的极限拉深比怎么测?
答:极限拉深比 LDR = 坯料直径 / 凸模直径,试验按 GB/T 15825.3-2008 进行,试样厚度范围 0.45~2.50 mm。用一系列不同直径的圆坯料做拉深,直到出现破裂或严重起皱,能成功拉深的最大直径与凸模直径之比就是 LDR。LDR 越高,材料深冲性能越好。
问:采购冷轧板时怎么写才不起皱?
答:合同里要写清四项:执行标准(如 GB/T 5213-2019)、牌号(如 DC04)、成形性能指标(r90、n90 或要求 LDR 值)、验收方法(按 GB/T 15825.3 或 GB/T 15825.8 做 FLD)。不要只写"不起皱",必须有可测指标和试验标准,异议时才有依据。