雙曲面不銹鋼型材零件的彎曲成形工藝

佟明

摘 要：文章通過對沉淀硬化不銹鋼型材零件的成形工藝方法進行研究和探索，進而找到適合這種材料零件的通用加工方法，彌補車間對該類材料加工經驗的匱乏，為后續生產奠定工藝基礎。通過查閱、參考各機型相關工藝規范，采用各種不同方法進行試制和一系列試驗，最終確定合理的工藝方案，匯總相關工藝參數。

關鍵詞：不銹鋼；型材；等溫加熱成形；拉彎；閘壓

前言

雙曲面不銹鋼型材零件的彎曲成形工藝項目中有兩項不銹鋼零件，形狀雖簡單，但尺寸較大，且材料厚度較厚，成形、敲修都困難。文章通過對零件和材料進行充分工藝性分析，比較各種可行的加工方案，形成最優加工方案，并最終生產出合格零件，滿足了生產的要求。

1 零件的材料和工藝性分析

1.1 零件的材料分析

這兩項不銹鋼型材零件的材料為“17-7PH”，料厚為δ2.03mm；17-7PH材料是典型的半奧氏體沉淀硬化型不銹鋼。其退伙供應狀態的主要機械性能為：抗拉強度бъ=1034MPa，屈服強度бs= 724Mpa，延伸率δ=10%。可以看出這種材料在常溫下成形有一定難度，需較大的成形力，零件易回彈等。

1.2 零件的工藝性分析

此類零件的形狀和典型剖面尺寸見圖1。

圖1

從圖1中可以看出這是較典型的型材類零件，實現該零件的斷面形狀，方法很多，也不困難，但零件的弧面及其下陷通常需在以下兩種受力情況下才可以實現：（1）若b面不受力，而a面受軸向的壓應力和橫向拉應力，則a面的材料聚積、增厚，在工裝中形成弧面。下陷受上、下工裝的擠壓而產生。（2）若a、b面均受均勻拉應力，則a面的材料變薄、彎曲；b面的材料聚積、增厚，在工裝中形成弧面。而下陷只能單獨成形。因此，從以上零件的材料和工藝性分析可以看出：該零件的材料成形性能非常不好，而且其零件的形狀特點，使零件的工藝性不穩定，給零件的成形增加了很大的難度，選擇恰當的加工方案，成為解決問題的關鍵。

2 確定加工成形方案

2.1 加工成形方案的分析、論證

加工成形方案的確定主要考慮三個因素：質量、成本、周期（成本和周期包括工裝），這兩個加工方案也主要是從這三方面進行綜合分析、論證。

2.1.1 拉彎成形。拉彎成形是將軋壓成形后的直型材在拉彎模上進行彎曲，彎曲的同時在零件的a、b兩面施加均勻的軸向拉力，使材料截面內的應力分布都變為拉應力，夾鉗與拉彎模的相對移動迫使零件貼胎雖然經驗分析告訴我們“拉彎成形”卸載后零件的回彈較大（如圖2），必須對拉彎模進行反復修正回彈量，反復試驗拉彎，直至加工出合格零件。而且生產準備周期過長，約兩個月，拉彎模的制造成本也較大，約20000元。但針對此類零件的形狀、尺寸（細長比較大），采用“拉彎成形”是可行的。可是因零件的下陷無法成形。所以，針對此零件，拉彎成形只能作為整個成形的一道工序。

2.1.2 拉彎+固溶熱處理+成形下陷+手工敲修的復合成形。從以上各個方案中我們可以得出這樣的結論：針對零件的特殊性和尺寸特點，每個方案都有不同程度的缺陷，如：質量低、生產周期長、工裝成本費用大、設備能力等，但每個方案都有可取之處，將一些方案中的可取之處重新進行組合，充分利用廠的現有生產條件和設備能力，并加以改善，形成一種新的加工方案。如果這一方案既能滿足零件的質量要求，又最大限度地降低各種成本費用、生產準備周期，那么，它所形成的方案將是最佳方案。我們已經知道，雖然拉彎成形成形此零件是可行的，但不能形成零件的下陷。所以零件的下陷只能采用其他的方法成形。在材料分析中，我們知道，此材料在常溫下成形有一定難度，加之零件的材料厚度為δ2.03mm，下陷深度1.5mm，尤其是拉彎成形后材料硬度增大，成形困難，貼胎度無法保證。經查閱資料，該材料在冷成形后可以通過進行固溶熱處理消除內應力，使零件容易成形，所以，我們可以利用將拉彎后的零件進行固溶熱處理（溫度1052℃±14）后再成形。

2.2 加工成形方案的初步確定

綜合以上的分析、論證，可以得出以下結論：在充分考慮質量、成本、周期三因素的前提下，針對此類零件的最佳加工方案只能是：拉彎+固溶熱處理+成形下陷+手工敲修的復合成形。雖然從嚴格意義上說，這一加工方案是幾種加工方法的“大雜燴”，但它充分利用了公司內部的設備資源。

3 實施加工方案

3.1 根據確定的加工方案，初步編制工藝流程

下料→閘壓直角材→拉彎→固溶熱處理→成形下陷→去余量→手工敲修

按初步擬定的工藝流程試加工兩件零件：將零件在電爐中固溶熱處理加熱后用成形模成形下陷，發現零件拉彎時已成形的R角移位，使得彎邊的高度比圖紙小，而且下陷尺寸不到位。經分析：R角移位是因為拉彎后因零件回彈，弧度不到位，無法與成形模貼胎所致；下陷尺寸不到位是因為成形模是整體成形，下陷處壓力不足使得成形的下陷深度不夠。因此，針對以上兩點采取如下措施并調整工藝流程：（1）拉彎并進行固溶熱處理工序，消除零件的內應力，然后對零件修正收邊至符合成形模型面的弧度。（2）在成形模上校正零件弧面。（3）新增兩套局部下陷模，單獨成形零件下陷。（4）新增一套凸模胎，與敲修模相配用于修整零件型面。

3.2 調整工藝流程

下料→閘壓直角材→拉彎→固溶熱處理→修正收邊→校正型面→成形下陷→去余量→手工敲修→檢驗

3.3 檢驗

通過實施調整后的工藝流程，正式加工了兩件零件。經檢驗，兩件零件的型面基本符合敲檢模，可以交付。

4 結束語

對于沉淀硬化不銹鋼17-7PH材料的超長彎曲型材類零件的成形，加工方案的選擇很關鍵，特別是材料狀態和工裝的選擇尤為重要，以上確定的加工方案并不是唯一可行的加工方案，要根據零件質量、周期、成本的不同要求，選擇最經濟和最實用的加工成形方案，是我們解決問題的主題。此方法提供了超長彎曲型材類零件加工的一種嘗試方式，解決了此類零件難加工的問題，生產出了合格的產品。