高性能奥氏体不锈钢的切割 -- 剪切
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科技
2022-10-06 10:28
加拿大
直线剪切是一种快速、精准和高效的切割金属和合金的方法。由于奥氏体不锈钢的延展性和加工硬化速率都高，所以，剪切机的功率要大于剪切普通低强度碳钢所需的功率。例如，剪切6.35毫米厚碳钢的剪切机， 只能剪切4.75mm厚的304不锈钢。先进的高强度剪切机可以剪切25mm以内的标准奥氏体不锈钢板，剪切形状和尺寸精度非常好。为了剪切强度更高的高性能奥氏体不锈钢，剪切机的额定剪切厚度必须随着它们相对于304不锈钢强度的增加而减小。
剪切奥氏体不锈钢对剪切机的刚度、剪刃锋利度和参数设定提出更高的要求。剪刃应采用优质工具钢，经过淬火和回火处理达到强度和韧性的合理组合。剪刃要免受车间粉尘的污染，经常检查，避免磨损造成金属积聚。剪切奥氏体不锈钢的剪刃间隙应小于碳钢。直线剪切时，间隙通常为材料厚度的5%。为了对抗奥氏体不锈钢所需的更大的剪切力，夹具的夹紧力必须增加。直线剪切通常不需要润滑剂，但是，可以用可剥离薄膜保护表面。
倾角/剪切角(图1)影响剪机的功率要求。较小的角度要求较大的功率/力，但变形小。剪切角度不应小于1/2°。较大的倾角/剪切角(例如3.5°)可以降低所需的功率/力，但是会增大变形。角度增大还需要加大夹具的夹紧力。![]()
图1 剪切参数及剪切横截面，显示了切割边的不同区域
切口有明显的分区， 包括切口表面塌角、打磨区或剪切区、断裂区和切口底面的毛刺 (图1)。打磨区和断裂区的深度取决于合金、金属厚度、剪切间隙、润滑和刀具涂层。打磨区的理想深度取决于金属和切割类型。
操作人员必须明白，剪切间隙、理想落剪速度和理想的剪切深度随金属而变化，一定要进行调整。低碳钢，不锈钢，铝和黄铜的理想设定值各不相同，各系列的不锈钢，有时本系列的不锈钢都不相同。例如，在一定的间隙下，低碳钢的剪切深度可能为50%， 不锈钢为30%，铝为60%。如果打磨区的目标值是50%，那么，剪切不锈钢的间隙必须缩小。紧密的间隙可以产生一个完全或几乎完全剪切的切口，表面更加平滑，但是会缩短刀具的寿命。间隙过大会导致应变硬化，对设备提出不必要的要求，甚至会导致较大的粗边毛刺和微裂纹。随着硬度增加，切口冷作效果明显，毛刺可包含边部撕裂和微裂纹。因此， 剪切后进行成形加工时容易开裂。这种缺陷可以通过磨削、锉削、机械抛光或电抛光进行修正，去除毛刺和加工硬化层。在打磨区和断裂面的交界处，如果剪刃变钝或不干净，可能有沾污的金属重叠的区域，这些区域很容易发生缝隙腐蚀。清洁、光滑的磨光面和断裂面具有最佳的腐蚀性能。粗糙区域更容易发生腐蚀，因为它保持水分的时间更长，并积累了腐蚀性的沉积物。当对美观、耐蚀性或清洁度要求较高时，电抛光是消除断裂界面上毛刺和金属重叠区的一种常见方法。不锈钢板的剪切 ©IMOA
落料和冲孔是使用冲头和模具而非直边剪刃剪切材料的形式。落料用于冲裁分离出所需要的工件，留下的板材为废料。冲孔类似于落料，是在工件上冲孔，冲裁去掉的部分为废料。使用润滑剂或专用可剥离薄膜有助于落料和冲孔操作。如果需要扁平的落料件，使用冲头和带刃口的冲裁模。冲孔操作时，冲掉部分是废料，刃口应该在冲头上，模具应放平。
对于孔洞和弧形，间隙约为总冲裁厚度的10%，或一侧5%。公差取决于工厂的设备、精度要求和其它变量。冲孔时使用锋利的刃口和紧密的间隙， 可以减少或避免冲孔切口处的叠料现象。开口(即穿孔)面积的百分比随孔型(六角形、圆形或方形孔，长孔等)的不同而变化。孔的布局可以是队列式，也可以交错排列。为了防止损坏冲床，不锈钢的孔径应大于板厚至少一个尺寸。孔洞和弧形区域将有一个较大的断裂面。冲孔或落料时，还有几个减少变形的重要因素。奥氏体合金的特点及其冷加工水平会影响孔形和工艺。孔间的最小距离至少是孔径的一半。如果使用退火处理的薄规格钢板，孔间距可能要更大。调整设定值或工具结构，或使用强度较高的冷轧板可以减少变形。对于孔洞和弧形，可使用润滑剂或专用的可剥离薄膜，因为这样可以减少功率需求， 延长模具使用寿命。如果使用了润滑剂，发货前一定要把钢板表面残留的润滑剂清理干净。
生产不锈钢孔板的冲孔操作
穿孔
冲孔是最常见和性价比最高的标准圆孔、椭圆穿孔和其他同一形状穿孔加工方法。冲孔变形可能是工具变钝、模具间隙、冲头偏差、润滑不足或冲孔方法等原因造成的。工具钝了需要更大的冲压力， 从而产生更多的应力和变形。模具间隙过大会拉伸钢板， 影响平直度。冲头偏差对小孔 (孔径与厚度之比≤2:1) 有影响，会造成变形。集群冲头、全导向工具和定制模压工具有助于减少变形，但也会加大制造成本。当其他可能影响平直度的原因被排除后，应考虑增大孔径和孔间距。即使注意了所有细节，冲孔后可能还需要平整。如果设计提出更高的孔密度，不同的孔尺寸，特殊的孔形，钢板厚度超出常规，以及其他一些涉及穿孔板平整度的要求，建议采用钻孔。钻孔可以根据板材的厚度和其他要求进行设定。很多时候, 水射流切割法可以在薄钢板上切割出精美的孔形。
采用冲孔来穿孔会产生可见的磨光面和断裂面。钝工具造成的断裂面更粗糙，抛光面和断裂面的交界处出现金属重叠，这些孔更容易受到腐蚀 ©Catherine Houska
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