奧氏體不銹鋼具有較高的塑性，但是在沖壓成型時極易產生皺紋。因此，根據金屬的流動性，建議在加工成型時更多地采用拉伸，而不是壓縮。當不銹鋼薄(bo)板坯料在拉伸或者深沖時，其邊部應被壓環壓住，如圖4-11所示，以防邊緣起皺。
12Cr17Ni7(301)型不銹鋼是奧氏體型鋼中含鎳、鉻最低的牌號，它在退火狀態仍具有最高的抗拉強度。隨著冷成型量的增加（以冷變形率計量），12Cr17Ni7(301)鋼所具有非常高的加工硬化率會引起抗拉強度和屈服強度的明顯提高。這對于希望在加工成型后能增大強度和剛性的產品，如角鋼和槽鋼等結構件來說是特別重要和十分期待的。另一方面，含鎳量較高的奧氏體鋼，特別是06Cr19Ni10(304不銹鋼(gang))、022Cr19Ni10(304L不銹鋼)和10Cr18Ni12(305)型不銹鋼，它們具有較低的加工硬化速度，非常適合于深沖加工成型。
一般來說，奧氏體型不銹鋼n值較大，在成型加工過程中，由于塑性誘發相變而生成馬氏體。因而其有較大的n值和延伸率，可進行深沖成型加工和凸緣成型。有一部分奧氏體(ti)不銹鋼在深沖成型加工后，經過一段時間會產生與沖壓方向相一致的縱向裂紋，即所謂的“時效裂紋”。采用200系列奧氏體不銹鋼（部分Ni被Mn代替），由于其有較高的成型起始強度，所以成型時需要較高的加工成型力。同時該鋼種與對應的300系列不銹鋼比較，這些材料的“回彈”（spring back)性比較大。
但是，由(you)于奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)具有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)退(tui)火后強度和加工(gong)硬(ying)化性(xing)能，所(suo)以和鐵素體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)相比(bi)，需要更大(da)的(de)(de)加成型應(ying)力。而且，由(you)于加工(gong)硬(ying)化的(de)(de)原因，不(bu)僅僅需要較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)形(xing)變(bian)應(ying)力，而且需要提高(gao)(gao)金屬開始(shi)變(bian)形(xing)時的(de)(de)起始(shi)應(ying)力。
由于奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)有很高的塑(su)性(xing)(xing)，所以這(zhe)些(xie)鋼(gang)(gang)的形變能力比鐵素體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)強，在(zai)冷加(jia)成(cheng)型工(gong)作(zuo)中(zhong)允(yun)許(xu)(xu)承(cheng)受(shou)很大的變形量。在(zai)奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)，加(jia)工(gong)硬(ying)化越快的鋼(gang)(gang)種，如12Cr17Ni7(301)或者06Cr19Ni10（304),在(zai)同樣的作(zuo)業中(zhong)能承(cheng)受(shou)最(zui)大的形變。奧(ao)氏(shi)體不銹(xiu)鋼(gang)(gang)冷加(jia)工(gong)成(cheng)型的成(cheng)型性(xing)(xing)能是(shi)指(zhi)沒(mei)有預先退火情況下的冷變形。但是(shi)，在(zai)連續加(jia)工(gong)過程(cheng)中(zhong)，也許(xu)(xu)需要進行中(zhong)間(jian)退火，使其恢復(fu)到(dao)原有的塑(su)性(xing)(xing)。
奧氏體不銹鋼優良的(de)(de)(de)成型性(xing)能，尤其在需(xu)持久極大的(de)(de)(de)拉伸變(bian)形的(de)(de)(de)脹(zhang)形和彎(wan)曲(qu)作業中，以及(ji)需(xu)要高塑性(xing)的(de)(de)(de)劇烈(lie)的(de)(de)(de)深沖(chong)作業中，表現尤為明(ming)顯。
通常(chang)，當(dang)Ni含(han)量較低時，如(ru)12Cr17Ni7(301)(約6.5%Ni),奧氏(shi)體(ti)不銹鋼成(cheng)型(xing)加(jia)工會變(bian)得(de)非(fei)常(chang)困難(nan)。在(zai)穩定化鋼種(zhong)(zhong)(zhong)的(de)成(cheng)型(xing)特性(xing)中，穩定化元素的(de)存在(zai)，如(ru)Ti、Nb和(he)Ta以(yi)及高(gao)含(han)C量，起著不利(li)的(de)作用(yong)(yong)。這是由于微觀結構中形成(cheng)像(xiang)Ti的(de)碳化物和(he)氮化物的(de)第二相粒(li)子的(de)原(yuan)因(yin)。所(suo)以(yi)在(zai)06Cr18Ni11Ti(321)和(he)06Cr18Ni11Nb（347)鋼種(zhong)(zhong)(zhong)的(de)成(cheng)型(xing)，沒有在(zai)06Cr19Ni10(304)和(he) 10Cr18Ni12（305)鋼種(zhong)(zhong)(zhong)成(cheng)型(xing)得(de)順(shun)利(li)。像(xiang)Y12Cr18Ni9(303)這種(zhong)(zhong)(zhong)易切(qie)削(xue)加(jia)工鋼種(zhong)(zhong)(zhong)，塑性(xing)性(xing)能(neng)比較差(cha)，不能(neng)用(yong)(yong)于成(cheng)型(xing)加(jia)工。
圖(tu)4-12是在壓力成型時(shi)出(chu)現的減薄破(po)裂照片。
1. 沖壓成型
沖壓(ya)(ya)包括拉伸和沖壓(ya)(ya)，拉伸會(hui)(hui)減(jian)小(xiao)工件的橫截面(mian)，而沖壓(ya)(ya)卻(que)不(bu)能。換(huan)言之，沖壓(ya)(ya)允(yun)許材(cai)料在(zai)足夠(gou)張力變形(xing)，這(zhe)張力是(shi)(shi)由壓(ya)(ya)緊(jin)壓(ya)(ya)環面(mian)產(chan)生的，為(wei)的是(shi)(shi)防(fang)止折皺產(chan)生。在(zai)沖壓(ya)(ya)成(cheng)(cheng)型的第一階段，材(cai)料經過(guo)90°拉彎(wan)(wan)，并會(hui)(hui)引(yin)起不(bu)同程度的加工硬(ying)化（這(zhe)要(yao)取決(jue)于沖壓(ya)(ya)環的圓角和鋼加工硬(ying)化的速度。較(jiao)小(xiao)圓角將(jiang)引(yin)起較(jiao)大的加工硬(ying)化）。12Cr17Mn6Ni6N(201)和12Cr17Ni7(301)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼耐急(ji)彎(wan)(wan)性能變形(xing)比普(pu)通鉻(ge)鋼要(yao)好，特別是(shi)(shi)在(zai)帶鋼彎(wan)(wan)曲后(hou)再拉伸時更是(shi)(shi)這(zhe)樣。彎(wan)(wan)曲半徑的變化，通常能夠(gou)是(shi)(shi)厚度的7倍，因此斷裂就成(cheng)(cheng)為(wei)一個問題。
沖壓成(cheng)型(xing)所選(xuan)用的(de)(de)鋼種決定了沖壓成(cheng)型(xing)的(de)(de)深度(du)(du)和(he)獲得所要(yao)求形狀的(de)(de)方(fang)法。如果要(yao)是(shi)進(jin)行多次成(cheng)型(xing)，加工者就需要(yao)知道毛坯在每一次成(cheng)型(xing)操(cao)作(zuo)中沖壓的(de)(de)深度(du)(du)，以及在沖壓成(cheng)型(xing)之間是(shi)否需要(yao)退火。
12Cr17Mn6Ni6N(201)鋼適合于制(zhi)(zhi)作1~2次沖壓拉伸(shen)成型的(de)工件（材(cai)料變形主要(yao)(yao)通過(guo)拉伸(shen)，只發生少量滑(hua)移(yi)）。其主要(yao)(yao)優點是一(yi)般情況下能夠使用(yong)較小的(de)毛坯直徑。為了(le)限制(zhi)(zhi)材(cai)料滑(hua)移(yi)，通過(guo)改(gai)變壓緊裝置(zhi)壓力，就能夠完(wan)全控制(zhi)(zhi)起皺觀象。
用(yong)下面簡(jian)單(dan)的公(gong)式(shi)就能夠計算出(chu)所選(xuan)用(yong)鋼(gang)種的毛坯的直徑。
收縮量％＝100(D0-d)/D0
式中 D0--毛坯直徑，mm; d--沖壓件直徑，mm。
如果(guo)收(shou)縮(suo)(suo)量不到25%,工(gong)(gong)件一(yi)般選用10Cr17(430)和10Cr17Mo（434)鋼(gang)。如果(guo)壓縮(suo)(suo)在50%以下，可(ke)選用12Cr17Mn6Ni6N(201)和12Cr17N17(301)鋼(gang)，但對收(shou)縮(suo)(suo)量較(jiao)大的工(gong)(gong)件，則選用06Cr19Ni10（304)或10C-18Ni12(305)鋼(gang)。
圖(tu)4-11是典(dian)型的間隙圓角半徑要(yao)求示意圖(tu)。為了(le)計算坯料尺寸(cun)。
在(zai)不銹(xiu)鋼冷沖壓成型(xing)時，為了(le)實現成型(xing)就(jiu)必須使用(yong)超過其(qi)屈服強(qiang)度(du)，但又要低于(yu)其(qi)抗(kang)拉強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)成型(xing)力(li)。這(zhe)就(jiu)是說，這(zhe)個力(li)的(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)就(jiu)處于(yu)屈服強(qiang)度(du)和(he)抗(kang)拉強(qiang)度(du)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)較(jiao)大范(fan)圍(wei)之(zhi)內。屈服強(qiang)度(du)和(he)抗(kang)拉強(qiang)度(du)之(zhi)間(jian)范(fan)圍(wei)越大，塑性變(bian)形的(de)(de)(de)范(fan)圍(wei)也就(jiu)越大，參見圖4-6。在(zai)退(tui)火狀態下，400系(xi)列(lie)不銹(xiu)鋼有較(jiao)低的(de)(de)(de)屈服強(qiang)度(du)和(he)抗(kang)拉強(qiang)度(du)，這(zhe)樣其(qi)加工(gong)范(fan)圍(wei)就(jiu)比較(jiao)狹窄(zhai)，而且400系(xi)列(lie)不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)拉伸變(bian)形量也不及(ji)200和(he)300系(xi)列(lie)不銹(xiu)鋼。
圖(tu)4-13表示冷(leng)加(jia)(jia)工成型(xing)時，加(jia)(jia)工硬(ying)化對10Cr17（430)、12Cr17Mn6Ni6N(201)和(he)12Cr17Ni7(301)鋼(gang)(gang)的強度(du)和(he)塑性(xing)的影響。很(hen)明顯12Cr17Mn6Ni6N(201)和(he)12Cr17Ni7(301)鋼(gang)(gang)有較(jiao)大(da)(da)的塑性(xing)范圍。盡管這(zhe)兩種鋼(gang)(gang)的強度(du)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)要比10Cr17(430)快得多，但它們(men)的韌性(xing)在(zai)冷(leng)加(jia)(jia)工中仍然可以保持很(hen)高(gao)。隨(sui)著(zhu)鋼(gang)(gang)中Ni含量(liang)的增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，其(qi)加(jia)(jia)工硬(ying)化率下降；隨(sui)著(zhu)冷(leng)加(jia)(jia)工的進行(xing)，在(zai)很(hen)大(da)(da)程度(du)上仍能(neng)保持較(jiao)高(gao)的韌性(xing)。
沖壓成型時，不銹鋼(gang)坯(pi)料被壓環緊(jin)(jin)緊(jin)(jin)夾持在凹(ao)模上的(de)方法，可使坯(pi)料形成后(hou)的(de)工件被拉深而又不會(hui)流入凹(ao)模內(nei)，這無(wu)疑會(hui)使工件的(de)壁厚減薄，由(you)于(yu)(yu)加工硬化作用，減薄部分的(de)金屬強(qiang)度可以等于(yu)(yu)或(huo)超(chao)過未經加工較厚的(de)部位。
為了(le)將坯料形(xing)成為一定的形(xing)狀，工(gong)(gong)件某(mou)(mou)些部位的厚度勢必(bi)會減薄。對于成型(xing)加工(gong)(gong)要(yao)求某(mou)(mou)一區域金屬的塑(su)性流動大于另一區域的工(gong)(gong)件來講(jiang)，就是應用了(le)這一技術，特別是局部成型(xing)。
沖壓成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)時(shi)，在成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)模頂(ding)(ding)端部位的(de)成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)應力、金屬塑性的(de)流(liu)動和變形值都是最(zui)大的(de)。如果(guo)坯料在成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)時(shi)發生破(po)裂，那么其(qi)破(po)裂一定發生在成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)模頂(ding)(ding)端部位的(de)區域。
大量的不(bu)銹鋼薄板均可采用沖壓方法進行成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)加工(gong)(gong)，但對成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)加工(gong)(gong)操作的要(yao)求都非(fei)常嚴格。一種材(cai)料的拉伸成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)性能(neng)，可在材(cai)料生產的實(shi)際(ji)使(shi)用中測得。如果要(yao)精確(que)地確(que)定鋼種的成(cheng)(cheng)分與工(gong)(gong)藝對沖壓成(cheng)(cheng)型(xing)(xing)性的影響，則有必要(yao)取得比“可－否”試(shi)驗(yan)更為精確(que)的結果。
在(zai)沖壓成(cheng)型(xing)時，除材料因素(su)外還有許(xu)多變(bian)化(hua)因素(su)，那些(xie)處于成(cheng)型(xing)性(xing)邊緣的鋼種，都會因這些(xie)變(bian)化(hua)因素(su)決定(ding)它們能否順利成(cheng)型(xing)。這些(xie)變(bian)化(hua)的因素(su)有：壓環的壓力、成(cheng)型(xing)速度、潤滑劑、壓模(mo)清(qing)潔程(cheng)度以及模(mo)具磨損情況等。對不銹鋼沖壓成(cheng)型(xing)性(xing)評價的試驗應盡可能簡單，而且要(yao)求(qiu)其(qi)再（重(zhong)）現性(xing)要(yao)好(hao)。
沖壓成(cheng)型(xing)和拉伸成(cheng)型(xing)特點的比較如(ru)圖4-14所(suo)示。
2. 沖壓成型實例
［實例(li)4-1]如圖(tu)4-15所示，為12Cr17Ni7(301)不(bu)銹鋼制(zhi)成的汽車(che)輪罩示意圖(tu)，其中心(xin)部位就是(shi)有(you)目的地采(cai)用(yong)了(le)拉伸法使其減薄(bo)并產生加(jia)工硬化作用(yong)的實例(li)。
［實例4-2]使工(gong)件承受成型所能允(yun)許的最大壓力，并通過加工(gong)硬化提高(gao)其(qi)強度的例子，如(ru)圖4-16所示(shi)。
圖(tu)4-16是(shi)小型(xing)(xing)飛機引擎消(xiao)音器端蓋(gai)的(de)示意圖(tu)。該端蓋(gai)所用的(de)材料是(shi)06Cr18Ni11Ti(321),在(zai)成(cheng)型(xing)(xing)過程中，施加接(jie)近成(cheng)型(xing)(xing)性極(ji)限所規定的(de)最(zui)大壓力(li)，使其加工(gong)硬化，以提高其剛度(du)并獲得必要的(de)抗疲(pi)勞強(qiang)度(du)。
該(gai)端蓋(gai)是在一臺(tai)60t向后開口的(de)傾(qing)斜式機(ji)械沖床上經(jing)兩(liang)道工序(xu)制(zhi)成(cheng)的(de)。沖床的(de)沖程為(wei)127mm,該(gai)模具(ju)(ju)是淬火(huo)硬度為(wei)洛氏59~62的(de)工具(ju)(ju)鋼沖模。
第一(yi)(yi)道工(gong)序(xu)如圖4-16(b)所示，為(wei)一(yi)(yi)組合型(xing)沖壓(ya)模(mo)。其(qi)(qi)作用是(shi)將坯料先(xian)沖壓(ya)成(cheng)型(xing)為(wei)帶(dai)槽的(de)圓(yuan)盤(pan)形(xing)狀(zhuang)，使其(qi)(qi)內(nei)(nei)徑和(he)外形(xing)符合工(gong)件要(yao)求(qiu)。工(gong)件的(de)外緣(yuan)是(shi)用彈性夾具壓(ya)緊，工(gong)件內(nei)(nei)表面(mian)用一(yi)(yi)與沖壓(ya)中心對(dui)中的(de)橡(xiang)膠(jiao)墊支撐。成(cheng)型(xing)是(shi)按照設計的(de)順序(xu)進行的(de)，即首先(xian)成(cheng)型(xing)帶(dai)槽的(de)圓(yuan)盤(pan)形(xing)狀(zhuang)，然后再對(dui)內(nei)(nei)外徑進行加工(gong)，這樣就可(ke)以(yi)使所得的(de)凸緣(yuan)尺寸非(fei)常(chang)精確。
第二道(dao)工序(xu)如圖4-16(b)所示，主(zhu)要是(shi)加工工件(jian)的內緣(yuan)（拉伸）和外緣(yuan)（壓(ya)縮）。在(zai)該操作過(guo)程(cheng)中，消音器端(duan)蓋所承受的壓(ya)力是(shi)經(jing)彈性壓(ya)力墊(dian)傳遞的。
生產這種零件所用的原料是退火后的06Cr18Ni11Ti(321不(bu)銹鋼)不銹鋼，其厚度為0.813mm,并把它剪成5483.86mm見方的坯料。第一道沖模將坯料加工成型的槽形毛坯，可作為第二道沖模加工成型的定位面。每加工一個工件后沖模應涂油潤滑。
［實(shi)例(li)4-3] 不銹(xiu)鋼具(ju)有較(jiao)高(gao)的(de)(de)延伸率，所(suo)(suo)以(yi)在壓縮(suo)時，極易產(chan)生(sheng)皺折。這(zhe)樣(yang)，如何選擇金屬在成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)時的(de)(de)流動方向，就成(cheng)(cheng)(cheng)為保(bao)證高(gao)質(zhi)量要求工件成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)的(de)(de)關鍵所(suo)(suo)在，理論和實(shi)踐告訴我們，其成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)方式應選用(yong)拉伸成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)，而不能選用(yong)壓縮(suo)成(cheng)(cheng)(cheng)型(xing)。
圖4-17所示的就(jiu)是(shi)利用壓(ya)板定位和模具(ju)上刻槽，這兩項措施來控制金屬流(liu)動的實(shi)際例子(zi)。
圖4-17所示的工件是用經退火的12Cr18Ni9(302不銹鋼)型不銹鋼錐形坯料，在250t往復式液壓沖壓機上成型的。為了使金屬的拉伸變形大于壓縮變形以避免工件產生皺紋，通常希望坯料的窄端金屬能產生最大的流動。
由于成(cheng)型過程所(suo)形成(cheng)的(de)(de)角必(bi)須(xu)緊(jin)(jin)靠壓(ya)(ya)板(ban)(ban)，這(zhe)樣沖模就不(bu)能(neng)將料(liao)固定成(cheng)水平狀。在成(cheng)型過程中毛(mao)坯(pi)的(de)(de)上、下邊(bian)緣(yuan)均(jun)被壓(ya)(ya)板(ban)(ban)夾(jia)緊(jin)(jin)夾(jia)緊(jin)(jin)力(li)為(wei)(wei)36噸。由于上壓(ya)(ya)板(ban)(ban)的(de)(de)長(chang)度是(shi)下壓(ya)(ya)板(ban)(ban)的(de)(de)兩(liang)倍，寬度為(wei)(wei)下壓(ya)(ya)板(ban)(ban)的(de)(de)2/3,這(zhe)樣夾(jia)緊(jin)(jin)力(li)是(shi)在大面積上分布的(de)(de)。所(suo)以(yi)大部分金屬(shu)將會從寬端流向窄端，這(zhe)樣被加工金屬(shu)就會產生(sheng)皺紋。如果(guo)在上壓(ya)(ya)板(ban)(ban)上附(fu)加刻槽，為(wei)(wei)的(de)(de)是(shi)提(ti)高(gao)該端的(de)(de)夾(jia)緊(jin)(jin)力(li)，可(ke)使毛(mao)坯(pi)窄端的(de)(de)大部分金屬(shu)產生(sheng)流動(dong)。為(wei)(wei)了促(cu)進毛(mao)坯(pi)窄端金屬(shu)的(de)(de)流動(dong)，并在坯(pi)料(liao)下部涂以(yi)脂肪酸非顏料(liao)型繪(hui)畫混合劑，因下沖模半徑比較(jiao)小，產生(sheng)撕裂(lie)而(er)造(zao)成(cheng)的(de)(de)金屬(shu)損耗僅(jin)為(wei)(wei)3%.
