沖壓材料.docx

沖壓工藝用材料一、沖壓對板料的基本要求沖壓對板料的要求中，首先要滿足對產(chǎn)品的技術(shù)要求，如強度、剛度等力學(xué)性能指標(biāo)要求，還有一些物理化學(xué)等方面的特殊要求，如電磁性、防腐性等。其次還必須滿足沖壓工藝的要求，即應(yīng)具有良好的沖壓成形性能。為滿足上述兩方面的要求，沖壓工藝對板料的基本要求如下：（一）對力學(xué)性能的要求板料力學(xué)性能對沖壓成形性能有著密切的關(guān)系，力學(xué)性能的指標(biāo)很多，其中尤以伸長率（d）、屈強比（ss/sb）、彈性模數(shù)（E）、硬化指數(shù)（n）和厚向異性系數(shù)（r）影響較大。一般來說，伸長率大、屈強比小、彈性模數(shù)大、硬化指數(shù)高和厚向異性系數(shù)大有利于各種沖壓成形工序。（二）對化學(xué)成分的要求板材的化學(xué)成分對沖壓成形性能影響很大，如在鋼中的碳、硅、錳、磷、硫等元素的含量增加，就會使材料的塑性降低、脆性增加，導(dǎo)致材料沖壓成形性能變壞。一般低碳沸騰鋼容易產(chǎn)生時效現(xiàn)象，拉深成形時出現(xiàn)滑移線，這對汽車覆蓋件是不允許的。為了消除滑移線，可在拉深之前增加一道輥壓工序，或采用加入鋁和釩等脫氧的鎮(zhèn)靜鋼，拉深時就不會出現(xiàn)時效現(xiàn)象。鋁鎮(zhèn)靜鋼08Al按其拉深質(zhì)量分為3級：ZF（最復(fù)雜）用于拉深最復(fù)雜零件，HF（很復(fù)雜）用于拉深很復(fù)雜零件，F(xiàn)（復(fù)雜）用于拉深復(fù)雜零件。其它深拉深薄鋼板按沖壓性能分：Z（最深拉深）、S（深拉深）、P（普通拉深）3級。（三）對金相組織的要求由于對產(chǎn)品的強度要求與對材料成形性能的要求，材料可處于退火狀態(tài)（或軟態(tài)）（M）也可處于淬火狀態(tài)（C）或硬態(tài)（Y）。使用時可根據(jù)產(chǎn)品對強度要求及對材料成形性能的要求進行選擇。有些鋼板對其晶粒大小也有一定的規(guī)定，晶粒大小合適、均勻的金相組織拉深性能好,晶粒大小不均易引起裂紋，深拉深用冷軋薄鋼板的晶粒為6至8級。過大的晶粒在拉深時產(chǎn)生粗糙的表面。此外，在鋼板中的帶狀組織與游離碳化物和非金屬夾雜物，也會降低材料的沖壓成形性能。（四）對表面質(zhì)量的要求材料表面應(yīng)光滑，無氧化皮、裂紋、劃傷等缺陷。表面質(zhì)量高的材料，成形時不易破裂不易擦傷模具，零件表面質(zhì)量好。優(yōu)質(zhì)鋼板表面質(zhì)量分3組：I組（高質(zhì)量表面），II組（較高質(zhì)量表面）、III組（一般質(zhì)量表面）。（五）對材料厚度公差的要求在一些成形工序中，凸、凹模之間的間隙是根據(jù)材料厚度來確定的，尤其在校正彎曲和整形工序中，板料厚度公差對零件的精度與模具壽命會有很大的影響。厚度公差分：A（高級）、B（較高級）、和C（普通級）3種。二、板料力學(xué)性能與沖壓成形性能的關(guān)系板料對沖壓成形工藝的適應(yīng)能力稱為板料的沖壓成形性能。板料在成形過程中可能出現(xiàn)兩種失穩(wěn)現(xiàn)象,一種稱為拉伸失穩(wěn)，即板料在拉應(yīng)力作用下局部出現(xiàn)縮頸或斷裂；另外一種稱為壓縮失穩(wěn)，即板料在壓應(yīng)力作用下出現(xiàn)起皺。板料在失穩(wěn)之前可以達到的最大變形程度叫做成形極限。成形極限分為總體成形極限和局部成形極限?？傮w成形極限反映板料失穩(wěn)前總體尺寸可以達到的最大變形程度，如極限拉深系數(shù)、極限脹形高度和極限翻孔系數(shù)等。這些極限系數(shù)通常作為規(guī)則形狀板料零件工藝設(shè)計的重要依據(jù)。而局部成形極限反映板料失穩(wěn)前局部尺寸可以達到的最大變形程度，如復(fù)雜零件成形時，局部極限應(yīng)變即屬于局部成形極限。成形極限越高，說明板料的沖壓成形性能越好。板料的沖壓成形性能，應(yīng)包括抗破裂性、貼模性和定形性等幾個方面。其中板料的貼模性是指板料在沖壓過程中取得與模具形狀一致性的能力，成形過程中發(fā)生的起皺、塌陷等缺陷，均會降低零件的貼模性。而定形性是指零件脫模后保持其在模內(nèi)既得形狀的能力。影響定形性的主要因素是回彈，零件脫模后，回彈會造成零件形狀與尺寸的誤差。板料的貼模性和定形性是決定零件形狀和尺寸精度的重要因素。但由于材料抗破裂性差，會導(dǎo)致零件嚴(yán)重破壞，且難于修復(fù)，因此在目前沖壓生產(chǎn)中，主要用抗破裂性作為評定板料沖壓成形性能的指標(biāo)。板料力學(xué)性能指標(biāo)與板料沖壓性能有密切關(guān)系。一般來說，板料的強度指標(biāo)越高，產(chǎn)生相同變形量所需的力就越大；塑性指標(biāo)越高，成形時所能承受的極限變形量就越大；剛性指標(biāo)越高，成形時抗失穩(wěn)起皺的能力就越大。對板料沖壓成形性能影響較大的力學(xué)性能指標(biāo)有以下幾項：（一）屈服極限ss屈服極限ss小，材料容易屈服,則變形抗力小，產(chǎn)生相同變形所需變形力就小，并且屈服極限小、當(dāng)壓縮變形時，因易于變形而不易出現(xiàn)起皺，對彎曲變形則回彈小，即貼模性與定形性均好。（二）屈強比sssb屈強比小說明s值小而b值大，即容易產(chǎn)生塑性變形而不易產(chǎn)生拉裂，也就是說，從產(chǎn)生屈服至拉裂有較大的塑性變形區(qū)間。尤其是對壓縮類變形中的拉深變形而言，具有重大影響，當(dāng)變形抗力小而強度高時，變形區(qū)的材料易于變形不易出現(xiàn)起皺，而傳力區(qū)的材料又有較高強度而不易出現(xiàn)拉裂，有利于提高拉深變形的變形程度。（三）伸長率拉伸實驗中，試樣拉斷時的伸長率稱總伸長率或簡稱伸長率d。而試樣開始產(chǎn)生局部集中變形（縮頸時）的伸長率稱均勻伸長率du。du表示板料產(chǎn)生均勻的或穩(wěn)定的塑性變形的能力，它直接決定板料在伸長類變形中的沖壓成形性能，從實驗中得到驗證，大多數(shù)材料的翻孔變形程度都與均勻伸長率成正比?？梢缘贸鼋Y(jié)論：即伸長率或均勻伸長率是影響翻孔或擴孔成形性能的最主要參數(shù)。（四）硬化指數(shù)n單向拉伸硬化曲線可寫成s=cen，其中指數(shù)n即為硬化指數(shù)，表示在塑性變形中材料的硬化程度。n大時，說明在變形中材料加工硬化嚴(yán)重，真實應(yīng)力增加大。板料拉伸時，整個變形過程是不均勻的，先是產(chǎn)生均勻變形，然后出現(xiàn)集中變形，形成縮頸，最后被拉斷。在拉伸過程中，一方面材料斷面尺寸不斷減小使承載能力降低，另一方面由于加工硬化使變形抗力提高，又提高了材料的承載能力。在變形的初始階段，硬化的作用是主要的，因此材料上某處的承載能力，在變形中得到加強。變形總是遵循阻力最小定律，即“弱區(qū)先變形”的原則，變形總是在最弱面處進行，這樣變形區(qū)就不斷轉(zhuǎn)移。因而，變形不是集中在某一個局部斷面上進行，在宏觀上就表現(xiàn)為均勻變形，承載能力不斷提高。但是根據(jù)材料的特性，板料的硬化是隨變形程度的增加而逐漸減弱，當(dāng)變形進行到一定時刻，硬化與斷面減小對承載能力的影響，兩者恰好相等，此時最弱斷面的承載能力不再得到提高，于是變形開始集中在這一局部區(qū)域進行，不能轉(zhuǎn)移出去、發(fā)展成為縮頸，直至拉斷?？梢钥闯觯?dāng)n值大時，材料加工硬化嚴(yán)重，硬化使材料強度的提高得到加強，于是增大了均勻變形的范圍。對伸長類變形如脹形，n值大的材料使變形均勻，變薄減小，厚度分布均勻，表面質(zhì)量好，增大了極限變形程度，零件不易產(chǎn)生裂紋。（五）厚向異性系數(shù)g由于板料軋制時出現(xiàn)的纖維組織等因素，板料的塑性會因方向不同而出現(xiàn)差異，這種現(xiàn)象稱塑性各向異性。厚向異性系數(shù)是指單向拉伸試樣寬度應(yīng)變和厚度應(yīng)變的比值,即：g=eb/et(1-1）式中g(shù)厚向異性系數(shù)；eb、et寬度、厚度方向的應(yīng)變。厚向異性系數(shù)表示板料在厚度方向上的變形能力，g值越大，表示板料越不易在厚度方向上產(chǎn)生變形，即不易出現(xiàn)變薄或增厚,g值對壓縮類變形的拉深影響較大，當(dāng)g值增大，板料易于在寬度方向變形，可減小起皺的可能性，而板料受拉處厚度不易變薄，又使拉深不易出現(xiàn)裂紋，因此g值大時，有助于提高拉深變形程度。板料在軋制時形成纖維組織，各向力學(xué)性能不均勻，所以g值在不同方位也不一樣。因此常取板料方向（板料軋制方向）、橫向和45方向的試件所得數(shù)據(jù)的平均值作為厚向異性指標(biāo)，用g表示：g=（g0+g902g45）/（1-2）式中g(shù)0、g90、g45縱向試樣、橫向試樣、與軋制方向成45的試樣的厚向異性系數(shù)；（六）板平面各向異性指數(shù)g板料在不同方位上厚向異性指數(shù)不同，造成板平面內(nèi)各向異性。用Dg表示：Dg=（g0+g90-2g45）/2（1-3）g越大，表示板平面內(nèi)各向異性越嚴(yán)重，拉深時在零件端部出現(xiàn)不平整的凸耳現(xiàn)象，就是材料的各向異性造成的，它既浪費材料又要增加一道修邊工序。三、常用沖壓材料及其力學(xué)性能沖壓最常用的材料是金屬板料，有時也用非金屬板料，金屬板料分黑色金屬和有色金屬兩種。表1-4列出了部分常用金屬板料的力學(xué)性能。表1-4部分常用沖壓材料的力學(xué)性能材料名稱牌號材料狀態(tài)抗剪強度t/Mpa抗拉強度sb/MPa伸長率d10/%屈服強度ss/MPa電工用純鐵C0.025DT1、DT2、DT3已退火18023026普通碳素鋼Q195未退火2603203204002833200Q2353103803804702125240Q2754005005006201519280優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼08F已退火22031028039032180082603603304503220010260340300440292102028040036051025250454405605507001636065Mn已退火60075012400不銹鋼1Cr13已退火320380400470211Cr18Ni9Ti熱處理退軟43055054070040200鋁L2、L3、L5已退火8075110255080冷作硬化1001201504鋁錳合金LF21已退火701101101451950硬鋁LY12已退火10515015021512淬硬后冷作硬化28032040060010340純銅T1、T2、T3軟態(tài)160200307硬態(tài)2403003黃銅H62軟態(tài)26030035半硬態(tài)30038020200H68軟態(tài)24030040100半硬態(tài)28035025黑色金屬板料按性質(zhì)可分為：1普通碳素鋼鋼板如Q195、Q235等。2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板這類鋼板的化學(xué)成分和力學(xué)性能都有保證。其中碳鋼以低碳鋼使用較多，常用牌號有：08、08F、10、20等，沖壓性能和焊接性能均較好，用以制造受力不大的沖壓件。3低合金結(jié)構(gòu)鋼板常用的如Q345（16Mn）、Q295（09Mn2）。用以制造有強度要求的重要沖壓件。4電工硅鋼板如DT1、DT2。5不銹鋼板如1Crl8N19Ti，1Cr13等，用以制造有防腐蝕防銹要求的零件。常用的有色金屬有銅及銅合金如黃銅等，牌號有T1、T2、H62、H68等，其塑性、導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性均很好。還有鋁及鋁合金，常用的牌號有L2、L3、LF21、LY12等，有較好塑性，變形抗力小且輕。非金屬材料有膠木板、橡膠、塑料板等。沖壓用材料最常用的是板料，