沖壓材料性能要求實(shí)用教案

1、一、沖壓(chngy)概論（一）沖壓定義沖壓是靠壓力機(jī)和模具對(duì)板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之在模具里直接受到變形力并進(jìn)行變形（產(chǎn)生塑性(sxng)變形或分離），從而獲得所需形狀和尺寸的工件（沖壓件）的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性(sxng)加工（或稱壓力加工），合稱鍛壓。第1頁(yè)/共38頁(yè)第一頁(yè)，共39頁(yè)。（2）沖模沖模是將材料(cilio)（金屬或非金屬）批量加工成所需沖件的專用工具。沖壓工藝與模具、沖壓設(shè)備和沖壓材料(cilio)構(gòu)成沖壓加工的三要素，只有它們相互結(jié)合才能得出沖壓件。第2頁(yè)/共38頁(yè)第二頁(yè)，共39頁(yè)。（3）沖壓的優(yōu)勢(shì)生產(chǎn)效率高，操作方便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化質(zhì)量

2、穩(wěn)定(wndng)，互換性好可加工出尺寸范圍較大、形狀較復(fù)雜的零件省料，節(jié)能第3頁(yè)/共38頁(yè)第三頁(yè)，共39頁(yè)。第4頁(yè)/共38頁(yè)第四頁(yè)，共39頁(yè)。（4）沖壓加工的分類1、分離工序定義(dngy)：是在沖壓過(guò)程中使沖壓件與板料沿一定的輪廓線相互分離的工序。如落料、沖孔、切斷和修整等。應(yīng)用特點(diǎn)：多用于生產(chǎn)有孔的、形狀簡(jiǎn)單的薄板件（一般鋁板3mm，鋼板）以及作為成形過(guò)程的先行工序或者為成形過(guò)程制備料坯。第5頁(yè)/共38頁(yè)第五頁(yè)，共39頁(yè)。工序名稱工序特征應(yīng)用范圍落料用模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分為工件。用于制造各種形狀的平板零件沖孔用模具沿封閉線沖切板料，沖下的部分為廢料。用于沖平板件或成形件上的孔

3、切斷用剪刀或模具切斷板料，切斷線不是封閉的。多用于加工形狀簡(jiǎn)單的平板零件切邊用模具將工件邊緣多余的材料沖切下來(lái)。主要用于立體成形件沖槽在板料上或成形件上沖切出窄而長(zhǎng)的槽剖切把沖壓加工成的半成品切開成為兩個(gè)或數(shù)個(gè)零件。多用于不對(duì)稱的成雙或成組沖壓之后第6頁(yè)/共38頁(yè)第六頁(yè)，共39頁(yè)。（1）落料和沖孔落料和沖孔是使坯料按封閉(fngb)輪廓分離。統(tǒng)稱為沖裁。第7頁(yè)/共38頁(yè)第七頁(yè)，共39頁(yè)。沖裁時(shí)材料分離過(guò)程(guchng)可分為三個(gè)階段：斷裂(dun li)分離階段彈性變形(bin xng)階段塑性變形階段第8頁(yè)/共38頁(yè)第八頁(yè)，共39頁(yè)。普通(ptng)沖裁件的斷面特征 1）塌角帶 2）光亮(

4、un lin)帶 3）斷裂帶 4）毛刺區(qū)第9頁(yè)/共38頁(yè)第九頁(yè)，共39頁(yè)。特征與材料(cilio)（板料材料(cilio)）塑性的關(guān)系 斷面質(zhì)量受沖裁條件的不同而不同，如刃口間隙，刃口形狀，鋒利程度，沖裁力、潤(rùn)滑條件，板料質(zhì)量（表面質(zhì)量），板料種類（性能(xngnng)）。 沖壓生產(chǎn)要求沖裁件有較大的光亮帶，盡量減少斷裂區(qū)域的寬度。 材料塑性越好，光亮帶越大，斷裂帶越小，同時(shí)，圓角毛刺亦增大。第10頁(yè)/共38頁(yè)第十頁(yè)，共39頁(yè)。（2）修整(xizhng) 定義：利用修整模沿沖裁件外緣(wi yun)或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，以切掉沖裁件上的剪裂帶和毛刺，從而提高沖裁件的尺寸精度（IT6IT7），降

5、低表面粗糙度值（）。 機(jī)理：修整的機(jī)理與沖裁完全不同，而與切削加工相似。 大間隙沖裁件板厚10% 小間隙沖裁件板厚8%以下第11頁(yè)/共38頁(yè)第十一頁(yè)，共39頁(yè)。 分類：修整沖裁件的外形(wi xn)稱外緣修整，修整沖裁件的內(nèi)孔稱內(nèi)孔修整。第12頁(yè)/共38頁(yè)第十二頁(yè)，共39頁(yè)。2、成型工序使坯料發(fā)生塑性變形而成一定形狀(xngzhun)和尺寸的工件。名稱工序特征彎曲用模具將板料彎曲成一定角度的零件，或?qū)⒁褟澕購(gòu)潯＠钣媚＞邔辶蠅撼扇我庑螤畹目招募?，或?qū)⒖招募鬟M(jìn)一步變形翻邊用模具將板料上的孔或外緣翻成直壁脹形用模具對(duì)空心件施加向外的徑向力，使局部直徑擴(kuò)張?？s口用模具對(duì)空心件口部施加由外向內(nèi)的

6、徑向壓力，使局部直徑縮小。擠壓把毛坯放在模腔內(nèi)，加壓使其從模具空隙中擠出，以成形空心或?qū)嵭牧慵＞韴A把板料端部卷成接近封閉的圓頭，用以加工類似鉸鏈的零件。擴(kuò)口在空心毛坯或管狀毛坯的某個(gè)部位上使其徑向尺寸擴(kuò)大的變形方法。校形將工件不平的表面壓平；將已彎曲或拉深的工件壓成正確的形狀第13頁(yè)/共38頁(yè)第十三頁(yè)，共39頁(yè)。（1）拉深拉深過(guò)程定義：利用(lyng)模具使沖裁后得到的平板坯料變形成開口空心零件的工序。設(shè)備：液壓機(jī)或者壓力機(jī)。第14頁(yè)/共38頁(yè)第十四頁(yè)，共39頁(yè)。第15頁(yè)/共38頁(yè)第十五頁(yè)，共39頁(yè)。拉深中的廢品(fipn)第16頁(yè)/共38頁(yè)第十六頁(yè)，共39頁(yè)。第17頁(yè)/共38頁(yè)第十七頁(yè)，共

7、39頁(yè)。(2)彎曲(wnq) 彎曲是將坯料彎成具有一定角度和曲率(ql)的變形工序。第18頁(yè)/共38頁(yè)第十八頁(yè)，共39頁(yè)。二、沖壓工件(gngjin)材料的力學(xué)性能要求 沖壓材料是影響零件質(zhì)量和模具壽命的重要(zhngyo)因素。 目前，可沖壓的材料不僅是低碳鋼，而且還有不銹鋼、鋁及鋁合金。 一般以含碳量0.25%及抗拉強(qiáng)度小于650N/mm2的材料為主。第19頁(yè)/共38頁(yè)第十九頁(yè)，共39頁(yè)。沖壓(chngy)對(duì)金屬材料的沖壓(chngy)性能要求： （1）具有良好的機(jī)械性能及較大的變形抗力 金屬材料的機(jī)械性能是指抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、硬度、塑性、應(yīng)變比等。 （2）具有理想的金相組織結(jié)構(gòu)

8、 金相組織是材料的微觀質(zhì)量(zhling)特征。它的主要標(biāo)志是：滲碳體或碳化物的球化程度。第20頁(yè)/共38頁(yè)第二十頁(yè)，共39頁(yè)。（一）沖壓材料(cilio)性能第21頁(yè)/共38頁(yè)第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。（1）屈服(qf)強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比 抗拉強(qiáng)度是計(jì)算沖壓加工力的基本要素。 屈服強(qiáng)度均勻，無(wú)明顯方向性。 當(dāng)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高時(shí)，沖壓成形力大，成形的難度(nd)加大，而且還會(huì)降低模具的壽命。 如果屈服強(qiáng)度高影響沖壓件的尺寸精度。 屈強(qiáng)比低。 一般的計(jì)算中，沖壓材料的剪切應(yīng)力=0.8*抗拉強(qiáng)度b。第22頁(yè)/共38頁(yè)第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。（2）延伸率 如果板材的延伸率大，對(duì)所有的伸長(zhǎng)類沖壓成形

9、都是有利(yul)的。 當(dāng)延伸率大時(shí)，脹形、翻邊的成形極限也大。 大多數(shù)的優(yōu)質(zhì)沖壓鋼都具有較高的均勻延伸率。第23頁(yè)/共38頁(yè)第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。（3）加工硬化n 定義：在拉伸加工過(guò)程中會(huì)使材料產(chǎn)生硬化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象，一般稱為加工硬化。 原因：材料承受一定塑性變形后，在于同方向施加負(fù)荷力將使其降伏(xing f)點(diǎn)上升，從而增加必要的變形抵抗以對(duì)抗塑性變形之再產(chǎn)生。第24頁(yè)/共38頁(yè)第二十四頁(yè)，共39頁(yè)。 n值高的材料會(huì)發(fā)生(fshng)以下行為： n值低的材料會(huì)發(fā)生(fshng)以下行為：（1）繼續(xù)(jx)進(jìn)行加工會(huì)造成材料硬化，伸長(zhǎng)量減少而使加工不易； （2）繼續(xù)(jx)進(jìn)行加工將會(huì)抑制

10、局部變形，得到一致的變形。 繼續(xù)進(jìn)行加工會(huì)引起局部的變形(bin xng)，弱的部分甚至破斷。第25頁(yè)/共38頁(yè)第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。（4）硬度(yngd) 一般來(lái)說(shuō)，硬度越低，塑性越好。 但是(dnsh)，材料的硬度偏高，弱碳化物球化率在90%以上，也能得到良好的沖裁面。反之，材料的硬度偏低，但球化不充分，也會(huì)使沖裁面撕裂。 因此，硬度是判斷是否適合剪切的宏觀指標(biāo)，而金屬組織（碳化物的均勻性和球化程度）是判斷是否適合沖裁的微觀指標(biāo)。第26頁(yè)/共38頁(yè)第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。（5）塑性(sxng)應(yīng)變比r 是表示板材各向異性性能的參數(shù)。 由于板材在制造過(guò)程中要經(jīng)歷軋制與退火等工藝，結(jié)果使板材形成

11、結(jié)晶方位趨于一致(yzh)的結(jié)構(gòu)組織，在宏觀上表現(xiàn)為各向異性，即在不同的方向上板材的性能有一定的差異。 r值越大，拉伸性能越好。其值等于應(yīng)變寬度與應(yīng)變厚度之比。第27頁(yè)/共38頁(yè)第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。對(duì)沖壓(chngy)材料的要求還有： 厚度精確、均勻。沖壓用模具精密、間隙小，板料厚度過(guò)大會(huì)增加變形力，并造成卡料，甚至將凹模脹裂；板料過(guò)薄會(huì)影響成品質(zhì)量，在拉深時(shí)甚至出現(xiàn)拉裂。 表面光潔，無(wú)斑、無(wú)疤、無(wú)擦傷、無(wú)表面裂紋等。一切(yqi)表面缺陷都將存留在成品工件表面，裂紋性缺陷在彎曲、拉深、成形等過(guò)程可能向深廣擴(kuò)展，造成廢品。第28頁(yè)/共38頁(yè)第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。（二）沖壓(chngy)常用材

12、料 沖壓最常用的材料是金屬(jnsh)板料，有時(shí)也用非金屬(jnsh)板料，金屬(jnsh)板料分黑色金屬(jnsh)和有色金屬(jnsh)兩種。黑色金屬(jnsh)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(hào)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。第29頁(yè)/共38頁(yè)第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。 3)低合金結(jié)構(gòu)鋼板 常用的如Q345（16Mn）、Q295（09Mn2）。用以制造有強(qiáng)度要求的重要沖壓件。 4)電工(dingng)硅鋼板 如DT1、

13、DT2。 5)不銹鋼板 如1Cr18Ni9Ti，1Cr13等，用以制造有防腐蝕防銹要求的零件。第30頁(yè)/共38頁(yè)第三十頁(yè)，共39頁(yè)。 常用的有色金屬有銅及銅合金（如黃銅(hun tn)）等，牌號(hào)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(hào)有L2、L3、LF21、LY12等，有較好塑性，變形抗力小且輕。第31頁(yè)/共38頁(yè)第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。表 1 部分常用沖壓材料的力學(xué)性能 材料名稱 牌號(hào) 材料狀態(tài) 抗剪強(qiáng)度c/ Mpa 抗拉強(qiáng)度b/ MPa 伸長(zhǎng)率/% 屈服強(qiáng)度s / MPa 電工用純鐵 C0.025 DT1、DT2、DT3 已退火 180 23

14、0 26 普通碳素鋼 Q195 未退火 260320 320400 2833 200 Q235 310380 380470 2125 240 Q275 400500 500620 1519 280 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 已退火 220310 280390 32 180 08 260360 330450 32 200 10 260340 300440 29 210 20 280400 360510 25 250 45 440560 550700 16 360 65Mn 已退火 600 750 12 400 不銹鋼 1Cr13 已退火 320380 400470 21 1Cr18Ni9Ti 熱處理退軟

15、430550 540700 40 200 鋁 L2、L3、L5 已退火 80 75110 25 5080 冷作硬化 100 120150 4 鋁錳合金 LF21 已退火 70110 110145 19 50 硬鋁 LY12 已退火 105150 150215 12 淬硬后冷作 硬化 280320 400600 10 340 純銅 T1、T2、T3 軟態(tài) 160 200 30 7 硬態(tài) 240 300 3 黃銅 H62 軟態(tài) 260 300 35 半硬態(tài) 300 380 20 200 H68 軟態(tài) 240 300 40 100 半硬態(tài) 280 350 25 第32頁(yè)/共38頁(yè)第三十二頁(yè)，共39頁(yè)

16、。三、沖壓(chngy)模具（一）沖壓模具工作零件材料的要求沖壓模具工作時(shí)要承受沖擊、振動(dòng)、摩擦、高壓(goy)和拉伸、彎扭等負(fù)荷，甚至在較高的溫度下工作（如冷擠壓），工作條件復(fù)雜，易發(fā)生磨損、疲勞、斷裂、變形等現(xiàn)象。第33頁(yè)/共38頁(yè)第三十三頁(yè)，共39頁(yè)。1、沖裁模材料的要求 對(duì)于薄板沖裁模具的工作(gngzu)零件用材要求具有高的耐磨性和硬度，而對(duì)厚板沖裁模具除了要求具有高的耐磨性、抗壓屈服點(diǎn)外，為防止模具斷裂或崩刃，還應(yīng)具有高的斷裂抗力、較高的抗彎強(qiáng)度（抵抗彎曲不斷裂的能力）和韌性。第34頁(yè)/共38頁(yè)第三十四頁(yè)，共39頁(yè)。2、拉伸模材料的要求要求模具工作零件材料具有良好的抗粘附性（抗咬合性）、高的耐磨性和硬度、一定的強(qiáng)韌性以及較好的切削加工性能(xngnng)，而且熱處理時(shí)變形要小。第35頁(yè)/共38頁(yè)第三十五頁(yè)，共39頁(yè)。（3）冷擠壓模材料的要求要求模具工作零件具有高的強(qiáng)度和硬度、高的耐磨性，為避免沖擊(chngj)折斷，還要求具有一定的韌性。由于擠壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的升溫，所以還應(yīng)具有一定的耐熱疲勞性和熱硬性。第36頁(yè)/共38頁(yè)第三十六頁(yè)，共39頁(yè)。（二）沖壓(chngy)模具材料的種類及特性1、碳素工具鋼2、低合金工具鋼3、高碳高鉻工具鋼4、高碳中鉻工具鋼5、高速鋼6、基體(j t)鋼7、硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金第37頁(yè)/共38頁(yè)第三十七頁(yè)，共39頁(yè)。感謝您