冲压材料性能要求

冲压生产中对工件和模具材料的力学性能要求.一、冲压概论（一）冲压定义冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之在模具里直接受到变形力并进行变形（产生塑性变形或分离），从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。冲压和锻造同属塑性加工（或称压力加工），合称锻压。.（2）冲模冲模是将材料（金属或非金属）批量加工成所需冲件的专用工具。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素，只有它们相互结合才能得出冲压件。.（3）冲压的优势生产效率高，操作方便，易于实现机械化与自动化质量稳定，互换性好可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件省料，节能..（4）冲压加工的分类1、分离工序定义：是在冲压过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。如落料、冲孔、切断和修整等。应用特点：多用于生产有孔的、形状简单的薄板件（一般铝板≤3mm，钢板≤1.5mm）以及作为成形过程的先行工序或者为成形过程制备料坯。.工序名称工序特征应用范围落料用模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为工件。用于制造各种形状的平板零件冲孔用模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为废料。用于冲平板件或成形件上的孔切断用剪刀或模具切断板料，切断线不是封闭的。多用于加工形状简单的平板零件切边用模具将工件边缘多余的材料冲切下来。主要用于立体成形件冲槽在板料上或成形件上冲切出窄而长的槽剖切把冲压加工成的半成品切开成为两个或数个零件。多用于不对称的成双或成组冲压之后.（1）落料和冲孔落料和冲孔是使坯料按封闭轮廓分离。统称为冲裁。.①冲裁时材料分离过程可分为三个阶段：断裂分离阶段弹性变形阶段塑性变形阶段.②普通冲裁件的断面特征1）塌角带2）光亮带3）断裂带4）毛刺区.③特征与材料（板料材料）塑性的关系断面质量受冲裁条件的不同而不同，如刃口间隙，刃口形状，锋利程度，冲裁力、润滑条件，板料质量（面质量），板料种类（性能）。冲压生产要求冲裁件有较大的光亮带，尽量减少断裂区域的宽度。材料塑性越好，光亮带越大，断裂带越小，同时，圆角毛刺亦增大。.（2）修整定义：利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉冲裁件上的剪裂带和毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度（IT6~IT7），降低表面粗糙度值（Ra0.8~1.6um）。机理：修整的机理与冲裁完全不同，而与切削加工相似。大间隙冲裁件——板厚10%小间隙冲裁件——板厚8%以下.分类：修整冲裁件的外形称外缘修整，修整冲裁件的内孔称内孔修整。.2、成型工序——使坯料发生塑性变形而成一定形状和尺寸的工件。名称工序特征弯曲用模具将板料弯曲成一定角度的零件，或将已弯件再弯。拉深用模具将板料压成任意形状的空心件，或将空心件作进一步变形翻边用模具将板料上的孔或外缘翻成直壁胀形用模具对空心件施加向外的径向力，使局部直径扩张。缩口用模具对空心件口部施加由外向内的径向压力，使局部直径缩小。挤压把毛坯放在模腔内，加压使其从模具空隙中挤出，以成形空心或实心零件。卷圆把板料端部卷成接近封闭的圆头，用以加工类似铰链的零件。扩口在空心毛坯或管状毛坯的某个部位上使其径向尺寸扩大的变形方法。校形将工件不平的表面压平；将已弯曲或拉深的工件压成正确的形状.（1）拉深①拉深过程定义：利用模具使冲裁后得到的平板坯料变形成开口空心零件的工序。设备：液压机或者压力机。..②拉深中的废品..(2)弯曲弯曲是将坯料弯成具有一定角度和曲率的变形工序。.二、冲压工件材料的力学性能要求冲压材料是影响零件质量和模具寿命的重要因素。目前，可冲压的材料不仅是低碳钢，而且还有不锈钢、铝及铝合金。一般以含碳量≤0.25%及抗拉强度小于650N/mm2的材料为主。.冲压对金属材料的冲压性能要求：（1）具有良好的机械性能及较大的变形抗力金属材料的机械性能是指抗拉强度、屈服强度、延伸率、硬度、塑性、应变比等。（2）具有理想的金相组织结构金相组织是材料的微观质量特征。它的主要是：渗碳体或碳化物的球化程度。.（一）冲压材料性能.（1）屈服强度、抗拉强度和屈强比抗拉强度是计算冲压加工力的基本要素。屈服强度均匀，无明显方向性。当屈服强度和抗拉强度高时，冲压成形力大，成形的难度加大，而且还会降低模具的寿命。如果屈服强度高——影响冲压件的尺寸精度。屈强比低。一般的计算中，冲压材料的剪切应力τ=0.8*抗拉强度σb。.（2）延伸率如果板材的延伸率大，对所有的伸长类冲压成形都是有利的。当延伸率大时，胀形、翻边的成形极限也大。大多数的优质冲压钢都具有较高的均匀延伸率。.（3）加工硬化n定义：在拉伸加工过程中会使材料产生硬化现象，这种现象，一般称为加工硬化。原因：材料承受一定塑性变形后，在于同方向施加负荷力将使其降伏点上升，从而增加必要的变形抵抗以对抗塑性变形之再产生。.n值高的材料会发生以下行为：n值低的材料会发生以下行为：（1）继续进行加工会造成材料硬化，伸长量减少而使加工不易；（2）继续进行加工将会抑制局部变形，得到一致的变形。继续进行加工会引起局部的变形，弱的部分甚至破断。.（4）硬度一般来说，硬度越低，塑性越好。但是，材料的硬度偏高，弱碳化物球化率在90%以上，也能得到良好的冲裁面。反之，材料的硬度偏低，但球化不充分，也会使冲裁面撕裂。因此，硬度是判断是否适合剪切的宏观指标，而金属组织（碳化物的均匀性和球化程度）是判断是否适合冲裁的微观指标。.（5）塑性应变比r是表示板材各向异性性能的参数。由于板材在制造过程中要经历轧制与退火等工艺，结果使板材形成结晶方位趋于一致的结构组织，在宏观上表现为各向异性，即在不同的方向上板材的性能有一定的差异。r值越大，拉伸性能越好。其值等于应变宽度与应变厚度之比。.对冲压材料的要求还有：①厚度精确、均匀。冲压用模具精密、间隙小，板料厚度过大会增加变形力，并造成卡料，甚至将凹模胀裂；板料过薄会影响成品质量，在拉深时甚至出现拉裂。②表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹等。一切表面缺陷都将存留在成品工件表面，裂纹性缺陷在弯曲、拉深、成形等过程可能向深广扩展，造成废品。.（二）冲压常用材料冲压最常用的材料是金属板料，有时也用非金属板料，金属板料分黑色金属和有色金属两种。黑色金属板料按性质可分为：1)普通碳素钢钢板如Q195、Q235等。2)优质碳素结构钢钢板这类钢板的化学成分和力学性能都有保证。其中碳钢以低碳钢使用较多，常用牌号有：08、08F、10、20等，冲压性能和焊接性能均较好，用以制造受力不大的冲压件。.3)低合金结构钢板常用的如Q345（16Mn）、Q295（09Mn2）。用以制造有强度要求的重要冲压件。4)电工硅钢板如DT1、DT2。5)不锈钢板如1Cr18Ni9Ti，1Cr13等，用以制造有防腐蚀防锈要求的零件。.常用的有色金属有铜及铜合金（如黄铜）等，牌号有T1、T2、H62、H68等，其塑性、导电性与导热性均很好。还有铝及铝合金，常用的牌号有L2、L3、LF21、LY12等，有较好塑性，变形抗力小且轻。.表1部分常用冲压材料的力学性能材料名称牌号材料状态抗剪强度σc/Mpa抗拉强度σb/MPa伸长率δ/%屈服强度σs/MPa电工用纯铁C<0.025DT1、DT2、DT3已退火18023026—普通碳素钢Q195未退火260～320320～40028～33200Q235310～380380～47021～25240Q275400～500500～62015～19280优质碳素结构钢已退火220～310280～3903218008260～360330～4503220010260～340300～4402921020280～400360～5102525045440～560550～7001636065Mn已退火60075012400不锈钢1Cr13已退火320～380400～47021—1Cr18Ni9Ti热处理退软430～550540～70040200铝L2、L3、L5已退火8075～1102550～80冷作硬化100120～1504—铝锰合金LF21已退火70～110110～1451950硬铝LY12已退火105～150150～21512—淬硬后冷作硬化280～320400～60010340纯铜T1、T2、T3软态160200307硬态2403003黄铜H62软态26030035—半硬态30038020200H68软态24030040100半硬态28035025—.三、冲压模具（一）冲压模具工作零件材料的要求冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压和拉伸、弯扭等负荷，甚至在较高的温度下工作（如冷挤压），工作条件复杂，易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。.1、冲裁模材料的要求对于薄板冲裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度，而对厚板冲裁模具除了要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外，为防止模具断裂或崩刃，还应具有高的断裂抗力、较高的抗弯强度（抵抗弯曲不断裂的能力）和韧性。.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、一定的强韧性以及较好的切削加工性能，而且热处理时变形要小。.（3）冷挤压模材料的要求要求模具工作零件具有高的强度和硬度、高的耐磨性，为避免冲击折断，还要求具有一定的韧性。由于挤压时会产生较大的升温，所以还应具有一定的耐热疲劳性和热硬性。.（二）冲压模具材料的种类及特性1、碳素工具钢2、低合金工具钢3、高碳高铬工具钢4、高碳中铬工具钢5、高速钢6、基体钢7、硬质合金和钢结硬质合金.