冲压材料及其冲压成型性能冲压模具变形理论基础.docx

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1、冲压材料及其冲压成型性能 冲压模具变形理论根底来源：未知 模具站责任编辑：模具站 发表时间:2023-06-26 00:06冲压模具变形冲压材料冲压成型性能塑胶模具五金模具锻压模具模具综合核心提示：冲压成形加工方法与其它加工方法一样，都是以自身性能作为加工依据，材 料实施冲压成形加工必需有好的冲压成形性能。1.材料的冲压成形性能 材料对各种冲压加工方法的适应力量称为材料的冲压成形性能。材料的冲压性能好，就是指其便于冲压加工， 一次冲压工序的极限变形冲压成形加工方法与其它加工方法一样，都是以自身性能作为加工依据，材料实施冲压成形加工必需有好的冲压成形性能。1.材料的冲压成形性能材料对各种冲压加工

2、方法的适应力量称为材料的冲压成形性能。材料的冲压性能好，就是指 其便于冲压加工，一次冲压工序的极限变形程度和总的极限变形程度大，生产率高，简洁得 到高质量的冲压件，模具寿命长等。由此可见，冲压成形性能是一个综合性的概念，它涉及的因素很多，但就其主要内容来看，有两方面：一是成形极限，二是成形质量。（1） 成形极限 在冲压成形过程中，材料能到达的最大变形程度称为成形极限。对于不同的成形工艺， 成形极限是承受不同的极限变形系数来表示的。 由于大多数冲压成形都是在板厚方向上的应力数值近似为零的平面应力状态下进展的，因此，不难分析：在变形坯料 的内部，但凡受到过大拉应力作用的区域，就会使坯料局部严峻变薄

3、，甚至拉裂而使冲件报 废；但凡受到过大压应力作用的区域，假设超过了临界应力就会使坯料丧失稳定而起皱。因此， 从材料方面来看，为了提高成形极限，就必需提高材料的塑性指标和增加抗拉、抗压力量。冲压时，当作用于坯料变形区内的拉应力确实定值最大时，在这个方向上的变形肯定是伸长 变形，故称这种冲压变形为伸长类变形如胀形、扩口、内孔翻边等。 当作用于坯料变形区内的压应力确实定值最大时，在这个方向上的变形肯定是压缩变形，故称这种冲压变形 为压缩类变形如拉深、缩口等。伸长类变形的极限变形系数主要打算于材料的塑性；压缩类变形的极限变形系数通常是受坯料传力区的承载力量的限制，有时则受变形区或传力区 的失稳起皱的限

4、制。（2） 成形质量 冲压件的质量指标主要是尺寸精度、厚度变化、外表质量以及成形后材料的物理机械性能等。影响工件质量的因素很多，不同的冲压工序状况又各不一样。材料在塑性变形的同时总伴随着弹性变形，当载荷卸除后，由于材料的弹性回复， 造成制件的尺寸和外形偏离模具，影响制件的尺寸和外形精度。因此，把握回弹规律， 掌握回弹量是格外重要的。冲压成形后，一般板厚都要发生变化，有的是变厚，有的是变薄。 厚度变薄直接影响冲压件的强度和使用，对强度有要求时，往往要限制其最大变薄量。材料经过塑性变形后，除产生加工硬化现象外，还由于变形不均，造成剩余应力，从而引起工件尺寸及外形的变化，严峻时还会引起工件的自行开裂

5、。全部这些状况， 在制定冲压工艺时都应予以考虑。影响工件外表质量的主要因素是原材料的外表状态、晶粒大小、冲压时材料粘模的状况以及模具对冲压件外表的擦伤等。原材料的外表状态直接影响工件的外表质量； 晶粒粗大的钢板拉伸时产生所谓“桔子皮”样的缺陷外表粗糙； 冲压易于粘模的材料则会擦伤冲压件并降低模具寿命。此外，模具间隙不均，模具外表粗糙也会擦伤冲压件。 2板材冲压成形性能的试验方法板料的冲压成形性能是通过试验来测定的。板料的冲压性能试验方法很多，大致可分为间接 试验和直接试验两类。间接试验方法有拉伸试验、剪切试验、硬度试验、金相试验等，由于试验时试件的受力状况与变形特点都与实际冲压时有肯定的差异，

6、因此这些试验所得结果只 能间接反映出板料的冲压成形性能。但由于这些试验在通用试验设备上即可进展，故常常采 用。直接试验方法有反复弯曲试验、胀形性能试验、拉深性能试验等，这类试验方法试样所 处的应力状态和变形特点根本上与实际的冲压过程一样，所以能直接牢靠地鉴定板料某类冲 压成形的性能，但需要专用试验设备或工装。下面仅就最常用的间接试验拉伸试验作介 绍。材料的拉伸试验：在待试验板料的不同部位和方向上截取试样，按标准制成如图1.3.12 所示的拉伸试样，然后在万能材料试验机上进展拉伸。依据试验结果或利用自动记录装置，可得到如图 1.3.13 所示应力与应变之间的关系曲线，即拉伸曲线。通过拉伸试验可测

7、得板料的各项机械性能指标。板料的机械性能与冲压成形性能有很严密的关系，可从不同角度反映板材的冲压成形性能。一般而言，板料的强度指标越高，产生一样变形量的力就越大； 塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大；刚度指标越高，成形时抵抗失稳起皱的力量就越大。现就其中较为重要的几项说明如下：(1总延长率 与均匀延长率 b 是在拉伸试验中试样破坏时的延长率，称为总延长率，简称延长率。b 是在拉伸试验中开头产生局部集中变形时刚消灭细颈时的延长率，叫做均匀延长率。b 表示板料产生均匀变形或稳定变形的力量。一般状况下，冲压成形都在板材的均匀变形范围内进展，故 b 对冲压性能有较为直接的意义。在伸长类变形

8、工序中，例如圆孔翻边、胀形等工序中，b 愈大，则极限变形程度愈大。图 1.3.12 拉伸试验用的标准试样图 1.3.13 拉伸曲线(2屈强比s b s/b是材料的屈服极限与强度极限的比值，称为屈强比。屈强比小，即b与 s之间的差值大，材料易塑性变形而不易断裂，允许的塑性变形区间大，这对全部冲压成形都是有利的。在压缩类变形工艺中，例如拉深时，当屈强比小，即材料的屈服点s 低时， 则变形区的切向压应力较小，板料失稳起皱的趋势小， 防止起皱所需的压料力和需要抑制的摩擦力也相应减小，从而降低了总的变形力，也就减轻了传力区的载荷。而强度极限b 高， 则传力区的承载力量大，所以说屈强比小有利于成形极限的提

9、高。在伸长类变形工艺中，例如胀形，当屈强比小时，由于塑性成形所需拉力与坯料破坏时的拉断力之差较大，因而塑性变形过程的稳定性高，坯料拉破的可能性小，即不简洁出废品。 (3)弹性模量E弹性模量是材料的刚度指标。弹性模量愈大，在成形过程中抗压失稳力量愈强， 卸载后弹性恢复愈小，有利于提高零件的尺寸精度。(4硬化指数n硬化指数n 表示材料在冷塑性变形中材料硬化的强度。n 值越大的材料，硬化效应就大，这对于伸长类变形来说是有利的。因此n 值增大，则变形过程中材料局部变形程度的增加会使该处变形抗力增大， 这样就可以补偿该处因截面积减小而引起的承载力量的减弱，从而制止了局部集中变形的进一步进展，具有扩展变形

10、区、 使变形均匀化和增大极限变形程度的作用。可以证明，材料的硬化指数n，其值为细颈点应变 j， 所以硬化指数n 愈高，材料均匀变形的力量愈强。(5板厚方向性系数板厚方向系数是指板料试样单向拉伸时,宽向应变与厚向应变之比又称塑性应变比， 即式中b0，t0 与分别为变形前后试样的宽度与厚度。一般规定值按延长率为20时试样测量的结果进展计算。 值的大小反映平面方向和厚度方向变形难易程度的比较，值愈大，则板平面方向上愈容 易变形，而厚度方向上较难变形，这对拉深成形是很有利的。例如， 在曲面零件拉深成形时，板料的中间局部在拉应力作用下，厚度方向上变形比较困难，即变薄量小， 而在板平面内与拉应力相垂直的方

11、向上的压缩变形比较简洁， 则板料中间局部起皱的趋向低，有利于拉深的顺当进展和工件质量的提高；同样， 在用值大的板料进展筒形件拉深时，筒壁在拉应力作用下不易变薄，不易拉破，而凸缘区的切向压缩变形简洁， 起皱趋势降低，压料力减小，反过来又使筒壁拉应力减小，使筒形件的拉深极限变形程度增大。冲压加工所用板料，都是经过轧制的材料。因纤维组织的影响，其纵向与横向上性能有明显差异，在不同方向上值也不一样，因此通常取其平均值 。式中 r0，r90，r45 分别为板料在纵向、横向和 45方向上的板厚方向性系数。(6板平面方向性板料经轧制后其机械、物理性能在板平面内消灭各向异性，称为板平面方向性。 方向性越明显，

12、对冲压成形性能的影响就越大。例如弯曲， 当弯曲件的折弯线与板料的纤维方向垂直时，允许的极限变形程度就越大，而折弯线平行于纤维方向时， 允许的极限变形程度就小，方向性越明显，降低量越大。又如筒形拉深件中， 由于板平面方向性使拉深件口部不齐，消灭“凸耳”，方向性越明显，则“凸耳”的高度越大。板平面方向性主要表现为机械性能在板面内不同方向上的差异， 但在表示板材机械性能的各项指标中，板厚方向性系数对冲压性能的影响比较明显，故板平面方向性的大小一般用板厚方向性系数在几个方向上的平均差值来衡量，规定为由于板平面方向性对冲压变形和制件的质量都是不利的，所以生产中应尽量设法降低板材的值。表 1.3.4 所示

13、为一些材料的r 值和 r 值。3冲压材料1对冲压材料的要求冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求， 还应当满足冲压工艺的要求和冲压后继的加工要求如切削加工、焊接、电镀等。冲压工艺对材料的根本要求主要是： a对冲压成形性能的要求为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能。 而冲压成形性能与材料的机械性能亲热相关，通常要求材料应具有：良好的塑性，屈强比小， 弹性模量高，板厚方向性系数大，板平面方向性系数小。 不同冲压工序对板材性能的具体要求如表1.3.5 所示。b对材料厚度公差的要求材料的厚度公差应符合国家规定标准。由于肯定的模具间隙适用于肯定厚度的材料， 材料厚度公差

14、太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。 c对外表质量的要求材料的外表应光滑平坦，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。 外表质量好的材料，冲压时不易裂开，不易擦伤模具，工件外表质量好。(2常用冲压材料冲压用材料的外形有各种规格的板料、带料和块料。板料的尺寸较大， 一般用于大型零件的冲压，对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。 带料又称卷料有各种规格的宽度，开放长度可达几千米，适用于大批量生产的自动送料， 材料厚度很小时也是做成带料供给。块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金属的冲压。冷冲压常用材料有：a. 黑色金属：一般碳素构造钢、优质碳素钢、合金构造钢

15、、碳素工具钢、不锈钢、电工硅钢等。对厚度在 4mm 以下的轧制薄钢板，按国家标准GB/T708-1991 规定， 钢板的厚度精度可分为A(高级精度)，B(较高精度)，C(一般精度)级对优质碳素构造钢薄钢板，依据GB/T710-1991 规定，钢板的外表质量可分为特别高级的精整外表，高级的精整外表，较高的精整外表，一般的精整外表 组；每组按拉深级别又可分为最深拉深，深拉深，一般拉深级：b. 有色金属：铜及铜合金、铝及铝合金、镁合金、钛合金等。c. 非金属材料：纸板、胶木板、塑料板、纤维板和云母等。关于各类材料的牌号、规格和性能，可查阅有关手册和标准。表1.3.6 给出了常用冷冲压材料的机械性能，从表中数据， 可以近似推断材料的冲压性能。