沖壓生產(chǎn)中對工件和模具材料的力學(xué)性能要求一、沖壓概論（一）沖壓定義沖壓是靠壓力機(jī)和模具對板材、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加工（或稱壓力加工），合稱鍛壓。（2）沖模沖模是將材料（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。（3）沖壓的優(yōu)勢生產(chǎn)效率高，操作方便，易于實現(xiàn)機(jī)械化與自動化質(zhì)量穩(wěn)定，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（4）沖壓加工的分類1、分離工序定義：是在沖壓過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：多用于生產(chǎn)有孔的、形狀簡單的薄板件（一般鋁板≤3mm，鋼板≤1.5mm）以及作為成形過程的先行工序或者為成形過程制備料坯。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。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的槽剖切把沖壓加工成的半成品切開成為兩個或數(shù)個零件。多用于不對稱的成雙或成組沖壓之后（1）落料和沖孔落料和沖孔是使坯料按封閉輪廓分離。統(tǒng)稱為沖裁。①沖裁時材料

分離過程可

分為三個階段：

斷裂分離階段彈性變形階段塑性變形階段

②普通沖裁件的斷面特征1）塌角帶2）光亮帶3）斷裂帶4）毛刺區(qū)③特征與材料（板料材料）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、潤滑條件，板料質(zhì)量（表面質(zhì)量），板料種類（性能）。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，圓角毛刺亦增大。（2）修整定義：利用修整模沿沖裁件外緣或內(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（IT6~IT7），降低表面粗糙度值（Ra0.8~1.6um）。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%以下分類：修整沖裁件的外形稱外緣修整，修整沖裁件的內(nèi)孔稱內(nèi)孔修整。2、成型工序——使坯料發(fā)生塑性變形而成一定形狀和尺寸的工件。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?。拉深用模具將板料壓成任意形狀的空心件，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空心件施加向外的徑向力，使局部直徑擴(kuò)張。縮口用模具對空心件口部施加由外向內(nèi)的徑向壓力，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?。卷圓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（1）拉深①拉深過程定義：利用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)。②拉深中的廢品(2)彎曲彎曲是將坯料彎成具有一定角度和曲率的變形工序。二、沖壓工件材料的力學(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。沖壓對金屬材料的沖壓性能要求：（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)

金相組織是材料的微觀質(zhì)量特征。它的主要標(biāo)志是：滲碳體或碳化物的球化程度。（一）沖壓材料性能（1）屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和屈強(qiáng)比抗拉強(qiáng)度是計算沖壓加工力的基本要素。屈服強(qiáng)度均勻，無明顯方向性。當(dāng)屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高時，沖壓成形力大，成形的難度加大，而且還會降低模具的壽命。如果屈服強(qiáng)度高——影響沖壓件的尺寸精度。屈強(qiáng)比低。一般的計算中，沖壓材料的剪切應(yīng)力τ=0.8*抗拉強(qiáng)度σb。（2）延伸率如果板材的延伸率大，對所有的伸長類沖壓成形都是有利的。當(dāng)延伸率大時，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。（3）加工硬化n定義：在拉伸加工過程中會使材料產(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)荷力將使其降伏點上升，從而增加必要的變形抵抗以對抗塑性變形之再產(chǎn)生。n值高的材料會發(fā)生以下行為：n值低的材料會發(fā)生以下行為：（1）繼續(xù)進(jìn)行加工會造成材料硬化，伸長量減少而使加工不易；

（2）繼續(xù)進(jìn)行加工將會抑制局部變形，得到一致的變形。

繼續(xù)進(jìn)行加工會引起局部的變形，弱的部分甚至破斷。（4）硬度一般來說，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，也能得到良好的沖裁面。反之，材料的硬度偏低，但球化不充分，也會使沖裁面撕裂。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)。（5）塑性應(yīng)變比r是表示板材各向異性性能的參數(shù)。由于板材在制造過程中要經(jīng)歷軋制與退火等工藝，結(jié)果使板材形成結(jié)晶方位趨于一致的結(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。對沖壓材料的要求還有：①厚度精確、均勻。沖壓用模具精密、間隙小，板料厚度過大會增加變形力，并造成卡料，甚至將凹模脹裂；板料過薄會影響成品質(zhì)量，在拉深時甚至出現(xiàn)拉裂。②表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等。一切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、成形等過程可能向深廣擴(kuò)展，造成廢品。（二）沖壓常用材料

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。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(qiáng)度要求的重要沖壓件。4)電工硅鋼板

如DT1、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。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。表

1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(qiáng)度σc/Mpa抗拉強(qiáng)度σb/MPa伸長率δ/%屈服強(qiáng)度σs/MPa電工用純鐵

C<0.025DT1、DT2、DT3已退火

18023026—

普通碳素鋼

Q195未退火

260～320320～40028～33200Q235310～380380～47021～25240Q275400～500500～62015～19280優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

已退火

220～310280～3903218008260～360330～4503220010260～340300～4402921020280～400360～5102525045440～560550～7001636065Mn已退火

60075012400不銹鋼

1Cr13已退火

320～380400～47021—

1Cr18Ni9Ti熱處理退軟

430～550540～70040200鋁

L2、L3、L5已退火

8075～1102550～80冷作硬化

100120～1504—

鋁錳合金

LF21已退火

70～110110～1451950硬鋁

LY12已退火

105～150150～21512—

淬硬后冷作硬化

280～320400～60010340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—

三、沖壓模具（一）沖壓模具工作零件材料的要求沖壓模具工作時要承受沖擊、振動、摩擦、高壓和拉伸、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。1、沖裁模材料的要求

對于薄板沖裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度，而對厚板沖裁模具除了要求具有高的耐磨性、抗壓屈服點外，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。2、拉伸模材料的要求要求模具工作零件材料具有良好