板料沖壓成形性能及沖壓材料

圖1 拉伸實驗試樣

    試驗設(shè)備：拉力試驗機（機械式或液壓式）。

    試驗時，利用測量裝置測量拉伸力P與拉伸行程（試樣伸長值）ΔL，根據(jù)這些數(shù)值作出s－d曲線。（圖2）。試驗可以得到下列力學(xué)性能指標：

圖2 拉伸曲線

 2)強度極限sb；

 3）屈強比ss/sb；  

 4）均勻伸長率du ；

 5）總伸長率d；

 6）彈性模數(shù)E；

 7）硬化指數(shù)n；

 8）厚向異性指數(shù)g 

 板料力學(xué)性能與沖壓成形性能的關(guān)系

 板料力學(xué)性能與板料沖壓性能有密切關(guān)系。一般來說，板料的強度指標越高，產(chǎn)生相同變形量所需的力就越大；塑性指標越高，成形時所能承受的極限變形量就越大；剛性指標越高，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)性能指標有以下幾項：

 1)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，當壓縮變形時，屈服極限小的材料因易于變形而不易出現(xiàn)起皺，對彎曲變形則回彈小。

 2) 屈強比ss／sb    屈強比小，說明σs值小而σb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，當變形抗力小而強度高時，變形區(qū)的材料易于變形不易起皺，傳力區(qū)的材料又有較高強度而不易拉裂，有利于提高拉深變形的變形程度。

 3) 伸長率  拉伸試驗中，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)。

 4)硬化指數(shù) n   單向拉伸硬化曲線可寫成s=Ken，其中指數(shù)n即為硬化指數(shù)，表示在塑性變形中材的硬化程度。n大時，說明在變形中材料加工硬化嚴重，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，既“弱區(qū)先變形”的原則，變形總是在的最弱面處進行，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地區(qū)地行，不能轉(zhuǎn)移出去、發(fā)展成為縮頸，直至拉斷�？梢钥闯�，當n值大時，材料加工硬化嚴重，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

 5)厚向異性指數(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)變之比,即：

 g=eb/et                                                (1)

 式中  eb、et——寬度方向、厚度方向的應(yīng)變。

 厚向異性指數(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。

 6）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?g表示：

 ?g=（g0+g90+2g45）/2                  （2）

 式中 g0、 g90、g45——縱向試樣、橫向試樣和與軋制方向成45°試樣厚向異性指數(shù)。

 ?g越大，表示板平面內(nèi)各向異性越嚴重，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。

 常用沖壓材料及其力學(xué)性能

 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1Crl8Ni9Ti，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。

 下表列出了部分常用金屬板料的力學(xué)性能。

  沖壓用材料的形狀，最常用的是板料，常見規(guī)格如71031420和100032000等。對大量生產(chǎn)可采用專門規(guī)格的帶料（卷料）。特殊情況可采用塊料，它適用于單件小批生產(chǎn)和價值昂貴的有色金屬的沖壓。

 板料按厚度公差可分為A、B、C  3種；按表面質(zhì)量可分為 I 、 II 、 III 3種。

 用于拉深復(fù)雜零件的鋁鎮(zhèn)靜鋼板，其拉深性能可分為ZF、HF、F 3種。一般深拉深低碳薄鋼板可分為Z、S、P 3種。板料供應(yīng)狀態(tài)可為：退火狀態(tài)M、淬火狀態(tài)C、硬態(tài)Y、半硬（1／2硬）Y2等。板料有冷軋和熱軋兩種軋制狀態(tài)。