沖壓材料性能要求實用教案

1、一、沖壓(chngy)概論（一）沖壓定義沖壓是靠壓力機和模具對板材、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/共38頁第一頁，共39頁。（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、沖壓設備和沖壓材料(cilio)構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。第2頁/共38頁第二頁，共39頁。（3）沖壓的優(yōu)勢生產(chǎn)效率高，操作方便，易于實現(xiàn)機械化與自動化質量

2、穩(wěn)定(wndng)，互換性好可加工出尺寸范圍較大、形狀較復雜的零件省料，節(jié)能第3頁/共38頁第三頁，共39頁。第4頁/共38頁第四頁，共39頁。（4）沖壓加工的分類1、分離工序定義(dngy)：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）以及作為成形過程的先行工序或者為成形過程制備料坯。第5頁/共38頁第五頁，共39頁。工序名稱工序特征應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第6頁/共38頁第六頁，共39頁。（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/共38頁第七頁，共39頁。沖裁時材料分離過程(guchng)可分為三個階段：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/共38頁第八頁，共39頁。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/共38頁第九頁，共39頁。特征與材料(cilio)（板料材料(cilio)）塑性的關系 斷面質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，板料質量（表面質量），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，圓角毛刺亦增大。第10頁/共38頁第十頁，共39頁。（2）修整(xizhng) 定義：利用修整模沿沖裁件外緣(wi yun)或內孔刮削一薄層金屬，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（）。 機理：修整的機理與沖裁完全不同，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/共38頁第十一頁，共39頁。 分類：修整沖裁件的外形(wi xn)稱外緣修整，修整沖裁件的內孔稱內孔修整。第12頁/共38頁第十二頁，共39頁。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，或將已彎件再彎。拉深用模具將板料壓成任意形狀的空心件，或將空心件作進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，使局部直徑擴張。縮口用模具對空心件口部施加由外向內的

6、徑向壓力，使局部直徑縮小。擠壓把毛坯放在模腔內，加壓使其從模具空隙中擠出，以成形空心或實心零件。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。擴口在空心毛坯或管狀毛坯的某個部位上使其徑向尺寸擴大的變形方法。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/共38頁第十三頁，共39頁。（1）拉深拉深過程定義：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。設備：液壓機或者壓力機。第14頁/共38頁第十四頁，共39頁。第15頁/共38頁第十五頁，共39頁。拉深中的廢品(fipn)第16頁/共38頁第十六頁，共39頁。第17頁/共38頁第十七頁，共

7、39頁。(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/共38頁第十八頁，共39頁。二、沖壓工件(gngjin)材料的力學性能要求 沖壓材料是影響零件質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%及抗拉強度小于650N/mm2的材料為主。第19頁/共38頁第十九頁，共39頁。沖壓(chngy)對金屬材料的沖壓(chngy)性能要求： （1）具有良好的機械性能及較大的變形抗力 金屬材料的機械性能是指抗拉強度、屈服強度、延伸率、硬度、塑性、應變比等。 （2）具有理想的金相組織結構

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

9、都是有利(yul)的。 當延伸率大時，脹形、翻邊的成形極限也大。 大多數(shù)的優(yōu)質沖壓鋼都具有較高的均勻延伸率。第23頁/共38頁第二十三頁，共39頁。（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，在于同方向施加負荷力將使其降伏(xing f)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。第24頁/共38頁第二十四頁，共39頁。 n值高的材料會發(fā)生(fshng)以下行為： n值低的材料會發(fā)生(fshng)以下行為：（1）繼續(xù)(jx)進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)(jx)進行加工將會抑制

10、局部變形，得到一致的變形。 繼續(xù)進行加工會引起局部的變形(bin xng)，弱的部分甚至破斷。第25頁/共38頁第二十五頁，共39頁。（4）硬度(yngd) 一般來說，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，也會使沖裁面撕裂。 因此，硬度是判斷是否適合剪切的宏觀指標，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。第26頁/共38頁第二十六頁，共39頁。（5）塑性(sxng)應變比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，結果使板材形成

11、結晶方位趨于一致(yzh)的結構組織，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。其值等于應變寬度與應變厚度之比。第27頁/共38頁第二十七頁，共39頁。對沖壓(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量，在拉深時甚至出現(xiàn)拉裂。 表面光潔，無斑、無疤、無擦傷、無表面裂紋等。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、成形等過程可能向深廣擴展，造成廢品。第28頁/共38頁第二十八頁，共39頁。（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)板料按性質可分為：1)普通碳素鋼鋼板 如Q195、Q235等。2)優(yōu)質碳素結構鋼鋼板 這類鋼板的化學成分和力學性能都有保證。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。第29頁/共38頁第二十九頁，共39頁。 3)低合金結構鋼板 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(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/共38頁第三十頁，共39頁。 常用的有色金屬有銅及銅合金（如黃銅(hun tn)）等，牌號有T1、T2、H62、H68等，其塑性、導電性與導熱性均很好。 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。第31頁/共38頁第三十一頁，共39頁。表 1 部分常用沖壓材料的力學性能 材料名稱 牌號 材料狀態(tài) 抗剪強度c/ Mpa 抗拉強度b/ MPa 伸長率/% 屈服強度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)質碳素結構鋼 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/共38頁第三十二頁，共39頁

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要承受沖擊、振動、摩擦、高壓(goy)和拉伸、彎扭等負荷，甚至在較高的溫度下工作（如冷擠壓），工作條件復雜，易發(fā)生磨損、疲勞、斷裂、變形等現(xiàn)象。第33頁/共38頁第三十三頁，共39頁。1、沖裁模材料的要求 對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，還應具有高的斷裂抗力、較高的抗彎強度（抵抗彎曲不斷裂的能力）和韌性。第34頁/共38頁第三十四頁，共39頁。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、一定的強韌性以及較好的切削加工性能(xngnng)，而且熱處理時變形要小。第35頁/共38頁第三十五頁，共39頁。（3）冷擠壓模材料的要求要求模具工作零件具有高的強度和硬度、高的耐磨性，為避免沖擊(chngj)折斷，還要求具有一定的韌性。由于擠壓時會產(chǎn)生較大的升溫，所以還應具有一定的耐熱疲勞性和熱硬性。第36頁/共38頁第三十六頁，共39頁。（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、硬質合金和鋼結硬質合金第37頁/共38頁第三十七頁，共39頁。感謝您