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1、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）
2、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。,（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。,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,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,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（表面质
3、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（IT6IT7），降低表面粗糙度值（Ra0.81.6um）。 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。,（1）拉深,拉深过程 定义：利用模具使冲裁后得到的
4、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。,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。它的主要标志是：渗碳体或碳化物的球化程度。,（一）
5、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=0.8*抗拉强度b。,（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
6、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
7、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：,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。 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
8、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、H
9、68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。,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,
