板料成形性能及沖壓材料

1、板料沖壓成形性能及沖壓材料 板料的沖壓成形性能 板料對各種沖壓成形加工的適應能力稱為板料的沖壓成形性能。具體地說，就是指能否用簡便地工藝方法，高效率地用坯料生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)沖壓件。沖壓成形性能是個綜合性的概念，它涉及到的因素很多，其中有兩個主要方面：一方面是成形極限，希望盡可能減少成形工序；另一方面是要保證沖壓件質(zhì)量符合設計要求。下面分別討論。 (一成形極限 在沖壓成形中，材料的最大變形極限稱為成形極限。對不同的成形工序，成形極限應采用不同的極限變形系數(shù)來表示。例如彎曲工序的最小相對彎曲半徑、拉深工序的極限拉深系數(shù)等等。這些極限變形系數(shù)可以在各種沖壓手冊中查到，也可通過實驗求得。 依據(jù)什么來確定極限

2、變形系數(shù)呢？這要看影響成形過程正常進行的因素是哪些。沖壓成形時外力可以直接作用在毛坯的變形區(qū)（例如脹形），也可以通過非變形區(qū)，包括已變形區(qū)（例如拉深）和待變形區(qū)（例如縮口、擴口等），將變形力傳給變形區(qū)。因此，影響成形過程正常進行的因素，可能發(fā)生在變形區(qū)，也可能發(fā)生在非變形區(qū)。歸納起來，大致有下述幾種情況： 1.屬于變形區(qū)的問題伸長類變形一般是因為拉應力過大，材料過度變薄，局部失穩(wěn)而產(chǎn)生斷裂，如 脹形、翻孔、擴口 和彎曲外區(qū)等的拉裂。壓縮類變形一般是因為壓應力過大，超過了板材的臨界應力，使板材喪失穩(wěn)定性而產(chǎn)生起皺，如縮口、 無壓邊圈拉深 等的起皺。2.屬于非變形區(qū)的問題傳力區(qū) 承載能力不夠：非變

3、形區(qū) 作為傳力區(qū)時 ，往往由于變形力超過了該傳力區(qū)的承載能力而使變形過程無法繼續(xù)進行。也分為兩種情況： 1拉裂或過度變薄；例如拉深是利用已變形區(qū)作為拉力的傳力區(qū)，若變形力超過已變形區(qū)的抗拉能力，就會在該區(qū)內(nèi)發(fā)生拉裂或局部嚴重變薄而使工件報廢。 2失穩(wěn)或 塑性鐓粗 ： 例如擴口和 縮口工序是利用待變形區(qū)作為壓力的傳力區(qū)，若變形力超過了管坯的承載能力，待變形區(qū)就會因失穩(wěn)而壓屈，或者發(fā)生塑性鐓粗變形 。非傳力區(qū)在內(nèi)應力作用下破壞 ：非變形區(qū)不是傳力 區(qū)時，由于變形過程中金屬流動的不均勻性，也可能產(chǎn)生過大的內(nèi)應力而使之破壞。根據(jù)發(fā)生問題的部位不同，可分為： 1待變形區(qū)拉裂或起皺：例如在盒形件的后續(xù)拉深

4、工序中，待變形區(qū)金屬流入變形區(qū)的速度不一致，靠直邊部分流入速度快，角部金屬流入速度慢。在這兩部分金屬的相互影響下，直邊部分容易發(fā)生拉裂，角部則容易沿高度方向壓屈起皺。 2已變形區(qū)拉裂或起皺：如薄壁件反擠時，若金屬從變形區(qū)流到已變形區(qū)的速度不均勻， 則速度 快的 部位易因受 附加壓應力而起皺，速度慢的部位易受附加拉應力的作用而開裂。 綜上所述，不論是伸長類還是壓縮類變形，不論問題發(fā)生在變形區(qū)還是非變形區(qū)，其失穩(wěn)形式無非兩種類型： 受拉部位 發(fā)生縮頸斷裂，受壓部位發(fā)生壓屈起皺。為了提高沖壓成形極限，從材料方面來看，就必須提高板材的塑性指標和增強抗拉、抗壓的能力。 (二成形質(zhì)量 沖壓零件不但要求具有

5、所需形狀，還必須保證產(chǎn)品質(zhì)量。沖壓件的質(zhì)量指標主要是厚度變薄率、尺寸精度、表面質(zhì)量以及成形后材料的物理力學性能等。金屬在塑性變形中體積不變。因此，在伸長類變形時，板厚都要變薄，它會直接影響到?jīng)_壓件的強度，故對強度有要求的沖壓件往往要限制其最大變薄率。影響沖壓件尺寸和形狀精度的主要原因是回彈與畸變。由于在塑性變形的同時總伴隨著彈性變形，卸載后會出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，導致尺寸及形狀精度的降低。沖壓件的表面質(zhì)量主要是指成形過程中引起的擦傷。產(chǎn)生擦傷的原因除沖模間隙不合理或不均勻、模具表面粗糙外，往往還由于材料粘附模具所致。例如不銹鋼拉深就很容易有此問題。 1.4.2板料沖壓成形性能試驗 (一板料沖壓成形性能

6、試驗方法     板料沖壓性能試驗方法通常分為三種類型：力學試驗、金屬學試驗（統(tǒng)稱間接試驗）和工藝試驗（直接試驗）。其中常用的力學試驗有簡單拉伸試驗和雙向拉伸試驗，用以測定板料的力學性能指標；金屬學試驗用以確定金屬材料的硬度、表面粗糙度、化學成分、結(jié)晶方位與晶粒度等；工藝試驗也稱模擬試驗，它是用模擬生產(chǎn)實際中的某種沖壓成形工藝的方法測量出相應的工藝參數(shù)。例如 Swift的拉深試驗測出極限拉深比 LDR ； T ZP試驗測出對比 拉深力的 T 值； Erichsen 試驗測出 極限脹形深度 Er 值；K.W.I擴孔試驗測出極限擴孔率等。下面僅對板材簡單拉伸實驗進行介

7、紹。 (二板材拉伸試驗 板材的拉伸試驗也叫做單向拉伸試驗或簡單拉伸試驗。應用拉伸試驗方法，可以得到許多評定板材沖壓性能的試驗值，所以應用十分普遍。     由于試驗目的不同，板材沖壓性能評價用的拉伸試驗方法和所得到的試驗值均與為評定材料強度性能的拉伸試驗有所不同。簡單介紹如下 ：圖1.4.1 拉伸實驗試樣    試驗設備：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）L，根據(jù)這些數(shù)值作出sd曲線。（圖1.4.2）。試驗可以得到下列力學性能指標：圖1.4.2

8、 拉伸曲線 1）屈服極限s或0.2；2強度極限b；3）屈強比s/b； 4）均勻伸長率u ；5）總伸長率；6）彈性模數(shù)E；7）硬化指數(shù)n；8）厚向異性指數(shù) 1.4.3 板料力學性能與沖壓成形性能的關(guān)系 板料力學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性能指標有以下幾項：1屈服極限s 屈服極限s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

9、現(xiàn)起皺，對彎曲變形則回彈小。2屈強比sb 屈強比小，說明s值小而b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?；?凝 土 澆 筑 令 編號： 001 工程名稱：福建省××市十二中學教學樓 合同號： 023178906 施工單位：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。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u。u表示板料產(chǎn)生

10、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)。C15澆 搗 量68m3計劃澆搗時間42004年98日8時至8日16時大時，說明在變形中材料加工硬化嚴重，真實應力增加大。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

11、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。可以看出，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，

12、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)生裂紋鋼 筋4曖管預埋5厚向異性指數(shù)2模 板5電氣預埋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變和厚度應變之比,即：3水管預埋6材b/t (1.4.1以下材料進場的數(shù)量、質(zhì)量能否滿足本次澆搗要求，如果滿足請打上勾1砂式中 水泥、t寬度方向、厚度方向的應變。2石子4厚向異性指數(shù)表示板料在厚度方向上的變形能力， 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, 值對壓縮類變形的拉深影響較大，當凝土配值大時，有助于提高拉深變形程度。2004

13、09012施工配合比每盤配合比（kg）水泥6）板平面各向異性指數(shù)砂子水外加劑水泥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。用表示：水外加劑14.00 2.000+90/）/2 （1.4.2）400100/砂子含水率：2% 石子含水率：1%式中 0、 90、45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)。盧森堡后臺拌料班組長呂良好前臺搗固班組長越大，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。監(jiān)理意見：混凝土澆灌前的準備工作基本就緒，同意澆筑。監(jiān)理工程師：李小強發(fā)出時間：2004

14、年9月8日8時10分注：本表由施工單位填寫一式三份，審核后建設、監(jiān)理、施工單位各留一份。澆搗要求：1、澆搗前模板應清理干凈，澆水濕潤；2、后臺計量器具校核，保證計準確；3、施工縫處澆水濕潤，按要求接漿；4、嚴格控制水灰比，按要求配料，振搗密實?；?凝 土 澆 1令 編號： 002 工程名稱：福建省××市十二中學教學樓 合同號： 023178906 施工單位：福建××建筑工程公司2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)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、（4電工硅鋼板 如5不銹鋼板 L2、L3、LF21、LY12等

15、，有較好塑性，變形抗力小且輕。非金屬材料有膠木板、橡膠、塑料板等。、 III 3水泥用于拉深復雜零件的鋁鎮(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、P 3種。板料供應狀態(tài)可為：退火狀態(tài)M、硬態(tài)Y、半硬（1 DT1、DT2。澆搗部位柱基礎大放腳170m3計劃澆搗時間2004年93低合金結(jié)構(gòu)鋼板 常用的如時至13日22時以下內(nèi)容是否已通過驗收，通過的項目請打上勾1鋼 筋2模 板1Crl8Ni9Ti，1Cr13等，用以制造有防腐蝕防銹要求的零件。3水管預埋常用的有色金屬有銅及銅合金（如黃銅）等，牌號有T1、材 、H62、H68砂3表1.4.1列出了部分常用金屬板料的

16、力學性能。2石子外加劑混凝沖壓用材料的形狀，最常用的是板料，常見規(guī)格如7101420和10002000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。配合比設計單編號200409049施工配合比每盤配合比（kgA、C 3種；按表面質(zhì)量可分為 I 、 水石子砂子水04020080硬）Y2等。板料有冷軋和熱軋兩種軋制狀態(tài)。 表 1.4.1 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 t / Mpa 抗拉強度 s b / MPa 伸長率 d 10 /% 屈服強度 s s / MPa 電工用純鐵 C<0

17、.025 DT1、DT2、DT3 已退火 180 230 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(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 08F 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 320

18、380 400470 21 1Cr18Ni9Ti 熱處理退軟 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 復習思考題 1 1-1  簡述變形溫度、應力狀態(tài)對塑性和變形抗力的影響。 1-2 塑性變形的應力應變關(guān)系有什么特點？ 1-3  板料的拉伸試驗所測得的力學性能指標有哪