第三章沖壓常用材料

1、沖壓材料是影響零件質量和模具壽命的重要因素。目前,可沖壓的材料 不僅有低碳鋼，而且還有不銹鋼、鋁及鋁合金、銅及銅合金等。一般以含 碳量0.25%及抗拉強度小于650N/mm的材料為主。例如冷軋鋼 SPCC (JIS) 或1010 (SAE)。 對金屬材料的沖壓性能要求： 1具有良好的機械性能及較大的變形能力。 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。 2具有理想的金相組織結構 金相組織是材料的微觀質量特征。它的主要標志是: 滲碳體或碳化 物的球化程度。 第一節(jié)第一節(jié) 沖壓材料的性能要求沖壓材料的性能要求 1.1.沖壓材料性能（參考值見下表沖壓材料性能（參考值見下表

2、）： 材材 料料 類類 型型 材材 料料 牌牌 號號 抗抗 拉拉 強強 度度 b ( ( 2 / mmkg ) ) 屈屈 服服 強強 度度 s ( ( 2 / mmkg ) ) 屈屈 服服 比比 ( (% %) ) 延延 伸伸 率率 ( (% %) ) 加加 工工 硬硬 化化 值值 n n 塑塑 性性 應應 變變 比比 r r 硬硬 度度 備備 注注 SPHC 36 26 73 27 以 上 0.2 - 64 無 退 火 熱 軋 鋼 SPHD 35 25 71 30 以 上 - - - 引 伸 用 熱熱 軋軋 鋼鋼 SPHE 36 25 69 31 以 上 - - - 深 引 伸 用 SPCC

3、 33 22.8 67 45 0.21 1.2 50 一 般 商 業(yè) 等 級 鋼 SPCD 32 20 61 46 0.22 1.6 48 拉 伸 性 能 鋼 冷冷 軋軋 鋼鋼 SPCE 31 18 57 47 0.23 1.7 46 深 拉 伸 性 能 鋼 SUS301 CSP 1/2H 103 56 74 18 - - 88 奧 氏 體 系 列 SUS301 CSP 3/4H 124 82 77 12 0.64 - 88 奧 氏 體 系 列 SUS301 CSP FH 146 113 75 9 - - 88 奧 氏 體 系 列 SUS304 CSP 1/2H 86 51.8 60 - -

4、- 88 奧 氏 體 系 列 SUS304 CSP 3/4H 103 73.4 71 - - - 88 奧 氏 體 系 列 SUS304 CSP FH 124 97 78 - - - 88 奧 氏 體 系 列 SUS316 63 28 44 - 0.41 1.03 90 鐵 素 體 系 列 不不 銹銹 鋼鋼 SUS430 50 33 66 - 0.19 1.35 82-83.3 回 氏 體 系 列 C1100 R-O 23.7 5.8 24 - 0.46 1.04 - 一 般 純 銅 C2200 R-O 27.9 10.4 37 - 0.53 1.02 - 9/1 紅 銅 C2600H 45.

5、3 49.6 21.6 0.21 - - 黃 銅 C2680 1/2H 42 25 60 47.0 0.44 - - 黃 銅 銅銅 C5191H 58 49 84 35.6 0.35 - - 磷 青 銅 A1100-H14 12.8 11.7 91 12.8 0.025 - - 純 鋁 A1050-H14 11.9 11 92 7.8 0.037 - 純 鋁 A1050P-H14 12.3 11.5 93 13.8 0.035 - - 純 鋁 鋁鋁 A5005-H34 16 14.6 91 2.2 0.05 - - 鋁 鎂 合 金 1.21.2 沖壓材料特征參數(shù)：沖壓材料特征參數(shù)： 屈服強度、

6、抗拉強度和屈強比屈服強度、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。所謂抗拉強度是實際拉伸試驗過程中之最大荷重值 除以試驗片開始時的斷面積。即： b = PMAX / A (kg/mm2 ) 當屈服強度和抗拉強度高時，沖壓成形力大，成形的難度加大,而且還會降低模具的壽 命。如果屈服強度高，在沖壓成形結束后，沖壓件由模具內脫離并卸載時，彈性恢復的變 形也大，影響沖壓件的尺寸精度。 一般的計算中,沖壓材料的剪切應力 = 0.8 * 抗拉強度 b 注：1 Pa = 1 N/m2 = 1x10-6 N/mm2 = 1.01972x10-7 Kg/mm2 延伸率延伸率 在材料拉伸試驗中,試樣

7、拉斷后,由于保留了塑性變形,試樣長度由原來的L變成了L1,用百分 比表示的比值 =（L1-L）/ L 就稱為延伸率。均勻延伸率U是在單向拉伸過程中出現(xiàn)局部縮頸時，也就是發(fā)生拉伸過程 失穩(wěn)定時的延伸率。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。當延 伸率大時，脹形、翻邊的成形極限也大。因此，大多數(shù)的優(yōu)質沖壓鋼都具有較高的均勻 延伸率。 加工硬化值加工硬化值(n)(n) 不銹鋼板的引伸成形要分幾次加工才能達到產品形狀，在引伸加工過程中會使材料產生 硬化現(xiàn)象，這種現(xiàn)象一般稱為加工硬化。加工硬化之生成原因為材料承受一塑性變形后，在 于同方向施加負荷力將使其降伏點上升，從而增加必要的變形抵抗

8、以對抗塑性變形之再產生 。降伏點是超越彈性變形區(qū)域而產生永久變形的初始點，由拉伸試驗知，是荷重不增加而伸 展行為仍進行的點。 加工硬化系數(shù)之高低意味著什么現(xiàn)象呢？ n值高的材料會發(fā)生下列的行為: (1) 繼續(xù)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)進行加工將會抑制局部變形，得到一致的變形。 n值低的材料會發(fā)生下列的行為: 繼續(xù)進行加工會引起局部的變形，弱的部份甚至破斷。 因此，伸長類成形要求板材具有較大的n值。 塑性應變比（塑性應變比（r r） 它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歷軋制與退火等工藝， 結果使板材形成結晶方位趨于一致的織構組織，在宏觀上

9、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。在生產中用r值來表示板材的各向異性，其值等于對數(shù)應變表 示的寬度應變b與厚度方向應變t之比，即: r=b/t=ln(b/b0)/ln(t/t0) r值主要影響拉深性能，板材的r值大，它的拉深性能也好。 硬度硬度(Hardness) 一般說來，硬度越低，塑性越好。但是，材料的硬度偏高，若碳化物球化率在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。 球化度球化度(Spheroidizin

10、g) 低碳鋼的組織是以軟的鐵素體為基體與少量的珠光體組成。而珠光體是鐵素體與滲碳 體的細密的混合物，其中滲碳體含量占12%。鐵素體具有很好的塑性，而滲碳體則硬而脆 。從同一含碳量的材料來看，通過隨著碳化物的球化，可提高塑性而改善沖裁面的質量。 注：什么是球化退火? 目的在于使網狀二次滲碳體及珠光體中的層狀滲碳體發(fā)生球化變成粒狀的滲碳體，降 低材料硬度，改善切削加工性，并為淬火作好準備。由于珠光體本身較硬，而且由于網狀 二次滲碳體的存在，更增加了鋼的硬度和脆性。這不僅給切削加工帶來困難，而且還會引 起淬火時產生變形和開裂。 時效割裂時效割裂 在對某些板材（如不銹鋼板與黃銅板等）進行拉深成形時，由

11、于拉深時形成的殘余應 力的作用，在拉深后會在圓筒形件的側壁產生縱向開裂現(xiàn)象。這種開裂現(xiàn)象可能在脫模后 立即產生，也可能在放置一段時間之后，或在沖壓件使用過程當中發(fā)生，故稱為時效割裂 。 圓筒深引伸試驗（圓筒深引伸試驗（LDR值）值） 圓筒深引伸試驗法是評估金屬薄板深引伸性試驗法中最基本的方法之一。此試驗之目 的在于求得金屬材料的引伸界限比（Limit Drawing Ratio,簡稱LDR），LDR值越大表示該材 料具有越好的引伸性。LDRD/dp，其中：D表示胚料直徑，dp表示沖頭（引伸制品）直徑 。LDR值與塑性應變比r值呈正向關系，即r值大的材料其深引伸性也較佳。 錐皿試驗（錐皿試驗（C

12、CV值）值） 錐皿試驗法是評估金屬薄板（厚度0.51.6mm）成形性試驗法中最基本的方法之一。 CCV值可作為深引伸與拉伸之復合成形性之評估試驗，其與加工硬化值系及塑性應變比有 密切關系。 第三節(jié)：常用鋼材牌號介紹第三節(jié)：常用鋼材牌號介紹 3.1日本鋼材（JIS系列）的牌號中普通結構鋼主要由三部分組成： 第一部分表示材質，如：S（Steel）表示鋼，F(xiàn)（Ferrum）表示鐵； 第二部分表示不同的形狀、種類、用途， 如：P(Plate)表示板，T（Tube）表示管，K(Kogu) 表示工具； 第三部分表示特征數(shù)字，一般為最低抗拉強度。 如：SS400第一個S表示鋼(Steel)，第二個S表示“結

13、構”（Structure）， 400為下 限抗拉強度400MPa，整體表示抗拉強度為400 MPa的普通結構鋼。 3.2SPHC首位S為鋼Steel的縮寫，P為板Plate的縮寫，H為熱Heat的縮寫，C 商業(yè)Commercial的縮寫，整體表示一般用熱軋鋼板及鋼帶。 3.3SPHD表示沖壓用熱軋鋼板及鋼帶。 3.4、SPHE表示深沖用熱軋鋼板及鋼帶。 3.5、SPCC表示一般用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸?，相當于中國Q195-215A牌號。 其中第三個字母C為冷Cold的縮寫。需保證抗拉試驗時，在牌號末尾加T為SPCCT。 3.6、SPCD表示沖壓用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸?，相當于中?8AL（1323

14、7） 優(yōu)質碳素結構鋼。 3.7、SPCE表示深沖用冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸?，相當于中?8AL（5213）深 沖鋼。需保證非時效性時，在牌號末尾加N為SPCEN。 冷軋?zhí)妓劁摫“寮颁搸д{質代號：退火狀態(tài)為A，標準調質為S，1/8硬為8，1/4 硬為4，1/2硬為2，硬為1。 表面加工代號：無光澤精軋為D，光亮精軋為B。如SPCC-SD表示標準調質、無 光澤精軋的一般用冷軋?zhí)妓乇“?。再如SPCCT-SB表示標準調質、光亮加工，要求保 證機械性能的冷軋?zhí)妓乇“濉?3.8、JIS機械結構用鋼牌號表示方法為： S+含碳量+字母代號（C、CK），其中含碳量用中間值100表示，字母C：表示 碳 K：表示滲碳用

15、鋼。如碳結卷板S20C其含碳量為0.18-0.23%。 第四節(jié)第四節(jié) 常用沖壓材料介紹常用沖壓材料介紹 4.1熱軋鋼熱軋鋼 熱軋鋼是一種優(yōu)質碳素結構鋼，含碳量約0.100.15，屬于低碳鋼。 沖壓用的熱軋鋼有下列三種： (1) 、SPHC是熱軋鋼的代表鋼種。 (2) 、SPHD與SPHC相比，其拉伸性較佳。 (3) 、SPHE與SPHC相比，其拉伸性更佳。 分類及性能介紹： 4.2冷軋鋼冷軋鋼 冷軋鋼亦是一種優(yōu)質碳素結構鋼，含碳量約0.080.12，屬于低碳鋼。 沖壓用的冷軋鋼有下列三種： (1) 、SPCC是冷軋鋼的代表鋼種。 (2) 、SPCD與SPCC相比，其拉伸性較佳。 (3) 、SP

16、CE與SPCC相比，其拉伸性更佳。 分類及性能介紹： 4.34.3不銹鋼不銹鋼 不銹鋼是指含鉻量達到11%以上高合金鋼，其主要的特征是耐腐蝕性及耐熱性，具有 不銹性與 表面光輝性。在沖壓成形中應用的不銹鋼有鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼以及 馬氏體不銹鋼。 鐵素體不銹鋼的沖壓性能接近于冷軋鋼板，在這種不銹鋼板生產過程中也可利用熱軋 、冷軋與退火的方法獲得織構組織，使r值達到1.21.8左右，因此具有良好的拉深性能。 但是它的硬化指數(shù)約為0.2左右，伸長率約為0.250.3左右，均小于奧氏體不銹鋼，所以它 的伸長類沖壓成形性能較差。 不銹鋼具有下列特性： (1) 硬度及抗拉強度高于軟鋼板的2倍 (2

17、) 熱傳導性不佳，熱膨脹系數(shù)大 (3) 深引伸加工會產生時效割裂 (4) 表面容易被模具刮傷 不銹鋼牌號表示的含義：S U S *C S P 鋼（鋼（steelsteel） 一般用（一般用（useuse） 不銹的不銹的 （stainlessstainless） 牌牌 號號 彈簧（彈簧（springspring） 條、帶（條、帶（StripStrip） 冷的（冷的（coldcold） 分類及性能介紹： 名稱名稱HRBHRB SUS 301LSUS 301L 90 SUS 301SUS 301 90 SUS 304SUS 304 90 SUS 304SSUS 304S 90 SUS 304M2SU

18、S 304M2 86 SUS 304LSUS 304L 90 SUS 305M1SUS 305M1 90 SUS 302BSUS 302B 95 SUS 309SSUS 309S 90 ER-1ER-1 95 SUS 310SSUS 310S 90 SUS 316SUS 316 90 SUS 316LSUS 316L 90 SUS 316J1SUS 316J1 90 SUS 316J1LSUS 316J1L 90 SUS 317SUS 317 90 SUS 317LSUS 317L 90 SUS 321SUS 321 90 SUS 347SUS 347 90 SCRSCR 95 擁有防止產生應

19、力造成的微裂紋和裂紋擴散的性能水加熱器 在304中添加Ti，有極好的抗粒界腐蝕性化工、造紙、印染裝置 在305中添加Ni，有極好的抗粒界腐蝕性化工、造紙、印染裝置 通過在316中添加Mo來增強其抗粒界腐蝕性化工、造紙、印染裝置 有很好的抗粒界腐蝕性化工、造紙、印染裝置 通過在316中添加Cu來增強其抗硫酸腐蝕性化工、造紙、印染裝置 有很好的抗粒界腐蝕性化工、造紙、印染裝置 有很高的抗氧化性，成形后有輕微的磁化化工、造紙設備,磁帶錄像機 有很好的抗粒界腐蝕性化工、造紙、印染裝置 同SUS309S有同樣的抗氧化性汽車尾氣凈化裝置 擁有很高的抗氧化性盛氮氣容器、燃燒腔部件 比SUS304有更好的抗氧

20、化性汽車尾氣凈化裝置 擁有很高的抗氧化性燃燒腔部件 有很好的抗粒界腐蝕性煉油設備、造紙設備 特別適于深拉深成形，成形后有輕微的磁化電視電子發(fā)射管、電子元件 較軟，適于深拉深Sundries 適于深拉深和Stretch FormingSundries、門把手、保齡球 經過表面處理可得到高強度鋼板、彈簧，汽車部件 典型奧氏體不銹鋼Sundries、炊具、煤氣罐 特性特性應用范圍應用范圍 經過表面處理可得到高強度，有很好的抗粒界腐蝕性火車車輪搖臂 4.4銅及銅合金銅及銅合金 銅及銅合金依其制造方法可分為伸銅材（展伸銅）及鑄造材兩大類； 銅及銅合金之代 表性特征如下: (1) 熱傳導性好，導電性佳；

21、(2) 切削加工性好； (3) 具有非磁性功能； (4) 低溫下不產生脆化現(xiàn)象； (5) 耐腐蝕； (6) 彈性好； (7) 色調美觀，易鍍錫； 分類及性能介紹： 4.54.5、鋁及鋁合金、鋁及鋁合金 鋁及鋁合金材料依其制造成形過程可分為伸展材及鑄造材兩大類。伸展材料又有熱處 理合金與非熱處理合金之區(qū)別，主要在于控制材料強度的方法不同。非熱處理合金是以 調整冷加工程度大小來控制材料的強度，一般而言，冷加工程度越高則材料強度越高。 熱處理合金是以淬火、時效處理等熱處理手段來獲得所需要的強度。 基本特征： (1)：美麗的外觀 (2)：強度重量比大 (3)：優(yōu)良的加工性 (4)：綜合性 佳 (5)：耐蝕性 (6)：低溫特性 (7)：導電性佳 (8)：熱傳導 性佳 (9)：反射性佳 (10)：非磁性 (11)：無毒性 (12)：回收 分類： 純 鋁1000系 鋁錳系合金3000系 鋁矽系合金4000系 鋁鎂系合金5000系 鋁銅鎂系合金2000系 鋁鎂矽系合金6000系 鋁鋅鎂系合金7000系 非熱處理合金 熱處理合金 展伸材料 各位數(shù)字所代表的含