冷沖壓工藝的特點(diǎn)和常用輕合金材料的主要力學(xué)性能和加工性能

1、冷沖壓工藝的特點(diǎn)和常用輕合金材料的主要力學(xué)性能和加工性能冷沖壓技術(shù)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、機(jī)械、電子、輕工等工業(yè)部門中應(yīng)用廣泛。輕質(zhì)合金所具有的特殊優(yōu)異性能和發(fā)展?jié)摿σ彩馆p合金材料的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用不斷深入?，F(xiàn)代工業(yè)對零部件的制造加工提出了更加輕量化和更高精度的要求，為此本文考慮針對冷沖壓工藝的基本要求，對輕合金材料進(jìn)行比較和選擇，在保證零部件有足夠強(qiáng)度和精度的前提下，大幅度減輕其質(zhì)量。 冷沖壓工藝的特點(diǎn)冷沖壓生產(chǎn)靠壓力機(jī)和模具完成加工過程，與其他加工方法相比，在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面具有下列特點(diǎn)：（）冷沖壓是少、無切屑加工方法之一，所獲得的沖壓件一般無需再加工。（）普通壓力機(jī)每分鐘可生產(chǎn)幾

2、十件，高速壓力機(jī)每分鐘可生產(chǎn)千件以上，是一種高效率的加工方法。（）沖壓件的尺寸精度由模具保證，所以質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好。（）冷沖壓可以加工壁薄、重量輕、剛性好、形狀復(fù)雜的零件，為其他加工方法所不能替代。另外，冷沖壓加工不需加熱、無氧化皮，表面質(zhì)量好，操作方便，費(fèi)用較低。由于具有上述突出特點(diǎn)，冷沖壓在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。全世界的鋼材中，有是板材，其中大部分是經(jīng)過沖壓制成。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，鍋爐的汽包、容器的殼體，電機(jī)、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公器械、生活器皿等產(chǎn)品中，也有大量沖壓件。冷沖壓可加工各種類型的產(chǎn)品，尺寸從小到鐘表的秒針，大到汽

3、車的縱梁、覆蓋件；沖切厚度已達(dá) 以上，加工尺寸幅度大，適應(yīng)性強(qiáng)。 冷沖壓工藝中常用的材料一是黑色金屬，包括普通碳素鋼板、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼板、普通低合金鋼板、電工硅鋼板、不銹鋼板等。二是有色金屬，包括紫銅板、黃銅板、錫磷青銅板、鈹青銅板、鋁板、鈦合金板、鎂合金板等。三是非金屬，包括紙膠板、布膠板、皮革、塑料板、橡膠板、纖維板、云母板等。 輕合金的組織與力學(xué)性能比較鋁、鎂、鈦等金屬通常被稱為輕金屬，其相應(yīng)的鋁合金、鎂合金、鈦合金則稱為輕合金材料。 鋁合金鋁合金導(dǎo)熱性好，易于成形，具有較好的強(qiáng)度，價(jià)格低廉。其中變形鋁合金需要經(jīng)過不同的壓力加工方式生產(chǎn)成材，其質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高，是機(jī)械工業(yè)和航空工業(yè)中重要

4、的結(jié)構(gòu)材料。變形鋁合金可分為不可熱處理強(qiáng)化型鋁合金和可熱處理強(qiáng)化型鋁合金。不可熱處理強(qiáng)化型不能通過熱處理來提高機(jī)械性能，只能通過冷加工變形來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化，其化學(xué)性能和組織比較單一，沒有理想的沉淀強(qiáng)化相，可通過形成固熔體進(jìn)行強(qiáng)化。它主要包括高純鋁、工業(yè)高純鋁、工業(yè)純鋁以及防銹鋁等?？蔁崽幚韽?qiáng)化型鋁合金通過固熔和時(shí)效使合金的強(qiáng)度顯著提高。這類鋁合金品種系列多，用途廣，可分為硬鋁、鍛鋁、超硬鋁和特殊鋁合金等。硬鋁屬于鋁銅鎂錳系合金，主要的合金牌號有，等。其中是使用最廣、強(qiáng)度最高的硬鋁，經(jīng)淬火與時(shí)效等處理后其力學(xué)性能為： ， ， 。鍛鋁屬于鋁鎂硅系合金，其中最重要的品種是，其力學(xué)性能為： ， ， 。超硬鋁

5、屬于鋁鋅鎂銅系合金。在鋁合金中強(qiáng)度最高，韌性儲備也很高，具有良好的工藝性能（熱塑性和焊接性）。其主要的牌號有，等。是具有最高強(qiáng)度的鋁合金，強(qiáng)度可達(dá) 。 鎂合金鎂合金是最輕質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有密度小、比強(qiáng)度高、比剛度高、阻尼性好、電磁屏蔽特性優(yōu)越、價(jià)格低廉、抗震性好等特點(diǎn)，是減輕機(jī)械裝備質(zhì)量，提高機(jī)械裝備各項(xiàng)性能的理想結(jié)構(gòu)材料。工業(yè)中應(yīng)用的鎂合金為變形鎂合金和鑄造鎂合金兩大類。許多鎂合金既可做鑄造合金，又可做變形合金。經(jīng)鍛造和擠壓后，變形合金比相同成分的鑄造合金具有更高的強(qiáng)度，可加工成形狀更復(fù)雜的部件。變形鎂合金的牌號主要有：，等，主要合金系為鎂鋅鋯系、鎂鋁鋅系、鎂稀土鋯系、鎂錳系和鎂鋰系。鎂

6、鋅鋯合金是熱處理強(qiáng)化變形合金。其中經(jīng)過固熔淬火和人工時(shí)效，其 ， ，。在鎂鋅鋯系合金中加入少量鎘、釹或鑭，可進(jìn)一步強(qiáng)化合金，提高室溫和高溫強(qiáng)度，改善焊接性。合金，室溫下的接近 ， 持久強(qiáng)度 ，是變形鎂合金中強(qiáng)度最高的合金之一。鎂錳系合金有良好的耐蝕性和焊接性，其中合金有中等強(qiáng)度和較高的塑性，其 ， ， ；（）合金是強(qiáng)度最高的擠壓合金之一，其 ， ， ，與某些高強(qiáng)度鋁合金相當(dāng)。在鎂中加鋰元素而獲得的超輕變形鎂鋰合金，屬于超輕型結(jié)構(gòu)合金，是迄今為止最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有極優(yōu)的變形性能和較好的超塑性能，力學(xué)性能 ， ，。單相組織的鎂鋰合金的強(qiáng)度低，但有良好的冷變形能力，同時(shí)可焊接?？焖倌替V合金使

7、傳統(tǒng)的熔鑄鎂合金的強(qiáng)度較低、耐蝕性較差的弱點(diǎn)得到改善，并具有較高的斷裂韌性。鎂鋁釹鋅合金的 ， ，鎂鋁釔鋅合金的 ， ，。這類鎂合金完全達(dá)到了高強(qiáng)度鋁合金的性能水平。 鈦合金鈦合金耐蝕性好、耐熱性高，比剛度、比強(qiáng)度高。在所有的金屬材料之中，只有最高強(qiáng)度鋼的比強(qiáng)度高于鈦合金。傳統(tǒng)鈦合金的屈服強(qiáng)度大多在 之間，其中亞穩(wěn)合金強(qiáng)度最高。對于一些特殊的應(yīng)用，可以通過種措施提高鈦合金的強(qiáng)度：合金化、加工工藝和復(fù)合材料技術(shù)。鈦合金可根據(jù)成分和室溫基本組織特點(diǎn)分類為鈦合金、鈦合金、鈦合金和近鈦合金。這類合金的成分范圍都很寬，合金元素的種類和數(shù)量都可在很大范圍內(nèi)變化，可以根據(jù)使用要求進(jìn)行合金設(shè)計(jì)。 沖壓材料的性

8、能要求冷沖壓所用的材料，在滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，還應(yīng)滿足沖壓工藝的要求。沖壓工藝對沖壓材料的要求主要有：（）具有良好的沖壓成形性能。板材的沖壓成形性能是指板料對各種沖壓加工方法的適應(yīng)能力。對于成形工序要求材料應(yīng)具有：良好的塑性（均勻延伸率）、屈強(qiáng)比（ /）小、屈彈比（ /）小、硬化指數(shù)大、板厚方向性系數(shù)大、板平面方向性小。對于分離工序，要求材料應(yīng)具有一定的塑性，其他指標(biāo)不作嚴(yán)格的要求。（）具有較高的表面質(zhì)量。材料表面應(yīng)光潔平整，無氧化皮、銹斑、劃傷、分層等缺陷。成形工序所用材料的表面質(zhì)量越好，則制件越不易破裂，也不易擦傷模具工作部分的表面。（）材料厚度公差應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橐欢ǖ哪＞唛g隙適

9、用一定厚度的材料。如材料厚度公差變動大，不僅影響制作的質(zhì)量，還可能導(dǎo)致模具和壓力機(jī)的損壞。（）價(jià)格低廉、來源方便、經(jīng)濟(jì)性好。 耐蝕性與焊接性 鋁合金鋁合金可以采用熱處理獲得良好的機(jī)械性能、物理性能和抗腐蝕性能。鋁在空氣中易氧化形成穩(wěn)定的氧化物，具有較好的耐蝕性。一般情況下大部分鋁合金都具有良好的焊接性。因強(qiáng)度要求而應(yīng)用較多的超硬鋁屬于鋁鋅鎂銅系合金，銅的加入主要是為了改善超硬鋁的應(yīng)力腐蝕傾向，提高強(qiáng)度和塑性。但銅會降低超硬鋁的焊接性，故一般超硬鋁采用鉚接或粘接。 鎂合金鎂合金表面極易腐蝕形成疏松多孔的氧化鎂，耐蝕性較差，制約了鎂合金的廣泛應(yīng)用。影響鎂合金耐蝕性的因素有許多，為了提高耐蝕性，一方

10、面要提高鎂合金的純凈度，另一方面應(yīng)當(dāng)采用各種表面處理方式，對鎂合金表面進(jìn)行防護(hù)處理。絕大多數(shù)鎂合金可以用氣焊、氬弧焊、電阻焊、電子束焊、釬焊等方法焊接，目前較為常用的是氬弧焊方法，這種方法適用絕大多數(shù)鎂合金，可得到較高的焊接強(qiáng)度系數(shù)，焊接變形小。鎂合金沒有適用的焊劑，不能用埋弧焊。鎂合金也可粘接連接。特別地，為高強(qiáng)度變形鎂合金，但是其焊接性差，不能做焊接件。 鈦合金鈦合金最突出的兩大優(yōu)異特性即是比強(qiáng)度高和抗蝕性強(qiáng)，因此鈦合金具有優(yōu)良的抗腐蝕性能。大多數(shù)鈦合金都易于焊接。熔化焊、電阻焊、閃光對焊、電子束焊、擴(kuò)散連接和壓力焊接技術(shù)都可采用，并已廣泛應(yīng)用于實(shí)際應(yīng)用中以加工鈦合金接頭。這些技術(shù)也能用于

11、更多范圍條件下鈦的焊接，如開放式加工車間、焊接工作室或現(xiàn)場。但是焊接環(huán)境必須干凈，以免工件脆化。主要的保護(hù)方法是惰性氣體保護(hù)。 資源與成本鋁的價(jià)格雖比一般碳鋼高，但易于回收重熔使用，所以是地球上可充分且有效利用的資源。鎂是地球上儲量最豐富的元素之一，其儲量為，在地殼表層儲量位居第位。我國是世界上鎂資源最豐富的國家，是鎂的生產(chǎn)大國和出口大國。目前國內(nèi)已經(jīng)加大力度進(jìn)行相關(guān)問題的研究與開發(fā)，使鎂的價(jià)格已經(jīng)大幅度下降。隨著國際國內(nèi)鎂產(chǎn)品市場開發(fā)應(yīng)用空間的增大，鎂資源將發(fā)揮更重要的作用。鈦在地殼里的儲藏量非常豐富，并且分布很廣。我國有豐富的鈦資源。目前，鈦合金的制品價(jià)格仍然比較昂貴，一般是優(yōu)質(zhì)不銹鋼價(jià)格的倍。但是由于鈦合金制品的使用壽命長