第三章 冲压常用材料

第三章 冲压常用材料
第一节 冲压材料的性能要求
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 不仅有低碳钢，而且还有不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金等。一般以含 碳量<0.25%及抗拉强度小于650N/mm² 的材料为主。例如冷轧钢 SPCC (JIS) 或1010 (SAE)。
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能力。 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。
在对某些板材（如不锈钢板与黄铜板等）进行拉深成形时，由于拉深时形成的残余应 力的作用，在拉深后会在圆筒形件的侧壁产生纵向开裂现象。这种开裂现象可能在脱模后 立即产生，也可能在放置一段时间之后，或在冲压件使用过程当中发生，故称为时效割裂 。
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⑧﹑圆筒深引伸试验（LDR值） 圆筒深引伸试验法是评估金属薄板深引伸性试验法中最基本的方法之一。此试验之目 的在于求得金属材料的引伸界限比（Limit Drawing Ratio,简称LDR），LDR值越大表示该材 料具有越好的引伸性。LDR＝D/dp ，其中：D表示胚料直径，dp表示冲头（引伸制品）直 径。LDR值与塑性应变比r值呈正向关系，即r值大的材料其深引伸性也较佳。 ⑨﹑锥皿试验（CCV值）
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3.7、SPCE——表示深冲用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（5213）深 冲钢。需保证非时效性时，在牌号末尾加N为SPCEN。 冷轧碳素钢薄板及钢带调质代号：退火状态为A，标准调质为S，1/8硬为8，1/4 硬为4，1/2硬为2，硬为1。 表面加工代号：无光泽精轧为D，光亮精轧为B。如SPCC-SD表示标准调质、无 光泽精轧的一般用冷轧碳素薄板。再如SPCCT-SB表示标准调质、光亮加工，要求保 证机械性能的冷轧碳素薄板。 3.8、JIS机械结构用钢牌号表示方法为： S+含碳量+字母代号（C、CK），其中含碳量用中间值×100表示，字母C：表示 碳 K：表示渗碳用钢。如碳结卷板S20C其含碳量为0.18-0.23%。
冷轧 钢
SPCD SPCE SUS301－CSP 1/2H SUS301－CSP 3/4H SUS301－CSP FH
不锈 钢
SUS304－CSP 1/2H SUS304－CSP 3/4H SUS304－CSP FH SUS316 SUS430 C1100 R-O C2200 R-O
铜
C2600H C2680 1/2H C5191H A1100-H14
HRB
≤90 ≤90 ≤90 ≤90 ≤86 ≤90 ≤90 ≤95 ≤90 ≤95 ≤90 ≤90 ≤90 ≤90 ≤90 ≤90 ≤90 ≤90 ≤90 ≤95 经过表面处理可得到高强度 典型奥氏体不锈钢 较软，适于深拉深 适于深拉深和Stretch Forming 有很好的抗粒界腐蚀性
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③﹑加工硬化值(n) 不锈钢板的引伸成形要分几次加工才能达到产品形状，在引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。加工硬化之生成原因为材料承受一塑性变形后，在 于同方向施加负荷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 。降伏点是超越弹性变形区域而产生永久变形的初始点，由拉伸试验知，是荷重不增加而伸 展行为仍进行的点。 加工硬化系数之高低意味著什么现象呢？ n值高的材料会发生下列的行为: (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。 n值低的材料会发生下列的行为: 继续进行加工会引起局部的变形，弱的部份甚至破断。 因此，伸长类成形要求板材具有较大的n值。 ④﹑塑性应变比（r） 它是表示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织构组织，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。在生产中用r值来表示板材的各向异性，其值等于对数应变表 示的宽度应变b与厚度方向应变t之比，即: r=b/t=ln(b/b0)/ln(t/t0) r值主要影响拉深性能，板材的r值大，它的拉深性能也好。
延伸率 (%)
27 以上 30 以上 31 以上 45 46 47 18 12 9 21.6 47.0 35.6 12.8 7.8 13.8 2.2
加工硬化 值n
0.2 0.21 0.22 0.23 0.64 0.41 0.19 0.46 0.53 0.21 0.44 0.35 0.025 0.037 0.035 0.05
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4.3﹑不锈钢
不锈钢是指含铬量达到11%以上高合金钢，其主要的特征是耐腐蚀性及耐热性，具有 不锈性与 表面光辉性。在冲压成形中应用的不锈钢有铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢以及 马氏体不锈钢。 铁素体不锈钢的冲压性能接近于冷轧钢板，在这种不锈钢板生产过程中也可利用热轧 、冷轧与退火的方法获得织构组织，使r值达到1.2～1.8左右，因此具有良好的拉深性能。 但是它的硬化指数约为0.2左右，伸长率约为0.25～0.3左右，均小于奥氏体不锈钢，所以它 的伸长类冲压成形性能较差。 不锈钢具有下列特性： (1) 硬度及抗拉强度高于软钢板的2倍 (3) 深引伸加工会产生时效割裂 不锈钢牌号表示的含义：S U S ***－C S P
锥皿试验法是评估金属薄板（厚度0.5～1.6mm）成形性试验法中最基本的方法之一。 CCV值可作为深引伸与拉伸之复合成形性之评估试验，其与加工硬化值系及塑性应变比有 密切关系。
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第三节：常用钢材牌号介绍
3.1﹑日本钢材（JIS系列）的牌号中普通结构钢主要由三部分组成： 第一部分表示材质，如：S（Steel）表示钢，F（Ferrum）表示铁； 第二部分表示不同的形状、种类、用途， 如：P(Plate)表示板，T（Tube）表示管，K(Kogu) 表示工具； 第三部分表示特征数字，一般为最低抗拉强度。 如：SS400——第一个S表示钢(Steel)，第二个S表示“结构”（Structure）， 400为下 限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为400 MPa的普通结构钢。 3.2﹑SPHC——首位S为钢Steel的缩写，P为板Plate的缩写，H为热Heat的缩写，C 商业Commercial的缩写，整体表示一般用热轧钢板及钢带。
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4.2﹑冷轧钢
冷轧钢亦是一种优质碳素结构钢，含碳量约0.08％～0.12％，属于低碳钢。 冲压用的冷轧钢有下列三种： (1) 、SPCC－－是冷轧钢的代表钢种。 (2) 、SPCD－－与SPCC相比，其拉伸性较佳。 (3) 、SPCE－－与SPCC相比，其拉伸性更佳。 分类及性能介绍：
3.3﹑SPHD——表示冲压用热轧钢板及钢带。
3.4、SPHE——表示深冲用热轧钢板及钢带。 3.5、SPCC——表示一般用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国Q195-215A牌号。 其中第三个字母C为冷Cold的缩写。需保证抗拉试验时，在牌号末尾加T为SPCCT。 3.6、SPCD——表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL（13237） 优质碳素结构钢。
2
s 屈服强度
kg / mm 2 ) (
26 25 25 22.8 20 18 56 82 113 51.8 73.4 97 28 33 5.8 10.4 49.6 25 49 11.7 11 11.5 14.6
)
屈服比 (%)
73 71 69 67 61 57 74 77 75 60 71 78 44 66 24 37 － 60 84 91 92 93 91
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。
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1.1.冲压材料性能（参考值见下表）：
材料 类型 热轧 钢 材料牌号
SPHC SPHD SPHE SPCC
抗拉强度 b (kg / mm
36 35 36 33 32 31 103 124 146 86 103 124 63 50 23.7 27.9 45.3 42 58 12.8 11.9 12.3 16
⑥﹑球化度(Spheroidizing) 低碳钢的组织是以软的铁素体为基体与少量的珠光体组成。而珠光体是铁素体与渗碳 体的细密的混合物，其中渗碳体含量占 12%。铁素体具有很好的塑性，而渗碳体则硬而脆 。从同一含碳量的材料来看，通过随着碳化物的球化，可提高塑性而改善冲裁面的质量。 注：什么是球化退火? 目的在于使网状二次渗碳体及珠光体中的层状渗碳体发生球化变成粒状的渗碳体，降 低材料硬度，改善切削加工性，并为淬火作好准备。由于珠光体本身较硬，而且由于网状 二次渗碳体的存在，更增加了钢的硬度和脆性。这不仅给切削加工带来困难，而且还会引 起淬火时产生变形和开裂。 ⑦﹑时效割裂
钢（steel） 一般用（use） 不锈的 （stainless） 牌 号
(2) 热传导性不佳，热膨胀系数大 (4) 表面容易被模具刮伤
弹簧（spring） 条、带（Strip） 冷的（cold）
第三SUS 301 SUS 304 SUS 304S SUS 304M2 SUS 304L SUS 305M1 SUS 302B SUS 309S ER-1 SUS 310S SUS 316 SUS 316L SUS 316J1 SUS 316J1L SUS 317 SUS 317L SUS 321 SUS 347 SCR
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⑤﹑硬度(Hardness)
一般说来，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。