沖壓材料的性能要求

沖壓材料是影響零件質量和模具壽命的重要因素。目前,可沖壓的材料不僅是低碳鋼，而且還有不鏽鋼、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/mm²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。它的主要标志是: 滲碳體或碳化物的球化程度。

沖壓材料的特性與成形

1.1沖壓材料性能表

1.2 沖壓材料特征參數：

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：sb = 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，在沖壓成形結束後，沖壓件由模具内脫離并卸載時，彈性恢複的變形也大，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 t = 0.8 * 抗拉強度sb

注：1 Pa = 1 N/m2 = 1x10-6 N/mm2 = 1.01972x10-7 Kg/mm2

②﹑延伸率

在材料拉伸試驗中,試樣拉斷後,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

d =（L1-L）/ L

就稱為延伸率。均勻延伸率dU是在單向拉伸過程中出現局部縮頸時，也就是發生拉伸過程失穩定時的延伸率。如果闆材的延伸率大，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，大多數的優質沖壓鋼都具有較高的均勻延伸率。

③﹑加工硬化值(n)

不鏽鋼闆的引伸成形要分幾次加工才能達到産品形狀，在引伸加工過程中會使材料産生硬化現象，這種現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後，在于同方向施加負荷力将使其降伏點上升，從而增加必要的變形抵抗以對抗塑性變形之再産生。降伏點是超越彈性變形區域而産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。

加工硬化系數之高低意味著什麼現象呢？

n值高的材料會發生下列的行為:

(1) 繼續進行加工會造成材料硬化、伸長量減少而使加工不易。

(2) 繼續進行加工将會抑制局部變形，得到一緻的變形。

n值低的材料會發生下列的行為:

繼續進行加工會引起局部的變形，弱的部份甚至破斷。

因此，伸長類成形要求闆材具有較大的n值。

④﹑塑性應變比（r）

它是表示闆材各向異性性能的參數。由于闆材在制造過程中要經曆軋制與退火等工藝，結果使闆材形成結晶方位趨于一緻的織構組織，在宏觀上表現為各向異性，即在不同的方向上闆材的性能有一定的差異。在生産中用r值來表示闆材的各向異性，其值等于對數應變表示的寬度應變eb與厚度方向應變et之比，即: r=eb/et=ln(b/b0)/ln(t/t0)

r值主要影響拉深性能，闆材的r值大，它的拉深性能也好。

⑤﹑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，硬度是判斷是否适合剪切的宏觀指标，而金屬組織(碳化物的均勻性和球化程度)是判斷是否适合沖裁的微觀指标。

⑥﹑球化度(Spheroidizing)

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，通過随着碳化物的球化，可提高塑性而改善沖裁面的質量。

注：什麼是球化退火?

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産生變形和開裂。

⑦﹑時效割裂

在對某些闆材（如不鏽鋼闆與黃銅闆等）進行拉深成形時，由于拉深時形成的殘餘應力的作用，在拉深後會在圓筒形件的側壁産生縱向開裂現象。這種開裂現象可能在脫模後立即産生，也可能在放置一段時間之後，或在沖壓件使用過程當中發生，故稱為時效割裂。

⑧﹑圓筒深引伸試驗（LDR值）

圓筒深引伸試驗法是評估金屬薄闆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。LDR＝D/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。

⑨﹑錐皿試驗（CCV值）

錐皿試驗法是評估金屬薄闆（厚度0.5～1.6mm）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複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。

常用鋼材号介紹

3.1﹑日本鋼材（JIS系列）的牌号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（Ferrum）表示鐵；

第二部分表示不同的形狀、種類、用途，

如：P(Plate)表示闆，T（Tube）表示管，K(Kogu) 表示工具；

第三部分表示特征數字，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。

3.2﹑SPHC——首位S為鋼Steel的縮寫，P為闆Plate的縮寫，H為熱Heat的縮寫，C商業Commercial的縮寫，整體表示一般用熱軋鋼闆及鋼帶。

3.3﹑SPHD——表示沖壓用熱軋鋼闆及鋼帶。

3.4、SPHE——表示深沖用熱軋鋼闆及鋼帶。

3.5、SPCC——表示一般用冷軋碳素鋼薄闆及鋼帶，相當于中國Q195-215A牌号。其中第三個字母C為冷Cold的縮寫。需保證抗拉試驗時，在牌号末尾加T為SPCCT。

3.6、SPCD——表示沖壓用冷軋碳素鋼薄闆及鋼帶，相當于中國08AL（13237）優質碳素結構鋼。

3.7、SPCE——表示深沖用冷軋碳素鋼薄闆及鋼帶，相當于中國08AL（5213）深沖鋼。需保證非時效性時，在牌号末尾加N為SPCEN。

冷軋碳素鋼薄闆及鋼帶調質代号：退火狀态為A，标準調質為S，1/8硬為8，1/4硬為4，1/2硬為2，硬為1。

表面加工代号：無光澤精軋為D，光亮精軋為B。如SPCC-SD表示标準調質、無光澤精軋的一般用冷軋碳素薄闆。再如SPCCT-SB表示标準調質、光亮加工，要求保證機械性能的冷軋碳素薄闆。

3.8、JIS機械結構用鋼牌号表示方法為： S 含碳量 字母代号（C、CK），其中含碳量用中間值×100表示，字母C：表示碳 K：表示滲碳用鋼。如碳結卷闆S20C其含碳量為0.18-0.23%。

常用沖壓材料介紹

4.1﹑熱軋鋼

熱軋鋼是一種優質碳素結構鋼，含碳量約0.10％～0.15％，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

冷軋鋼亦是一種優質碳素結構鋼，含碳量約0.08％～0.12％，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) 、SPCE－－與SPCC相比，其拉伸性更佳。

分類及性能介紹：

4.3﹑不鏽鋼

不鏽鋼是指含鉻量達到11%以上高合金鋼，其主要的特征是耐腐蝕性及耐熱性，具有不鏽性與 表面光輝性。在沖壓成形中應用的不鏽鋼有鐵素體不鏽鋼、奧氏體不鏽鋼以及馬氏體不鏽鋼。

鐵素體不鏽鋼的沖壓性能接近于冷軋鋼闆，在這種不鏽鋼闆生産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1.2～1.8左右，因此具有良好的拉深性能。但是它的硬化指數約為0.2左右，伸長率約為0.25～0.3左右，均小于奧氏體不鏽鋼，所以它的伸長類沖壓成形性能較差。

不鏽鋼具有下列特性：

(1) 硬度及抗拉強度高于軟鋼闆的2倍 (2) 熱傳導性不佳，熱膨脹系數大

(3) 深引伸加工會産生時效割裂 (4) 表面容易被模具刮傷

不鏽鋼牌号表示的含義：S U S ***－C S P

4.4﹑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； (2) 切削加工性好； (3) 具有非磁性功能；

(4) 低溫下不産生脆化現象； (5) 耐腐蝕； (6) 彈性好；(7) 色調美觀，易鍍錫；

分類及性能介紹：

4.5、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别，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：

各位數字所代表的含義：

第一位數：表示主要添加合金元素

1：純鋁

2：主要添加合金元素為銅

3：主要添加合金元素為錳或錳與鎂

4：主要添加合金元素為矽

5：主要添加合金元素為鎂

6：主要添加合金元素為矽與鎂

7：主要添加合金元素為鋅與鎂

8：不屬于上列合金系的新合金

第二位數：表示原合金中主要添加合金元素含量或雜質成分含量經修改的合金

0：表示原合金

1：表示原合金成分經第一次修改

2：表示原合金成分經第二次修改

第三及第四位數：

純鋁：表示純度亦即最低含鋁量

合金：表示個别合金的代号

“－”後面的 Hn或Tn表示加工硬化的狀态或熱處理狀态的煉度符号

－Hn：表示非熱處理合金的煉度符号

－Tn：表示熱處理合金的煉度符号

分類及性能介紹：

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