[精选]第一章 冲压工艺基础-2(材料)9564.pptx

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1、 1.3 冲压模具按其用途可将模具分为：冷冲压模、塑料模、压铸模、锻模、粉末冶金模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、铸造用金属模等。按成形原理又可分为冲裁模和型腔模两大类。冲裁模的分类 按工序性质分 有落料模、冲孔模、切边模、切断模、剖切模、整修模、精冲模、拉深模、弯曲模、翻边模等等。1冲压工艺基础a)落料模 b)冲孔模 c)剪切模 d)修边模 e)切口模 f)剖切模 图1-1 冲裁模常见结构 1冲压工艺基础（2）弯曲模 将坯料弯曲成一定形状的模具。1上模板；2凸模；3压边圈；4定位板；5凹模；6凹模固定板；7下模板 图1-2 弯曲模 1冲压工艺基础（3）拉深模 将平板料变成一定形状的空心件的模具（如

2、图1-3）。图1-3 拉深模1冲压工艺基础 按导向装置分 有无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模等。按卸料装置分:刚性卸料板和弹性卸料板冲模。按挡料或定位方式分:固定挡料销、活动挡料销、导正销和侧刃冲模。按制造凸、凹模的材料分：钢质冲模、硬质合金冲模、橡皮冲模、锌基合金冲模等。按工序的组合分 有单工序模和多工序模。多工序模又分为连续模和复合模等。1冲压工艺基础 按送料、出件等方法分：手动模、半自动模、自动模等。按轮廓尺寸分：大型模、中型模、小型模。1冲压工艺基础1.4 冲压模具常用材料1.4.1 模具材料在模具工业中的地位 模具材料是模具制造的基础，模具材料和热处理技术对模具的使用寿

3、命、精度和表面粗糙度起着重要的甚至决定性的作用。因此，根据模具的使用条件合理选用材料，采用适当的热处理和表面工程技术以便充分发挥模具材料的潜力 1冲压工艺基础 模具材料使用性能的好坏直接影响模具的质量和使用寿命；模具材料的工艺性能将影响模具加工的难易程度、模具加工的质量和加工成本。因此，在模具设计时，除设计出合理的模具结构外，还应选用合适的模具材料及热处理工艺，才能使模具获得良好的工作性能和较长的使用寿命。1.4.21.4.2冲模材料的要求和选用原则冲模材料的要求和选用原则1、冲压对模具材料的要求(1)冲裁模具 具有高的耐磨性、冲击韧性以及耐疲劳断裂性能。(2)弯曲模具 具有高的耐磨性和断裂抗

4、力(3)拉深模具 具有高的硬度和耐磨性，凹模工作表面粗糙度比较低。22、模具用材料、模具用材料冲模所用材料主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬 冲模所用材料主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、锌基合金、低熔点合金、环氧树脂、聚氨酯橡胶 质合金、锌基合金、低熔点合金、环氧树脂、聚氨酯橡胶等。冲模中凸、凹模等工作零件主要为模具钢。等。冲模中凸、凹模等工作零件主要为模具钢。33、模具材料选用时还应考虑以下因素：、模具材料选用时还应考虑以下因素：(1)(1)模具的工作条件 模具的工作条件(2)(2)模具结构因素 模具结构因素(3)(3)模具的工作性质 模具的工作性质(4)(4)模具的加工手段 模具

5、的加工手段(5)(5)热处理要求 热处理要求44、冲模材料的选用原则、冲模材料的选用原则(1)根据模具种类及其工作条件，选用的材料要满足使用要求，应具有较高的强度、硬度、耐磨性、耐冲击性、耐疲劳性。(2)根据冲压材料和冲压件生产批量选用材料。(3)满足加工要求，应具有良好的加工工艺性能，淬透性好、热处理变形小。(4)满足经济性要求1冲压工艺基础1.4.3 冲压模具常用材料及热处理要求1.4.3.1 凸、凹模常用材料及热处理要求。零 件 名 称 选用材料牌号 热处理 硬度/HRC 模具类型 凸、凹模工作情况 凸模 凹模 冲裁模 形状简单、冲裁材料厚度t 3毫米的凸模、凹模及凸凹模 9Mn2V、C

6、r12、Cr12MoV 形状复杂的镶块 120Cr4W2MoV 淬火 6062 6264 要求耐磨的凸、凹模 Cr12MoV、120Cr4W2 MoV、GCr15、YG15 冲裁薄材料用的凹模 T8A 表1-5 凸、凹模常用材料及热处理（一）1冲压工艺基础表1-5 凸、凹模常用材料及热处理（二）零 件 名 称 选用材料牌号 热处理 硬度/HRC模具类型 凸、凹模工作情况 凸模 凹模 弯曲模 一般弯曲的凸、凹模及镶块 T8A T10A 淬火 5660要求高度耐磨的凸、凹模及镶块 CrWMn、Cr12、Cr12MoV 淬火 6064形状复杂的凸、凹模及镶块。生产批量特别大的凸、凹模及镶块 热弯曲的

7、凸、凹模 5CrNiMo、5CrNiTi5CrMnMo 淬火 5256 拉深模 一般拉延的凸、凹模 T8A、T10A 淬火 5862 6064 连续拉深的凸、凹模 T10A、CrWMn 要求耐磨的凹模 Cr12、YG15、Cr12MoV、YG8 淬火 6264不锈钢拉深用凸、凹模 W18Cr4V 6264 YG15、YG8 热拉深用凸、凹模 5CrNiMo、5CrNiTi 淬火 5256 52561冲压工艺基础1.4.3.2 冲模一般零件的材料和热处理：零件名称 选用材料 热处理 硬度要求上、下模板HT200、HT250 ZG270-500、ZG310-570 厚钢板加工而成Q235 Q255

8、 模柄 45、Q255 导柱 20、T10A 20钢渗碳淬硬 6062导套 20、T10A 20钢渗碳淬硬 5760凸、凹模固定 Q235、Q255 4348板托料板 Q235 导尺 Q255或45 淬硬 挡料销 45、T7A 淬硬4348（45钢）5257（T7A）导正销、定位销 T7、T8 淬硬 5256垫板 45、T8A 淬硬4348（45钢）5458（T8A）表1-6 冲模常用一般零件的材料及热处理要求（一）1冲压工艺基础零件名称 选用材料 热处理 硬度要求螺钉 45 头部淬硬43486062销钉 45、T7 淬硬4348（45钢）5254（T7）推杆、顶杆 45 淬硬 4348顶板

9、45、Q255 拉深模压边圈 T8A 淬硬 5458定距侧刃、废料切刀 T8A 淬硬 5862侧刃挡板 T8A 淬硬 5458定位板 45、T7 淬硬4348（45钢）5254（T7）斜楔与滑块 T8A、T10A 淬硬 6062 弹簧 65Mn、60SiMnA 淬硬 4045表1-6 冲模常用一般零件的材料及热处理要求 1冲压工艺基础表1-7 常用冷变形模具钢的预热和加热规范 1冲压工艺基础1.5 冲压常用材料1.5.1 冲压工艺对材料的要求 选择冲压用材料时，首先应满足冲压件的使用要求。一般来说，对于机器上的主要冲压件，要求材料具有较高的强度和刚度；电机电器上的某些冲压件，要求有较好的导电性

10、和导磁性；汽车、飞机上的冲压件。要求有足够的强度，并尽可能减轻重量；化工容器要求耐腐蚀等等。所以不同的使用要求就决定了应选用不同的材料。但从冲压工艺考虑，材料还应满足冲压工艺要求，以保证冲压过程顺利完成。(1)(1)冲压件的功能要求 冲压件的功能要求 对于分离工序，要求板料具有一定的塑性。对 对于分离工序，要求板料具有一定的塑性。对于成形工序，要求板料应具有良好的抗破裂性、贴 于成形工序，要求板料应具有良好的抗破裂性、贴模性和定形性 模性和定形性(2)(2)冲压工艺的要求 冲压工艺的要求 良好的塑性要求 良好的塑性要求 良好的表面状态 良好的表面状态 材料的厚度应符合国家标准 材料的厚度应符合

11、国家标准 材料化学成分的要求 材料化学成分的要求1冲压工艺基础 对冲压所用材料的要求有：（a）良好的塑性要求 冲压性能是指板料对各种冲压加工方法的适应能力。冲压加工方法是以金属为塑性的加工方法，因此，要求材料具有良好的塑性。对变形工序，塑性好，要求材料允许的变形程度大，则可以减少冲压工序次数及中间退火次数。对于分离工序，也要求一定的塑性，同时要求材料的屈服极限稍高一些，以利于冲裁后获得较高的断面质量。材料塑性的高低，常用延伸率()、屈服强度常用s来表示。强度极限常用b来表示。（b）良好的表面质量 表面质量好的材料，冲压时工件不易破裂，废品减少；模具不易擦伤寿命提高，而且制件的表面质量好。所以一

12、般要求冲压材料表面光洁、平整，无氧化皮、裂纹、锈斑、划痕等缺陷。（c）符合国标规定的厚度公差 模具间隙是按材料厚度来确定的，所以材料厚度公差应符合国家规定的标准。否则厚度公差太大，将影响工件质量，并可能导致损坏模具和设备。(d)材料化学成分的要求根据零件的使用要求进行选择1.5.2 冲压变形的理论基础一、金属塑性变形的概念冲压件的成形过程是板料发生塑性变形的过程。塑性变形：变形力去除后，不能恢复原状的变形金属的塑性变形：当金属体受力较大，迫使原子偏离原来的稳定平衡位置，而达到邻近的稳定平衡位置，变形力去除后，原子就不再回到其原来位置，而是停留在邻近的稳定平衡位置上，因而变形就成为不可恢复的永久

13、变形。二、影响塑性及变形抗力的主要因素（11）塑性：塑性：固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。影响金属塑性的因素包括两个方面：金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等；变形时的外部条件，如变形温度、变形速度以及变形方式等1.影响塑性及变形抗力的主要因素 反映了金属在外力作用下抵抗塑性变形的能力。（22）变形抗力：）变形抗力：影响变形抗力的因素：金属的内部性质 变形条件(即变形温度、变形速度和变形程度)塑性和变形抗力是两个不同的概念。通常说某种材料的塑性好坏是指受力以后临近破坏时的变形程度的大小，而不是指变形抗力的大小。变形抗力是从力的角度反映塑性变形的难易程度。塑性和变形抗

14、力的区别：2.对金属塑性变形的影响因素a）化学成分的影响b）组织状态的影响成分和组织变形温度（随着温度的升高，塑性增加，变形抗力降低）a）随着温度的升高，发生了回复与再结晶b）温度升高，临界剪应力降低，滑移系增加c）新的塑性变形方式热塑性的产生。d）温度升高导致晶界的切变抗力显著降低，晶界易于滑动主要原因 变形速度（单位时间内的变化量）a）高速时，位错更快的运动，金属晶体的临界剪应力升高，塑性降低b）变形速度低，变形体吸收的变形能可转化为热能，使变形体温度升高，使金属软化。应力应变状态3、点的应力状态(1)应力状态图 在变形物体中取出一个微小正六面体，用该单元体上相互垂直的三个面上的九个应力分

15、量来表示其所受的应力，这种图称为应力状态图。(2)(2)主应力图 主应力图单元体上只有正应力而无切应力，则此应力状态图称为主应 单元体上只有正应力而无切应力，则此应力状态图称为主应力图。力图。主应力图（九种）2 2种单向的，种单向的，3 3种双向的，种双向的，4 4种三向的 种三向的(3)球应力状态 若三个主应力的大小都相等（），即称为球应力状态。(4)静水压力 三向等压应力称为静水压力。在静水压力作用下的金属塑性将提高，静水压力越大，塑性提高越多，这种现象称为静水压效应。(5)平均应力 单元体上3个正应力的平均值。即(5)等效应力（应力强度）4.点的应变状态 点的应变状态也是通过单元体的变形

16、来表示的。点的应变状态也是一个张量。当采用主轴坐标系时，单元体就只有3个主应变分量 和，而没有剪应变分量。用主轴坐标系表示的应变状态简图称为主应变图。拉深变形 主要表现为压缩类成形特点。如圆筒形工件拉深时的变形区或非轴对称制件拉深时的变形区内局部应力简图：胀形变形 属伸长类成形。如平板毛坯或中空毛坯胀形时的变形区、翻边成形时的变形区应力简图：应力简图：缩口变形 属压缩类成形。如空心毛坯缩口时的变形区应力简图：应力简图：剪切变形 接近与压缩类成形。如非轴对称制件成形时变形区内某局部应力简图：应力简图：弯曲变形 应力与变形在厚度方向上分布不均。如各种弯曲工序和各种成形工序中毛坯与模具曲面或圆角接触

17、的部位。应力简图：应力简图：三、应力应变曲线（硬化曲线）加工硬化 金属在变形过程中随着变形程度的增加，变形抗力增加，硬度提高，塑性降低的现象称为加工硬化。1、应力应变曲线（硬化曲线）用载荷与试棒初始截面的比值来表示塑性变形弹性变形回复低碳铡拉伸应力应变曲线真实应力 材料开始塑性变形时的应力称为屈服应力。一般金属材料在塑性变形过程中产生硬化，屈服应力不断变化，这种变化着的实际屈服应力就是真实应力（亦称变形抗力）。2、真实应力应变曲线（加工硬化曲线）用应变和真实应力制成的真实应力应变曲线又称为加工硬化曲线，表示材料变形抗力与变形程序的关系曲线。2、真实应力应变曲线（加工硬化曲线）在冲压生产中硬化曲

18、线常用指数曲线表示，其数学表达式为：与材料性能有关的系数硬化指数2、真实应力应变曲线（加工硬化曲线）n越大，表示变形过程中，材料变形抗力随变形程度的增加而迅速增长，同时不易出现 局部的集中变形和破坏，有利于增大伸长类零件成形时的变形极限。不同C和n值的硬化曲线：四、金属塑性变形的基本规律 1、金属屈服条件 材料受单向拉伸时，单向拉伸应力达到材料的屈服极限该质点即屈服；多向应力状态时，当各应力分量之间符合一定的关系时，质点进入塑性状态，这种关系称为屈服条件或屈服准则，也称为塑性条件或塑性方程。工程中常用的屈服条件为：最大主应力、最小主最大主应力、最小主 应应力和屈服应力力和屈服应力应力状态系数，

19、其值在应力状态系数，其值在11.15511.155之间。之间。屈雷斯加（H.T r esca）屈服准则:米塞斯（Miss）屈服准则:2、应力应变关系(1)增量理论 认为应力状态确定的不是塑性应变分量的全量而是它的瞬时增量。(2)全量理论 认为在简单加载条件下，塑性变形的每一瞬间，主应变差与主应力差成比例。为非负比例系数，是一个与材料性质和变形程度有关的函数，而与变形体所处的应力状态无关。通过对塑性变形时应力应变关系的分析，可得出以下结论：应力分量与应变分量符号不一定一致某方向应力为零其应变不一定为零在任何一种应力状态下，应力分量的大小次序与应变分量的大小次序是相对应的，即，则有若有两个应力分量

20、相等，则对应的应变分量也相等，即，则有3、反载软化现象 反向加载时，由拉伸改为压缩，材料的屈服应力较拉伸时的屈服应力有所降低。反载软化曲线4、最小阻力定律 当金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小 当金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小的方向移动。的方向移动。在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的 在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方向发展。方向发展。方板拉深试验最小阻力定律试验 冲压成形正确控制金属流动的方法：冲压成形正确控制金属流动的方法：在需要金属流动的地方减少阻力，使其顺利流动，达到成形目的。55、体积不变定律、体积不变定律 金属塑性变形时，发

21、生形状变化，而体积变化金属塑性变形时，发生形状变化，而体积变化很小，一般可忽略不计。很小，一般可忽略不计。限流开流 在成形过程中，变形区和传力区或者说弱区和强区在一定条件下可以互相转化，改变某些条件就可以实现对变形趋向性的控制，其措施如下：改变毛坯各部分的相对尺寸 改变模具工作部分的几何形状和尺寸。如下图，增大凸模的圆角半径R凸，减小凹模的圆角半径R凹，翻边阻力减小，拉深阻力增大，改变毛坯和模具之间的摩擦阻力。（增大压边力FQ）改变毛坯局部区域的温度。局部加热，使变形区得到软化，利于变形的进行。局部冷却，增大变形区的承受能力，防止拉裂。1.5.3 板料的冲压成形性能和评定方法1、板料的冲压成形

22、性能的定义：、板料的冲压成形性能的定义：是指其对各种冲压成形方法的适应能力。是一个综合 是指其对各种冲压成形方法的适应能力。是一个综合性概念，包括抗破裂性、贴模性、定形性 性概念，包括抗破裂性、贴模性、定形性(冻结性 冻结性)。板料便于冲压加工，单个冲压工序的极限变形程度 板料便于冲压加工，单个冲压工序的极限变形程度和总极限变形程度大，容易得到高质量的冲压件，就是 和总极限变形程度大，容易得到高质量的冲压件，就是成形性能好。成形性能好。2、评定方法1.5.4常用冲压材料常用冲压材料金属材料非金属材料黑色金属有色金属胶木板橡 胶塑料板1 1、常用金属材料的规格、常用金属材料的规格 常用金属冲压材

23、料以板料和带板为主，棒料一般仅 常用金属冲压材料以板料和带板为主，棒料一般仅适用于挤压、切断、成形等工序。钢板的生产工艺有 适用于挤压、切断、成形等工序。钢板的生产工艺有冷轧、热轧、连轧及往复轧等。冷轧、热轧、连轧及往复轧等。冷轧钢板：冷轧钢板：尺寸精确、表面光亮、内部组织细密。尺寸精确、表面光亮、内部组织细密。连轧钢板：连轧钢板：具有较大的纵横方向纤维差异，有明显的各向异 具有较大的纵横方向纤维差异，有明显的各向异性。性。往复轧制钢板：往复轧制钢板：纵横异向差别较小，冲压性能好。纵横异向差别较小，冲压性能好。板料（带料）的尺寸及公差一般都遵循相应的国 板料（带料）的尺寸及公差一般都遵循相应的

24、国标或行业标准。标或行业标准。22、金属材料轧制精度、表面质量的规定、金属材料轧制精度、表面质量的规定 国标 国标GB/T708-1988 GB/T708-1988对 对4mm 4mm以下的黑色金属板料冷轧精 以下的黑色金属板料冷轧精度、表面质量及拉深性能的规定：度、表面质量及拉深性能的规定：板料按表面质量可分为：板料按表面质量可分为：I I（高质量表面）（高质量表面）（较高质量表面）（较高质量表面）（一般质量表面）（一般质量表面）22、金属材料轧制精度、表面质量的规定、金属材料轧制精度、表面质量的规定 对钢板的拉深深度进行的规定分为：对钢板的拉深深度进行的规定分为：ZZ（最深拉深）（最深拉深

25、）SS（深拉深）（深拉深）PP（普通拉深）（普通拉深）根据相应的国家标准，标注钢板的牌号的方法根据相应的国家标准，标注钢板的牌号的方法为：为：即为即为2020号钢，料厚号钢，料厚1.0mm1.0mm料宽料宽1000mm1000mm料长料长1500mm1500mm的钢板，轧制精度的钢板，轧制精度AA级，表面精度级，表面精度级，级，拉深精度为拉深精度为SS级。级。1冲压工艺基础表1-8 冲压常用材料的力学性能（一）1.5.4.1 金属材料 1冲压工艺基础 表1-8 冲压常用材料的力学性能（二）1冲压工艺基础 表1-8 冲压常用材料的力学性能（三）1冲压工艺基础表1-9 有色金属的力学性能（一）1冲压工艺基础表1-9 有色金属的力学性能（二）1冲压工艺基础1.5.4.2 非金属材料 表1-10 非金属材料的力学性能（一）1冲压工艺基础表1-10 非金属材料的力学性能（二）