《金属材料成形工艺及控制》第12章 冲压工艺.ppt

12.5 板料冲压成形性能参数及试验方法 12.5.1 板料冲压性能指标 1.板料的冲压性能的概念 板料的冲压性能是指板料对各种冲压加工方法的适应能力，包括便于加工，容易得到高质量和高精度的冲压件，生产率高，模具消耗低，废品率低等。 不同的冲压工艺，其应力状态、变形特点以及变形区和传力区之间的关系等都不相同，所以对板材的冲压性能的要求也不一样。目前有很多种板材冲压性能的试验方法，概括起来分为直接试验和间接试验两大类。直接试验中板材的应力状态和变形情况与真实冲压时基本相同，所得的结果也比较准确；而间接试验时，板材的受力情况与变形特点都与实际冲压有一定的差别，其结果只能间接地反映板材的冲压性能。 间接试验方法有拉伸试验、剪切试验、硬度检查、金相检查等，其中拉伸试验具有简单易行而不需专用板材试验设备等优点，而且所得的结果能从不同角度反映板材的冲压性能，是一种很重要的试验方法，详见国标GB/T228—2002《金属材料 室温拉伸试验方法》。 直接试验方法也称模拟试验法，主要有成形极限试验、斯韦弗特拉深（冲杯）试验、扩孔试验、弯曲试验、福井锥杯试验、凸耳试验、爱立克森杯突试验、吉田拉皱试验等等。 2.板料的拉伸试验及板料基本性能指数 板料的拉伸试验是用图12.32所示形状的标准试样，在万能材料实验机上进行的。根据试验结果或利用自动记录装置，可得到图12.33所示的应力与延伸率之间的拉伸曲线。 图12.32 矩形板料拉伸试验用标准试样示意 图12.33 拉伸曲线 通常将拉伸试验所得到的板料性能指标叫做板材的基本性能指数，它们与冲压性能有很紧密的联系，现将其中较为重要的几项分述。 1) δu与δ δu叫做均匀延伸率，δu是在拉伸试验中开始产生局部集中变形（颈缩时）的延伸率。δ叫做总延伸率，或简称延伸率，它是在拉伸试验中试样破坏时的延伸率。一般情况下，冲压成形都在板材的均匀变形范围内进行，所以δu对冲压性能有较为直接的意义。 δu表示板材产生均匀的或称稳定的塑性变形的能力，它直接决定板材在伸长类变形中的冲压性能。可用δu间接地表示伸长类变形的极限变形程度，如翻边系数、胀形系数、扩孔系数、最小弯曲半径等。试验结果也表明，大多数材料的翻边变形程度都是与δu成正比例关系。另外，板材的爱立克森试验值也与δu成正比例关系，所以具有很大胀形成分的复杂曲面拉深件用的钢板，要求具有很高的δu值。 2)屈强比σs/σb 屈强比是材料的屈服极限与强度极限的比值。较小的屈强比几乎对所有的冲压成形都是有利的。屈强比小尤其对于压缩类成形工艺有利，因为在拉深时，如果板材的屈服点σs低，则变形区的切向压应力较小，材料起皱的趋势也小，对提高极限变形程度有利。 在伸长类的成形工艺中，如胀形、拉形、拉弯、曲面形状零件的成形等，当σs低时，成形所需的拉力和毛坯破坏时的拉断力之差较大，所以成形工艺的稳定性高，不容易出废品。弯曲件所用的板材的σs低时，卸载时回弹变形也小。 3)硬化指数n 硬化指数表示在塑性变形中材料硬化的强度，也称n值。n值大的材料，在同样的变形程度下，真实应力增加的要多。因此n值大时，在伸长类变形过程中可以使变形均匀化，具有扩展变形区、减少毛坯的局部变薄和增大极限变形参数等作用。尤其对于复杂形状的曲面零件的深拉深成形，当毛坯中间部分的胀形成分较大时，n值的上述作用对冲压性能的影响更为显著。具有不同n值材料的爱立克森试验结果也表明，n值与爱立克森试验值之间存在正比例关系。 硬化指数n的数值，可以根据拉伸试验结果所得的硬化曲线，经过一定的计算求得，具体可参阅GB/T5028—1999《金属薄板和薄带拉伸应变硬化指数(n值)试验方法》。 4)塑性应变比r 塑性应变比也叫做r值或板厚方向性系数，它是板料试样拉伸试验中宽度应变εw与厚度应变εt之比。 r值的大小，表明板材在受单向拉应力作用时，板平面方向和厚度方向上的变形难易程度的比较，也就是表明在相同的受力条件下，板厚度方向上的变形性能和板平面方向上的差别，所以也叫做板厚方向性系数。 r值尤其与拉深成形性能直接相关。板料的r值大，拉深成形时有利于凸缘的切向收缩变形，并有利于提高拉深件底部的承载能力。大型覆盖件成形，基本上是拉深与胀形相结合的复合成形，当拉深变形的成分占主导地位时，板材r值大，成形性能好。 冲压生产所用的板材都是经过轧制的，其纵向和横向的性能不同，在不同方向的r值也不一样， GB/T5027—1999用下式计算板厚方向性系数的平均值，称为加权平均塑性比（ ），常作为代表板材冲压性能的一项重要指标： 式中：r0—板材的纵向方向上的r值； r90—板材的横向方向上的r值； r 45—板材的45°方向上的r值。 板材平面内的机械性能在不同方向上的差异称为板平面