第一章 冲压工艺基础-2(材料)

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。1.4.2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。2、模具用材料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、聚氨酯橡胶等。冲模中凸、凹模等工作零件主要为模具钢。3、模具材料选用时还应考虑以下因素：(1)模具的工作条件(2)模具结构因素(3)模具的工作性质(4)模具的加工手段(5)热处理要求4、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Ⅰ形状简单、冲裁材料厚度t3毫米的凸模、凹模及凸凹模T8A、T10A淬火58～6260～64带台肩的、快换式的凸模、凹模和形状简单的镶块9Mn2V、Cr6WVⅡ形状复杂的凸模、凹模及凸凹模9CrSi、CrWMn淬火58～6260～64冲裁材料厚度t3毫米的凸模、凹模及凸凹模9Mn2V、Cr12、Cr12MoV形状复杂的镶块120Cr4W2MoV淬火60～6262～64Ⅲ要求耐磨的凸、凹模Cr12MoV、120Cr4W2MoV、GCr15、YG15———Ⅳ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Ⅰ一般弯曲的凸、凹模及镶块T8AT10A淬火56～60Ⅱ要求高度耐磨的凸、凹模及镶块CrWMn、Cr12、Cr12MoV淬火60～64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Ⅲ热弯曲的凸、凹模5CrNiMo、5CrNiTi5CrMnMo淬火52～56拉深模Ⅰ一般拉延的凸、凹模T8A、T10A淬火58～6260～64Ⅱ连续拉深的凸、凹模T10A、CrWMnⅢ要求耐磨的凹模Cr12、YG15、Cr12MoV、YG8淬火－62～64Ⅳ不锈钢拉深用凸、凹模W18Cr4V62～64－ⅤYG15、YG8－－－热拉深用凸、凹模5CrNiMo、5CrNiTi淬火52～5652～561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Q235Q255——模柄45、Q255——导柱20、T10A20钢渗碳淬硬60～62导套20、T10A20钢渗碳淬硬57～60凸、凹模固定Q235、Q255—43～48板托料板Q235——导尺Q255或45淬硬—挡料销45、T7A淬硬43～48（45钢）52～57（T7A）导正销、定位销T7、T8淬硬52～56垫板45、T8A淬硬43～48（45钢）54～58（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43～4860～62销钉45、T7淬硬43～48（45钢）52～54（T7）推杆、顶杆45淬硬43～48顶板45、Q255—拉深模压边圈T8A淬硬54～58定距侧刃、废料切刀T8A淬硬58～62侧刃挡板T8A淬硬54～58定位板45、T7淬硬43～48（45钢）52～54（T7）斜楔与滑块T8A、T10A淬硬60～62弹簧65Mn、60SiMnA淬硬40～45表1-6冲模常用一般零件的材料及热处理要求1冲压工艺基础预热加热一次二次时间/minmm－1空气炉盐浴炉钢号温度/℃时间/minmm－1温度/℃时间/minmm－1温度/℃空气炉盐浴炉淬火后硬度/HRCT8AT10A9Mn2VCrWMn9CrWMn9SiCrGCr15Cr12Cr12MoVCr6WVW18Cr4VW6Mo5Cr4V2400~500400~500400~500400~500400~500400~500400~500500~550550~600550~600500~600500~5502~32~32~32~32~32~32~32~32~32~3800~850800~850800~850800~850800~8500.5~0.60.5~0.60.5~0.60.4~0.50.4~0.5780~800790~810790~810820~840820~840850~870830~850960~9801080~1100980~10201000~1200960~9801180~12201180~12201.0~1.51.0~1.51.2~1.81.2~1.81.2~1.81.2~1.81.2~1.80.4~0.50.4~0.50.5~0.60.5~0.60.5~0.60.5~0.60.5~0.60.3~0.40.3~0.40.3~0.4到温15~20min到温15~20min62~6562~6562~6363~6662~6462~6461~6362~6440~5062~6440~5061~62≥60≥60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)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(2)冲压工艺的要求良好的塑性要求良好的表面状态材料的厚度应符合国家标准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(δ)、屈服强度常用σs来表示。强度极限常用σb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变形。二、影响塑性及变形抗力的主要因素（1）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。（2）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量来表示其所受的应力，这种图称为应力状态图。(2)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力图。主应力图（九种）2种单向的，3种双向的，4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。123(5)平均应力单元体上3个正应力的平均值。即12311()()33mxyz22211223311[()()()]2(5)等效应力（应力强度）14.点的应变状态点的应变状态也是通过单元体的变形来表示的。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。12，3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：