1.4 冲压件材料

冲压材料是冲压加工三要素之一，材料选择合理与否，直接影响到冲压产品的性能、质量、成本，还会影响到冲压工艺过程及后续加工，因此合理选材十分重要。

冲压所用材料，需要满足两方面要求，即产品的性能要求和冲压工艺及冲压后的加工要求，如切削加工、电镀、焊接等。对冲压材料的基本要求如下。

（1）满足使用性能要求。冲压件应具有一定的强度、刚度、冲击韧性等力学性能要求。此外，有的冲压件还有一些物理、化学等方面的特殊要求，如电磁性、耐蚀性、传热性和耐热性等。

（2）满足冲压工艺要求。冲压加工属于塑性变形，要求材料具有良好的塑性，较低的变形抗力等。

1.4.1 冲压材料的工艺要求

冲压材料的工艺要求主要体现在材料的冲压成形性能、化学成分及组织、厚度及公差、表面质量等方面。

1.冲压成形性能

材料对冲压成形工艺的适应能力称为板料的冲压成形性能。材料的冲压成形性能好，是指其便于冲压加工，能用较少的工序、较简单的模具、较长的模具寿命得到高质量的冲压件。影响冲压成形性能的因素很多。主要体现为抗破裂性、贴模性和定形性等方面。

（1）抗破裂性，是指金属板料在冲压成形过程中抵抗破裂的能力，反映的是各种冲压成形工艺可达到的最大变形程度，即成形极限。

各种成形工艺都有其成形极限指标。GB15825.1—2008 规定了薄板冲压的胀形性能、拉深性能、扩孔（内孔翻边）性能、弯曲性能和复合成形性能指标。

（2）贴模性，是指板料在冲压过程中取得与模具形状保持一致的能力。成形过程中发生的起皱、塌陷等缺陷，均会降低零件的贴模性。影响贴膜性的因素很多，如板料屈服极限、厚向异性指数、工件形状、模具结构等。

（3）定形性，是指零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。影响定形性的主要因素是回弹，它主要受材料的屈服极限、硬化指数、弹性模量、工件形状、模具结构等的影响。

板料的贴模性和定形性是决定零件形状和尺寸精度的重要因素。但由于材料抗破裂性差，会导致零件破裂，因此，生产中主要用抗破裂性作为评定板料冲压成形性能的指标。

2.对力学性能的要求

板料力学性能指标与板料冲压性能有密切关系。一般来说，板料的强度指标越高，产生相同变形量所需的力就越大；塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大；刚性指标越高，成形时抗失稳起皱的能力就越大。对冲压成形性能影响较大的力学性能指标有以下几项。

（1）屈服极限σs。σs小，材料容易屈服，则变形抗力小，易于变形而不易出现受压起皱现象，且弯曲变形时回弹小，即贴模性与定形性均好。

（2）屈强比σs/σb。它是屈服极限σs与强度极限σb的比值，其值小，即σs小而σb大，则材料容易产生塑性变形而不易产生拉裂。如对拉深变形，σs/σb小时，凸缘区的材料易于变形，而传力区的材料又因较高强度而不易被拉裂，有助于提高拉深变形程度。

（3）伸长率δ 和均匀伸长率δu。这是塑性变形能力的主要指标。δ 是拉伸实验中试样拉断时的伸长率。δu是开始产生缩颈时的伸长率，表示板料产生均匀的或稳定的塑性变形的能力。翻孔变形程度与δu成正比。

（4）弹性模量E。它是材料的刚度指标。其值大，抗压失稳能力强，卸载后弹性恢复小，材料的定形性好，有利于提高零件尺寸精度。

（5）硬化指数n。它表示在塑性变形中材料的硬化程度。n值大，说明在变形中材料加工硬化严重。板料拉伸时，先是产生均匀变形，然后出现局部变形，形成缩颈，最后被拉断。拉伸过程中，一方面材料因断面尺寸减小使变形抗力减小，另一方面因加工硬化使变形抗力提高。变形总是遵循阻力最小定律，既弱区先变形，变形区不断转移，在宏观上就表现为均匀变形。开始时硬化作用是主要的，变形到一定时刻，断面减小的影响相对变大，于是局部变形开始，发展为缩颈、断裂。因此，对伸长类变形如胀形，n值大时变形均匀，不易变薄，零件不易产生裂纹。

（6）塑性应变比r。板料单向拉伸时，宽向真实应变εb与厚向真实应变εt之比r =εb/εt。它反映板料抵抗变薄或变厚的能力。r 值越大，表示板料越不易在厚度方向上产生变形，即不易出现变薄或增厚，有助于提高拉深变形程度。

（7）各向异性系数∆r。板料在不同方位上塑性应变比不同，造成板平面内各向异性。各向异性系数可用沿0°、45°和90°方向的塑性应变比的平均差来表示，即

∆r越大，表示板平面内各向异性越严重。拉深时在零件端部出现不平整的凸耳现象，就是材料的各向异性造成的，它既浪费材料又会增加一道修边工序。

3.对化学成分的要求

板料的化学成分对冲压成形性能影响很大，如在钢中的碳、硅、锰、磷、硫等元素的含量增加，会使材料的塑性降低、脆性增加。铝镇静钢08Al按其拉深质量分为3级：ZF（最复杂）用于拉深最复杂零件，HF（很复杂）用于拉深很复杂零件，F（复杂）用于拉深复杂零件。其他深拉深薄钢板按冲压性能分：Z（最深拉深）、S（深拉深）、P（普通拉深）3级。

4.对金相组织的要求

冲压用板料供应状态分为退火状态（或软态）（M）、淬火状态（C）或硬态（Y）。使用时可根据产品对强度要求及对材料成形性能的要求进行选择。有些钢板对其晶粒大小也有一定的规定，晶粒大小合适、均匀的金相组织拉深性能好；晶粒大小不均易引起裂纹。深拉深用冷轧薄钢板的晶粒为6至8级，过大的晶粒在拉深时产生粗糙的表面。此外，在钢板中的带状组织与游离碳化物和非金属夹杂物，也会降低材料的冲压成形性能。

5.对表面质量的要求

材料表面应光滑，无氧化皮、裂纹、划伤等缺陷。表面质量高的材料，成形时不易破裂不易擦伤模具，零件表面质量好。优质钢板表面质量分三组：Ⅰ组（高质量表面），Ⅱ组（较高质量表面）、Ⅲ组（一般质量表面）。

6.对材料厚度公差的要求

在一些成形工序中，凸、凹模之间的间隙是根据材料厚度来确定的，尤其在校正弯曲和整形工序中，板料厚度公差对零件的精度与模具寿命会有很大影响。厚度公差分：A（高级）、B（较高级）和C（普通级）三种。

1.4.2 常用冲压材料

冲压最常用的材料是金属板料，有时也用非金属板料、金属板料分黑色金属和有色金属两种。表1.5列出了部分常用金属板料的力学性能。

黑色金属板料按性质可分为以下几种。

（1）普通碳素结构钢，如Q195、Q235等（表示屈服强度为195 MPa、235 MPa）。

（2）优质碳素结构钢，如08、08F、10#钢、20#钢、15Mn、20Mn等，冲压性能和焊接性能均较好。

（3）低合金高强度钢，如Q345等。

（4）电工硅钢，如热轧电工硅钢板DR510、DR490等。

（5）不锈钢，如1Crl8N19Ti，1Cr13等，用以制造有防腐蚀防锈要求的零件。

常用的有色金属有铜及铜合金如黄铜等，牌号有T1、T2、H62、H68等，其塑性、导电性与导热性均很好。还有铝及铝合金，常用的牌号有L2、L3、LF21等，有较好塑性，变形抗力小且轻。

非金属材料有胶木板、橡胶、塑料板等。

冲压用材料的形状，最常用的是板料，常见规格如710 mm × 1 420 mm和1 000 mm × 2 000 mm等，板料有冷轧和热轧两种轧制状态。对大量生产可采用专门规格的带料（卷料），有各种规格的宽度，展开长度可达几十米，以成卷状供应，适应于大批量生产的自动送料。材料厚度很小时都是做成带料供应。特殊情况可采用块料，它适用于单件小批生产和价值昂贵的有色金属的冲压。关于材料的牌号、规格、性能，可查阅国家标准和有关设计资料。

钢板、钢带按厚度分为特厚板、厚板、中板、薄板和极薄板五大类。我国国标规定厚度大于60 mm的称为特厚板，厚度在20～60 mm的称为厚板，厚度在4.5～20 mm的称为中板，厚度在0.2～4 mm的称为薄板，厚度小于0.2 mm的称为极薄带或箔材。习惯上，把特厚板、厚板、中板统称为中厚板。

在冲压工艺资料和图样上，对材料的表示方法有特殊的规定。如材料为 08#钢、厚度为1.0 mm、平面尺寸为1 000 mm × 1 500 mm、较高级精度、较高级的精整表面、深拉深级的优质碳素结构钢冷轧钢板表示为