【正文】 性指標(biāo)，用 γ表示： 板平面各向異性指數(shù) Δγ 板料在不同方位上厚向異性系數(shù)不同，造成扳平面內(nèi)各向異性。用 Δγ表示： Δγ越大，表示板平面內(nèi)各向異性越嚴(yán)重，拉深時(shí)在零件端部出現(xiàn)不平整的凸耳現(xiàn)象，就是材料的各向異性造成的，它既浪費(fèi)材料又要增加一道修邊工序。 冷沖壓工藝常用材料 沖壓對(duì)板料的基本要求 沖壓對(duì)板料的要求首先要滿足對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)要求，如強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能指標(biāo)要求，還有一些物理化學(xué)等方面的特殊要求，如電磁性、防腐性等；其次還必須滿足沖壓工藝的要求，即應(yīng)具有良好的沖壓成形性能。為滿足上述兩方面的要求，沖壓工藝對(duì)板料的基本要求如下： 對(duì)力學(xué)性能的要求 板料力學(xué)性能對(duì)沖壓成形性能有著密切的關(guān)系，力學(xué)性能的指標(biāo)很多，其中尤以伸長率（ δ）、屈強(qiáng)比（ ζs/ζb）、彈性模數(shù)（ E）、硬化指數(shù)（ n）和厚向異性系數(shù)（ γ）影響較大。一般來說，伸長率大、屈強(qiáng)比小、彈性模數(shù)大、硬化指數(shù)高和厚向異性系數(shù)大有利于各種沖壓成形工序。 對(duì)化學(xué)成分的要求 板材的化學(xué)成分對(duì)沖壓成形性能影響很大，如在鋼中的碳、硅、錳、磷、硫等元素的含量增加，就會(huì)使材料的塑性降低、脆性增加，導(dǎo)致材料沖壓成形性能變壞。一般低碳沸騰鋼容易產(chǎn)生時(shí)效現(xiàn)象，拉深成形時(shí)出現(xiàn)滑移線，這對(duì)汽車覆蓋件是不允許的。為了消除滑移線，可在拉深之前增加一道輥壓工序，或采用加入鋁和釩等脫氧的鎮(zhèn)靜鋼，拉深時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)時(shí)效現(xiàn)象。鋁鎮(zhèn)靜鋼 08Al按其拉深質(zhì)量分為三級(jí)：ZF（最復(fù)雜）用于拉深最復(fù)雜零件， HF（很復(fù)雜）用于拉深很復(fù)雜零件， F（復(fù)雜）用于拉深復(fù)雜零件。其它深拉深薄鋼板按沖壓性能分： Z（最深拉深）、 S（深拉深）、 P（普通拉深）三級(jí)。 對(duì)金相組織的要求 由于對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度要求與對(duì)材料成形性能的要求，材料可處于退火狀態(tài)（或軟態(tài)）（ M），也可處于淬火狀態(tài)（ C）或硬態(tài)（ Y）。使用時(shí)可根據(jù)產(chǎn)品對(duì)強(qiáng)度要求及對(duì)材料成形性能的要求進(jìn)行選擇。有些鋼板對(duì)其晶粒大小也有一定的規(guī)定，晶粒大小合適、均勻的金相組織拉深性能好，晶粒大小不均易引起裂紋，深拉深用冷軋薄鋼板的晶粒為 6～ 8級(jí)。過大的晶粒在拉深時(shí)產(chǎn)生粗糙的表面。此外，在鋼板中的帶狀組織與游離碳化物和非金屬夾雜物，也會(huì)降低材料的沖壓成形性能。 對(duì)表面質(zhì)量的要求 材料表面應(yīng)光滑，無氧化皮、裂紋、劃傷等缺陷。表面質(zhì)量高的材料，成形時(shí)不易破裂，不易操傷模具，零件表面質(zhì)量好。優(yōu)質(zhì)鋼板表面質(zhì)量分 3組： Ⅰ 組（高質(zhì)量表面）、 Ⅱ組（較高質(zhì)量表面）、 Ⅲ 組（一般質(zhì)量表面）。 對(duì)材料厚度公差的要求 在一些成形工序中，凸、凹模之間的間隙是根據(jù)材料厚度來確定的，尤其在校正彎曲和整形工序中，板料厚度公差對(duì)零件的精度與模具壽命會(huì)有很大的影響。厚度公差分： A（高級(jí)）、 B（較高級(jí)）、和 C（普通級(jí)）三種。 常用沖壓材料 沖壓最常用的材料是金屬板料，有時(shí)也用非金屬板料，金屬板料分黑色金屬和有色金屬兩種。 黑色金屬板料按性質(zhì)可分為： 普通碳素鋼鋼板如 Q19 Q235等。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板 這類鋼板的化學(xué)成分和力學(xué)性能都有保證。其中碳鋼以低碳鋼使用較多，常用牌號(hào)有： 008F、 20等，沖壓性能和焊接性能均較好，用以制造受力不大的沖壓件。 低合金結(jié)構(gòu)鋼板常用的如 Q345（ 16Mn）、 Q295（09Mn2），用以制造有強(qiáng)度要求的重要沖壓件。 電工硅鋼板如 DT DT2。 不銹鋼板如 1Cr18NigTi， 1Cr13等，用以制造有防腐蝕防銹要求的零件。 有色金屬常用的有銅及銅合金，牌號(hào)有 T T H6 H68等，其塑性、導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性均很好。還有鋁及鋁合金，常用的牌號(hào)有 1060、 1050A、 3A2 2A12等，有較好塑性，變形抗力小且輕。 非金屬材料有膠木板、橡膠、塑料板等。 沖壓用材料最常用的是板料，常見規(guī)格如 710mm * 1420mm和 1000mm * 2023mm等。大量生產(chǎn)可采用專門規(guī)格的帶料（卷料）。特殊情況可采用塊料，它適用于單件小批生產(chǎn)和價(jià)值昂貴的有色金屬的沖壓。 板料按厚度公差可分為 A、 B、 C三種；按表面質(zhì)量可分為 Ⅰ 組、 Ⅱ 組、 Ⅲ 組三種。 用于拉深復(fù)雜零件的鋁鎮(zhèn)靜鋼板，其拉深性能可分為 ZF、 HF、 F三種。一般深拉深低碳薄鋼板可分為 Z、 S、 P三種。板料供應(yīng)狀態(tài)可分為：退火狀態(tài) M、淬火狀態(tài) C、硬態(tài) Y、半硬（ 1／ 2硬） Y2等。板料有冷軋和熱軋兩種軋制狀態(tài)。 練習(xí)思考題 什么是金屬的塑性變形？其變形的實(shí)質(zhì)是什么？ 什么是塑性變形體的殘余應(yīng)力？其對(duì)制品質(zhì)量的影響如何？ 什么是金屬材料性能的各向異性？其對(duì)制品質(zhì)量的影響如何？ 什么是金屬材料的加工硬化？其對(duì)制品加工的影響如何？ 什么是金屬的塑性？談一談靜水壓力對(duì)常溫下塑性的影響？ 優(yōu)質(zhì)沖壓板材的成份和組織應(yīng)有什么基本要求？為什么？ 什么是金屬的彈塑性共存規(guī)律？其對(duì)沖壓工藝和制品質(zhì)量有何重要影響？ 為什么采用真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線對(duì)沖壓工藝的力學(xué)分析、確定工藝參數(shù)和處理生產(chǎn)實(shí)際問題具有重要意義？ 用于沖壓的材料有什么基本要求？為什么？ 第三章 沖裁工藝 沖裁 是利用模具使板料分離的沖壓工序，其所使用的模具稱為沖裁模具。 沖裁工藝種類很多，是斷裂分離工序的總稱，其中又以沖孔和落料兩種工序應(yīng)用最多。 沖裁是沖壓工藝的最基本工序之一，在沖壓加工中應(yīng)用極廣。沖裁比火焰切割、鋸切、切削及磨削等加工方法具有效率高、質(zhì)量好、成本低、適合于成批大量生產(chǎn)等突出優(yōu)點(diǎn)。沖裁工藝可以直接沖出成品制件，也可以為彎曲、拉深等其它工序準(zhǔn)備毛坯，還可以在已成形的制件上進(jìn)行再加工。在一般企業(yè)的冷沖壓生產(chǎn)中，沖裁所占的比例很大，往往超過 60%。 板料沖裁工藝過程 板料沖裁過程分析 沖裁過程中，凸模 1與凹模 3具有與工件輪廓一樣的刃口，凸凹模之間存在一定的間隙。當(dāng)壓力機(jī)滑塊將凸模推下時(shí)，便將放在凸、凹模中間的板料 4沖裁成所需形狀和尺寸的制件 ,凸?；爻虝r(shí)由卸料板 2將卡在凸模上的條料卸下。 上述沖裁過程是在瞬間完成的。為了控制沖裁件的質(zhì)量，就需要研究沖裁的變形過程。如右圖所示，當(dāng)模具間隙正常時(shí)，這個(gè)變形過程大致分為三個(gè)階段。 彈性變形階段 如圖所示，當(dāng)凸模下壓并開始接觸板料時(shí)，材料進(jìn)入短暫的彈性變形階段。此時(shí)凸模下的材料略有拱彎，凹模上的材料則向上翹。間隙越大，穹彎和上翹越嚴(yán)重。凸、凹模刃口附近的板料產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使材料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲、拉伸等復(fù)雜的變形，并略有擠入凹模洞口的現(xiàn)象。隨著凸模繼續(xù)壓入，直到材料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到彈性極限。 塑性變形階段 如圖所示，當(dāng)凸模繼續(xù)壓入，板料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到屈服點(diǎn)，板料與凸模和凹模的接觸處產(chǎn)生塑性剪切變形。凸模切入板料，板料擠入凹模洞口。在板料剪切面的邊緣由于彎曲、拉伸等作用形成塌角（又稱為 圓角帶 ），同時(shí)由于剪切變形在切斷面上形成一小段光亮且與板面垂直的剪切面（又稱為光亮帶 ）。材料內(nèi)的纖維組織產(chǎn)生更大的彎曲和拉伸變形。隨著凸模的不斷壓入，材料的變形程度及變形抗力不斷上升，凸、凹模刃口 附近的應(yīng)力集中進(jìn)一步加劇，直到分離變形區(qū)的應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限。 斷裂分離階段 如圖所示為斷裂分離的全過程。其中當(dāng)凸模切入板料達(dá)到一定深度時(shí)，在凹模側(cè)壁靠近刃口處的材料首先產(chǎn)生微裂紋，意味著塑性變形的結(jié)束和斷裂分離的開始。微裂紋一旦出現(xiàn)即會(huì)迅速向材料內(nèi)部擴(kuò)展。 當(dāng)凹模側(cè)壁刃口附近產(chǎn)生微裂紋后，緊接著在凸模側(cè)壁刃口附近也產(chǎn)生了微裂紋。上、下裂紋分別向各自的方向擴(kuò)展。 當(dāng)上、下裂紋在擴(kuò)展的過程中相遇時(shí)，板料便斷裂分離開來，形成粗糙的斷裂面（又稱為 斷裂帶 ），并被繼續(xù)下壓的凸模推入凹模洞口內(nèi)。 至此，沖裁變形過程完全結(jié)束，凸?；厣狡瘘c(diǎn)，準(zhǔn)備下一個(gè)沖裁過程。 沖裁變形區(qū)受力分析 板料的受力狀態(tài) 在自由沖裁時(shí)，即沒有壓板和頂出器的情況下，板料沖裁變形區(qū)的受力狀態(tài)如左圖所示。由于凸、凹模之間存在間隙，使得板料在受到凸、凹模正壓力作用的同時(shí)還受到彎矩 M的作用。力矩 M使板料產(chǎn)生了彎曲變形，造成凹?？谕獾陌辶仙下N，凸模端面下的板料下凹。故沖裁時(shí)凸、凹模與板料僅在刃口附近的狹小區(qū)域內(nèi)保持接觸，接觸面寬度約為板料厚度的 20%40%。 因此凸、凹模作用于上、下板面的正壓力的分布是不均勻的，越靠近刃口壓力越大。 由于板料的彎曲變形，對(duì)凸、凹模刃口的側(cè)壁產(chǎn)生了擠壓作用，同時(shí)刃口側(cè)壁也對(duì)材料產(chǎn)生了反擠壓。反擠壓形成了彎矩 M’，其方向與彎矩 M相反，阻止了板料的進(jìn)一步彎曲變形。因此自由沖裁時(shí)沖壓制件雖有一定的不平整度，但程度有限，對(duì)要求不高的制件是可以接受的。 在剪切變形時(shí)，由于凸、凹模與材料接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了摩擦力。刃口側(cè)壁的摩擦力對(duì)板料斷裂分離過程的影響要比端面的摩擦力大得多，但其影響機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。另外，摩擦力對(duì)凸、凹模刃口造成的磨損是影響模具壽命的重要因素之一。 3． 1． 2． 2 剪切變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài) 自由沖裁時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)如左圖所示。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，沖裁時(shí)板料最大的塑性變形集中在以凸模與凹模刃口連線為中線的紡錘形區(qū)域內(nèi)，如圖中紅色區(qū)域所示。紡錘形內(nèi)以剪切變形為主。當(dāng)凸模與凹模的間隙較小時(shí)，紡錘形區(qū)域的寬度將減小，沖裁變形將更接近剪切。 由上述板料的受力狀態(tài)分析可知，由于彎曲的影響，材料的變形及受力情況是比較復(fù)雜的，且與變形的過程有關(guān)。圖中給出了與斷裂分離有關(guān)的一些特征點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)和變形區(qū)應(yīng)力的大致分布狀態(tài)。其中： A點(diǎn)：位于凸模端面靠近刃口處，受凸模壓力的作用，并處于彎曲內(nèi)側(cè)，故此處受三向壓應(yīng)力作用，且為強(qiáng)壓應(yīng)力區(qū)。 B點(diǎn)：位于凹模端面靠近刃口處，受凹模壓力的作用，并處于彎曲外側(cè)，故厚向應(yīng)力 ζz為壓應(yīng)力，徑向應(yīng)力 ζρ和切向應(yīng)力 ζθ均為拉應(yīng)力，但以壓應(yīng)力為主。 C點(diǎn)：位于凸模側(cè)壁靠近刃口處，受凸模的拉拽、側(cè)壁上摩擦力和側(cè)向擠壓力的作用，故厚向 ζz為拉應(yīng)力，徑向 ζρ為壓應(yīng)力，而切向 ζθ為板料彎曲引起的壓應(yīng)力和側(cè)向擠壓力引起的拉應(yīng)力的合成應(yīng)力，一般為壓應(yīng)力。 D點(diǎn)：位于凹模側(cè)壁靠近刃口處，受凸模下壓引起的拉應(yīng)力和側(cè)壁摩擦力的作用，厚向 ζz為拉應(yīng)力。凹模側(cè)向擠壓力引起了徑向壓應(yīng)力和切向拉應(yīng)力，另一方面板料的彎曲又引起徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力，因此徑向 ζρ和切向ζθ均為合成應(yīng)力，一般都是拉應(yīng)力， D點(diǎn)為強(qiáng)拉應(yīng)力區(qū)。 對(duì)于上述四個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力，可以只考慮絕對(duì)值最大的主應(yīng)力，這樣能夠使問題簡化。此時(shí) A、 B點(diǎn)均受壓應(yīng)力，而C、 D點(diǎn)均受拉應(yīng)力。再進(jìn)而將變形區(qū)劃分為四個(gè)應(yīng)力區(qū)，其分布構(gòu)成了“ 8”字型，如圖所示。從圖中可以看出，凸、凹模端面（ A、 B點(diǎn)）的靜水壓力高于側(cè)壁（ C、 D點(diǎn)）的，且凸模刃口附近的靜水壓力又比凹模刃口附近的高。這一結(jié)論與日本學(xué)者巖田一明用有限元法計(jì)算出的應(yīng)力分布基本相符。 裂紋的產(chǎn)生與發(fā)展 由上述變形區(qū)應(yīng)力特征點(diǎn)的分析可知，凹模側(cè)壁靠近刃口處的靜水壓力最低，材料呈現(xiàn)的塑性較差。當(dāng)凸模切入板料一定深度時(shí)，由于加工硬化和組織缺陷的增多，促使材料塑性進(jìn)一步降低。隨著材料內(nèi)部的應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限，裂紋首先在凹模側(cè)壁刃口處出現(xiàn)。 如左圖所示，當(dāng)凸模與凹模的間隙正常時(shí)，裂紋的發(fā)展可能有兩種方式：一是如 A曲線所示，凹模側(cè)壁產(chǎn)生的裂紋在向凸模刃口方向發(fā)展的過程中，因?yàn)檫M(jìn)入壓應(yīng)力區(qū)比較困難，此時(shí)在凸模刃口側(cè)壁也將產(chǎn)生裂紋，上、下裂紋對(duì)向發(fā)展，貫通后便使沖裁件斷裂分離開來。第二種如 B曲線所示，凹模刃口側(cè)壁產(chǎn)生的裂紋選擇靜水壓力較低的路徑發(fā)展，且直接到達(dá)凸模刃口側(cè)壁而貫通。比較而言，第一種情況比較多見。 由于裂紋起點(diǎn)不可能在刃尖處，而只能在稍離開刃尖的刃口側(cè)面，因此沖裁件沿沖裁輪廓的周邊總要不可避免地殘留下有害的 毛刺 。落料件的毛刺在凸模一側(cè)，而沖孔件的毛刺在凹模一側(cè)。毛刺的截面呈三角形，帶有尖鋒，并高出板平面，常成為沖裁件的主要質(zhì)量問題。 ? 沖裁件斷面特征 由前述可知，在正常的沖裁條件下，上、下裂紋發(fā)展到最后是重合的，這時(shí)可以得到如右圖所示的沖裁件斷面，其具有四個(gè)明顯的特征區(qū) 沖裁件斷面特征 由前述可知，在正常的沖裁條件下，上、下裂紋發(fā)展到最后是重合的，這時(shí)可以得到如左圖所示的沖裁件斷面，其具有四個(gè)明顯的特征區(qū)： 1）圓角帶，又稱塌角。 是在凸、凹模刃口剛切入板料時(shí)，刃口附近材料受彎曲、拉伸作用而形成的。材料的塑性越好，凸模與凹模的間隙越大，形成的圓角也越大。對(duì)于輪廓復(fù)雜