1.4 沖壓件材料

沖壓材料是沖壓加工三要素之一，材料選擇合理與否，直接影響到沖壓產品的性能、質量、成本，還會影響到沖壓工藝過程及后續加工，因此合理選材十分重要。

沖壓所用材料，需要滿足兩方面要求，即產品的性能要求和沖壓工藝及沖壓后的加工要求，如切削加工、電鍍、焊接等。對沖壓材料的基本要求如下。

（1）滿足使用性能要求。沖壓件應具有一定的強度、剛度、沖擊韌性等力學性能要求。此外，有的沖壓件還有一些物理、化學等方面的特殊要求，如電磁性、耐蝕性、傳熱性和耐熱性等。

（2）滿足沖壓工藝要求。沖壓加工屬于塑性變形，要求材料具有良好的塑性，較低的變形抗力等。

1.4.1 沖壓材料的工藝要求

沖壓材料的工藝要求主要體現在材料的沖壓成形性能、化學成分及組織、厚度及公差、表面質量等方面。

1.沖壓成形性能

材料對沖壓成形工藝的適應能力稱為板料的沖壓成形性能。材料的沖壓成形性能好，是指其便于沖壓加工，能用較少的工序、較簡單的模具、較長的模具壽命得到高質量的沖壓件。影響沖壓成形性能的因素很多。主要體現為抗破裂性、貼模性和定形性等方面。

（1）抗破裂性，是指金屬板料在沖壓成形過程中抵抗破裂的能力，反映的是各種沖壓成形工藝可達到的最大變形程度，即成形極限。

各種成形工藝都有其成形極限指標。GB15825.1—2008 規定了薄板沖壓的脹形性能、拉深性能、擴孔（內孔翻邊）性能、彎曲性能和復合成形性能指標。

（2）貼模性，是指板料在沖壓過程中取得與模具形狀保持一致的能力。成形過程中發生的起皺、塌陷等缺陷，均會降低零件的貼模性。影響貼膜性的因素很多，如板料屈服極限、厚向異性指數、工件形狀、模具結構等。

（3）定形性，是指零件脫模后保持其在模內既得形狀的能力。影響定形性的主要因素是回彈，它主要受材料的屈服極限、硬化指數、彈性模量、工件形狀、模具結構等的影響。

板料的貼模性和定形性是決定零件形狀和尺寸精度的重要因素。但由于材料抗破裂性差，會導致零件破裂，因此，生產中主要用抗破裂性作為評定板料沖壓成形性能的指標。

2.對力學性能的要求

板料力學性能指標與板料沖壓性能有密切關系。一般來說，板料的強度指標越高，產生相同變形量所需的力就越大；塑性指標越高，成形時所能承受的極限變形量就越大；剛性指標越高，成形時抗失穩起皺的能力就越大。對沖壓成形性能影響較大的力學性能指標有以下幾項。

（1）屈服極限σs。σs小，材料容易屈服，則變形抗力小，易于變形而不易出現受壓起皺現象，且彎曲變形時回彈小，即貼模性與定形性均好。

（2）屈強比σs/σb。它是屈服極限σs與強度極限σb的比值，其值小，即σs小而σb大，則材料容易產生塑性變形而不易產生拉裂。如對拉深變形，σs/σb小時，凸緣區的材料易于變形，而傳力區的材料又因較高強度而不易被拉裂，有助于提高拉深變形程度。

（3）伸長率δ 和均勻伸長率δu。這是塑性變形能力的主要指標。δ 是拉伸實驗中試樣拉斷時的伸長率。δu是開始產生縮頸時的伸長率，表示板料產生均勻的或穩定的塑性變形的能力。翻孔變形程度與δu成正比。

（4）彈性模量E。它是材料的剛度指標。其值大，抗壓失穩能力強，卸載后彈性恢復小，材料的定形性好，有利于提高零件尺寸精度。

（5）硬化指數n。它表示在塑性變形中材料的硬化程度。n值大，說明在變形中材料加工硬化嚴重。板料拉伸時，先是產生均勻變形，然后出現局部變形，形成縮頸，最后被拉斷。拉伸過程中，一方面材料因斷面尺寸減小使變形抗力減小，另一方面因加工硬化使變形抗力提高。變形總是遵循阻力最小定律，既弱區先變形，變形區不斷轉移，在宏觀上就表現為均勻變形。開始時硬化作用是主要的，變形到一定時刻，斷面減小的影響相對變大，于是局部變形開始，發展為縮頸、斷裂。因此，對伸長類變形如脹形，n值大時變形均勻，不易變薄，零件不易產生裂紋。

（6）塑性應變比r。板料單向拉伸時，寬向真實應變εb與厚向真實應變εt之比r =εb/εt。它反映板料抵抗變薄或變厚的能力。r 值越大，表示板料越不易在厚度方向上產生變形，即不易出現變薄或增厚，有助于提高拉深變形程度。

（7）各向異性系數?r。板料在不同方位上塑性應變比不同，造成板平面內各向異性。各向異性系數可用沿0°、45°和90°方向的塑性應變比的平均差來表示，即

?r越大，表示板平面內各向異性越嚴重。拉深時在零件端部出現不平整的凸耳現象，就是材料的各向異性造成的，它既浪費材料又會增加一道修邊工序。

3.對化學成分的要求

板料的化學成分對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，會使材料的塑性降低、脆性增加。鋁鎮靜鋼08Al按其拉深質量分為3級：ZF（最復雜）用于拉深最復雜零件，HF（很復雜）用于拉深很復雜零件，F（復雜）用于拉深復雜零件。其他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）3級。

4.對金相組織的要求

沖壓用板料供應狀態分為退火狀態（或軟態）（M）、淬火狀態（C）或硬態（Y）。使用時可根據產品對強度要求及對材料成形性能的要求進行選擇。有些鋼板對其晶粒大小也有一定的規定，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至8級，過大的晶粒在拉深時產生粗糙的表面。此外，在鋼板中的帶狀組織與游離碳化物和非金屬夾雜物，也會降低材料的沖壓成形性能。

5.對表面質量的要求

材料表面應光滑，無氧化皮、裂紋、劃傷等缺陷。表面質量高的材料，成形時不易破裂不易擦傷模具，零件表面質量好。優質鋼板表面質量分三組：Ⅰ組（高質量表面），Ⅱ組（較高質量表面）、Ⅲ組（一般質量表面）。

6.對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，板料厚度公差對零件的精度與模具壽命會有很大影響。厚度公差分：A（高級）、B（較高級）和C（普通級）三種。

1.4.2 常用沖壓材料

沖壓最常用的材料是金屬板料，有時也用非金屬板料、金屬板料分黑色金屬和有色金屬兩種。表1.5列出了部分常用金屬板料的力學性能。

黑色金屬板料按性質可分為以下幾種。

（1）普通碳素結構鋼，如Q195、Q235等（表示屈服強度為195 MPa、235 MPa）。

（2）優質碳素結構鋼，如08、08F、10#鋼、20#鋼、15Mn、20Mn等，沖壓性能和焊接性能均較好。

（3）低合金高強度鋼，如Q345等。

（4）電工硅鋼，如熱軋電工硅鋼板DR510、DR490等。

（5）不銹鋼，如1Crl8N19Ti，1Cr13等，用以制造有防腐蝕防銹要求的零件。

常用的有色金屬有銅及銅合金如黃銅等，牌號有T1、T2、H62、H68等，其塑性、導電性與導熱性均很好。還有鋁及鋁合金，常用的牌號有L2、L3、LF21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。

沖壓用材料的形狀，最常用的是板料，常見規格如710 mm × 1 420 mm和1 000 mm × 2 000 mm等，板料有冷軋和熱軋兩種軋制狀態。對大量生產可采用專門規格的帶料（卷料），有各種規格的寬度，展開長度可達幾十米，以成卷狀供應，適應于大批量生產的自動送料。材料厚度很小時都是做成帶料供應。特殊情況可采用塊料，它適用于單件小批生產和價值昂貴的有色金屬的沖壓。關于材料的牌號、規格、性能，可查閱國家標準和有關設計資料。

鋼板、鋼帶按厚度分為特厚板、厚板、中板、薄板和極薄板五大類。我國國標規定厚度大于60 mm的稱為特厚板，厚度在20～60 mm的稱為厚板，厚度在4.5～20 mm的稱為中板，厚度在0.2～4 mm的稱為薄板，厚度小于0.2 mm的稱為極薄帶或箔材。習慣上，把特厚板、厚板、中板統稱為中厚板。

在沖壓工藝資料和圖樣上，對材料的表示方法有特殊的規定。如材料為 08#鋼、厚度為1.0 mm、平面尺寸為1 000 mm × 1 500 mm、較高級精度、較高級的精整表面、深拉深級的優質碳素結構鋼冷軋鋼板表示為