冲压模具英文译文

冲压成形特点与板材冲压成形性能

冲压是通过模具使板材产生塑性变形而获得成品零件的一种成形工艺方法。由于冲压通常在冷态下进行，因此也称冷冲压。只有当板材厚度超过8～100mm时，才采用热冲压。冲压加工的原材料_二般为板材或带材，故也称板材冲压。某些非金属板材(如胶木板、云母片、石棉、皮革等)亦可采用冲压成形工艺进行加工。

冲压广泛应用于金属制品各行业中，尤其在汽车、仪表、军工、家用电器等工业中占有极其重要的地位。

冲压成形需研究工艺、设备和模具三类基本问题。

板材冲压具有下列特点：

(1)材料利用率高。

(2)可加工薄壁、形状复杂的零件。

(3)冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性好。

(4)能获得质量轻而强度高、刚性好的零件。

(5)生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。

冲压模具制造成本高，因此适合于大批量生产。对于小批量、多品种生产常采用简易冲模，同时引进冲压加工中心等新型设备，以满足市场求新求变的需求。

板材冲压常用的金属材料有低碳钢、铜、铝、镁合金及高塑性的合金钢等。如前所述，材料形状有板材和带材。

冲压生产设备有剪床和冲床。剪床是用来将板材剪切成具有一定宽度的条料，以供后续冲压工序使用，冲床可用于剪切及成形。

1.1 冲压成形的特点

生产实践中所采用的冲压成形工艺方法有很多，具有多种形式和名称，但其塑性变形本质是相同的。冲压成形具有如下几个非常突出的特点。

(1)垂直于板面方向的单位面积上的压力，其数值不大便足以在板面方向上使板材产生塑性变形。由于垂直于板面方向上的单位面积上压力的数值远小于板面方向上的内应力，所以大多数的冲压变形都可以近似地当作平面应力状态来处理，使其变形力学的分析和工艺参数的计算等工作都得到很大的简化。

(2)由于冲压成形用的板材毛坯的相对厚度很小，在压应力作用下的抗失稳能力也很差，所以在没有抗失稳装置(如压边圈等)的条件下，很难在自由状态下顺利地完成冲压成形过程。因此，以拉应力作用为主的伸长类冲压成形过程多于以压应力作用为主的压缩类成形过程。

(3)冲压成形时，板材毛坯内应力的数值等于或小于材料的屈服应力。在这一点上，冲压成形与体积成形的差别很大。因此，在冲压成形时变形区应力状态中的静水压力成分对成形极限与变形抗力的影响，已失去其在体积成形时的重要程度，有些情况下，甚

至可以完全不予考虑，即使有必要考虑时，其处理方法也不相同。

(4)在冲压成形时，模具对板材毛坯作用力所形成的约束作用较轻，不像体积成形(如模锻等)是靠与制件形状完全相同的型腔对毛坯进行全面接触而实现的强制成形。在冲压成形中，大多数情况下，板材毛坯都有某种程度的自由度，常常是只有一个表面与模具接触，甚至有时存在板材两侧表面都不与模具接触的变形部分。在这种情况下，这部分毛坯的变形是靠模具对其相邻部分施加的外力实现其控制作用的。例如，球面和锥面零件成形时的悬空部分和管坯端部的卷边成形等都属这种情况。

由于冲压成形具有上述一些在变形与力学方面的特点，致使冲压技术也形成了一些与体积成形不同的特点。

(1)由于不需要在板材毛坯的表面施加很大的单位压力即可使其成形，所以在冲压技术中关于模具强度与刚度的研究并不十分重要，相反地却发展了许多简易模具技术。由于相同的原因，也促使靠气体或液体压力成形的工艺方法得以发展。

(2)因冲压成形时的平面应力状态或更为单纯的应变状态(与体积成形相比)，当前对冲压成形中毛坯的变形与力能参数方面的研究较为深人，有条件运用合理的科学方法进行冲压加工。借助于电子计算机与先进的测试手段，在对板材性能与冲压变形参数进行实时测量与分析的基础上，实现冲压过程智能化控制的研究工作也在开展。

(3)人们在对冲压成形过程有了较为深人的了解后，已经认识到冲压成形与原材料有十分密切的关系。所以，对板材冲压性能即成形性与形状稳定性的研究，目前已成为冲压技术的一个重要内容。对板材冲压性能的研究工作不仅是冲压技术发展的需要，而且也促进了钢铁工业生产技术的发展，为其提高板材的质量提供了一个可靠的基础与依据。

1.2 冲压变形的分

冲压成形工艺可完成多种工序，其基本工序可分为分离工序和变形工序两大类。

分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法，主要有落料、冲孔、切边、剖切、修整等。其中又以冲孑L、落料应用最广。变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工艺方法，主要有拉深、弯曲、局部成形、胀形、翻边、缩径、校形、旋压等。

从本质上看，冲压成形就是毛坯的变形区在外力的作用下产生相应的塑性变形，所以变形区内的应力状态和变形性质是决定冲压成形性质的基本因素。因此，根据变形区应力状态和变形特点进行的冲压成形分类，可以把成形性质相同的成形方法概括成同一类型并进行体系化的研究。

绝大多数冲压成形时毛坯变形区均处于平面应力状态。通常认为在板材表面上不受外力的作用，即使有外力作用，其数值也是较小的，所以可以认为垂直于板面方向上的应力为零，使板材毛坯产生塑性变形的是作用于板面方向上相互垂直的两个主应力。由于板厚较小，通常都近似地认为这两个主应力在厚度方向上是均匀分布的。基于这样的

分析，可以把各种形式冲压成形中的毛坯变形区的受力状态与变形特点，在平面应力的应力坐标系中(冲压应力图)与相应的两向应变坐标系中(冲压应变图)以应力与应变坐标决定的位置来表示。也就是说，冲压应力图与冲压应变图中的不同位置都代表着不同的受力情况与变形特点。

(1)冲压毛坯变形区受两向拉应力时，可以分为两种情况：0,0r t θσσσ>>=和0,0r t θσσσ>>=。在这两种情况下，绝对值最大的应力时拉应力。以下对这两种情况分别进行分析。

1、当0r θσσ>>且0t σ=时，按全量理论可以写出如下应力和应变关系式：

t r r m m t m

k θθεεεσσσσσσ===--- 式中：r ε，θε，t ε――――分别式轴对称冲压成形时的径向主应变，切向主应变和

厚度方向上的主应变

r σ ，t σ，θσ――――分别时轴对称冲压称形时的径向主应力，切向主应力

与厚度方向上的主应力；

m σ――――平均应力；

K ――――常数。

在平面应力状态时，上式具有如下形式：

33322()

t r r t r k θθθθεεεσσσσσσ===---+式 （1-2） 因为r σ>θσ>0,所以必定有2r θσσ->0与r ε>0.这个结果表明，在两向拉应力的平面

应力状态时，如果绝对值最大拉应力时r σ，则在这个方向上的主应变一定时正应变，即拉变形。

又因为r σ>θσ>0，所以必定有()r θσσ-+<0与t ε<0；即在板料厚度方向上的应变是

负的，即为压缩变形，厚度变薄。

在θσ方向上的变形取决于r σ=2θσ时，θε=0；当r σ>2θσ时，θε<0；当r σ<2θσ时，θε<0;当r σ<2θσ时，θε >0。

θσ的变化范围时r σ≥θσ≥0。在双向等卡应力状态时，r σ=θσ，

由式（1-2）得r ε=θε>0及t ε<0；在受单向拉应力状态作用式，θσ=0，由式（1-2）可得，θε=-r ε/2。

根据上面得分析可知，这种变形情处于冲压应变图中得AON 范围内（见图1-1）；而在冲压的应力图中侧处于GOH 范围内。

2、当θσ>r σ>0且t σ=0时，由式（1-2）可知：因为θσ>r σ>0,所以一定由2θσ >r σ>0于θε>0.这个结果表明：对于两向拉应力的平面应力状态，当θσ的绝对值最大时，则在这个方向上应变一定时伸长变形。又因为θσ>r σ>0,所以一定有()r θσσ-+<0与t ε<0,即

在板厚方向上应变时负值，时压缩变形，厚度变薄。

图1-1 图1-2

在r σ方向上的变形取决于r σ与θσ的数值，当θσ=2r σ时，r ε=0；当θσ>2r σ时，r ε<0；

当θσ<2r σ时，r ε>0.

这时r σ的变化范围时θσ>r σ>0。当r σ=θσ时，r ε=θε>0，页就是在双向等拉的应力状态下，在两个拉应力方向上产生数值相同的伸长变形：当r σ=0时，r ε=-θε/2<0，也就是说，在单向拉应力状态下，其变形性质与一般的简单拉伸时完全一样的，

这中变形与受力情况，处于冲压应变图中的AOC 范围内（见图1-1），处于冲压应力图中的AOH 范围内（1-2）。

上述两种冲压变形情况，仅在最大拉应力方向上不同，而两个应力的性质以及它们引起的变形都是一样的，因此，对于各向同性材料，这两种变形时完全相同的。

冲压毛坯变形区受两向压应力的作用，这种变形也时分两种情况分析，即：r σ<θσ<0，t σ=0和θσ

当r σ<θσ<0，t σ=0时，

由式（1-2）可知：因为r σ<θσ<0.，所以一定由2r σ-θσ<0， 与r ε<0。这个结果表明，在两向压应力作用的平面应力状态时，如果绝对值最大的应力是r σ<0。则在这个方向上的应变一定是负的，即压缩应变。又因为r σ<θσ<0，所以必定有()r θσσ-+>0与t ε>0，即在板厚方向应变是正，板增厚。在θσ方向上的变形取决于θσ与r σ的数值：当r σ=2θσ时，θε=0；当r σ>2θσ时，θε<0；当r σ<2θσ时，θε>0。这时θσ的变化范围是r σ与0之间。当θσ=r σ时，时双向等压的平面应力状态，故有θε=r ε<0；当θσ=0时，是单向受压的应力状态，所以θε=-r ε/2。这种变形情况处于冲压应变图的EOG 范围内（见图1-1），而在冲压应力图中则处于COD 范围内（见图1-2）。

当θσ0及r ε>0，即在板厚方向上的应变是正的，板厚增大。r σ 方向上的

变形取决于应力θσ与r σ的数值：当θσ=2r σ时，r ε=0；当θσ>2r σ时，r ε<0；当θσ<2r σ时，r ε>0。这时，r σ的数值只能在θσ≤r σ≤0之间变化，当θσ=r σ时，时双向等压的压

力状态，所以有r ε=-θε/2>0。这种变形情况，在冲压应变图中处于GOL 范围内（见图1-1），而在冲压应变图处于DOE 范围内（见图1-2）。

（3）变形区受两个方向上异号应力的作用，而且拉应力的绝对值大于压应力的绝对值。这种变形共有两种情况，分别做如下的分析。

1）当r σ>0，θσ<0及r σ>θσ时，由式（1-2）可知：因为r σ>0, θσ<0及r σ>θσ时，所以一定由2θσ-r σ>0及r ε>0。这个结果表明，在异号的平面应力状态时，如果绝

对值最大的应力时拉应力，则在这个绝对值最大的拉应力方向上的应变时正的 ，即为伸长变形。又因为r σ>0，θσ<0及θσ>r σ,所以必定θε<0，即在厚度方向是负的，是压缩变形。

2）当θσ>0, r σ<0，t σ=0及θσ >r σ时，利用式（1-2），用与前项相同的方法分析可得θε>0.即在异号应力作用的平面应力状态下，如果绝对值最大的应力式拉应力θσ，则在这个方向上的应变式正的，式伸长变形；而在压应力r σ方向上的应变是负的，是压缩变形。这时θσ的数值只能在θσ=-r σ与θσ=0的范围内。当θσ=-r σ时，r ε>0, θε<0,而且有θε=r ε；当r σ=0时，θε>0, r ε<0,而且r ε=-θε/2。这种变形处于冲压应变图中的COD 的范围内（见图1-1），而在冲压应力图中则处于AOB 范围内（见图1-2）。虽然这两种情况的表示方法不同，但从变形的本质上来看时一样的。

（4）形区受两个方向上的异号应力的作用，而且压应力的绝对值大于拉应力的绝对值。

以下变形的两种情况分别进行分析。

（1）当r σ>0，θσ<0，而且θσ>r σ时，由式（1-2）可知：因为r σ>0，θσ<0与θσ>r σ，必定有2θσ-r σ<0与θε<0。这个结果表明：在异号应力的平面应力状态下，如果绝对值最大的应力式压应力θσ，则在这个方向上应变是负的，是压缩变形。又因为r σ>0，θσ<0，必定又2r σ-θσ>0及r ε>0，即在拉应力方向上的应变是正的，是伸厂变形。这

时r σ的数值只能介于r σ=-θσ与r σ=0之间。当r σ=-θσ时，r ε>0，θε<0，而且r ε=-θε；当r σ=0时，r ε>0, θε<0,而且r ε=-θε/2。

这种变形处于冲压应变图中的MOL 范围内（见图1-1），而在冲压应力图中处于EOF 范围内（见图1-2）。

（2）当θσ>0, r σ<0。而且r σ>θσ时，利用式（1-2）的关系，并用与前项相同的分析方法可得r ε,0。即在异号应力作用的平面应力状态下，如果绝对值最大的应力式压应力r σ，则在这个方向上的应变式负的，式压缩变形；而在拉应力作用方向上的应变是正的，是伸长变形。

这时θσ的数值只能介于θσ=-r σ与θσ=0之间。当θσ=-r σ时，θε>0,r ε<0.而且θε=-r ε；当θσ=0时，θε>0, r ε<0,而且θε=-r ε/2。这种变形处于冲压应变图中的DOF 范围内（见图1-1），而在冲压应力图中则处于BOC 范围内（见图1-2）。

这四种变形与相应的冲压成形方法之间是相对应的，它们之间的对应关系，用文字标注在图-1与图1-2上。

上述分析的四种变形情况，相当于所有的平面应力状态，也就是说这四种变形情况可以把全部的冲压变形毫无遗漏地概括为两大类别，即伸长类与压缩类。

当作用于冲压毛坯变形区内的拉应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是伸长变形，称这种冲压变形为伸长类变形。根据上述分析，伸长类变形在冲压应变图中占有五个区间，即MON、A0lN、A0lB、BOC及COD；而在冲压应力图中则占有四个区间FOG、GOH、AoH及A0lB。

当作用于冲压毛坯变形区的压应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是压缩变形，称这种变形为压缩类变形。根据上述分析，，压缩类变形在冲压应变图中占有五个区间，即LoM、HOL、G0lH、FOG与DOF；而在冲压应力图中则占有四个区间，即EOF’、DOE、COD、JE；OC。

MD与FB分别是冲压应变图与冲压应力图中两类变形的分界线。分界线的右上方是伸长类变形，而分界线的左下方是压缩类变形。

由于塑性变形过程中材料所受的应力和由此应力所引起的应变之间存在着相互对应的关系，所以冲压应力图与冲压应变图也一定存在着一定的对应关系。每一个冲压变形都可以在冲压应力图上和冲压应变图上找到它固定的位置。根据冲压毛坯变形区内的应力状态或变形情况，利用冲压应变图或冲压应力图中的分界线(MD或．FB)就可以容易地判断该冲压变形的性质与特点。

概括以上分析结果，把各种应力状态在冲压应变图和冲压应力图中所处的位置以及两个图的对应关系列于表1-1。从表1-1中的关系可知，冲压应力图与冲压应变图中各

区间所处的几何位置并不一样，但它们在两个图中的顺序是相同的。最重要的一点是：伸长类与压缩类变形的分界线，在两个图里都是与坐标轴成45。角的一条斜线。表1-2中列出了伸长类变形与压缩类变形在冲压成形工艺方面的特点。

从表1-2可以清楚地看出，由于每一类别的冲压成形方法，其毛坯变形区的受力与变形特点相同，而与变形有关的一些规律也都是一样的，所以有可能在对各种具体的冲压成形方法进行研究之外，开展综合性的体系化研究工作。体系化研究方法的特点是对每一类别冲压成形方法的共性规律进行研究，体系化研究工作的结果对每一个属于该类别的成形方法都是适用的。这种体系化的研究工作，在板材冲压性能、冲压成形极限等方面，已有一定程度的开展。应用体系化方法研究冲压成形极限的内容可用图1-3予以说明。

1.3 冲压成形的研究方法

冲压成形的研究工作，就是在正确而深入地了

解冲压成形过程的基础上，认识冲压成形过程中的

各种规律性的内容，并把它运用于解决冲压生产中

出现的各种实际问题。目前在冲压成形方面开展的

研究工作领域十分广泛，而采用的研究方法也各有

特点。但是，从本质上可以把所有的冲压研究工作

概括成以下几种类型。

图1-4中间双线箭头表示正规的规范化类型的理论研究工作。在这种理论研究工作中，把设备与模具的作用，根据变形金属多晶体微观结构的实际情况，分解成作用力的微观成分，使其作用在金属的微观结构上，研究金属微观结构的变形行为，最终将这些

微观的变形结果汇总成为板材毛坯的宏观变形。当然，这种理论研究方法是十分科学的，无可挑剔的。但是，由于当前的金属学与力学的发展还不能满足这样的需要，所以这种规范性很强的理论研究工作还处于理想和期望的状态，在实践中是不存在的。

由于规范化的纯理论研究方法遇到了不可克服的困难，于是在冲压成形的研究领域里出现了经过某种简化了的理论研究工作。这种理论研究工作的特点在图卜4中用单实线箭头表示，它是当前理论研究方法的主流。这种理论研究方法，首先把金属材料简化成为理想的均匀固体，再进一步简化金属材料性能参数、边界条件、毛坯的几何参数的条件下，利用数学分析的方法研究冲压成形过程，并用数学的方法描述冲压成形的各种规律性的内容。由于进行了前述的各种简化，必然使数学运算和分析过程与真实的冲压变形过程有某种程度的偏离，所以这种研究结果也必然是近似的，不能完全真实地反映冲压变形过程，尤其是在较为复杂的冲压成形时，这种理论研究方法就显得不够有力了。近年来，由于有限元方法与计算机技术的发展，使这种理论研究工作有了很大的进展，即使在复杂形状冲压件成形中也显示出较好的应用前景。目前这种理论研究方法多用于某些较为具体的冲压变形的研究，可以期望这种研究方法在冲压成形基本规律的研究方面取得更多的成就。另一方面，由于这种理论研究中存在简化与假设，为了证明这种理论研究结果的可信程度，实验验证工作是必需的。

第三种冲压成形研究方法，如图1—4中点画线箭头所示。这种研究方法的特点是：无视冲压成形时毛坯金属在受力作用下产生变形的过程，而是仅仅把模具的结构与工作部分的几何参数、冲压设备的作用特点等初始成形条件，与成形结果直接联系起来，用以处理冲压成形中的实际问题。可以说，这是一种比较合理的经验方法，也是目前在冲压成形技术领域中应用较多的方法。虽然这种方法具有直观、简单实用、易为生产技术人员接受等优点，但是，由于它具有很强的局限性，而且也不能深人揭露真实的冲压变形过程，从而影响人们对冲压成形的深人认识，所以它不是冲压成形研究工作的根本方法，不宜用这种方法深人地探索冲压成形中规律性的内容。

第四种冲压成形的研究方法，如图卜4中虚线箭头所示。它是利用力学与金属学的基础知识，对冲压成形中的各种问题进行分析、加工与概括，明确冲压成形的基本特点与规律，用以处理和解决冲压生产中的实际问题。与其他的塑性加工方法相比，冲压成形具有十分明显的特点，板材的变形行为也具有其独特的规律，所以这种研究方法具有十分明确的针对性与目的，而且研究的结果可以直接应用于冲压成形实际问题的分析与处理，也易于为生产技术人员接受和在工作中灵活地运用。这种研究工作的特点与效果，可用以下几方面的实际应用来说明。

(1)利用冲压变形趋向性规律可以作为冲压工艺过程设计中决定成形工艺顺序的基本原则。

(2)根据盒形件多次拉深过程中变形区外缘运动速度均匀分布的准则，确定工序间毛坯形状与尺寸的计算法，使高盒形件多次拉深的工艺计算有了科学的依据，使冲压生产

技术水平有所提高。

(3)根据板材成形特点开展的不均匀拉力作用下的起皱与剪力作用下的起皱方面的研究工作，在传统的压缩失稳理论范畴之外，又开拓了新的研究领域，而已取得的研究成果又直接为克服冲压成形中的起皱缺陷提供了针对性很强的所谓“对症下药”的对策。

(4)根据冲压变形与力学的特点进行的冲压变形分类的理论，可使冲压成形的研究工作走向体系化研究的捷径，而且可以深化对冲压成形极限的认识，为提高冲压成形极限的技术工作提供清晰而明确的方向。

由上述的实际应用可以看出，这种研究工作方法与冲压成形的实际情况的关系十分密切，所以对于冲压成形出现的问题的分析与处理是十分有效的。虽然由于这种研究工作的深度与广度还很不够，目前主要用于对冲压成形中各种问题的定性分析，不过随着这种研究方法的不断发展，在与现代力学方法相结合的基础上，可望有突破性的进展，从而促进冲压成形技术的进步。

1.4 冲压用原材料

冲压加工用原材料有很多种，它们的性能也有很大的差别，所以必须根据原材料的性能与特点，采用不同的冲压成形方法、工艺参数和模具结构，才能达到冲压加工的目的。由于人们对冲压成形过程中板材毛坯的变形行为有了较为深入的认识，已经相当清楚地建立了由原材料的化学成分、组织等因素所决定的材料性能与冲压成形之间的关系，这就使原材料生产部门不但按照冲压件的工作条件与使用要求进行原材料的设计工作，而且也根据冲压件加工过程对板材性能的要求进行新型材料的开发工作，这是冲压技术在原材料研究方面的一个重要方向。对冲压用原材料冲压性能方面的研究工作有：

(1)原材料冲压性能的含义。

(2)判断原材料冲压性能的科学方法，确定可以确切反映材料冲压性能的参数，建立冲压性能参数与实际冲压成形间的关系，以及冲压性能参数的测试方法等。

(3)建立原材料的化学成分、组织和制造过程与冲压性能之间的关系。

冲压用原材料主要是各种金属与非金属板材。金属板材包括各种黑色金属与有色金属板材。虽然在冲压生产中所用金属板材的种类很多，但用量最多的原材料主要是钢板、不锈钢板、铝合金板及各种复合金属板。

1.4.1普通钢板

钢板是冲压生产中应用数量最多的原材料，它用于汽车、拖拉机、机车车辆等交通工具以及电器：石油化工、机械、建筑等多种工业产品。由于产品使用目的与功能要求不同，在冲压生产中所用的钢板种类与形式也各不相同。图1—5是各种钢板的制造过程和在制造过程中流程与物流变化的示意图。

1、热轧钢板

热轧钢板的供应状态有两种形式。经热轧后直接供应的钢板表面有厚度为10um左右的黑色氧化皮。氧化皮脆而硬，在冲压成形中，尤其是在剥落时，可能损坏模具。为

了克服这个问题，钢铁厂也提供经酸洗等表面处理去除氧化皮的热轧钢板。这种钢板表面粗糙，但也有利于润滑的优点，可用于成形工序。

热轧钢板不具有冷轧钢板的结构组织，所以它的冲压性能不如冷轧钢板。另一方面，热轧钢板的厚度不均匀与性能波动大，对冲压加工也是不利的。除化学成分外，其晶粒度的大小对强度、硬化指数理值(见1．5节)等也有影响。生产中也常用控制晶粒度的方法，对热轧钢板的性能做适当的调整。由于热轧钢板的价格便宜，现在钢铁企业也在开发冲压性能好、可用于深拉深成形的热轧钢板。

图1-5各种钢板的制造过程与物流变化

2、冷轧钢板

冷轧钢板表面质量好、冲压性能优异，而且板材的各种性能和厚度精度等都相当稳定，所以它是冲压生产中应用广泛的原材料。调整冷轧钢板的化学成分，控制冶炼、热轧、冷轧与退火过程，可以得到具有各种不同性能的冷轧钢板。冷轧钢板的主要特点是，利用轧制中的变形与退火中的再结晶处理方法，可获得塑性应变比值(见1.5节)增大的结构组织，改善冷轧钢板的拉深性能、曲面零件成形时的贴模等冲压性能。表1-3是冷轧钢板与热轧钢板在质量与性能方面的大致对比。

冷轧钢板分为非时效型和时效型两种。一般的低碳钢冷轧钢板退火后在拉伸曲线上具有屈服平台，也就是具有屈服伸长率。其原因是由于C与N原子的作用而形成的不连续的屈服现象。这种钢板在冲压成形时，会出现破坏表面光滑的滑移线。为了克服这种不良现象，通常在退火后使钢板经历一定压下量的冷轧，即所谓的平整轧制。虽然这种办法十分有效，但是这种效果不能长时间保留下去，经过一段时间C与N原子的作用又会在位错周围恢复，这种钢板即为时效型的冷轧钢板。用添加A或法，可完全抑制C与N对位错的影响，以至消除时效现象，可以把平整轧制的效果保持下去，这种钢板称为非时效型冷轧钢板。当前在冲压生产中大量应用的08A1就是这种非时效型低碳冷轧钢板。

1.4.2高强度钢板

提高钢板的强度，可以在保证钢板构件强度与刚度要求的条件下降低所使用钢板的

厚度，从而降低结构的重量与成本。因此，研制与生产高强度钢板及其冲压技术是目前

国内外学术界十分重视的问题。

高强度钢板在汽车工业的应用较多，而且为了适应各种构件在强度、韧性与成形

方面的要求，目前已有多种高强度钢板成功地应用于汽车工业(代替普通钢板)，使汽车

的自重与成本都有所降低。一般的高强度钢板的抗拉强度是350～500MPa，但有些钢铁

企业已经开发了强度达l 000MPa的所谓超高强度钢板。目前已经用于生产的高强度钢

板有以下几种。

1、加磷高强度钢板

这种钢板为固溶强化型的高强度钢板，它在汽车工业中的应用较早，也比较成熟。

加磷后，可提高钢板的抗拉强度，达到350～440MPa，r值与n值的降低不多，分别是

r=1．4～1．8、n=0．2～0．24。

2、BH硬化型高强度钢板

这种钢板具有良好的近于低碳钢板的冲压性能。但在冲压成形后经喷漆和低温烘

烤，它的强度因BH型硬化而提高，成为高强度钢板。

3、双相高强度钢板

这种钢板具有软的铁素体与硬的马氏体组织，所以它同时具有较高的强度和较好的塑性。目前这种钢板主要用于汽车结构件，如立柱、底盘中的构件等。

1.4.3表面处理钢板

为了防止钢板制件在使用时产生腐蚀，钢板在冷轧或热轧后，经电镀或在450～500。C的金属熔液中进行热浸镀加工，制成表面处理钢板。常用的有镀锡钢板、镀锌钢板和镀铝钢板。

由于表面处理钢板的镀层厚度很小，所以它对冲压性能的影响不大。表面处理钢板的冲压性能与表面处理前大致相同。但是，由于镀层表面摩擦性能不同而引起的对冲压成形过程的影响有时是不可忽视的，尤其是在采用拉深筋等靠摩擦阻力控制冲压件的成形时，表面摩擦条件就可能对冲压成形的成败起决定性的作用。研究结果表明：当表面处理钢板的摩擦系数增大时，试验用的某汽车覆盖件的可成形范围有一定程度的缩小，也就是说，对成形条件与参数的要求趋于严格。

1.4.4不锈钢板

在冲压成形中应用的不锈钢有铁素体不锈钢(铬系不锈钢)与奥氏体不锈钢(铬镍系不锈钢)。由于这两种不锈钢的成分与组织不同，它们的冲压性能也不一样。因此，虽然这两种不锈钢板都叫做不锈钢，但由于它们在冲压性能上有很大的差别，在生产中处理它们的冲压成形问题时，必须区别对待。

铁素体不锈钢板的冲压性能接近于冷轧钢板，这种不锈钢板在生产过程中也可利用热轧、冷轧与退火的方法获得结构组织，使，．值达到1．2～1．8。因此，可以认为铁素体不锈钢板具有良好的拉深性能。但是，铁素体不锈钢板的硬化指数约为O．2，伸长率为0．25～0．3，均小于奥氏体不锈钢板，所以它的伸长类冲压成形性能较差，它的胀形性能(埃利克辛值等)都低于奥氏体不锈钢板。

奥氏体不锈钢板的拉深性能稍差，但它的硬化指数行值远大于铁素体不锈钢板，它的埃利克辛值也大，所以它具有良好的伸长类成形的冲压性能，如胀形等。在塑性变形过程中，奥氏体不锈钢中的奥氏体相会转变成强度很高的马氏体组织，起相变强化作用。因此，奥氏体相变的稳定程度对奥氏体不锈钢的硬化指数n值有很大的影响。奥氏体相变的稳定度用参数．Md30来衡量。Md30值是当奥氏体不锈钢在单向拉伸中的伸长变形为0．3时，即有50％的奥氏体转变为马氏体组织的温度。Md30值越小，奥氏体的稳定性越高，塑性变形引起的马氏体相变越少，材料的硬化性能越低，n值也越小。一般认为Md30介于0～200C时，奥氏体不锈钢板具有良好的较为均衡的冲压性能，适用于各种冲压成形。

为了适应各种产品的要求，也为了得到不同的冲压性能，在冲压生产中应用的不锈钢的种类与牌号很多，即使是同一类不锈钢，在化学成分上做些调整或添加某些化学元素(如铜、镍、钛等)都可能使其性能有相当大的变化。表卜4是铁素体不锈钢板和奥氏体不锈钢板的冲压性能的大致对照。

另外，在不锈钢板加工时，也会出现某些在普通钢板冲压时不存在的问题。例如，用不锈钢板拉深成形零件时所产生的时效开裂现象，在拉深过程中出现的因模具表面粘结引起的拉深件外表面的划伤问题等。虽然目前对这些问题产生的原因还不十分清楚，

但在生产中应采取的解决办法已经相当明确，可使这些问题得到圆满的解决。

表l一4常用铁素体不锈钢板与奥氏体不锈钢板冲压性能的对照

1.5 板材冲压性能及其鉴定方法

板材冲压性能是指板材对冲压加工的适应能力。对板材冲压性能的研究具有非常重要的意义。为了能够运用最科学与最经济合理的冲压工艺过程与工艺参数制造出冲压零件，必须对作为加工对象的板材的性能具有十分清楚的了解，这样才有可能充分地利用板材在加工方面的潜在能力。另一方面，为了能够依据冲压件的形状与尺寸特点及其所需的成形工艺等基本因素，正确、合理地选用板材，也必须对板材的冲压性能有一个科学的认识与正确的判断。

评定板材冲压性能的方法有直接试验法与间接试验法，而这两种方法中又包含多种试验方法(见图1-6)。

实物冲压试验是最直接的板材冲压性能的评定方法。利用实际生产设备与模具，在与生产完全相同的条件下进行实际冲压零件的性能评定，当然能够得到最可靠的结果。但是，这种评定方法不具有普遍意义，不能作为行业之间的通用标准进行信息的交流。

模拟试验是把生产中实际存在的冲压成形方法进行归纳与简单化处理，消除许多过于复杂的因素，利用轴对称的简化了的成形方法，在保证试验中板材的变形性质与应力状态都与实际冲压成形相同的条件下进行的冲压性能的评定工作。为了保证模拟试验结果的可靠性与通用性，规定了十分具体的关于试验用工具的几何形状与尺寸、毛坯的尺

寸、试验条件(冲压速度、润滑方法、压边力等)。目前应用较多，而且具有普遍意义的几种模拟试验方法的特点见表1-5。

表1—5常用模拟试验方法的特点

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试验方法 试验目的与评定内容 试验结果表示方法

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埃利克辛试验 胀形性能 埃利克辛值(mm)

拉深试验 拉深性能 极限拉深比LDR

扩孑L 试验 扩口性能 扩口系数

弯曲试验 塑性与应变梯度大时的抗缩颈能力 最小弯曲半径(mm)

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间接试验法也叫做基础试验法。间接试验法的特点是，在对板材在塑性变形过程中所表现出的基本性质与规律进行分析与研究的基础上，进一步把它和具体的冲压成形中的板材的塑性变形参数联系起来，建立间接试验结果(间接试验值)与具体的冲压成形性能(工艺参数)之间的相关性。由于间接试验时所用试件的形状与尺寸以及加载的方式等都不同于具体的冲压成形过程，所以它的变形性质和应力状态也不同于冲压变形。因此，间接试验所得的结果(试验值)并不是冲压成形的工艺参数，而是可以用来表示板材冲压性能的基础性参数。

板材单向拉伸试验是目前研究较为充分的，因而也是应用较为普遍的一种间接试验方法。单向拉伸试验在工业中的应用已有多年的历史，是一种相当成熟的用以测定材料力学性能的方法。为了适应鉴定板材冲压性能的要求，对传统的拉伸试验做了必要的补充与改进，形成了目前在工业中广泛应用的板材冲压性能的单向拉伸试验方法，而且也定有相应的关于试验方法与试验条件的指导性标准。虽然板材冲压性能的单向拉伸试验方法与传统的拉伸试验基本相同，但是拉伸试验值的项目内容和含义都不同于传统的拉伸试验。表卜6是表示板材冲压性能的拉伸试验值。按照各拉伸试验值所表示的冲压性能的性质不同，可以把拉伸试验值分为力学性能、变形性能与应力应变关系性能三类。

1、力学性能

s σ--------屈服强度

b σ--------强度

s σ/b σ--------屈强比

2、变形性能

δ--------总伸长率

u δ--------均匀延伸率

s δ--------屈服延伸率

r-------塑性应变比

ψ--------断面收缩率

u ψ-------均匀断面收缩率

3、应力与应变关系性能

n----------硬化系数

E ——弹性模量

上述各种与板材冲压性能有关有各种单向拉伸试验值都代表板在不同的塑性变形阶段材料的性质。它们之间的关系，可以从表1-6中看出。

表1-6单向拉伸试验值的特点

图1-7是在拉伸试验机上进行单向拉伸时测得的拉伸力P 与伸长值△L 的关系曲线，通常称拉伸曲线。如把纵坐标的拉伸力P 除以试样的原始面积F ㈤将横坐标的伸长△L 除以试样的原始长度Lo ，即可得到以名义应力0/F P =σ和相对伸长率：0/L L ?=δ表示的另一种形式的拉伸曲线。这两种拉伸曲线是一样的，差别仅在于坐标的尺寸比例上有所不同。图1—7中拉伸曲线各阶段

的实际变形(拉伸试样)情况示于图

1～8。前述各种与板料冲压性能有关

的拉伸试验值，可从图1—7中的拉

伸曲线上得到。但是，有些拉伸试验

值(如n 值)必须 根据拉伸试验所

得的原始数据，经 过一定的分析与

计算才能得到。由于计算机技术的发

展，现在已经可以在拉伸试验中应用

力与位移传感器测得拉伸力与伸长

变形的数值，经过计算机的分析与处

理，直接给出全部表示板材冲压性能

的拉伸试验值。

现在在板材生产部门与板材使

用部门的冲压工厂，都应用单向拉伸试验值表示板材的冲压性能，作为定货和验收的依据。以下对较为重要的拉伸试验值的

含义及其与冲压性能的关系，做简要的分析。

屈服强度

s δ、强度b σ和

屈强比s σ/b σ都是力学性能参数，它

们都是从力的角度影响着板材的冲

压性能。当屈服强度s δ和强度s δ高

时，冲压成形力大，板材与模具表面

之间的接触压力也大。结果不但使冲

压成形力大，成形的难度加大，而且

还会降低模具寿命，甚至出现由模具

表面粘结引起冲压件表面的划伤，造

成废品。另外如果屈服强度s δ高，在

冲压成形结束后冲压件由模内脱离

并卸载时，弹性恢复的变形也大，影响冲压件的尺寸精度。屈服强度口。与强度b σ的数值，可从图1-7的拉伸曲线的测量结果经过简单的计算得到。

伸长率与均匀伸长率占。都是表示板材塑性变形能力的参数，它也是从塑性变形能力的角度影响板料的冲压性能。均匀伸长率是在单向拉伸过程中出现局部的缩颈时的伸长率，也就是产生拉伸失稳时的伸长率。在板材的塑性变形发生失稳现象之后，塑性变形就会集中于某个部位，引起横断面的集中变形。这时候，不但冲压件的几何形状与尺寸会变得超越允许的正常范围，而且也很快就接近于破坏，所以通常都把均匀伸长率作为衡量冲压性能的重要参数。如果板材的均匀伸长率。大，则对所有的伸长类冲压成形都是有利的。实验结果表明，均匀伸长率占。越大，胀形、翻边、扩口等伸长类成形的成形极限也越大。因此，大多数优质冲压钢板都具有较高的均匀伸长率。

r 值也叫做塑性应变比，它是表示板材各向异性性能的参数。由于板材在制造过程中要经历轧制与退火等工艺，结果使板材形成结晶方位趋于一致的结构组织，在宏观上表现为各向异性，即在不同的方向上板材的性能有一定的差异。板材的各向异性对冲压性能有很大的影响。

具有各向异性的板材，在拉伸试验时，其在宽度方向上的应变不等于厚度方向上的应变，而且这两个应变的数值也都不等于长度方向上应变的一半。宽度方向与厚度方向上应变之差越大，板材的各向异性也越大。在生产中用r 值来表示板材的各向异性，其值等于用对数应变表示的宽度方向应变b ε与厚度方向应变t ε之比，即

)/ln(/)/ln(/00t t b b t b ==εεγ (1—3)

假如板材没有各向异性，其性能在不同方向上是一致的。在单向拉伸试验时，这种材料的宽度方向上的应变b ε等于厚度方向上的应变￡。，而且都是长度方向上应变￡l 的一半，所以均质材料的r 值等于1。r>1时，单向拉伸试验中宽度方向上的应变t ε大于厚度方向上的应变e 。，说明厚度方向上的变形难于宽度方向。根据塑性变形中体积不

变条件，可以把式(1—3)写成如下形式：

1/()b b γεεε=-+ (1-4)

在用拉伸试验测定板材的，一值时，为了提高测量精度，通常都不是直接测量厚度

方向上的应变，而是利用引伸计或位移传感量长度

方向和宽度方向上的应变，利用式(1—4)计算。

板材的各向异性主要影响拉深性能。理论与

冲压生产实践都证实，板材的，值大，它的拉深性

能也好。由图1-9可看出，一值对圆筒形件极限拉

深比(LDR)的影响。

另外，r 值大对具有倾斜侧壁的曲面形状零件

(如球面形件、锥面形件、抛物面形件、汽车覆盖

件等)的冲压成形也是有利的。在这种类型零件成

形时，它们的倾斜侧壁是由于拉力作用下产生伸长变形的同时，也会产生与之相垂直的横向压缩应变。当r 值大时，横向压缩应变也大，有助于产生向凸模表面贴靠的位移，也就是易于实现拉力作用下的成形过程。

实验结果表明，在单向拉伸试验时r 值基本上是不变的，可以在任何伸长应变时取值。但是，为了消除测量时的误差，一般约定在伸长应变为15％～20％时测取r 值。

当板材具有各向异性时，在板材的不同方向截取试样，进行单向拉伸试验所得的各种拉伸试验值也不一样。这种板材性能与板平面内方向有关的现象，叫做板平面内的各向异性。一般说来，板平面内的各向异性对冲压成形是不利的。不同材料板平面内的各向异性也不相同。在衡量板材的各向异性时，通常都以轧制方向为基准，称为0。方向，然后再取45。与90。方向的性能参数做比较。

在各种拉伸试验值中，以r 值形式表现的各向异性对冲压性能的影响较为重要。 以各不同方向上，．值的差别表示板平面内各向异性程度时，可用下式：

?-+=???45900]2/)[(γγγγ (1—5)

γ?的绝对值越大，板材的板平面内各向异性也越大。γ?的大小与圆筒形拉深件突耳的高度与方位有直接的关系。当△r 的绝对值大时，突耳的高度也大。当△r>0时，突耳发生在0。与90。方向；当△r

n 值也称加工硬化指数或硬化系数。在冲压技术中用以值表示板材在冷变形过程中材料的变形抗力(强度)随变形程度增大而增加的性质。它对板材冲压性能的影响是多方面的，其作用机理也相当复杂，所以对以值的研究工作也相当活跃。

如果把图1—7中的拉伸曲线的纵坐标改为真实应力，把横坐标改为用对数形式表示的真实应变(0/ln L L =ε)，即可得到图1-12所示的硬化曲线。虽然用硬化曲线可以清楚而直接地表示出板材的硬化性能，但在实际应用方面存在很多不方便和困难。为了

适应实用、分析与理论计算等方面的需要，当前普遍应用模型化的方法，用数学表达式近似地表示硬化曲线。用直线表示材料的硬化性能的方法，在理论分析、计算中十分方便，但是，由于它与板材实际的硬化性能的差别大，其计算的误差也大，所以其实用意义不大，在冲压技术领域比较普遍。

用幂函数来表示硬化曲线，其形式为

n

σ= (1—6)

Cε

式中 C——强度系数；

n一硬化系数，也称n值。

系数C表示材料的强度性能，其数值取决于材料

的种类。，z值是表示材料在塑性变形过程中加工硬

化性能的参数，其数值与板材的冲压性能有十分密切

的关系。图1-13所示为，t值对硬化曲线形状的影

响。当n值小时，不大的塑性变形就会使材料进入加

工硬化的饱和状态。这种现象不利于局部变形的扩

展，容易出现过大的集中变形，导致破坏。因此，伸

长类成形要求板材具有较大的n值。图1-14所示为，。值对表示胀形性能的埃利克辛值的影响。

图1-13 图1-14

加工硬化系数n 与强度系数C 的数值，都可以利用单向拉伸实验中所得的P F σ=与0

ln L L ε=D 数值，经过简单的计算求得。在单向拉伸实验中，在拉伸曲线上选取两点得真实应力与相应得真实应变值，即两组1σ与1ε和2ε与2σ，利用式（1-6）即可计算加工

硬化得系数n 得数值，具体计算过程如下。

将式（1-6）两断取对数得

ln ln ln C n σε=+

将1σ，1ε，2ε，2σ代入上式，经整理得 2

112ln

ln n σσεε= 以知n 值后，就可以利用式（1-6）或式（1-7）计算强度系数C 得数值。

由于经模型化处理得到得表达式n C σε=所描述的加工硬化规律与板材的实际硬化曲线并不完全一致，它具有一定程度的近似性质，所以在硬化曲线上所选取的两个计算点的位子对计算所得的n 值的数值有一定的影响。为了减少计算上的误差，应该在均匀拉伸阶段内选取跨度距离尽量大的两个点。