塑性各向异性比值r和加工硬化指数n与金属薄板冲压性能的关系
金属板材n值r值解析
金属板材的n值和r值解析在冲压领域，我们需要关注金属板材的抗拉强度、屈服强度、延伸率、加工硬化指数、各向异性指数。
本文将详细解析加工硬化指数n和各项异性指数r。
一、加工硬化指数n加工硬化指数英文为hardening index，常用字母n指代。
该指数由真实应力和真实应变定义。
计算n值的方法常用两点法，即利用拉伸试验所得的拉伸曲线，将拉伸力和伸长位移换算成真实应力和真实应变，得到真实σ-ε曲线（如下图），假设该曲线符合指数规律，即：σ = Kε^n（σ—真实应力，ε—真实应变，n —硬化指数，K —强度系数），公式两边取对数得：lnσ=lnK+nlnε，通过两点法可求出K值和n值。
硬化指数n值代表钢板在塑性变形中的硬化能力, 反映了变形均匀度、成形极限和裂纹是否产生等。
n值越大，整个成形过程中的变形越均匀。
对板材成形极限曲线具有明显的影响，n值大材料的成形极限曲线高，n值小材料的成形极限曲线低。
板材的拉胀性能在很大程度上取决于材料的n值，n值高时，拉胀性能也好。
因此，硬化指数n值是评价板材成形性能的重要指标之一。
二、塑性应变比r塑性应变比英文为plastic strain ratio，常用字母r指代，又称各项异性指数。
该指数是板材拉伸试样在试验中宽度方向应变εb和厚度方向应变εt之比。
即：b0和t0分别是试样原始宽度和厚度，b和t分别是试样在某一变形时的宽度和厚度。
板材的力学性能在轧制方向和其他方向有较大差别，故一般取为3个方位试件试验数据的平均值，用r表示：r=(r0 +2r45+r90)/4。
r0、r45、r90分别为沿板材轧制方向、与轧制方向成45°和垂直于轧制方向试件的厚向异性系数。
r值愈大，板材抵抗失稳变薄的能力愈大，愈不容易发展厚向变形；r值愈小，板材抵抗失稳变薄的能力愈弱，厚向变形愈容易。
r=1表示板材不存在厚向异性。
通俗来讲r值高，变形过程中金属在长宽上的流动优先于厚度上的流动。
冷轧工艺对IF钢r值和n值的影响探究
冷轧工艺对IF钢r值和n值的影响探究发表时间：2019-03-20T13:51:06.623Z 来源：《科技新时代》2019年1期作者：丁会云[导读] IF钢又称为无间隙原子钢，其在实际应用的过程中具备较强的深冲性以及非时效性，主要应用在现代工业生产中，例如深冲杂罐等。
（中粤马口铁工业有限公司广东中山 528437）摘要：IF钢又称为无间隙原子钢，其在实际应用的过程中具备较强的深冲性以及非时效性，主要应用在现代工业生产中，例如深冲杂罐等。
基于此，本文将首先介绍冷轧工艺对IF钢r值和n值影响探究的实验设计，其次，分析冷轧工艺对IF钢r值的影响效果，最后研究冷轧工艺对IF钢n值的影响效果。
关键词：冷轧工艺；IF钢；实验设计引言：IF钢在传统生产的过程中，由于生产步骤较为复杂，因此耗费的成本较高，为了提升IF钢的实际加工效率以及加工质量，则针对IF钢的加工工业进行完善优化。
冷轧处理能够大大提升IF钢最终的加工性能，使其具备更强的深冲性，本文将对其进行重点研究。
1 冷轧工艺对IF钢r值和n值影响探究的实验设计塑性应变比r指单向拉伸变形时试样宽度方向的真实应变与厚度方向的真实应变之比。
当r>1时,材料在宽度方向收缩比厚度方向变薄更容易,拉伸毛坯的径向收缩不容易起皱,并且拉力也小,传力区不容易拉破。
应变硬化指数n是金属薄板在塑性变形过程中,形变强化能力的一种量度，在冲压成形中n值是一个极为重要的参数指标, n值大不仅能提高材料局部应变能力，而且能使应变分布趋于均匀化,提高材料成形时的总体成形极限。
在以拉伸为主的材料成形时, n值小的材料由于变形不均匀,变形的部位不能迅速硬化,易产生裂纹。
以冲压为主的材料成形时, n值大的材料应变均化能力强,危险断面的承载能力高。
为了能够进一步提高IF钢的加工质量，为下游客户提供更适合深冲、更优良的产品，我们对冷轧工艺的影响效果进行分析。
在探究IF 钢冷轧工艺对r,n值影响实验的过程中，根据以下步骤进行；将热轧板的厚度为2.5mmmm 的IF钢作为实验材料（实验材料成分见表1）：表1实验材料的成分（%）对此实验材料分别进行两组实验，一组冷轧工艺为一次冷轧实验和一次退火实验，另一组是进行两次冷轧实验和两次退火实验，并将两组实验的结果进行对比。
板料冲压性能(五金件)
板料冲压性能及测试--成形性能分类板料的成形性能分为广义和狭义两个内容，它们的关系是：狭义成形性能反映冲压加工中材料不发生破裂（或缩颈）所能达到的最大变形程度，故也叫抗破裂性。
冲压成形性能试验如下：板料冲压性能及测试--力学性能参数在材料的力学性能参数中，屈服强度ζs 、屈服比ζs/ζb、伸长率δ等强度指标与塑性指标，可用来表示材料的基本成形性能。
金属材料的力学性能包括强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性和缺口敏感性等。
他们主要取决于材料的化学成分、组织结构、冶金质量、参与应力及表面和内部缺陷等内在因素，但在外在因素如载荷类型、应力状态、温度、环境介质等对材料的力学性能影响也很大。
在生产中普遍应用的、最基本的常规力学性能试验有拉伸、硬度、压缩、弯曲、剪切、冲击、扭转及高温持久强度、蠕变、松弛试验等。
板料冲压性能及测试--加工硬化指数硬化指数n（n值）是评定板料伸长类成形性能的一个重要参数。
n 值大，则拉伸失稳时的极限应变大。
这对于胀形、扩孔、内凹曲线翻边等伸长类成形来说，可以在一次成形中获得较大的极限变形程度。
n值对复杂形状零件的成形也有影响，在以胀形为主的成形工艺中，n值大的板料，成形性能好。
n值可以根据拉伸试验结果所得的硬化曲线，利用关系式ζ=cεn 来求得。
也可以利用阶梯形试件（图1），拉伸至缩颈或断裂后，由下面的公式计算得到：图1 阶梯形试样b0=12.70 bⅠ0=12.83 bⅡ0=13.97式中εⅠ、εⅡ—测量初始宽度为bⅠ0和bⅡ0工作部分的伸长应变。
板料冲压性能及测试--厚向异性系数厚向异性系数r（也叫塑性应变比r，简称r值）是评定板料压缩类成形性能的一个重要参数。
r值是板料试件单向拉伸试验中宽度应变εb与厚度应变εt之比，即r=εb /εt板料r值的大小，反映板平面方向与厚度方向应变能力的差异。
r=1时，为各向同性；r≠1时，为各向异性。
当r＞1，说明板平面方向较厚度方向更容易变形，或者说板料不易变薄。
冲压工艺作业参考答案
作业参考答案一、1、什么是冲压加工？冲压成形加工与其他加工方法相比有何特点？答：冲压加工就是建立在材料塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料进行加工，以获得要求的零件的形状、尺寸及精度。
冲压成形加工与其他加工方法相比，具有以下的优点：少、无屑加工；零件精度较高；互换性好；材料利用率高；生产效率高；个人技术等级不高；产品成本低等。
冲压成形加工与其他加工方法相比，具有以下的缺点：模具要求高，制造复杂，周期长，制造费用昂贵；有噪声，不宜小批量生产等。
2、冷冲压有哪些基本工序，各是什么？答：冷冲压按性质分有分离工序和成形工序两类。
分离工序包括落料、冲孔、剪切、切断、切槽、切边等几大类；成形工序包括拉深、胀形、翻边、扩口、缩口等工序。
3、什么是金属塑性变形？常见塑性指标有哪些？影响金属的塑性与变形抗力的主要因素有哪些？并作简要分析。
答：金属塑性变形就是指金属材料在外力的作用下产生不可恢复的永久变形（形状和尺寸产生永久改变）。
影响金属的塑性和变形抗力的主要因素有：（1）、化学成分和组织——化学成分：铁、碳、合金元素、杂质元素；组织：单向组织、多项组织，不同的组织，金属的塑性和变形抗力会有很大差异。
（2）、变形温度——温度升高，原子热运动加剧，热振动加剧（热塑性），晶界强度下降。
（3）、变形速度——速度大，塑性变形来不及扩展，没有足够的时间回复、再结晶，塑性降低变形抗力增加。
但速度大时热效应显著，变形体有温度效应对塑性增加有利。
二、1、什么是加工硬化现象？它对冲压工艺有何影响？答：随着冷变形程度的增加，金属材料所有强度和硬度指标都有所提高，但塑形、韧性有所下降。
其可制止局部集中变形的进一步发展，具有扩展变形区、使变形区均匀化和增大极限变形程度的作用。
2、冲裁变形过程分为哪几个阶段？裂纹在哪个阶段产生？首先在什么位置产生？答：冲裁变形过程分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段。
裂纹出现在断裂分离阶段。
冲压材料性能要求
时甚至出现拉裂。
②表面光洁，无斑、无疤、无擦伤、无表面裂纹
等。一切表面缺陷都将存留在成品工件表面，裂
纹性缺陷在弯曲、拉深、成形等过程可能向深广
扩展，造成废品。
（二）冲压常用材料
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。
黑色金属板料按性质可分为：
1)普通碳素钢钢板 如Q195、Q235等。
（3）冷挤压模材料的要求
要求模具工作零件具有高的强度和硬度、
高的耐磨性，为避免冲击折断，还要求具
有一定的韧性。由于挤压时会产生较大的 升温，所以还应具有一定的耐热疲劳性和 热硬性。
（二）冲压模具材料的种类及特性
1、碳素工具钢 2、低合金工具钢 3、高碳高铬工具钢 4、高碳中铬工具钢 5、高速钢 6、基体钢 7、硬质合金和钢结硬质合金
30 3 35 20 40 25
7
— 200 100 —
三、冲压模具
（一）冲压模具工作零件材料的要求
冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、
高压和拉伸、弯扭等负荷，甚至在较高的
温度下工作（如冷挤压），工作条件复杂， 易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。
1、冲裁模材料的要求
对于薄板冲裁模具的工作零件用材要求
数个零件。
或成组冲压之后
（1）落料和冲孔 落料和冲孔是使坯料按封闭轮廓分离。统 称为冲裁。
①冲裁时材料 分离过程可 分为三个阶段：
弹性变形阶段 塑性变形阶段
断裂分离阶段
②普通冲裁件的断面特征
1）塌角带 2）光亮带 3）断裂带 4）毛刺区
③特征与材料（板料材料）塑性的关系 断面质量受冲裁条件的不同而不同，如刃口间隙，
冲压件通用技术条件
冲压件通用技术条件1、技术要求1.1 原材料1.1.1 冲压件使用的原材料，需符合GB710-65《优质碳素结构钢薄钢板技术条件》、GB2517-81《一般结构用热连轧钢板和钢带》、GB2521-81《冷轧电工钢带》等有关金属材料标准的规定，并符合对材料的供货状态或其他方面的要求。
1.1.2 冲压件的原材料有质量说明书，它保证材料符合规定的技术要求。
当无质量说明书或因其他原因，冲压件生产厂可按需要选择原材料进行复验。
复验的主要项目和内容：1.1.2.1 外观检查：检验材料表面缺陷、污痕、外廓尺寸、形状和厚度以及表面粗糙度。
1.1.2.2 化学分析、金相检验：分析材料中化学元素的含量：判定材料晶粒度级别和均匀程度；评定材料中游离渗碳体、带状组织和非金属夹杂物的级别；检查材料缩孔、疏松等缺陷。
1.1.2.3 机械性能检验:检验材料的抗拉强度σb、屈服强度σs、屈服比σs/σb延伸率δ、断面收缩率ψ及洛氏硬度HRB等。
1.1.2.4 成形性能试验：对材料进行弯曲试验、杯突试验，测定材料的加工硬化指数n值和塑性应变比г值等。
关于钢板成形性能试验方法，可按薄钢板成形性能和试验方法的规定进行。
1.1.2.5 其他性能要求测定：对材料的电磁性能和对镀层、涂层的附着能力等的测定。
1.1.3 各类冲压件对材料的要求：在一般情况下，不同结构类型的冲压件对材料机械性能的要求见下表。
对于有复杂变形工序的冲压件，则对材料有更多的要求，如对加工硬化指数n值、塑性应变比г值和凸耳参数Δг值的要求等。
一般冲压件对材料的要求1.2.形状和尺寸冲压件的形状和尺寸需符合冲压件图样和技术文件的规定。
冲压件的形状和尺寸应注意到工艺限制，设计时需遵循JB4378-87《金属冷冲压件结构要素》的规定准则。
冲压件的形状和尺寸公差需符合JB4381-87《冲压剪切下料件公差》和JB4379-87《金属冷冲压件公差》的规定。
1.3 表面质量除冲切面外，冲压件表面状况要求与所用的板料一致。
冲压工艺--板料的冲压成形性能与成形极限
t0
Dp
备注
0.5以下 10.~20 2ri≈0.2Dp 0.5~2.0 30~50 D0≥2.5Dp 2.0以上 50~100
3杯形件拉深试验（Swift试验）
Swift试验是以求极限拉深比LDR作为评定板材拉 深性能的试验方法。 试验所用装置与试验标准分别见图和表。
Swinft试验装置（1-冲头 2-压边圈 3-凹 模 4-试件）
六、板料的冲压成形性能与成形极限
板料基本性能与冲压成形性能的关系 衡量薄板性能的优劣，过去一般以薄板的基本 性能指标来评价，但是随着汽车、家电工业的发展， 对薄板成形性能的要求日益苛刻，从而使成形性指 标的测定越来越受到人们的重视和广泛研究。薄板 成形性（sheet metal formability），根据 BG/T15825.1-1995的定义，就是指金属薄板对 于冲压成形的适应能力。
具有最佳成形性能的材料应具有如下特点： 均匀分布应变； 承受平面内压缩应力而无起皱现象； 可以达到较高应变而无颈缩和断裂； 承受平面内剪切应力而无断裂； 零件由凹模出来后保持其形状 保持表面光洁，阻止表面损伤。
薄板本身固有的基本特性值与其成形性能之间具有一 定的相关性见下表。对于冷轧冲压钢板，往往希望具有 低的屈服强度、低的屈强比、高的n、r值。
坯料受到双向拉应力作用而实现胀形变形。 在胀形中当试件出现裂缝时，冲头的压入深度称为胀形深度或 Erichsen试验深度，简计为IE值。IE值作为评定板材胀形成 形能力的一个材料特性值。实际上，胀形是典型的拉伸类成形 工序，故IE值也是评定拉伸类冲压成形性能的一个材料特性值。 很明显，IE值越大，胀形性能越好。
2) 杯突试验（ERICHSEN TEST） 杯突试验是历史较为悠久、操作简便、在目前仍然广泛采用 的工艺试验方法，主要用来评定薄板材料的深冲性能，一般适 用于厚度等于或小于2mm，必要时也可试验厚度为2~4mm 的板材和带材，1914年是由德国的A.E.Erichsen做了专用的 试验设备，所以也叫Erichsen试验。其试验装置如图。 试验时，先将平板坯料试件放在凹模平面上，用压边圈压住试 件外圈，然后，用球形冲头将试件压入凹模。由于坯料外径比 凹模孔径大很多，所以，其外环不发生切向压缩变形，而与冲 头接触的试件中间部分。
N值和R值
塑性应变比
塑性应变比即r值，是评价金属薄板深冲性能的最重要参数。
它反映金属薄板在某平面内承受拉力或压力时，抵抗变薄或变厚的能力。
它与多晶材料中结晶择优取向有关。
塑性应变比r定义为将金属薄板试样单轴拉伸到产生均匀塑性变形时，试样标距内，宽度方向的真实应变与厚度方向的真实应变之比。
其定义式为：r=εa/εb，式中εa=㏑(a1/a0)、εb=㏑(b1/b0)，其中b0、a0为试样原始宽度、厚度；b1、a1为拉伸后试样尺寸。
金属薄板存在各向异性，不同取样方向上r值不同，通常所用塑性应变比为金属薄板平面上0°、45°、和90°三个方向所测r值的加权平均值。
平均塑性应变比r按下式计算：r平均=(r0+2r45+r90)/4。
为方便叙述，通常用r表示平均塑性应变比。
当r值小于1时，说明材料厚度方向上容易变形减薄、致裂，冲压性能不好。
当r值大于1时，说明材料冲压成型过程中长度和宽度方向上容易变形，能抵抗厚度方向上变薄，而厚度减薄是冲压过程中发生断裂的原因，故r值越大越有利于深冲性能
硬化指数
硬化指数n是表明材料冷变形硬化的重要参数，对板料的冲压性能以及冲压件的质量都有较大的影响。
硬化指数n大时，表示冷变形时硬化显著，对后续变形工序不利，有时还必需增加中间退火工序以消除硬化，使后续变形工序得以进行。
但是n值大时也有有利的一面，能使工件有很好的刚性。
定义为板材在塑性变形过程中变形强化能力的一种量度，在双对数坐标平面上，是材料真实应力应变关系曲线的斜率。
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塑 性各 向异 性 比值 和 加工 硬 化 指数 与金 属 薄 板 冲压 性 能 的关 系
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,
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参考 技 术 资料 表 明
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