影响冷轧钢板冲压性能因素浅析

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摘 要：本文从冷轧钢板的化学成分、力学性能及钢板的成型曲线特点等各个方面，探讨了影响冷轧钢板冲压性能的因素及其性能评定方法，为冲压件的正常生产提供了理论依据，从而提高冲压件的加工质量。

关键词：冷轧钢板；冲压性能；性能评定；硬化指数

采用冲压工艺生产零件，材料利用率高，能冲制形状复杂，互换性能好的零件，是在机械制造中重要的成形工艺之一，在联合收割机生产中，冷轧钢板冲压件的用钢量约占其钢材总量的30%，这样确保冷轧板冲压件的质量，保证冲成形状复杂零件而不开裂，保证零件的尺寸精度及表面质量，就显得尤为重要。

1 冷轧板的特点

冷轧钢板的厚度一般在3.0mm以下，大量应用的是连轧钢板，它能生产出形状复杂，表面质量高的零件。我国的相关标准中（GB699-88 GB13237-91 GB5213-85）规定了钢板的化学成分、力学性能。

2 影响冷轧钢板冲压性能的因素

2.1 钢的化学成分

钢中主要元素是C、SI、Mn、P、S，它们在钢中含量不同，对钢的冲压性能有显著影响。C提高钢板强度，但增加Fe3C的数量，降低钢的塑性和冲压性能，所以冷轧钢板中碳的含量一般≤0.20%，最好≤0.08%；Si强化铁素体元素，明显提高钢的屈服强度，但降低钢的塑性，其含量一般应≤0.03%；Mn在钢中易形成MnS夹杂，影响冲压性能，但Mn有抑制钢板边部龟裂作用；P在钢中有偏析倾向，易形成带状组织，在增加钢板强度同时亦增加钢板的冷脆性；S易形成硫化物，降低钢板冲压性能；AL作为最终脱氧剂，形成ALN，降低钢板“应变时效”有获得“饼形”晶粒改善冲压性能作用。

2.2 铁素体晶粒大小和形状

2.2.1 铁素体晶粒大小和形状

冲压性能优良钢板的理想晶粒度为6级，晶粒粗大（〉3～4级）时，零件产生“桔皮”状表面，甚至引起裂纹，严重影响零件表面质量或密封质量。晶粒过细（〈8级），钢板强度高，塑性降低，恶化冲压性，加大零件回弹。当晶粒大小不均时，对冲压性能的影响尤为显著。铁素体晶粒形状有等轴晶粒（长轴/短轴二1）和饼形晶粒（长轴/短轴≥2.0）之分，饼形晶粒在厚度方向上，其晶界数目多于等轴晶粒，钢板厚向变形阻力大，即饼形晶粒钢板抗变薄能力强而沿板面方向容易变形。

2.2.2 游离碳化铁和非金属夹杂物

碳化铁的硬度高，冲压时几乎不产生变形。成为钢板变形的一种障碍，特别是在晶界析出或成链状分布时，破坏了金属基体变形的连续性，降低了钢板的冲压性能。（氧化物、硅酸盐等复合夹杂物的作用原理基本相似）

2.3 钢板的力学性能

2.3.1 强度、塑性和硬度

抗拉强度对钢板冲压性能有一定影响，在标准中规定了抗拉强度范围。屈服强度是影响钢板冲压性能的较重要指标，屈服强度越低，变形时的起始抗力越小，冲压性能越好。伸长率是钢板的塑性指标，对于具有各类联合成形工艺生产的汽车零件更为重要，其数值越高，冲压性能越好。硬度值和钢板冲压性能有密切关系，硬度值越高，零件越不易冲压变形。所以人们常根据深冲冷轧钢板的力学性能，间接判断钢板冲压的结果。

2.3.2 塑性应变比

值是钢板宽度和厚度方向应变的比值。=1时钢板呈各向同性； 1钢板抗厚度变薄的能力强，即愈高，钢板愈难变薄，从而提高了钢板的冲压性能。

2.4 钢板表面质量

冷轧钢板在未成形前质量很好，但成形后零件的某些部位形成“水波纹”状表面缺陷（称滑移线），它破坏了零件的外观，对于外观件不允许有滑移线，消除滑移线的最有效方法，是用铝脱氧的无时效钢。

2.5 钢板的厚度尺寸公差

钢板厚度超出允许公差时，也影响冲压性能。钢板过薄，零件表面会出现皱纹，影响外观及密封质量。钢板过厚，导致凹、凸模的间隙过小，阻碍正常冲压变形，引起零件冲压开裂。

3 冷轧钢冲压性能的评定

3.1 钢板的硬化指数n值

应变硬化指数n值可作为近似度量材料拉伸的变形能力，=n。真应力、真应变、为强度系数。n的物理意义：即钢板在冲压开始和冲压终了的整个过程中，变形大的部位首先硬化，变形小的部位给予补充，使零件整体变形趋于均匀化，从而提高了钢板的冲压性能。它描述了材料的应变硬化率，是材料拉伸的一种直接度量。

3.2 钢板的成形极限曲线

在薄板成形过程中，将缩颈的开始视为钢板的成形极限；把不同应变状态下的极限值绘成曲线，即成形极限曲线，用FLC表示。它显示着钢板局部成形能力，可预见和分析冲压件的成败。另外冷轧钢板的冲压性能还可以用锥杯试验的锥杯值和锥杯比、圆顶高度试验、冷轧钢板织构等多项指标来衡量。

4 结语

钢板冲压性能与材料特性、变形力学及冲压工艺诸因素有关，不可能用一两项指标来衡量，它是多项指标综合反映的结果。它的成形性能一般用强度、伸长度和顶压值来衡量。尽管这些指标检测简便，但与实际冲压性的对应关系不好，冲压件易变形开裂。所以我们在实际生产中，如遇到某冲压件开裂，不应只着眼于某一方面，如：金相分析等，而应根据实际情况做出更切合实际的解决办法，从而更好地指导生产。

参考文献：

[1] 《机械工程手册》机械工业出版社， 1993年

Mechanical Engineering Handbook. Machinery Industry Press， 1993

[2] 束德林《金属力学性能》机械工业出版社，1998年

SHU De-lin. Mechaniccal Properties of Metal. Machinery Industry Press， 1998

作者简介：

闫正富（1969-）工程师，主要从事工程材料和机械制造工艺方面的研究。

About the author： Yan Zhengfu ， （1969-）， engineer， engaged in the research of engineering materials and machinery manufacturing engineering.

于世梅（1974-）工程师，主要从事工程材料和机械制造工艺方面的研究。

About the author： YU Shi-mei， （1974-）， engineer， engaged in the research of engineering materials and machinery manufacturing engineering.