沖壓材料的選擇對沖壓工藝的影響

劉爽 張文浩

摘 要：沖壓所用材料的性質與沖壓工藝的關系非常密切，其性質直接影響沖壓工藝設計、五金沖壓件質量和產品使用壽命，還影響組織件生產和沖壓件生產成本。在選定沖壓件的材料時，不僅要考慮使用性能，還應滿足沖壓加工和后續工藝dk性能要求。除此之外，對于沖壓加工的工藝流程，也是有著一定的原則和要求的，只有遵守了這些，才能夠確保沖壓件產品的質量。

關鍵詞：沖壓工藝;沖壓材料;材料選擇對沖壓工藝的影響

1 沖壓工藝簡介

沖壓是靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的工件（沖壓件）的成形加工方法。沖壓和鍛造同屬塑性加工（或稱壓力加工），合稱鍛壓。沖壓的坯料主要是熱軋和冷軋的鋼板和鋼帶。全世界的鋼材中，有60～70%是板材，其中大部分經過沖壓制成成品。汽車的車身、底盤、油箱、散熱器片，容器的殼體，電機、電器的鐵芯硅鋼片等都是沖壓加工的。儀器儀表、家用電器、自行車、辦公機械、生活器皿等產品中，也有大量沖壓件。

2 沖壓材料的基本要求

沖壓所用的材料不僅要滿足設計的技術要求，還應當滿足沖壓工藝的要求和沖壓后的要求（如切削、電鍍、焊接等）。沖壓工藝對材料的基本要求主要有：

（1）對沖壓成形性能的要求：對于成形工序，為了有利于沖壓變形和制件質量的提高，材料應具有良好的塑性、屈強比小、板厚方向性系數大、板平面方向性系數小、材料的屈服強度與彈性模量的比值小。對于分離工序，并不需要材料有很好的塑性，塑性越好的材料越不易分離。

（2）對材料厚度公差的要求：材料的厚度公差應符合規定標準。因為一定的模具間隙適用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不僅直接影響制件的質量，還可能導致模具和沖床的損壞。

（3）材料性能量化控制。物理模擬技術是掌握材料性能獲得量化規律的必要手段。較早的物理模擬技術是使用一些與成形材料性能相似的模擬材料和測試方法，主要用于解決工藝可行性問題。近年發展起來的一些試驗設備為測試材料性能提供了更廣泛的可能性，可進行壓縮扭轉等試驗。

3 沖壓工藝材料的基本要求

從沖壓件加工工藝的角度考慮，沖壓材料的力學性能、表面質量及厚度公差應滿足以下基本要求：

（1）用于沖裁的材料，應具有足夠的塑性、較低的硬度，以提高沖裁斷面質量及尺寸精度。其中，軟料如黃銅的沖裁性能良好，硬料如不銹鋼、高碳鋼的沖裁斷面質量較差，脆性材料在沖裁時容易產生撕裂等現象。

（2）用于彎曲的材料，應具有足夠的塑性、較低的屈服強度、較高的彈性模量。其中，塑性好的材料不易彎裂，屈服強度較低、彈性模量較高的材料回彈較小。

（3）用于拉伸的材料，應具有較好的塑性、較低的屈服強度和硬度、較大的板厚方向性系數。其中，硬度高的材料難以拉伸成型;屈強比小或板厚方向性系數大的材料，容易拉伸成型。

（4）材料表面應平整光潔，無劃痕、擦傷等缺陷，以免影響產品的外觀質量，并便于沖壓加工及焊接、噴涂等后續加工。

（5）材料的厚度公差應滿足一定的要求：如果材料厚度超差，不僅直接影響產品的沖壓質量和模具壽命，甚至還會產生廢品或破壞模具。

（6）毛坯材料選擇合理機械制造中毛坯料制備的方法，直接利用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。毛坯的選擇與具體的生產技術條件有關，一般取決于生產批量、材料性能和加工可能性等。

（7）結構簡單合理設計零件的結構形狀時，最好采用最簡單的表面如平面、圓柱面、螺旋面及其組合，同時還應當盡量使加工表面數目最少和加工面積最小。

（8）規定適當的制造精度及表面粗糙度零件的工藝，材料的選擇及費用隨著精度的提高而增加，尤其在精度較高的情況下，這種增加極為顯著。

4 常用金屬材料對沖壓工藝會產生的影響

4.1 低碳鋼拉伸沖壓

（1）材料特性：具有極好的成型性（取決于材料等級），強度高、重量輕、性價比優于其他拉伸材料、成型尺寸穩定、防腐蝕性低、需要電鍍之類的后處理保護。常用于汽車制造中的各類零部件，特別是高強度結構件。

（2）對沖壓工藝的影響：材料采購資源豐富低噸位的機器即可（取決于材料等級）成型后尺寸具有良好的穩定性特別適用于焊接原材料類別中有分不同的涂層，可省去后續表面處理，比如電鍍成型后的產品有一定的保存期限，取決于自身的防腐蝕性。

4.2 不銹鋼拉伸沖壓

（1）材料特性：強度高、重量輕、防腐蝕性高、適合熱處理、耐磨性好且不需要電鍍保護。常用于汽車制造中的燃油供給系統、制動系統、排放系統、氧傳感器和裝飾部件等。

（2）對拉伸沖壓工藝的影響：與其他材料相比，需要大噸位的機器拉伸時對模具的磨損較大材料價格比較昂貴成型后尺寸具有良好的穩定性（+/-0.02mm）拉伸時材料硬化快且具有回彈性拉伸時材料成型比較困難且對于產品壁厚的控制有一定的難度，需要經驗豐富的調模工。

4.3 鋁合金拉伸沖壓

（1）材料特性：重量輕（差不多是低碳鋼的1/3）、強度高、無磁性、不生銹、適合熱處理、可作陽極氧化以防腐蝕。常用于汽車制造和其他行業中散熱裝置、儲能裝置（如蓄電池），飲品容器和制藥業等。

（2）對拉伸沖壓工藝的影響：與其他材料相比，低噸位機器即可拉伸時對模具的磨損較大成型后尺寸具有良好的穩定性（+/-0.04mm）材料易成形且回彈性低拉伸時材料不容易硬化對于壁厚不一致的成型，鋁合金拉伸是可實現的。

5 結語

文章對沖壓材料的基本要求進行了簡單介紹，并對各個工序中選擇材料的機械性能對工藝加工造成的影響分別進行了描述，最后對常用金屬材料對沖壓工藝的影響做了相應的參考與借鑒。

參考文獻：

[1]鄧仕珍.汽車車身制造工藝學[M].北京：北京理工大學出版社.

[2]張敏中，賈海濱.精密成型工程[M].