金属钣金材料的选材及加工工艺

金属钣金材料的选材及加工工艺
金属钣金材料的选材及加工工艺

金属钣金材料的选材及加工工艺
1.冲压材料:
1.1板材的分类和名称
板材是指各种形状的半成品,如：薄板、中板、厚板、窄带材、带材等.
按厚度分：厚板（4mm以上）、中板（3-4mm）、薄板（3mm以下）
按轧制状态分：热轧钢板、冷轧钢板
冷轧钢板生产工艺（宝钢）：矿石→高炉炼铁→转炉炼钢→连铸（板坯）→热连轧→酸洗→冷连轧→连续退火（－热镀锌）→卷取/其他（电镀锌/纵剪成带/横剪成板/）
热轧钢板生产工艺（宝钢）：矿石→高炉炼铁→转炉炼钢－连铸（板坯）→除鳞→精轧→冷却→卷取→热轧卷（－冷轧）→矫直/纵剪/横剪
1.2合金及合金钢
我们通常所用的钢实际上就是铁碳合金,碳渗于铁基中形成固溶体,根据含碳多少,可以划分为低、中、高三类碳钢.
合金钢无疑是铁基中渗入或固溶了其他的金属元素,从而改善了钢的塑性,比如08Al之类板料,主要是Al、Fe合金,有了这样的组合,板材的塑性大大改善,能够适应冷冲压的变形.
1.3板料对冷冲压的影响
（1）钢板的厚度公差
钢板厚度公差超差是指钢板的实际厚度超过标准允许的偏差,它不仅影响零件冲压开裂,表面起皱,零件回弹,甚至可能造成重大的模具事故.这是影响冲压成败三要素之一.
钢板厚度公差波动的大小,实际上影响模具对零件施加压力的大小,金属流动的难易,从而影响零件冲压开裂和起皱.
（2）钢板的表面缺陷
按规定,热轧钢板的表面不得有裂纹、结疤、折叠、气泡、分层和夹层等对使用有害的缺陷.但允许有深度（或高度）不超过厚度公差一半的麻点、凹陷、划痕等轻微、局部的缺陷,并保证钢板的最小厚度.
冷轧和热轧钢板的任何表面缺陷的存在,特别是超出标准允许的表面缺陷,都会成为影响零件冲压开裂、涂漆质量和车身外观质量的直接原因.
1.4钢板的化学成分
(1)碳.碳是钢中的一种最基本的元素,它提高钢板的强度,特别是抗拉强度.
(2)硅.硅能提高冷轧钢板的强度.
(3)锰.可防止钢过氧化和冷轧钢板边部避免产生龟裂的有利作用.
(4)磷.具有良好的冷轧退火功能.但磷有冷脆性,对焊接性能也有不利影响.
(5)硫.对冲压有害无益的元素.
(6)铝.防止钢板时效、作为强脱氧剂、有利于深冲性能.
1.5表征钢板的主要力学性能指标:
a.强度：金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力.屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标,是金属材料选用的重要依据.强度的大小用应力来表示,即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示,常用单位为MPa.
b.屈服强度：金属试样在拉力试验过程中,载荷不再增加,而试样仍继续发生变形的现象,称为“屈服”.产生屈服现象时的应力,即开始产生塑性变形时的应力,称为屈服点,用符号σs表示,单位为MPa.一般的,材料达到屈服强度,就开始伴随着永久的塑性变形,因此其是非常重要的指标.
c.抗拉强度：金属试样在拉力试验时,拉断前所能承受的最大应力,用符号σb表示,单位为MPa.
d.伸长率：金属在拉力试验时,试样拉断后,其标距部分所增加的长度与原始标距长度的百分比,称为伸长率.用符号δ表示.伸长率反映了材料塑性的大小,伸长率越大,材料的塑性越大.
e.应变强化指数n：钢材在拉伸中实际应力－应变曲线的斜率.其物理意义是,n值高,表示材料在成形加工过程中变形容易传播到低变形区,而使应变分布较为均匀,减少局部变形集中现象,因此n值对拉延胀形非常重要.
f.塑性应变比r值：r值表示钢板拉伸时,宽度方向与厚度方向应变比之比值.r值越大,表示钢板越不易在厚度方向变形（越不容易开裂）,深冲性越好.
1.6钢板表面质量
级别代号特征
较高级的精整表面FB（O3）表面允许有少量不影响成型性及涂、镀附着力的缺陷,如划伤、压痕、麻点、辊印及氧化色
高级的精整表面FC（O4）产品二面种较好的一面无肉眼可见的明显欠缺,另一面必须至少达到FB的要求
超高级别的精整表面FD (O5)产品二面中较好的一面不得有任何缺陷,即不能影响涂漆后的外观质量货电镀后的外观质量,另一面至少达到FB级
2.冲压用钢板应具有以下三方面的基本质量要求：
（1）良好的表面质量.
材料的表面应光洁平整,无分层和机械性质的损伤,无锈斑、氧化皮及其它附着物.
（2）严格的厚度尺寸公差.
材料的厚度公差应符合国家规定标准.
（3）优异的深冲性能（复杂级屈服130-190）,冲压级（屈服180-230）,普通级（屈服220-245）
材料应具有：良好的塑性、屈强比小、板厚方向性系数大、材料的屈服极限与弹性模量.
(一般金属材料屈服后就开始塑性变形,但这时抗拉强度还没出来.,继续拉伸后会到达最大力点,当材料拉伸到最大力时(抗拉强度)材料开始颈缩,这时的力开始不断的减小,直到断裂.屈强比越小说明材料的屈服后颈缩来的比较晚,屈强比越越大说明材料屈服后颈缩来的比较快,也就断的快.)
什么是板厚方向性系数?它对冲压工艺有何影响?
由于钢锭结晶和板材轧制时出现纤维组织等因素,板料的塑性会因为方向不同而出现差异,这种现象称为板料的塑性各项异性.各向异性包括厚度方向的和板平面的各向异性.厚度方向的各向异性用板厚方向性系数 r 表示. r 值越大,板料在变形过程中愈不易变薄.是分析冲压件变形程度,设计工艺性及拟订工艺规程的前提.如果板料形状合适,不仅变形沿板料分布不均匀的现象能够得到明显改善,而且成形极限也可有所提高,并能降低突耳高度,减少切边余量.此外,对于某些落料后直接成形的零件,若能给出精确的板料形状及尺寸,则能减少试模调模的次数,从而缩短生产周期,提高生产率.
3.冷冲压用钢板
冷冲压过程中所用的板料大多为冷轧薄板.
冷轧薄板因具有板面平整、尺寸精度高而受到冷冲压的青睐.因国家和地区而异,薄板的称谓（或牌号）大相径庭,但其组织结构及物化性能却大同小异.目前,冲压车间所用的牌号大部分为St系列,例如：St13、St14、St16等.相同牌号的材料也会因为冲压性能的不同,继续细分.大体可分为F级,HF级,ZF级；F,H,Z分别为汉语拼音复杂级,很复杂级,最复杂级的第一个字母,一目了然.分别用于复杂级冲压件,很复杂级冲压件及最复杂级冲压件的制件.以上的St系列板与我国的08AL系列板材性能大体是相同的,从本质上来讲都是08Al系列超低碳合金钢.下表是常用汽车钢带的力学性能参数：
4.材料消耗定额
冲压件的材料消耗定额是指单件产品所需某种规格的材料重量.材料消耗定额可按下式计算：
Q0=Q1+Q2
式中：
Q0——单件产品冲压件材料消耗定额
Q1——单件产品冲压件重量
Q2——单件产品冲压件理论消耗废料重量,在冲压车间,对于来料是包料,Q2为单张毛坯的重量,而来料是卷料,Q2为卷料头尾去除后平均在每一张毛坯中后的单张毛坯的重量.
http://www.jsliba.com/002.HTM（立霸彩板标准）,认为比较适合.
模具常识
一、一般模具的组成：
1.工作零件：是完成冲压工作的零件；包括凸模和凹模等零件.
2.定位零件：是保证送料时有良好的导向和控制送料的进距；主要包括挡料销、定位销、侧刃等零件.
3.压料、卸料、顶料零件：这些零件的作用是保证在冲压工序完成后将制件和废料的排除；主要包括卸料板、顶料器、气动顶料装置等零件.
4.导向零件：是保证上模与下模相对运动时有精确的导向,使凸模、凹模间有均匀的间隙,提高冲压件的质量；包括导柱、导套、导板等零件.
5.安装、固定零件：这些零件的作用是使上述四部份联成整体,保证各零件间的相对位置,并使模具能安装在压力机上；包括上模板、下模板、模柄、固定板、垫板、螺钉、圆柱销等.
6.缓冲零件：包括卸料弹簧、聚氨脂橡胶和氮气缸等.
7.安全零件及其它辅助零件：主要有安全侧销、安全螺钉、工作限制器、存放限制器、上下料架、废料滑槽、起重棒、吊耳等.
安全侧销：主要作用是防止上模压料板紧固螺钉松动或断裂,导致压料板落下,造成人员、工装的重大损失.
存放限制器：主要作用是防止模具弹性元件长期受压而失效和防止刃口长期接触影响刃口的寿命.（一般采用聚氨脂橡胶）
工作限制器：主要作用是限制凸凹模的吃入深度.
二、影响模具寿命的因素：
1.冲压工艺及冲模设计的影响及提高冲模寿命的措施：
(1)冷冲压用原材料的影响.例如：原材料厚度公差不符合要求、材料性能波动、表面质量差和不干净等：
A.冲压前应对原材料的牌号、厚度、表面质量进行严格检查
B.保证材料表面质量和清洁
(2)排样和搭边的影响：
排样方法与搭边值对模具寿命影响非常大,不必要的往复送料排样法和过小的搭边值往往是造成模具急剧磨损和凸凹模啃伤的重要原因.
(3)模具导向结构和导向精度的影响：
必要和可靠的导向,对于减小工作零件的磨损,避免凸凹模啃伤极为有效.
(4)模具几何参数的影响：
凸凹模的形状、间隙和圆角半径不仅对冲压件成形影响极大,而对模具的磨损影响也很大.
2.模具的材料的影响：
模具的材料性质及热处理质量对模具寿命的影响是影响模具寿命诸因素中最重要的因素.
3.模具的热加工和表面强化的影响
4.模具加工工艺的影响：
模具加工后模具的表面粗糙度对模具的寿命影响很大,所以要根据制件情况,合理的选择加工工艺.
5.压力机的精度与刚性的影响
6.模具的使用、维护和保养的影响
7.正确使用、维护和保管模具是提高模具寿命的重要方面.它包括模具正确安装与调整；注意保持模具的清洁和合理的润滑；防止误送料、上双料；严格控制凸模进入凹模的深度,控制校正弯曲、整形等工序中上模的下死点位置；及时的打磨、抛光等.
三、对冷冲模具用钢使用性能的基本要求：
1.具有高硬度和强度,以保证模具在工作过程中抗压、耐磨、不变形、抗粘合；
2.具有高耐磨性,以保证模具在长期工作中,其形状和尺寸公差在一定范围内变化,不因过分磨损而失效；
3.具有足够的韧性,以防止模具在冲击负荷下产生脆性断裂；
4.热处理变形小,以保证模具在热处理时不因过大变形而报废；
5.有较高的热硬性,以保证模具在高速冲压或重负荷冲压工序中不因温度升高而软化.