薄钢板在板料冲压加工中的应用及影响因素

板料冲压加工中使用最广泛的材料是轧制薄钢板^[2]，分热轧板和冷轧板。其钢的类别（及牌号）主要包括碳素结构钢（Q195、Q235……）、优质碳素钢（08F、08Al、10……）、碳素工具钢（T7、T8……）、低合金高强度钢（Q345……）及电工钢（D11、D21……）等，以前两类使用更多。

钢是一种铁和碳的合金，且含有少量的锰、硅、磷、硫以及铝等元素。这些元素对钢板的冲压性能有不同的影响，有的有利，有的有害，有起改善作用的地方，也有起变坏作用的地方。表1-3-15列举了钢中所含元素碳（C）、锰（Mn）、硅（Si）、磷（P）、硫（S）以及铝（Al）对08钢冲压影响的情况说明。

表1-3-15 主要元素对08钢冲压性能的影响

冲压用薄钢板中，铁素体晶粒最理想的晶粒度是6级；晶粒形状以“饼形”晶粒好于等轴晶粒板的冲压性能。

在炼钢时充分进行沸腾的钢叫做沸腾钢。沸腾钢外侧杂质含量较少，由沸腾钢轧制成的钢板叫沸腾钢板，其表面形状良好。在炼钢时添加铝、硅等元素进行充分脱氧，得到偏析甚少而质量均匀的钢叫镇静钢。镇静钢板虽比沸腾钢板要较均质，但钢板的表面形状较差。介于两者之间的半沸腾钢，其钢板称之为半沸腾钢板。

钢板的下屈服强度R_eL、抗拉强度R_m以及屈强比对冲压性能均有影响（参见第二节内容），故国标中对各种钢板的强度指标及塑性指标都作了规定，包括深冲冷轧钢板的屈强比（R_eL/R_m）。

软钢板的n值普遍在0.1～0.25范围中，它受冶炼轧制因素影响，如钢的铁素体中固有添加元素的存在常使n值变小，晶粒度和晶粒方位的不同也有不同的影响等。

n值是胀形、翻边等拉伸类冲压成形性能的最主要判定基准；r值是拉深等压缩类冲压成形性能的最主要判定基准；而在胀形与拉深的复合类冲压成形中，须同时考虑n值和r值的影响。

图1-3-52给出了JIS标准中不同种类钢板的加工硬化指数n和板厚向异性系数r的大致水平。至于图中钢板的种类与我国钢号的对比可参阅第四章。日本等国在杂志上专集刊登冲压板料的数据资料和研究成果新信息^[3]，而我国尚未做到。

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图1-3-52 JIS标准中n值、r值的水平

钢板及其他很多金属板料（钛合金板有例外）随着厚度（t）的增加，其冲压成形性能都有一定的提高。这种板厚影响有如下两种情况。

在拉深工作中，薄料不如厚料，这是因为料薄较容易产生压缩失稳起皱，致使极限拉深系数较大，如图1-3-53所示的国外的实验数据，容易说明这一点。

图1-3-53 板厚与极限拉深比的关系

而在翻边、胀形工作中，随着板厚的增加，应变梯度相应减小，板材的成形极限得以提高，图1-3-54所示是翻边试验的结果。从图1-3-54中还可看出，球形冲头比柱形冲头（同一板厚条件下）还能降低极限翻边系数，降低程度达10%左右，而翻边力可相对降低50%左右，这是另一种意义的变形梯度。这也说明，在分析使用钢板的冲压性能数据时必须注意其变形条件，像表1-3-16所列胀形深度的数据中就有平冲头与球冲头之分，该表列出的是碳钢与合金钢板冲压成形极限的工艺试验数据^[25]。

图1-3-54 板厚与极限翻边系数

表1-3-16 碳素钢及合金钢的冲压性能