冲压材料知识培训课件

冲压材料知识培训课件第一章冲压材料基础概述冲压材料作为冲压工艺的核心要素，其性能直接决定了冲压产品的质量和性能本章将介绍冲压材料的基本概念、分类方式以及关键性能指标，为后续章节奠定基础了解冲压材料的基础知识对于工程师选择合适的材料、优化工艺参数以及预测可能出现的问题至关重要通过掌握这些基础知识，可以大幅提高冲压工艺的效率和产品质量冲压工艺作为一种高效的金属成形方法，广泛应用于汽车、电子、家电等行业，而材料的特性则是决定冲压成功与否的关键因素之一什么是冲压材料？冲压材料的定义冲压工艺对材料的要求冲压材料是指那些专门用于冲压成形工艺的金属冲压过程中，材料会经历复杂的应力状态和变形材料，这些材料需要具备良好的塑性变形能力和过程，因此对材料的变形性能提出了较高要求适当的强度，以确保在冲压过程中能够顺利成形且成形后保持所需的机械性能良好的塑性变形能力，确保材料能够在不开•这类材料通常以板材、带材或卷材的形式供应，裂的情况下实现所需的形状厚度范围从到不等，根据具体应用

0.1mm10mm适当的强度，保证产品具备所需的机械性能•场景选择均匀的组织结构，避免局部变形不均•优良的表面质量，满足产品外观和后续处理•需求材料特性与冲压质量的关系材料特性直接影响冲压产品的质量和性能表现材料的均匀性影响产品尺寸精度•材料的塑性影响成形极限和缺陷风险•材料的硬度影响模具寿命和生产效率•材料的表面状态影响产品外观质量•冲压材料的分类钢材钢材是最常用的冲压材料，根据生产工艺和性能特点可分为•冷轧钢板表面光洁，尺寸精度高，适合精密冲压•热轧钢板成本低，强度较高，表面质量较差•不锈钢耐腐蚀性好，强度高，但成形性较差•高强钢强度高，重量轻，但成形性较差•电镀锌钢板具有防腐蚀性能，广泛用于汽车和家电行业有色金属有色金属在特殊应用场景中具有独特优势•铝合金重量轻，耐腐蚀，导热性好，用于轻量化产品•铜合金导电性好，耐腐蚀，用于电气连接件•镁合金密度低，比强度高，但成形性较差•钛合金比强度高，耐腐蚀，用于航空航天领域•锌合金流动性好，适合压铸，但强度较低复合材料及特殊合金为满足特殊性能需求而开发的材料•金属基复合材料兼具金属基体和增强相的优点•金属/非金属复合板如铝塑板、不锈钢/铜复合板材料的选择需要综合考虑产品性能要求、生产效率、成本控制等多方面因素对于同一产品，可能需要使用不同类型的材料来•形状记忆合金具有形状记忆效应，用于特殊场合满足不同部位的性能需求例如，汽车车身通常采用多种钢材和铝合金的组合设计，以实现轻量化和安全性的平衡•双相钢兼具强度和塑性的高性能钢材•TRIP钢变形诱导相变钢，具有良好的成形性冲压材料的关键性能指标12屈服强度与抗拉强度延伸率（塑性）屈服强度σs材料开始产生塑性变形时的应力值，单位MPa，是评估材料是否发生永久变形的重要指标延伸率δ试样断裂后标距的延长量与原标距的比值，以百分数表示，直接反映材料的塑性变形能力抗拉强度σb材料在拉伸过程中能够承受的最大应力，单位MPa，反映材料的最大承载能力均匀延伸率材料从开始拉伸到最大载荷点的延伸率，反映材料在均匀变形阶段的塑性σb/σs比值表征材料的强化能力，该值越大，材料的成形性能越好通常冲压材料要求该比值大于

1.2对于冲压材料，通常要求延伸率δ≥20%，优质冲压材料可达40%以上延伸率越高，材料的深冲性能越好34硬度与韧性弹性模量与弹性极限硬度材料抵抗局部变形的能力，常用布氏硬度HB、洛氏硬度HRC或维氏硬度HV表示弹性模量E材料在弹性变形阶段应力与应变的比值，单位GPa，反映材料的刚度硬度与材料的强度有良好的对应关系，可以通过简单的硬度测试快速评估材料的强度水平弹性极限材料完全回复原状的最大应力值，超过此值将产生永久变形韧性材料吸收能量并在断裂前产生塑性变形的能力，通常通过冲击试验测定韧性好的材料不易在冲压过程弹性模量越小，材料的弹性变形能力越大，冲压后的回弹量也越大，需要在模具设计中考虑回弹补偿中发生脆性断裂第二章材料性能与冲压适应性本章将深入探讨材料性能与冲压适应性之间的关系，包括材料的塑性变形行为、温度对材料性能的影响、应变速率敏感性以及摩擦与润滑的作用等方面通过理解这些关键因素，工程师可以更好地预测材料在冲压过程中的行为，优化工艺参数，提高产品质量和生产效率同时，这些知识也为解决冲压过程中可能出现的问题提供了理论基础冲压工艺是一种利用压力使金属材料产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的加工方法材料在冲压过程中的表现直接决定了冲压工艺的可行性和产品质量材料的塑性变形行为冲压应力状态冲压过程中，材料主要承受三种基本应力状态•压缩应力使材料体积减小，在冲压中常见于压边区域•拉伸应力使材料延长变薄，在拉深和拉延工艺中尤为明显•剪切应力使材料沿平行方向错位，在剪切和落料工序中占主导在实际冲压过程中，材料往往同时承受复合应力状态，这使得变形行为更加复杂塑性变形机理金属材料的塑性变形主要通过以下微观机制实现•位错滑移金属晶体中位错沿滑移面移动，是塑性变形的主要机制•孪晶变形某些金属在特定条件下，晶体沿特定方向产生镜像对称的变形•晶界滑移在高温下，晶粒之间相对滑动产生变形材料的晶粒大小、晶界状态、相组成等微观结构特征都会影响其塑性变形行为成形极限与失效模式塑性变形能力决定了材料的成形极限和可能的失效模式•成形极限图FLD描述材料在不同应变路径下的极限应变状态•局部颈缩材料在拉伸状态下产生局部变薄，是最常见的失效形式•剪切带在某些应力状态下，材料会形成局部剪切变形区•皱折在压缩应力作用下，材料产生波浪状变形理解这些失效机制有助于优化工艺设计，避免冲压缺陷材料的塑性变形行为还与其微观组织结构密切相关例如，低碳钢由于其铁素体基体中含有一定量的珠光体组织，具有良好的塑性变形能力；而高强度钢由于含有马氏体或贝氏体等硬质相，塑性较差但强度高在实际应用中，需要根据产品的性能要求和成形难度，选择具有合适塑性变形特性的材料温度对材料性能的影响冷冲压与热冲压的温度区间冷冲压在室温或略高于室温通常200℃下进行，不发生再结晶温冲压在再结晶温度以下但高于室温通常200-600℃的温度下进行热冲压在材料再结晶温度以上钢材通常700℃，铝合金通常350℃进行，材料会发生动态再结晶温度对材料强度的影响随着温度升高，材料的强度通常会降低•屈服强度和抗拉强度降低，使材料更容易变形•钢材在200℃左右会出现蓝脆性，导致塑性降低•某些铝合金在特定温度区间可能出现动态时效硬化温度对材料强度的影响程度与材料类型和合金成分密切相关温度对塑性的影响温度升高通常会提高材料的塑性变形能力•激活更多滑移系统，增加材料的变形能力•降低位错运动的阻力，减少加工硬化效应•高温下可能发生动态回复和再结晶，进一步提高塑性这是热冲压能够成形复杂零件和高强度材料的主要原因应变速率敏感性应变速率的概念应变速率是指材料单位时间内的应变变化量，通常用ε̇表示，单位为s⁻¹在冲压过程中，应变速率可以从准静态状态约10⁻³s⁻¹到高速冲压可达10²s⁻¹以上不等不同的冲压工艺对应不同的应变速率范围•常规冲压

0.1-10s⁻¹•高速冲压10-100s⁻¹•爆炸成形100s⁻¹应变速率敏感性指数材料的应变速率敏感性通常用m值表示m=∂logσ/∂logε̇其中σ为流动应力，ε̇为应变速率m值越大，材料对应变速率的敏感性越强不同材料的m值差异较大•大多数钢材

0.01-

0.05•铝合金

0.002-

0.01•超塑性材料

0.3应变速率对材料行为的影响高应变速率下，材料可能表现出与静态加载不同的行为强度增加大多数金属材料在高应变速率下流动应力升高，这种效应在低碳钢中尤为明显塑性变化部分材料塑性可能降低，但某些合金系统塑性可能提高温度升高高速变形产生的变形热无法及时散发，导致局部温度升高变形不均匀性增加可能导致剪切带形成，增加开裂风险工程应用考虑了解应变速率效应对冲压工艺具有重要意义•高速冲压时需考虑材料强度增加，调整模具间隙和压力•对于m值较高的材料，可通过控制冲压速度优化成形效果摩擦与润滑对冲压材料的影响润滑的作用摩擦机制合理的润滑可以冲压过程中，材料与模具之间的摩擦主要有以下特点降低摩擦系数，减少材料流动阻力•接触面积随压力增加而变化•防止材料与模具直接接触，减少表面损伤•微观尺度上存在粘着和犁沟作用•带走热量，降低局部温度升高•摩擦系数受表面粗糙度、压力、温度和滑动速度影响•减轻模具磨损，延长模具使用寿命•过高的摩擦会导致材料表面损伤和模具磨损•改善产品表面质量，减少划痕和拉伤•摩擦控制策略常用润滑剂优化冲压过程中的摩擦条件根据冲压工艺和材料类型选择适当的润滑剂材料表面处理电镀、磷化、涂油等矿物油适用于轻、中等程度的冲压••模具表面工程硬质涂层、纹理设计乳化液水溶性，冷却效果好••差异化润滑不同区域使用不同润滑方案极压添加剂适用于严苛的冲压条件••温度控制维持最佳润滑效果的温度范围固体润滑剂如石墨、二硫化钼，适用于高温条件••压边力控制通过调整压边力影响材料流动聚合物膜提供持久的边界润滑••摩擦对冲压过程的影响是双面的在某些情况下，适当的摩擦是必要的，如拉深过程中压边圈区域需要一定的摩擦力来控制材料流动，防止起皱；而在其他区域，如凸模与材料接触区域，则需要尽量减小摩擦以促进材料流动因此，摩擦控制的关键在于实现差异化摩擦，即在不同区域创造不同的摩擦条件第三章常用冲压材料详解冲压工艺中使用的材料种类繁多，每种材料都有其独特的特性和适用范围本章将详细介绍几种最常用的冲压材料，包括冷轧钢板、热轧钢板、不锈钢、铝合金以及铜及铜合金我们将从材料的化学成分、物理性能、机械性能、典型规格、应用场景以及加工特点等方面进行全面分析，帮助工程师更好地了解这些材料的特性，从而在实际工作中做出合理的材料选择了解常用冲压材料的特性对于工程师来说至关重要不同的材料具有不同的价格、性能和加工特性，合理的材料选择可以大幅降低生产成本，提高产品质量冷轧钢板典型牌号与标准冷轧钢板是最常用的冲压材料之一，主要牌号包括•SPCC/DC01普通冷轧钢板，适用于一般冲压件•SPCD/DC03深冲钢板，具有更好的塑性•SPCE/DC04特深冲钢板，塑性极佳•SPCF/DC05超深冲钢板，用于最复杂的冲压件主要执行标准•中国GB/T11253•国际ISO3574•欧洲EN10130•日本JIS G3141性能特点优点•表面光洁度高，Ra值通常在

0.4-

1.6μm•尺寸精度高，厚度公差通常在±

0.01-

0.05mm•塑性好，延伸率通常在30-45%•各向异性小，成形性能均匀•冲压后的回弹量较小缺点•强度较低，屈服强度通常在140-280MPa•耐腐蚀性差，需要表面处理•价格受市场波动影响大应用领域冷轧钢板广泛应用于多个领域汽车工业车身覆盖件、车门、车顶、机舱盖等家电产品冰箱、洗衣机、空调等外壳和内部构件电子产品计算机机箱、服务器机柜等办公设备文件柜、办公桌、打印机外壳等建筑五金门锁、铰链、支架等小型配件具体牌号选择通常基于成形难度和性能要求，例如简单冲压件选用SPCC，复杂深冲件选用SPCE或SPCF冷轧钢板的生产工艺通常包括热轧、酸洗、冷轧、退火和精整等工序冷轧过程中，钢板在室温下通过轧机轧制，导致晶粒变形、位错密度增加，从而提高材料强度但降低塑性为了恢复塑性，冷轧后的钢板需要进行退火处理，通过再结晶过程细化晶粒，获得良好的冲压性能热轧钢板热轧钢板的基本特性热轧钢板是在再结晶温度以上通常900℃轧制成形的钢板产品主要特点包括典型牌号•SS400/Q235普通碳素结构钢，含碳量约

0.15-

0.20%•SM490/Q345中强度结构钢，含锰量较高•SPHC热轧商品碳素钢板•SPHD热轧深冲用碳素钢板优点•成本低，比冷轧钢板便宜约15-25%•强度适中，屈服强度通常在235-355MPa•生产效率高，可获得较大厚度和宽度•内部应力小，变形稳定性好缺点•表面粗糙，Ra值通常在3-10μm•存在氧化皮，需要酸洗处理•厚度精度差，公差通常在±

0.15-

0.4mm•边部质量不均匀，可能存在波浪边热轧钢板的冲压特性热轧钢板的冲压性能具有以下特点•塑性一般，延伸率通常在20-30%•表面粗糙度高，对模具磨损较大•需要更大的冲压力，设备要求高•适合简单冲压工艺，不适合复杂深冲件•边缘毛刺较多，可能需要二次加工应用领域热轧钢板主要应用于以下领域•建筑结构件型钢、钢梁、支撑件不锈钢性能特点冲压特性优点•优异的耐腐蚀性，尤其在酸、碱、盐环境下不同类型不锈钢的冲压特性差异显著•良好的高温性能，可在500℃以上使用•奥氏体不锈钢304延伸率高40-50%但加工硬化严重•卫生性好，适用于食品和医疗设备•铁素体不锈钢430成形性中等，回弹小•美观的表面外观，可获得多种表面处理效果•马氏体不锈钢硬度高，冲压性能差缺点冲压不锈钢需要注意•成本高，约为普通碳钢的3-5倍•使用更大的模具间隙材料厚度的15-20%•加工硬化严重，冲压成形性较差•选用高强度模具材料和表面处理主要应用•回弹量大，需要工艺补偿•采用专用润滑剂降低摩擦和热量成分与分类不锈钢广泛应用于需要耐腐蚀性和美观性的场合不锈钢是含铬量≥

10.5%的铁基合金，根据金相组织可分为•厨房设备水槽、炊具、餐具•奥氏体不锈钢含Cr18-25%，Ni8-20%，如

304、316•食品加工设备储罐、管道、阀门•铁素体不锈钢含Cr16-30%，Ni极少，如

430、439•医疗器械手术器械、诊断设备•马氏体不锈钢含Cr11-18%，C较高，如

420、440C•建筑装饰电梯门、扶手、装饰面板•双相不锈钢兼具奥氏体和铁素体组织，如2205在实际冲压生产中，不锈钢由于其特殊的材料特性，加工难度大于普通碳钢以常用的304不锈钢为例，其加工硬化指数n值约为

0.45，远高于普通冷轧钢板的

0.20-

0.25，这意味着在变形过程中强度增加显著，需要更大的冲压力和更坚固的模具不锈钢的表面保护也是一个重要问题为防止冲压过程中的划伤和污染，通常会在不锈钢表面覆盖保护膜此外，不锈钢的回弹量大，在弯曲和成形后容易产生显著的形状偏差，需要在模具设计中考虑回弹补偿近年来，超薄不锈钢厚度

0.1mm在电子产品外壳和精密零件中的应用日益增加，对冲压工艺提出了更高要求，需要采用精密模具和先进的冲压设备铝合金

2.7g/cm³70GPa密度弹性模量铝合金的密度约为钢的1/3，是汽车和航空工业轻量化的理想材料约为钢的1/3，导致较大的回弹量，需要在模具设计中补偿150-550MPa10-35%抗拉强度延伸率根据合金种类和状态不同，强度范围广，可满足不同需求塑性一般，不同系列合金差异大，热处理状态影响显著典型牌号及应用铝合金按主要合金元素分为8个系列，常用于冲压的主要有1系纯铝如

1060、1100，延展性极佳，强度低，主要用于简单成形的装饰件、反光器件3系Al-Mn如

3003、3004，中等强度和良好成形性，用于食品容器、屋顶材料5系Al-Mg如

5052、5083，中高强度，优良的耐腐蚀性，用于船舶、车辆部件6系Al-Mg-Si如

6061、6063，热处理可强化，综合性能好，广泛用于结构件7系Al-Zn如7075，强度最高，但冲压性能差，主要用于航空零件铝合金冲压工艺特点铝合金冲压与钢材相比有以下特点回弹量大弹性模量低导致明显回弹，需要模具补偿和精确控制铜及铜合金纯铜黄铜青铜纯铜T

1、T2含铜量≥

99.90%，具有极高的导电导热性和优良的塑性，但强度较低黄铜H

62、H

65、H68是铜锌合金，锌含量15-40%兼具良好的强度和塑性，加工性能优异青铜主要是铜锡合金QSn4-3，含锡5-10%，强度高，耐磨性好，但塑性较差主要用于电气导体、散热器等冲压性能极佳，但成本高，硬度低易变形广泛用于电子连接器、装饰件、乐器部件等冲压成形性能优良，表面光亮美观主要用于弹性元件、轴承、齿轮等冲压时需要中间退火，防止开裂铜合金冲压加工特点铜及铜合金在冲压加工中具有以下特点导热性好冲压过程中产生的热量迅速扩散，减少局部过热加工硬化明显尤其是紫铜和某些黄铜，硬化速度快表面要求高装饰用途要求表面无划痕，需精细处理腐蚀敏感指纹和汗液可能导致表面腐蚀，需佩戴手套操作成本考量材料成本高，需优化利用率，减少废料冲压铜合金时的注意事项•使用专用润滑剂，防止粘模和表面损伤第四章材料选择原则与案例分析在冲压工艺中，合理选择材料是确保产品质量和生产效率的关键环节本章将介绍冲压材料选择的主要考虑因素和决策原则，并通过实际案例分析，展示不同应用场景下的材料选择策略材料选择不仅需要考虑产品的功能需求和性能标准，还需要平衡成本、可加工性和供应链等因素通过系统化的选择流程，可以找到最适合特定冲压应用的材料方案本章将特别关注汽车车身和家电外壳两个典型应用领域的材料选择案例，这些案例代表了当代冲压工业中最常见且具有代表性的应用场景通过分析这些案例中的材料选择逻辑和实施效果，读者可以掌握实用的材料选择方法和经验材料选择的主要考虑因素成本与供应成形性能经济性考量在材料选择中至关重要产品的几何复杂度决定了对材料塑性的要求•材料基础价格与市场波动•深冲件需要高延伸率和r值•规格齐全性和供应商稳定性•复杂弯曲需要良好的弯曲性能•最小订购量与库存管理•精密零件需要低回弹性•交货周期对生产计划的影响•应变硬化指数n值影响成形极限•材料利用率与废料回收价值法规与标准表面质量产品所需满足的法规和标准限制产品的外观和功能对表面质量有特定要求•安全法规要求（如汽车碰撞）•外露件需要高表面光洁度•环保法规（如RoHS、REACH）•涂装件需要良好的涂层附着性•行业标准合规性•电镀件需要适合电镀的基材•回收再利用要求•纹理要求需特殊表面处理•特殊认证需求（如食品接触）•耐指纹和耐划伤性能性能要求后续加工产品的使用环境和功能决定了性能需求冲压后的工序对材料有额外要求•强度和刚度要求•焊接性影响装配方式•耐腐蚀性和环境适应性•热处理兼容性决定强化可能•温度范围和热稳定性•机械加工性影响二次加工•疲劳寿命和可靠性•表面处理适应性影响外观•特殊性能导电、磁性、隔热等•粘接性能影响复合结构材料选择过程通常需要在多个因素之间寻找平衡点，很少有材料能够满足所有要求工程师需要确定关键要求和次要要求，在主要性能指标上满足设计需求，在次要指标上寻求合理妥协材料选择是一个迭代过程，往往需要通过样件试制和测试来验证选择的合理性典型案例汽车车身冲压材料选择汽车车身材料选择的特殊考量汽车车身冲压件的材料选择需要平衡多种因素安全性要求碰撞吸能性能，乘员保护轻量化需求燃油经济性，减少排放成形难度复杂曲面，深拉深表面质量A级表面，涂装质量耐腐蚀性全天候使用环境成本控制高产量下的经济性焊接性能多种连接工艺兼容不同部位的材料选择策略现代汽车车身采用多材料设计策略，针对不同部位选用最适合的材料外覆盖件•冷轧深冲钢板SPCC/DC04良好的成形性和表面质量•铝合金板6016-T4轻量化高端车型•要求优异的成形性，无表面缺陷，涂装性好结构件案例某轿车B柱材料升级•高强度钢DP590/780B柱、门槛背景为提高侧面碰撞性能同时减轻重量，某轿车B柱材料从传统340MPa钢升级•超高强度钢UHSS1500防撞梁材料方案对比•热成形钢A柱、车顶加强筋•要求高强度，良好的碰撞性能方案材料优势劣势A DP780双相钢强度高，冷冲可行成形性一般，回弹大B热成形钢22MnB5强度最高，回弹小需热成形设备，成本高C铝合金7075重量最轻成本高，连接困难最终选择方案B热成形钢，主要考虑因素

1.提供了最佳的强度/重量比

2.尽管单件成本较高，但整体结构优化后实现减重15%

3.形状精度高，装配一致性好

4.与现有焊接工艺兼容典型案例家电外壳材料应用1传统方案预涂装钢板20世纪90年代至2000年代初，家电外壳主要采用预涂装钢板PCM•基材

0.5-

0.8mm冷轧钢板SPCC•表面聚酯或环氧涂层，厚度约20-25μm•优势成本低，生产效率高，不需后续涂装•劣势设计灵活性差，色彩和质感有限典型应用低端冰箱、洗衣机外壳2升级方案表面处理钢板2000年代至2010年代，高端家电采用后涂装处理的优质钢板•基材

0.6-

1.0mm冷轧深冲钢板SPCD•表面处理电镀锌+磷化处理•后续工艺模内贴膜或高光泽喷涂•优势外观高档，可实现金属感和特殊视觉效果•劣势工艺复杂，成本增加典型应用中高端冰箱、空调面板3高端方案不锈钢材料2010年代至今，高端家电广泛采用不锈钢外壳•材料

0.5-

0.8mm304不锈钢•表面处理拉丝、镜面、蚀刻图案等•优势高档感强，耐用性好，抗指纹•劣势成本高，重量大，冲压难度高典型应用高端冰箱、洗碗机、嵌入式烤箱4创新方案铝合金和复合材料最新趋势是采用轻量化和个性化材料•阳极氧化铝板轻量、多彩、环保•铝塑复合板良好隔热性，易于加工•纳米涂层钢板自清洁、抗菌功能•优势功能性强，设计自由度高•劣势专用模具和工艺要求高典型应用智能家电、高端小家电家电外壳材料选择的关键考量因素包括消费者视觉和触觉感受、品牌定位、产品价格区间、生产规模和制造能力、市场竞争策略等高端品牌通常选择不锈钢或铝合金材料以突出产品的高品质定位，而大众品牌则更多考虑成本和生产效率，选择预涂装钢板或表面处理钢板第五章冲压材料的成形缺陷与控制冲压过程中可能出现各种成形缺陷，这些缺陷不仅影响产品的外观质量，还可能导致功能失效理解这些缺陷的形成机理和材料因素，对于预防和解决问题至关重要本章将系统介绍冲压成形中常见的缺陷类型，分析材料性能对缺陷形成的影响，并提供有效的缺陷控制方法和预防措施通过掌握这些知识，工程师可以在材料选择和工艺设计阶段就预防潜在问题，提高冲压产品的一次合格率缺陷控制是冲压工艺质量管理的核心内容，也是提高生产效率和降低成本的重要手段许多缺陷虽然表现在工艺过程中，但根源往往在于材料选择不当或材料性能与工艺要求不匹配常见缺陷类型1裂纹表现形式材料表面或边缘出现的断裂，可分为•边缘裂纹主要出现在拉深件的法兰边缘•底部裂纹出现在拉深件底部中心区域•壁部裂纹出现在拉深件筒壁区域•剪切裂纹剪切过程中产生的边缘裂纹材料原因•材料延伸率不足•各向异性过大导致耳缘处应变集中•材料厚度不均匀•表面或内部存在缺陷2皱折表现形式材料表面出现的波浪状或褶皱状变形，主要分为•法兰皱出现在拉深件的法兰区域•壁部皱出现在拉深件的筒壁区域•局部皱出现在弯曲区域或过渡区域材料原因•材料抗压稳定性差•厚度过薄相对于零件尺寸•屈服强度低，容易产生塑性屈曲•平面内各向异性大，导致不均匀流动3回弹表现形式成形后零件尺寸和形状偏离模具型面，常见类型•角度回弹弯曲角度变化•侧壁回弹侧壁弯曲或扭曲•翘曲整体形状扭曲变形•尺寸变化孔径和轮廓尺寸变化材料原因•弹性模量低（如铝合金）材料性能对缺陷的影响141延伸率影响缺陷裂纹、颈缩延伸率不足是裂纹的主要原因一般而言•浅拉深要求延伸率25%•中等拉深要求延伸率30%•深拉深要求延伸率35%应变硬化指数n值影响缺陷局部颈缩、不均匀变形n值越高，材料抵抗局部颈缩的能力越强•优质深冲钢n≥

0.22•普通冷轧钢n=

0.18-

0.22•铝合金n=

0.20-

0.25垂直异向性r值成形极限图FLD与缺陷预测影响缺陷耳缘、壁厚不均成形极限图是表征材料在不同应变路径下安全成形极限的重要工具r值表示材料在厚度和宽度方向变形能力的比值•FLD曲线以上区域材料将发生颈缩或开裂•r值高抗厚度方向变薄能力强，拉深性能好•FLD曲线以下区域材料可以安全成形•优质深冲钢r≥

1.8•曲线高度表示材料的成形能力•普通冷轧钢r=

1.2-

1.6•曲线形状反映材料在不同应变状态下的行为4弹性模量不同材料的FLD曲线差异显著影响缺陷回弹、尺寸偏差•低碳深冲钢FLD0值平面应变点约

0.35-

0.40•普通冷轧钢FLD0值约

0.25-

0.30弹性模量越低，回弹量越大•铝合金5xxx系FLD0值约

0.20-

0.25•钢约210GPa，回弹相对较小•高强钢DP590FLD0值约

0.15-

0.20•铝合金约70GPa，回弹量是钢的3倍左右FLD受多种材料因素影响•钛合金约110GPa，回弹量较大•n值越高，FLD曲线位置越高缺陷控制方法优化材料牌号和厚度针对性选择材料是预防缺陷的第一道防线•深拉深件选用高r值、高n值材料•复杂弯曲件选用低强度、高塑性材料•高精度件选用低回弹材料或考虑热处理1•适当增加材料厚度可提高成形稳定性•考虑采用渐变厚度板材应对复杂零件材料状态也很关键•退火状态通常具有最佳成形性•部分硬化状态可平衡强度和成形性•预拉伸材料可减少回弹但塑性降低合理设计模具间隙和润滑模具设计与润滑方案需匹配材料特性模具间隙优化•剪切间隙通常为材料厚度的5-10%•冲裁间隙高强度材料需更大间隙2•弯曲内径至少为材料厚度的1-2倍•拉深圆角底部圆角大于材料厚度的6倍润滑策略•差异化润滑不同区域使用不同润滑剂•材料预涂油确保均匀润滑膜•温度控制维持最佳润滑条件•高强度材料通常需更高性能润滑剂工艺参数调整根据材料特性调整工艺参数拉深工艺•压边力高r值材料需更大压边力•拉深速度高强度材料宜降低速度3•多道次成形复杂件分步成形•局部加热提高低塑性材料的成形性弯曲工艺•过弯补偿回弹，角度预置

1.5-3°•矫形二次成形消除回弹•冲击弯曲减小回弹量•考虑弯曲方向与轧制方向的关系第六章冲压材料的检测与质量控制冲压材料的质量对冲压工艺的成功和产品性能至关重要本章将介绍冲压材料的检测方法和质量控制流程，帮助工程师建立有效的材料质量管理体系材料检测是评价材料性能和预测其冲压行为的重要手段通过系统的检测方法，可以获取材料的机械性能、微观结构和表面状态等关键信息，为材料选择和工艺设计提供依据质量控制流程则是确保材料满足生产要求的管理系统通过建立从来料检验到成品检测的全过程质量控制体系，可以及时发现和解决材料相关的问题，提高生产稳定性和产品质量随着冲压工艺向高精度、高效率方向发展，对材料质量的要求也越来越高传统的经验判断已不能满足现代冲压生产的需要，需要采用科学的检测方法和严格的质量控制流程材料性能检测方法力学性能测试金相分析拉伸试验是最基本的材料性能测试方法金相分析用于观察材料的微观结构•测试标准GB/T

228、ISO

6892、ASTM E8样品制备切割、镶嵌、研磨、抛光、腐蚀•主要参数屈服强度、抗拉强度、延伸率光学金相显微镜观察晶粒大小、相组成•冲压相关参数均匀延伸率、n值、r值电子显微镜SEM高放大倍数观察微观结构•试样方向通常在0°、45°、90°三个方向测试能谱分析EDS微区元素成分分析其他重要力学测试金相分析可以评估硬度测试洛氏硬度HRB/HRC、维氏硬度HV•晶粒大小和分布影响塑性和表面质量冲击试验评估材料的韧性•第二相分布影响强度和成形性疲劳测试评估长期服役性能•夹杂物和缺陷可能导致成形缺陷弯曲试验评估材料的可弯曲性•晶粒取向影响各向异性34表面分析成形性能评价表面状态对冲压性能有重要影响直接评估材料的冲压成形能力表面粗糙度测量接触式或光学方法测量Ra、Rz等参数杯突试验Erichsen测试评估拉深性能表面形貌观察3D轮廓仪、原子力显微镜限制成形高度测试LDH评估拉伸成形能力表面缺陷检测光学检查、涡流探伤成形极限测试FLD确定材料的成形极限曲线表面清洁度测试碱性去脂试验、水滴试验液压胀形试验评估双向拉伸性能表面涂层分析模拟冲压试验涂层厚度测量磁性、涡流或显微方法小型拉深测试模拟实际拉深工艺涂层附着力测试划格法、拉拔法弯曲回弹测试评估弹性回弹量涂层成分分析XRF、FTIR等摩擦系数测试评估材料与模具间摩擦特性材料性能检测的结果应形成完整的材料数据库，为工艺设计和质量控制提供依据现代冲压企业通常建立材料性能的电子档案，记录不同供应商、不同批次材料的性能数据，分析其变化趋势和对产品质量的影响质量控制流程来料检验材料入厂前的质量把控是质量控制的第一道防线证书验证检查材料合格证和质量证明书取样检测按标准取样进行物理化学性能测试外观检查检查表面质量、包装状况尺寸测量检查厚度、宽度及其公差来料检验的关键控制点•建立合格供应商名录和评价体系•制定详细的取样计划和检验标准•实施批次管理和可追溯性系统•对关键材料实施100%检验过程监控冲压过程中的材料性能监控首件检验每批次材料的首件试冲评估过程参数监控压力、速度、温度等在线检测激光测厚、图像识别等统计过程控制SPC关键参数的趋势分析过程监控的实施方法•建立材料-工艺参数对应关系•设置自动报警和停机机制•定期抽样检查成形状态•建立工艺参数调整流程成品检测冲压件的最终质量验证尺寸检测三坐标测量、激光扫描外观检查表面缺陷、划痕、压痕功能测试装配试验、性能测试材料状态检查壁厚分布、硬化状态成品检测的质量控制工具•检测结果与材料批次关联分析•不合格品分析和原因追溯•质量问题的闭环管理•持续改进机制质量控制体系的建立与优化第七章先进冲压材料与未来趋势随着工业技术的进步和市场需求的变化，冲压材料领域正经历快速发展和创新本章将介绍近年来出现的新型高强度钢材、轻量化材料以及其他先进冲压材料，并探讨未来冲压材料的发展趋势这些先进材料不仅具有优异的性能，还能满足环保、节能和功能集成等新要求了解这些材料的特性和应用，对于冲压技术的创新和产品升级具有重要意义材料创新是推动冲压工艺和产品发展的重要动力从传统的普通钢材到现代的先进高强度钢和轻量化复合材料，冲压材料的演进反映了工业技术的进步和社会需求的变化新型高强度钢与轻量化材料先进高强度钢AHSS轻质金属材料先进高强度钢是现代汽车轻量化的主要材料轻质金属在高端产品中应用越来越广泛双相钢DP钢含铁素体和马氏体两相组织，强度高、成形性好，屈服强度300-1000MPa，高强铝合金如7xxx系列航空级铝合金，强度可达550MPa以上，热处理状态可调主要用于车身结构件成形性铝合金如5xxx系列Al-Mg合金，成形性好，适合复杂冲压件相变诱导塑性钢TRIP钢含铁素体、贝氏体和残余奥氏体，变形时奥氏体转变为马氏体，具超塑性铝合金特殊微观结构，在特定温度下可获得超高延伸率200%有高强度和良好延展性镁合金板材密度仅为铝的2/3，需温热成形，应用于高端轻量化产品马氏体钢MS强度高达1500MPa以上，但成形性较差，主要用于防撞梁等安全部件钛合金板材密度介于铝和钢之间，强度高，耐腐蚀，主要用于航空航天领域热成形钢PHS/HPF先加热成形后淬火，可达1800MPa以上强度，用于A/B柱等关键安全部金属基复合材料如铝基碳纤维复合材料，实现强度和轻量化的极致平衡件多相钢CP钢含铁素体、马氏体和贝氏体等多相组织，兼具强度和韧性淬火并分配钢QP钢新型钢种，通过特殊热处理实现高强度和高延展性的结合复合材料与功能梯度材料新型复合材料开创冲压新可能金属/聚合物复合板如铝/聚乙烯/铝三层结构，兼具成形性和隔音性不锈钢/碳钢复合板表面耐腐蚀，内部高强度，用于特殊环境泡沫夹芯板两层金属板中间夹泡沫材料，轻量高刚度激光焊接拼焊板TWB不同厚度或材质的板材焊接成整体，实现局部性能优化渐变强度钢Gradual StrengthSteel同一板材不同区域具有不同强度，通过局部热处理实现功能集成材料如内置传感功能的智能金属板，可监测应力状态先进材料的冲压工艺挑战这些新型材料虽然性能优异，但也带来了冲压工艺的新挑战先进高强度钢的挑战复合材料的挑战•高强度导致模具磨损加剧，需要采用高性能模具材料和涂层•层间剥离风险，需要控制变形速率•回弹量大，需要精确的回弹补偿设计•不同材料界面的应力集中•成形窗口窄，工艺参数控制更严格•热膨胀系数差异导致内应力•热成形钢需要专用加热设备和冷却系统•拼焊板焊缝区域的变形行为复杂•弹性模量不变而强度提高，导致回弹问题更严重•需要专门的模具设计和工艺参数轻质金属的挑战•铝合金的低弹性模量导致显著回弹•表面敏感性高，容易产生划痕和压痕•需要特殊润滑剂和表面处理工艺•镁合金需要加热成形，通常在250℃以上•钛合金加工硬化严重，模具寿命短结语掌握冲压材料，提升制造竞争力材料是冲压工艺的核心通过本次培训，我们系统学习了冲压材料的基础知识、性能特点、选择原则和质量控制方法这些知识为我们提供了理解和解决冲压工艺问题的基础冲压材料作为冲压工艺的核心要素，其特性直接决定了产品的质量和性能无论是传统的普通冷轧钢，还是先进的高强度钢和轻量化材料，深入理解其性能特点和应用限制，是成功实施冲压工艺的前提材料选择不是孤立的决策，而是产品设计、工艺规持续关注新材料发展，推动技术升级划和质量控制的重要组成部分深入理解材料性能，优化设计与工艺冲压材料领域正经历快速发展和创新先进高强度钢、轻量化合金、复合材料等新型材料不断涌现，为产品创新提供了新的可能性同时，这些材料也带来了新的冲压工艺挑战，材料性能与冲压工艺紧密相关通过深入理解材料的塑性变形行为、温度敏感性、应变速需要我们不断学习和创新率效应等特性，我们可以更好地预测材料在冲压过程中的表现，优化工艺参数，提高产品未来冲压材料的发展趋势包括更高强度与塑性的结合、更轻量化、多功能集成、更环保质量可持续等持续关注这些发展趋势，积极应用新材料和新工艺，是保持和提升企业竞争力材料的选择应基于综合考虑产品功能需求、成形难度、成本控制和供应链稳定性等因素的关键通过科学的材料选择和工艺优化，可以实现产品性能和生产效率的双重提升构建材料知识体系，提升核心竞争力冲压材料知识是企业的重要技术资产建立系统的材料数据库、积累材料应用经验、培养专业人才，对于提升企业的技术水平和创新能力至关重要。