冲压工艺--板料的冲压成形性能与成形极限
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六、板料的冲压成形性能与成形极限
板料基本性能与冲压成形性能的关系 衡量薄板性能的优劣，过去一般以薄板的基本 性能指标来评价，但是随着汽车、家电工业的发展， 对薄板成形性能的要求日益苛刻，从而使成形性指 标的测定越来越受到人们的重视和广泛研究。薄板 成形性（sheet metal formability），根据 BG/T15825.1-1995的定义，就是指金属薄板对 于冲压成形的适应能力。
对数式，运用最小二乘法计算应变硬化指数n。（见下式）
20%）
产品标准规定或 协商
屈服后~最大力 前（常用15%）
12.5 (20)
50 (20,25)
75
≤11.5
12.5 (20)
50 (80)
75 （120）
3~30
≤0.5P
≤0.5P
屈服后~最大 力前（常用 10%~20%）
品标准规定或 协商
3~30
≤0.5P
屈服后~最大 力前（常用 5%~15%） 屈服后~最大 力前（常用
15%）
12.5 （20）
50 (80)
75 120
≤30
(12.5,20) 25
(50,80) 50
(60,120) 60
10~30
≤0.5P
≤0.8P
屈服后~最大 力前（常用 10%~20%）
屈服后~最大 力前（常用
σs /σb
σs /σb称为屈强比，它对板材冲压性能的影 响是多方面的。σs/σb的比例越低，屈服点和抗 拉强度的差距越大，钢板在同等强度对比加工 时，对压缩类成形工艺，材料起皱趋势也小； 对伸长类成形工艺，材料定形性和贴模性好， 回弹变形也小。
冲压成形性能试验方法与指标
1）机械性能的检验 拉伸试验是一种非常普遍的机械性能试验方
来说，可以在一次成形中获得较大的极限变形程 度；n值对复杂形状零件的成形也有影响，在以胀 形为主的成形工艺中，n值越大的板料，成形性能 越好。
r值
r值即塑性应变比（Plastic Strain Ratio），代表在任何指定 的应变值下（一般为15%）板材宽度方向和厚度方向真 应变之比值，即：r=εb/εt。它是评价金属薄板压缩类成 形性能的重要参数。
拉伸试验 板厚0.25~2.5mm的薄板，拉力试样的形状、
尺寸，世界不同的国家标准也各不相同，其形状 一般有2种形式： 带肩定标距试样
在 DIN、JIS、ASTM以及GB标准中对抗拉试 验所使用的试样种类、尺寸等有着明确的规定。 世界各国拉伸试验标准主要技术要求见表。
P : 平行部的距离 L : 标距 W : 宽度 R : 肩部半径
r=1/4(r 0°+2 r 45°+r 90°) 板平面内各向异性的差别用△r表示：
Δr=1/2( r 0°- 2r 45°+r 90°)
用圆形坯料拉深筒形件时，当△r＞0时， 凸耳出现在0°和90°方向；当Δr＜0时， 凸耳出现在±45°方向；Δr=0时，不产生 凸耳。由于凸耳的位置与大小和Δr有关， 所以Δr又叫凸耳参数。 δu与δ δu（均匀延伸率），是在拉伸试验中开始 产生局部集中变形的延伸率。δ称为总延伸 率，与试样的相对长度有关。δu的大小表 示板材产生均匀塑性变形的能力，直接决定 板材在伸长类变形中的冲压性能。
拉伸试样几何尺寸
国内外常用拉伸试验标准的主要技术要求
GB
DIN
JIS
ASTM
ISO
试样原始宽度 W, mm
试样原始标距 L, mm
试样平行长度 P, mm
屈服前拉伸速 度，Mpa/s
屈服后拉伸速 度， mm/min
n值测试应变 量取值范围
r值测试应变 量取值范围
12.5 (20)
50 (80)
75
具有最佳成形性能的材料应具有如下特点： 均匀分布应变； 承受平面内压缩应力而无起皱现象； 可以达到较高应变而无颈缩和断裂； 承受平面内剪切应力而无断裂； 零件由凹模出来后保持其形状 保持表面光洁，阻止表面损伤。
薄板本身固有的基本特性值与其成形性能之间具有一 定的相关性见下表。对于冷轧冲压钢板，往往希望具有 低的屈服强度、低的屈强比、高的n、r值。
薄板基本特性值与成形性能的相关性
材料基本性能 冲压成形性能
抗 胀形成形性
破
能
裂 扩孔成形性
性
能
能
拉深成形性
能
弯曲成形性 能
贴模性
定形性
主要影响因素
n
δ0 r、Δr
δ0 σs σs、E
次要影响因素
r、δ0、σs r 、强度及塑性 的平面各向异性
n、σs/σb、σs 总延深率的平面 各向异性程度 r、n、σs/σb r、n、σs/σb
板料r值的大小，反映了板平面方向与厚 度方向应变能力的差异。r=1时，为各向同 性；r≠1时，为各向异性。 r值与冲压成形 性能有密切的关系，尤其是与拉深成形性能 直接相关，r值大，拉深成形时有利于凸缘 的切向收缩变形和提高拉深件底部的承载能 力。图给出了拉深时的应力状态。
板平面中最主要的三个方向是与轧制方向呈0°、 45°和90°，相应地用r0°、r45°和r90°表示。 由于不同方向上测得的数值是变化的图，板料的塑性 应变比常用平均值表示：
试验在室温下（20±10°C）进行。试验之前，要精确测 量试样的厚度和宽度，并刻划标点和标距长度。用螺旋测微计 测量试样厚度时，当厚度≤0.5mm时，精确到0.005mm； 当厚度＞0.5mm时，精确到0.01mm。在标距长度的中部和 两端测量三点，取其最小值。
n值的测量计算
根据均匀塑性变形范围内真实应力——真实应变指数式的
屈服强度 材料在试验过程中力不增加（保持恒
定）仍能继续伸长（变形）时的应力，叫 屈服强度。屈服点越低，最后产品的形状 越好。
n值 n值，即加工硬化指数，代表材料抵抗 继续形变的能力。
加工硬化指数n是评定板料伸长类成形性能的 一个重要参数，n值大，拉伸失稳时的极限应变大； 这对于胀形、扩孔、内凹曲线翻边等伸长类成形
法，简单、可靠，并能清楚反映材料受外力时 表现出的弹性、塑性和断裂三个过程。因此， 拉伸试验是评价板材基本力学性能及成形性能 的主要试验方法。
拉伸试验是利用图所示尺寸符合要求的标准 试样，在拉伸试验机上进行拉深，得到应力— —应变曲线，经过数据处理，从而得到与成形 性能有关的参数：σs、σs/σb、σb、δ、ψ、n、 r值等。
板料基本性能与冲压成形性能的关系 衡量薄板性能的优劣，过去一般以薄板的基本 性能指标来评价，但是随着汽车、家电工业的发展， 对薄板成形性能的要求日益苛刻，从而使成形性指 标的测定越来越受到人们的重视和广泛研究。薄板 成形性（sheet metal formability），根据 BG/T15825.1-1995的定义，就是指金属薄板对 于冲压成形的适应能力。
对数式，运用最小二乘法计算应变硬化指数n。（见下式）
20%）
产品标准规定或 协商
屈服后~最大力 前（常用15%）
12.5 (20)
50 (20,25)
75
≤11.5
12.5 (20)
50 (80)
75 （120）
3~30
≤0.5P
≤0.5P
屈服后~最大 力前（常用 10%~20%）
品标准规定或 协商
3~30
≤0.5P
屈服后~最大 力前（常用 5%~15%） 屈服后~最大 力前（常用
15%）
12.5 （20）
50 (80)
75 120
≤30
(12.5,20) 25
(50,80) 50
(60,120) 60
10~30
≤0.5P
≤0.8P
屈服后~最大 力前（常用 10%~20%）
屈服后~最大 力前（常用
σs /σb
σs /σb称为屈强比，它对板材冲压性能的影 响是多方面的。σs/σb的比例越低，屈服点和抗 拉强度的差距越大，钢板在同等强度对比加工 时，对压缩类成形工艺，材料起皱趋势也小； 对伸长类成形工艺，材料定形性和贴模性好， 回弹变形也小。
冲压成形性能试验方法与指标
1）机械性能的检验 拉伸试验是一种非常普遍的机械性能试验方
来说，可以在一次成形中获得较大的极限变形程 度；n值对复杂形状零件的成形也有影响，在以胀 形为主的成形工艺中，n值越大的板料，成形性能 越好。
r值
r值即塑性应变比（Plastic Strain Ratio），代表在任何指定 的应变值下（一般为15%）板材宽度方向和厚度方向真 应变之比值，即：r=εb/εt。它是评价金属薄板压缩类成 形性能的重要参数。
拉伸试验 板厚0.25~2.5mm的薄板，拉力试样的形状、
尺寸，世界不同的国家标准也各不相同，其形状 一般有2种形式： 带肩定标距试样
在 DIN、JIS、ASTM以及GB标准中对抗拉试 验所使用的试样种类、尺寸等有着明确的规定。 世界各国拉伸试验标准主要技术要求见表。
P : 平行部的距离 L : 标距 W : 宽度 R : 肩部半径
r=1/4(r 0°+2 r 45°+r 90°) 板平面内各向异性的差别用△r表示：
Δr=1/2( r 0°- 2r 45°+r 90°)
用圆形坯料拉深筒形件时，当△r＞0时， 凸耳出现在0°和90°方向；当Δr＜0时， 凸耳出现在±45°方向；Δr=0时，不产生 凸耳。由于凸耳的位置与大小和Δr有关， 所以Δr又叫凸耳参数。 δu与δ δu（均匀延伸率），是在拉伸试验中开始 产生局部集中变形的延伸率。δ称为总延伸 率，与试样的相对长度有关。δu的大小表 示板材产生均匀塑性变形的能力，直接决定 板材在伸长类变形中的冲压性能。
拉伸试样几何尺寸
国内外常用拉伸试验标准的主要技术要求
GB
DIN
JIS
ASTM
ISO
试样原始宽度 W, mm
试样原始标距 L, mm
试样平行长度 P, mm
屈服前拉伸速 度，Mpa/s
屈服后拉伸速 度， mm/min
n值测试应变 量取值范围
r值测试应变 量取值范围
12.5 (20)
50 (80)
75
具有最佳成形性能的材料应具有如下特点： 均匀分布应变； 承受平面内压缩应力而无起皱现象； 可以达到较高应变而无颈缩和断裂； 承受平面内剪切应力而无断裂； 零件由凹模出来后保持其形状 保持表面光洁，阻止表面损伤。
薄板本身固有的基本特性值与其成形性能之间具有一 定的相关性见下表。对于冷轧冲压钢板，往往希望具有 低的屈服强度、低的屈强比、高的n、r值。
薄板基本特性值与成形性能的相关性
材料基本性能 冲压成形性能
抗 胀形成形性
破
能
裂 扩孔成形性
性
能
能
拉深成形性
能
弯曲成形性 能
贴模性
定形性
主要影响因素
n
δ0 r、Δr
δ0 σs σs、E
次要影响因素
r、δ0、σs r 、强度及塑性 的平面各向异性
n、σs/σb、σs 总延深率的平面 各向异性程度 r、n、σs/σb r、n、σs/σb
板料r值的大小，反映了板平面方向与厚 度方向应变能力的差异。r=1时，为各向同 性；r≠1时，为各向异性。 r值与冲压成形 性能有密切的关系，尤其是与拉深成形性能 直接相关，r值大，拉深成形时有利于凸缘 的切向收缩变形和提高拉深件底部的承载能 力。图给出了拉深时的应力状态。
板平面中最主要的三个方向是与轧制方向呈0°、 45°和90°，相应地用r0°、r45°和r90°表示。 由于不同方向上测得的数值是变化的图，板料的塑性 应变比常用平均值表示：
试验在室温下（20±10°C）进行。试验之前，要精确测 量试样的厚度和宽度，并刻划标点和标距长度。用螺旋测微计 测量试样厚度时，当厚度≤0.5mm时，精确到0.005mm； 当厚度＞0.5mm时，精确到0.01mm。在标距长度的中部和 两端测量三点，取其最小值。
n值的测量计算
根据均匀塑性变形范围内真实应力——真实应变指数式的
屈服强度 材料在试验过程中力不增加（保持恒
定）仍能继续伸长（变形）时的应力，叫 屈服强度。屈服点越低，最后产品的形状 越好。
n值 n值，即加工硬化指数，代表材料抵抗 继续形变的能力。
加工硬化指数n是评定板料伸长类成形性能的 一个重要参数，n值大，拉伸失稳时的极限应变大； 这对于胀形、扩孔、内凹曲线翻边等伸长类成形
法，简单、可靠，并能清楚反映材料受外力时 表现出的弹性、塑性和断裂三个过程。因此， 拉伸试验是评价板材基本力学性能及成形性能 的主要试验方法。
拉伸试验是利用图所示尺寸符合要求的标准 试样，在拉伸试验机上进行拉深，得到应力— —应变曲线，经过数据处理，从而得到与成形 性能有关的参数：σs、σs/σb、σb、δ、ψ、n、 r值等。