浅析影响冷轧薄板冲压性能的主要因素

浅析影响薄板冲压性能的主要因素技术部胡国红在我们生产的冷轧薄板中，要求成形性能的产品占比越来越大，除门板、门框等普通成形料，许多还要求深度变形。由于深冲料，超深冲料的附加值较高，所以这也是我们今后在薄板生产上的主攻方向，但是深冲压材料的生产难度比较大，必须保障材料的机械性能和工艺要求。薄板冲压性能是指板材对冲压加工的适应能力。我们评价薄板的冲压性能主要借助物理实验，通过拉伸、硬度、杯突及金相等试验方法来综合得出结论。拉伸实验是评价板材基本力学性能及成形性的主要试验方法，也是目前采用最为普遍的一种方法。拉伸试验值与冲压成形性能有密切关系的几项主要性能参数为屈服强度、抗拉强度、屈强比、均匀伸长率、拉伸应变硬化指数n值、塑性应变比r值（表示板材各向异性的参数）等。均匀延伸率是一项常用指标，延伸率越大，材料的胀形性能、弯曲性能、翻边性能就越好；屈服强度越大的材料其成形所需力越大，回弹也越大；抗拉强度值越高，成形力也越大，但在材料与成形性能有关的其他性能大致相同时，抗拉强度越大其综合性能越好；屈强比也是评价性能的一项主要指标，屈强比越小，钢板的成形性能越好。由于薄板在轧制过程中经历了轧制与退火等工艺，使板材形成结晶方位趋于一致的织构组织，在宏观上表现为各向异性，即在不同方向上板材的性能有一定差异。板材的各向异性对冲压性能有很大影响，r=1时钢板呈各向同性；r＞1时钢板抗厚度变薄的能力强，即r值越高，钢板越难变薄，从而提高了钢板的冲压性能。在拉伸试验值中，各不同方向上r值的差别表示钢板平面内各向异性的程度，一般用△r表示。△r=〔（r0+r90）/2〕-r45,△r也称平面各向异性系数（0°表示平行于轧制方向，90°表示垂直于轧制方向，45°表示与轧制方向呈45°角），△r的绝对值越大，板材在平面内的各向异性也越大。所以对于工艺性能而言∣△r∣越小越好，就深冲用的SPCD料来说，我们一般要求∣△r∣≤0.5。加工硬化指数n值表示板材在冷变形中材料的变形抗力（强度）随变形程度增大而增加的性质，它对板材冲压性能的影响是多方面的，n值是评定板材性能的重要指标。冷轧薄板的n值一般为0.18～0.25之间，在薄板冲压成形中，n值是一个极为重要的参数，冲压成形零件的最终强度、均匀伸长量、成形极限高低、应变分布及其他许多成型变量都与n值有关，n值越大胀形性能、拉伸性能、翻边性能及弯曲性能越好，抗起皱性能也越好。那么，影响薄板冲压性能的因素主要有那些呢？一是材料的化学成分。C含量的高低对材料冲压性能影响很大，含Ｃ量越低钢板的塑性越好，ｒ值也越高，目前ＩＦ（无间隙原子）钢的r值最高，其Ｃ含量为２０ｕｇ／ｇ左右，经退火后，ｒ值能达２.２以上。但碳也是增加钢板强度的元素；Ｓｉ是强化铁素体的元素，能明显提高钢的屈服强度，降低钢的塑性；Ｍｎ含量增加也能提高钢板的强度，并有抑制钢板边部龟裂的作用，但同时降低了r值；Ｐ在钢中有偏析倾向，易形成带状组织，在增加钢板强度的同时也降低了ｒ值；Ｓ易形成硫化物，从而降低钢板的冲压性能；Ａｌ一般作为最终脱氧剂，可以改善钢板的冲压性能；Ｃｕ含量控制在０～０.４％时能提高冲压性能，但过高易发生铜脆。所以冲压用的薄板对材质有严格的要求，生产时应精心挑选。二是薄板的织构与晶粒尺寸：所谓织构就是晶粒内晶格的晶体学位向。据资料介绍，钢中铁素体内形成混合织构时，ｒ值较大，且△r趋近于零，这有利于拉伸性能的提高。薄板晶粒大小对塑性影响很大，晶粒过大，则塑性降低，在冲压成形时不仅容易破裂，而且制件表面还容易产生粗糙的桔皮，对后续抛光、电镀、涂漆等工序都带来不利影响；晶粒过细，则钢板强度高，塑性降低，回弹现象增加。回弹现象与屈服强度是成正比的，屈服强度越大，回弹角度也越大。过去两年我们卖出去的门板料就有好几起因为出现回弹现象，被用户投诉。因此晶粒大小应适中，我们企标上对此已有规定：要求塑性好的材料，晶粒度应保证６-９级，复杂深拉用的钢板应保证６-８级。三是表面质量，对于冲压用的冷轧薄板，表面应光洁平整，无分层和机械损伤，无锈斑、氧化皮和其他附着物。表面质量好的板材，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量也好。板材表面质量的好坏将直接影响冲压件的外观，表面如有裂纹、麻点、划痕、结疤、气泡等缺陷，在冲压过程中容易在缺陷部位产生应力集中而引起破裂；板材表面若挠曲不平，会影响剪切和冲压时的定位精度，以及由于定位不稳而造成废品，甚至损坏冲头。在变形工序中，板材表面的平面度也会影响材料的流向，引起局部起皱或破裂四是薄板厚度的尺寸公差：薄板厚度公差直接影响冲压性能，因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，厚度公差过大，不仅直接影响制件的质量还可能导致模具与冲床的损坏，钢板过薄，零件表面会出现皱纹，钢板过厚，导致凹凸模之间间隙过小，引起零件开裂。前两年就有几家用户因材料头尾过厚损坏冲模向我们索赔。这也应引起我们注意。厚度公差不应超出企标的规定。最后一个因素是冷轧工艺条件，其中主要影响因素是冷轧总压下率，较高的冷轧总压下率能使再结晶退火后的有利织构增强，从而提高冲压成形性能，但冷轧总压下率过高，反而使不利织构增加且易形成带状组织，从而降低r值，降低塑性。延长退火时间和提高加热温度对钢板可造成强烈的软化和更好的延伸性，但急剧加热会使薄板的r值显著降低，故冲压材料一般都采用罩式退火工艺来处理。平整也有利于薄板的冲压成型性能，适度的平整能消除材料拉伸时出现的屈服平台，防止加工时产生滑移线。当然用户在加工时的变形速度也影响其成形性能，低速变形可使材料组织的回复更充分，减弱加工硬化。总之，冷轧薄板的冲压性能不仅与薄板的材料特性，力学性能、组织结构、表面质量和厚度公差等诸多因素有关，而且与冷轧工艺、冲压工艺过程密切相关，不能单用一两项指标来衡量，冲压性能是多项指标综合反映的结果。但冲压工艺处于下游工序，我们无法控制，那么我们要做的就是通过改善我们自身能把握的影响因素来满足用户的工艺要求。