冲压车间遇到开裂、起皱、边缘起一圈花瓣状的制耳,第一反应往往是换模、调间隙、加润滑油。这都没错,但不是每次都对症。不少深冲件的毛病,根子不在模具,而在材料的两个指数——塑性应变比 r 值和应变硬化指数 n 值。模具和工艺能放大问题,却补不上材料本身的短板。
先把 r 值说清楚。塑性应变比 r 等于宽向应变与厚向应变之比,也就是 r = ε宽 / ε厚。它衡量的是材料在受力时更愿意往宽度方向流动、还是更愿意往厚度方向减薄。r 越大,拉延过程中板厚减薄越慢,越不容易被拉裂;r 越小,材料一拉就往薄里走,深冲件底部和圆角最容易先破。这个指数怎么测,GB/T 5027《金属材料 薄板和薄带 塑性应变比(r值)的测定》(现行 2025 版,替代 2016 版)写得很明确:用单轴拉伸试样在屈服后、最大力前的均匀塑性段,测宽度和标距的变化算出来。(出处:GB/T 5027-2025)
n 值是另一回事。应变硬化指数 n 出现在幂次律 σ = K·εⁿ 里,代表材料在塑性变形过程中越变形越硬、把应变摊匀的能力。n 越大,局部一旦想集中变形,材料就迅速硬化把它顶回去,抗局部颈缩、抗破裂的裕度越大,做胀形、拉伸类成形更安全。n 怎么测,GB/T 5028-2008《金属材料 薄板和薄带 拉伸应变硬化指数(n值)的测定》规定,在屈服之后、最大力对应的应变之前取一段应变,对真实应力-真实应变做对数线性回归得到 n。(出处:GB/T 5028-2008)简单记:r 管减薄、管深冲;n 管颈缩、管胀形。
制耳(耳子、花瓣边)这件事,单独值得讲。它不是 r 不够大,而是 r 不均匀。材料在不同方向上的 r 值不一样,拉深时各方向流动速度就不一样,边缘就会鼓出一圈高低不平的制耳。业内在 r0、r45、r90 三个方向(试样与轧制方向夹角 0°、45°、90°)之外,专门用平面各向异性 Δr = (r0 + r90 − 2·r45) / 2 来刻画这种不均匀。Δr 越偏离 0,制耳越明显。所以选料不能只看 r 大不大,还要看三个方向的 r 是不是够均匀。(出处:GB/T 5027 规定的 r0/r45/r90 取样方向与 Δr 计算方法)
标准里对这两个指数到底要多少,是按用途分的。GB/T 5213-2019《冷轧低碳钢板及钢带》把冷轧低碳钢板按冲压级别从 DC01(一般用)到 DC07(特超深冲用)分成七个牌号,深冲级及以上对 r90、n90 给出下限:DC04 要求 r90 不小于 1.6、n90 不小于 0.18;DC05 要求 r90 不小于 1.9、n90 不小于 0.20;DC06 要求 r90 不小于 2.1、n90 不小于 0.22;DC07 要求 r90 不小于 2.5、n90 不小于 0.23。(出处:GB/T 5213-2019 牌号体系;具体数值以现行标准文本为准)注意这些是 r90 单方向值,技术协议里一般写 n90 和 r90 或平均 r。用 DC01 去冲深腔件,从一开始就把牌号选错了,模具调得再好也救不回来。
测的时候也有坑。r 和 n 都不是单点读数,都靠拉伸试样在均匀塑性段按公式算出来。GB/T 5027 和 GB/T 5028 都要求试样按相关产品标准取样,应变区间有明确要求:n 值在屈服之后、最大力对应的塑性应变之前取,r 值在超过屈服延伸阶段、低于最大力时应变水平处取。取样方向写错、应变区间取错,两边测出来对不上,谁都说服不了谁。做仲裁时,方法标准和产品标准要同时引到,只引一个容易扯皮。
落到采购和排故,有几条能直接用。技术协议别只写一个材料牌号,把 DC 级别、r90 和 n90 的下限、取样方向与判定规则一并写清,并引用 GB/T 5027、GB/T 5028 的测定方法。出了开裂或制耳,排查顺序也有讲究:先看牌号选得对不对,再测 r、n 是否在协议范围,再看 Δr 判断制耳,最后才去动模具间隙和压边力。顺序反了,真因很容易被漏掉,白换几副模具是常事。
常见问题(FAQ)
问:r 值和 n 值到底管什么?
答:r 值(塑性应变比)管厚度减薄,反映深冲时材料抗减薄、抗拉裂的能力,r 越大深冲越好;n 值(应变硬化指数)管局部颈缩,反映变形中均匀化应变的本领,n 越大胀形、拉伸越不容易破裂。一句话:r 管深冲,n 管胀形。
问:冲压件边缘起花瓣状制耳,跟 r 值有关吗?
答:有关,但关键不在 r 的大小,而在 r 的均匀性。各方向 r 不一致会产生平面各向异性 Δr = (r0 + r90 − 2·r45)/2,Δr 偏离 0 越大,制耳越明显。解决要靠选各向异性小的料,而不是一味加大 r。
问:深冲件开裂,应该选哪个牌号的冷轧板?
答:按 GB/T 5213-2019 的 DC 级别选:一般冲压用 DC01,深冲用 DC04 起,特深冲 DC05,超深冲 DC06,特超深冲 DC07。级别越高,r90、n90 下限越高。用 DC01 冲深腔件,材料本身就不具备足够的深冲性,换模具解决不了。
问:r0、r45、r90 有什么区别?
答:指拉伸试样与轧制方向夹角分别为 0°、45°、90° 时测得的 r 值。单一方向只看一个维度,综合判定要用平均 r 和平面各向异性 Δr。订货和验收时要写清取哪个方向、判平均还是判单方向,避免双方读数对不上。
问:n 值是怎么测出来的?
答:按 GB/T 5028-2008,对试样做单轴拉伸,在屈服之后、最大力对应的塑性应变之前取一段应变,对真实应力与真实塑性应变取对数做线性回归,斜率就是 n 值。应变区间取错会直接影响结果,所以报告里要注明上下限。
问:技术协议里 r、n 该怎么写才不扯皮?
答:写清四项:材料牌号(DC 级别)、r90 与 n90 的下限、取样方向与判定规则,并引用 GB/T 5027、GB/T 5028 作为测定方法。只写一个牌号、不写数值下限和测定方法,一旦出开裂,买卖双方拿的不是同一把尺子。
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