C19400 铜合金带材折弯性能分析

C19400 铜合金带材折弯性能分析摘要：对冷轧态不同厚度 C19400 铜合金带材进行不同弯曲半径 90V 形折弯，测量了折弯后的回弹，观察了折弯后带材外外表形貌。 借助金相显微镜分析了带材折弯前后的微观组织。 研究结果说明：厚度相同时，回弹量随着弯曲半径的增大而增大;弯曲半径相同时，回弹量随厚度的增大而减小。 当带材厚度较薄(关键词：C19400;折弯性能;回弹量;弯曲半径引言随着连接器向更快、更小、更智能的方向开展，铜及铜合金带的使用也越来越广泛1-5。 高成形性成为连接器用铜合金带材的关键要求6-7，其中折弯性能是衡量连接器用带材的一项重要指标8-11。 C19400铜合金是典型的引线框架及高端连接器材料，有优良的综合性能12-15。 对该合金的研究热点主要集中在材料的强度、传导性能、抗高温软化性能等方面16-18，对材料的折弯性能还未见报道。板料的折弯性能直接影响成形零件的质量和精度，折弯后回弹造成零件形状尺寸偏差，最小弯曲半径越小，板料可以允许的塑性变形越大13-22。 文献23研究了板料厚度、凸模圆角半径、摩擦因数对折弯工艺的影响规律， 发现影响回弹的最主要因素是凸模圆角半径，影响开裂的主要因素是厚度。 文献24利用自行研制的模具，对 C2680 黄铜箔进行三点弯曲试验，通过分析回弹量与折弯变形后中性层的位置关系，发现材料越薄， 弯曲半径越大，材料弯曲时中性层的位置系数越大，回弹量越大。文献25针对不同厚度、不同晶粒尺寸的 C5210 磷青铜薄板进行弯曲性能分析，考察了整个变形过程的应力应变情况，发现薄板的厚度越大，回弹量越小。 在前期研究中，主要集中于料厚和弯曲半径对板料折弯变形之后回弹行为和外表形貌的研究，未曾结合微观组织形态对折弯性能进行分析。本文对冷轧态不同厚度的 C19400 铜合金带材进行不同弯曲半径 90V 形折弯，对不同折弯情况下的回弹进行测量。 对折弯后的外侧外表质量及厚度截面组织形态进行观察分析，对不同厚度冷轧态C19400 铜合金带材的折弯性能进行评估，以期为该带材的实际生产提供参考。1 试验材料与试验方法1.1 试验材料1.2 试验方法由于连接器在实际生产过程中，材料折弯角度多为 9010，故在模具设计过程中设计折弯角度为90。 最小相对弯曲半径作为评判材料折弯性能的依据，模具圆角半径设计尤为重要，选用铜合金最小相对弯曲半径的经验值 0.427，根据材料的不同厚度，进行不同圆角半径的模具设计。 为了研究不同厚度、不同弯曲半径 C19400 铜合金带材的折弯性能，设计开发了一系列不同圆角半径的 90V 形折弯模具，圆角半径分别为 0.16 mm、0.32 mm、0.40 mm。试验在自行设计的多功能试验机上完成。 折弯凸模安装在试验机模座上，凹模固定在试验机工作台面上，通过计算机控制调整凸模的上下移动和位置。 试验过程严格按照 GB / T 232202226?金属材料弯曲试验方法?中的程序要求进行。试验前将试样用无水乙醇擦拭干净，防止外表有杂质影响折弯性能，将试样放在凹模中间位置，缓慢施加力，当材料充分折弯，保持 10 s 之后，设备回程，凸模上升，取出材料。 分析板料折弯后的回弹及外表变形情况。对折弯后的试样进行回弹测量。 折弯后的试样用笔沿着折弯内侧画线，通过扫描仪扫描成图片，把图片导入 Auto CAD 软件来测量其回弹后的角度，得到其回弹量，此方法参照文献25，在相同的试验条件下，测量 5 次折弯试验的回弹量，取平均值作为最终试验结果。将试样按照规定的弯曲角度成形后，进行外表观察，检查其变形区外侧外表是否出现裂纹等缺陷。观察不同情况折弯后外外表形貌，并用相机进行拍摄。 采用光学显微镜对弯曲前后厚度截面方向进行微观组织观察。 将不同情况折弯前后的试样进行切割，观察其厚度截面的显微组织。 采用试样装夹工具固定试样，经研磨、抛光，用硝酸铁盐酸溶液进行腐蚀后，采用舜宇 ICX41M 型倒置金相显微镜对微观组织进行观察。2 试验结果2.1 弯曲半径对回弹的影响试验中弯曲半径 r 分别为 0.16 mm、0.32 mm 和 0.40mm。 不同厚度的 C19400 铜合金带材折弯变形后回弹量与弯曲半径关系曲线，随着弯曲半径增大，不同厚度的 C19400 合金带材折弯后回弹均呈现增大趋势。 料厚小于 0.5 mm 时，较小弯曲半径即出现严重回弹。 料厚为 0.2 mm、弯曲半径为 0.16 mm 时，回弹量到达 9.4，随着弯曲半径的增大，回弹量变化较小，甚至在弯曲半径为 0.40 mm 时回弹还出现了减小现象。当材料厚度较薄时(料厚为 0.4 mm 时，随着弯曲半径的增大，回弹量缓慢增大。 当料厚大于 0.5 mm 时，随着弯曲半径的增大回弹量急剧增加。 料厚为 1.0 mm、弯曲半径为 0.16 mm 时，回弹只有 2.1;当弯曲半径增大到 0.40 mm 时，回弹到达8.7，回弹增长率为 27.5%。另外，随着弯曲半径的增加，不同厚度带材在相同弯曲半径下的回弹大小趋于接近，弯曲半径较小时(0.16 mm)，不同厚度回弹量相差 7.3，弯曲半径增大到 0.40 mm 时，不同厚度带材折弯后回弹量相差仅为 1.9。随着料厚的增加，不同弯曲半径时带材的回弹都趋于下降趋势，弯曲半径越小，回弹量下降越明显。 当弯曲半径为0.16 mm时，回弹受料厚的影响最明显，由初始的 9.4下降到 2.1，相差 7.3。弯曲半径越大，回弹受料厚的影响越小。 弯曲半径为 0.40 mm 时，不同料厚带材最大回弹与最小回弹分别为 10.6和 8.7，相差仅为 1.9;料厚从 0.2 mm增大到 0.4 mm 时出现回弹量上升的现象，这是由于料厚为0.2 mm、弯曲半径为 0.40 mm 时，发生不均匀变形的程度增大所致。 随着料厚的增加，不同弯曲半径时相同料厚带材的回弹大小相差增大。 料厚为 0.2 mm 时，不同弯曲半径下带材的回弹量相差仅为 0.8;料厚增大到 1.0 mm 时，不同弯曲半径下带材折弯后回弹量相差 6.6。2.3 折弯后外表宏观形貌不同厚度不同弯曲半径时，C19400 带材折弯后外外表形貌不同。 当厚度较小( 材料料厚进一步增加到 1.0 mm 时，相同弯曲半径下(r = 0.40 mm)折弯，外表出现更为严重的缺陷。 由此说明，弯曲半径和料厚对 C19400 冷轧态带材折弯后外表形貌影响较为严重。 由于料厚的增大(0.8 mm)，相对弯曲半径为 0.5 时，折弯后外表出现严重缺陷。 而料厚在 0.4 mm 时，相对弯曲半径为0.4，外表光滑平整。 因此，在零件结构相同的情况下，针对厚度大的带材，应采用更大的弯曲半径，以保证弯曲件的质量要求。2.4 显微组织分析折弯前带材厚度方向组织均匀，主要为平行于轧制方向的纤维组织。 折弯变形时，外层材料受到拉应力，内层材料受压应力产生塑性变形，外部载荷去除，局部弹性变形得到回复，剩余变形得以保持。 可以看出： 折弯变形后带材的纤维流线出现了明显改变，由原来的平行于轧制方向变成了弯曲的流线，而且随着厚度的增加，流线的弯曲程度更加明显。当材料较薄( 3 结论(1)厚度和弯曲半径(相对弯曲半径)对冷轧态 C19400 合金带材的折弯性能影响显著。(2)在试验范围内，当厚度为 0.4 mm、折弯半径为 0.16 mm 时，回弹量小且带材折弯外表良好。(3)对于冷轧态 C19400 合金带材，当带材厚度参考文献：1 许丙军.铜合金带材在电连接器上的应用和国内现状J.世界有色金属，2022(9)：72-73.2 涂思京，闫晓东，谢水生.引线框架用铜合金 C194 的组织性能研究J.稀有金属，2022，28(1)：199-201.3 刘爱奎，鲁长建，段广超.高性能铜合金带在汽车连接器中的应用J.铜业工程，2022(2)：13-16.4 行如意，苏娟华，康布熙，等. Cu0. 3Cr0. 15Zr 合金时效时的析出相 J. 河南科技大学学报( 自然科学版)，2022(2)：1-4.5 阳大云，刘平，康布熙，等.时效及形变对 CuNiSi 合金硬度和导电率的影响 J.洛阳工学院学报，2022，22(2)：1-3