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在机械产品的设计与制造过程中，如何选择和使用原材料是一项十分重要的工作。在使用时，既要求材料的力学性能适应零件的工作条件，使零件经久耐用，又要求材料有较好的加工工艺性和经济性，使零件容易制造，成本和消耗低。
材料的力学性能是指材料在外力作用下表现出来的特性，如强度、弹性、塑性、硬度、韧性和抗疲劳性等。现简要介绍如下：
材料的强度极限是金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。常用的强度极限有：
（1）屈服强度 屈服强度是指金属材料在外力的作用下发生塑性变形的应力。
（2）抗拉强度 抗拉强度是指金属材料在外力作用下发生拉断时的应力。
（3）抗剪强度 抗剪强度是指金属材料在受剪切状态力的作用下不致被破坏的最大应力。
材料的屈服强度又分为上屈服强度和下屈服强度。其中，下屈服强度是金属材料发生塑性变形的标志。在冲压生产中，要使材料产生形状改变，所需加的压力必须超过材料的下屈服强度 R eL ，如在拉深过程中， R eL 越小，成形工艺的稳定性越高，越不容易出现废品。在弯曲时，小的 R eL 值，在卸载时材料回弹变形过小，有利于提高弯曲件的精度；而抗拉强度 R m 则是材料抵抗被破坏时的最大能力；在冲压加工过程中，若材料要产生分离，所施加的外力必须使材料的应力大于抗拉强度 R m ；若材料只产生形状变化（拉深与弯曲等成形工序）而不使其断裂，则施加的压力必须使材料的应力小于抗拉强度 R m ，否则会产生断裂，形成废品。一般说来，材料的抗拉强度 R m 与下屈服强度 R eL 决定了材料的基本特性。 R eL 与 R m 越高则冲压时的变形抗力也越高，材料的内应力就越大，在冲压后因弹性变形所导致的冲件形状及尺寸的弹性回复也就越大。因此，冲压材料的强度极限对冷冲压生产能否冲出合格件有着极其重要的影响。
材料的塑性是指材料在外力作用下发生永久变形后，在外力消失的情况下仍然能保持变形后形状和尺寸精度而不致引起破坏的性能。常用的塑性指标有：
1.断后伸长率 A
断后伸长率是指材料受拉力被拉断后，原始标距的伸长与原始标距之比的百分率。即
式中 A ——材料的断后伸长率；
L u ——拉断后的标距长度（mm）；
L o ——拉伸前的标距长度（mm）。
2.断面收缩率 Z
断面收缩率是指材料在受拉力作用而断裂时，试样横截面面积的最大缩减量与原始横截面面积之比的百分率。即
式中 Z ——材料的断面收缩率；
S o ——原始横截面面积（mm 2 ）；
S u ——拉断后的横截面面积（mm 2 ）。
3.冲压深度
冲压深度（又称杯突值）是指在杯突试验机上用标准球头凸模匀速下压材料试样后，在材料上面出现一个凹痕，直到能出现一条能透光的裂纹为止的凹痕深度。
材料的塑性是关系到冷冲压能否冲出合格零件的重要性能。对于冲压成形类工序如弯曲、拉深、成形等，材料的塑性要求一般较高。一般来说，在一定的强度下，塑性越好的材料，则允许材料的变形程度越大，其冲压工艺性也越好。它不但能减少拉深成形次数，而且还能减少中间热处理工序。而对于分离工序冲裁来说，则要求材料塑性不是很高。若冲裁材料塑性太高，则材料太软，冲裁后的尺寸精度及飞边高度，都很难达到规定的要求。但冲裁时的材料塑性也不能太差，这样材料太硬，使材料变脆，反而会使模具易损坏。因此，对于不同工序的冲压，应选用不同塑性的材料，才能使冲压工作发挥极好的效果。
材料的弹性是指材料在受外力作用下产生变形，而在外力去除之后，仍能恢复原来形状的一种特性。
材料的弹性是用保持弹性变形的最大应力（单位面积上的抵抗力），用σ e 来表示，俗称材料的弹性极限，即
式中 σ e ——材料的弹性极限（MPa）；
F e ——弹性极限负荷（N）；
S o ——试件的截面面积（mm 2 ）。
材料的弹性对零件本身是一种很有价值的特性。但对于冲压成形工序来说是极为不利的。例如弯曲后的制品，如果材料弹性过大，则零件就会产生回弹现象，不仅影响制品质量，而且需增加整形工序或者采取中间热处理辅助工序，同时也给模具制造带来不必要的困难。而对于冲裁工序，采用弹性较好、塑性较小的材料，反而对冲压加工有利。这是因为弹性较好的材料，流动性好，可以得到较好的零件断面质量。
材料的硬度是指金属在外力作用下，能抵抗压入物压陷能力大小的一种性能。在工业生产中，金属材料的硬度可通过布氏硬度、洛氏硬度等试验方法得出。
金属硬度是直接决定金属冲压性能的因素之一。对于硬度较高的金属材料，对冲压成形工序是极为不利的，金属硬度越高，强度也越高，但塑性较差。故在一般情况下，弯曲、拉深、成形等工序，适宜选用硬度较低的材料。
由前述可知：黑色金属主要是指钢铁材料。冷冲压常用的钢铁材料主要包括以下几种：
1.普通碳素结构钢
普通碳素结构钢一般用Q表示，其后面的数字表示材料的上屈服强度 R eH 值，并用A、B、C、D表示四个质量等级。F表示沸腾钢，而镇静钢不用符号标注。如Q215AF表示普通碳素结构钢，上屈服强度 R eH =215MPa, A级沸腾钢种。
表4-1列出了普通碳素结构钢的主要化学成分及性能特征，供选用时参考。
表4-1 普通碳素结构钢的主要化学成分及性能特征
普通碳素结构钢主要适用于一般结构冲压件。如Q235钢，它具有一定的伸长率和强度、韧性较好，很适于冲压成形。
2.优质碳素结构钢
优质碳素结构钢是冲压生产大量使用的原材料。其表示方法：如08F表示碳的质量分数为0.08%的优质碳素结构钢；45表示碳的质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢的性能指标见表4-2。
表4-2 优质碳素结构钢性能指标
为适应冲压加工的需要，各钢厂目前专门生产出各种规格的碳素结构钢冷轧钢板及韧带。其等级分为最深拉深级“Z”、深拉深级“S”、普通拉深级“P”等。其性能指标见表4-3。
表4-3 拉深用优质碳素结构钢板材的性能指标
在供货时，除了性能指标外，板材还规定了表面质量等级，即Ⅰ级为高级精整平面，Ⅱ级为较高级精整平面，Ⅲ级为普通级精整平面，可根据需要进行选用。其供货规格尺寸可参见表4-4。
表4-4 冷轧钢板及钢带规格尺寸（单位：mm）
（续）
3.碳素工具钢
碳素工具钢一般用“T”+数字表示，后面的阿拉伯数字为以名义千分数表示的碳的质量分数。优质碳素工具钢在尾部加“A”。例如T8表示碳素工具钢，碳的质量分数为0.8%；T10A表示优质碳素工具钢，碳的质量分数为1.0%。在冲压生产中，碳素工具钢常用于冲模的凸、凹模，其主要性能指标参见表4-5。
表4-5 常用碳素工具钢的主要性能
4.合金工具钢
合金工具钢是指在钢中除了含硅、锰、磷、硫以外，为使其具有一定的性能，在冶炼时专门加入铬、钼、钨、钒、钛等某些元素的特种钢材，又称合金钢。它的表示方法是以平均万分数表示碳的质量分数并放在开头，合金元素的含量标在该元素符号之后并以百分数表示。如12Cr2Ni4，表示含C0.12%、Cr2%、Ni4%。
在冲压生产中，常采用合金工具钢Cr12、9CrSi、Cr12MoV、9Mn2V、CrWMn来作为模具工作零件材料；而电工用合金钢D21、D31、D81、D48等硅钢，主要作为冲压原材料，其供应的材料通过冲模冲压后作为电动机、电器、电子工业的转子、定子以及变压器等零件，是冷冲压生产常遇到的特殊钢材；此外，20Cr13、10Cr15、06Cr18Ni11Ti等不锈钢材也在冲压加工中常常遇到，但对于这种不锈钢板材，在冲压时，应注意以下几点：
1）在冲压时为了能获得好的塑性，应使材料处于软态下作业。如对于马氏体型钢的不锈钢12Cr13、20Cr13、40Cr13等应进行退火后冲压成形；而对于奥氏体镍铬不锈钢12Cr18Ni9、06Cr18Ni11Ti应进行淬火等软化处理后再冲压，即可大大提高冲压的工艺性。
2）不锈钢经过热处理软化后，其力学性能均具有较好的冲压工艺性，便于变形工序的冲压加工，但与碳素钢相比，不锈钢的冷作硬化现象显得更为强烈，拉深时极易产生折皱。因此不锈钢在每次拉深后都要经过再次中间退火工序，以再次软化后继续冲压。
3）不锈钢冲压变形时，所需变形力较大而且弹性回复也较大，故为保证冲压精度，冲压弯曲、拉深成形后，一定要增加一道整形及校正工序。
4）大多数不锈钢的强度及韧性都比较高，在冲压时，材料极易黏附在模具上。因此在制作和修理加工不锈钢用冲模时，模具的凸、凹模表面尽量要保持光洁，成形模要抛光，而冲裁模刃口要锋利。在冲压时其冲压速度要低（低于碳素钢的1/3），并采用黏度较大、质量较好的润滑油润滑。
1.铜及铜合金
在工业生产中，铜主要用作导体材料及配制铜合金。纯铜有良好的导电、导热性，但力学性能较差，主要牌号有T1、T2、T3等。铜和锌的合金称为黄铜，有较高的耐磨性及力学性能，可用来制作强度要求较高的仪器仪表、机械等零件，主要牌号有H62、H68等；铜和锡的合金为锡青铜；铜和铝、硅的合金为无锡青铜。锡青铜和无锡青铜统称为青铜，它有较好的耐蚀性与耐磨性，强度较高，常用来作为耐磨零件。
铜及铜合金在冲压中应用得较多，通过模具可冲压出各种零件。铜及铜合金的力学性能见表4-6。
表4-6 铜及铜合金的力学性能
在铜及铜合金中，纯铜和黄铜的冲压性较好。但黄铜中H62比H68的冷作硬化现象更强烈。而青铜比黄铜的工艺性差，其冷作硬化现象更为强烈。因此，在冲压时需根据不同铜种，进行频繁的中间退火后方能冲压出合格的零件。但要注意，青铜与黄铜一般要在冷态下冲压，不宜在热态下冲压。
2.铝及铝合金
用于冲压用的铝及铝合金板料主要有纯铝、防锈铝、锻铝、硬铝等。其中，纯铝的机械强度很低，但导电性能强，一般用于冲压小型的电子零件；防锈铝主要是铝锰合金和铝硅合金，主要是通过冷作硬化来提高强度，它具有优良的塑性和耐蚀性；锻铝是铝、镁、硅合金，在热状态下强度较高，经退火后有很好的塑性，非常适于冲压加工；硬铝是铝、铜、镁合金，强度较高，热处理强化效果较好，抗拉强度可达500～600MPa，相当于低合金钢的强度。
常用的铝及铝合金的力学性能见表4-7。
表4-7 铝及铝合金的力学性能
铝及铝合金冲压时的技术特点如下所述：
1）热处理能使铝及铝合金获得最大的塑性。如纯铝和防锈铝可用退火的工艺方法获得最大的塑性；硬铝或锻铝既可用退火也可用淬火的方法来获得最大的塑性及对冲压非常有利的力学性能。
2）采用中间退火来消除冲压过程中的冷作硬化现象。在深拉深时，除每次拉深需中间退火外，还应在成形后进行消除内应力的最终退火工艺，才能保证冲压精度。
3）对硬铝及锻铝采用淬火工艺获得最好的力学性能时，要严格控制淬火温度，不能过烧，否则会恶化材料的冲压工艺性。
4）铝及铝合金采用温热冲压可以改善冲压工艺性。如冷作硬化的铝材在冲压时，若将毛坯加热到150℃，可大大提高弯曲件的尺寸精度，并可把弯曲半径减小到（2～2.5） t （ t 为材料厚度），并可大大减少材料的回弹。
3.钛及钛合金
钛及钛合金耐蚀性较好，故在飞机、船舶和化学工业应用较多，其零件大部分用冲压的方法制成。常用的钛合金主要有TA2、TA3、TC1等。TC1的屈服极限可达800～980MPa，抗拉强度可达800～850MPa，伸长率可达15%左右。
在利用钛合金板材冲压零件时，应注意以下要点：
1）变形不大的钛及钛合金零件，一般需冷冲成形，而变形量较大的零件需经过热冲压成形，其温度一般在300～700℃，但因材料牌号不同而不同，若加热温度过高，则会使材料变脆、不利于冲压。
2）在冲压钛合金及钛零件时，应尽量采用较低的冲压速度。
冲压常用的非金属材料主要有纸胶板、布胶板、石棉板、橡胶板等。其抗剪强度见表4-8。
表4-8 冲压常用非金属材料的抗剪强度（单位：MPa）
