3板材成形基本工艺.

页码:1SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺目录返回3.板材成形基本工艺•3.1板材冲压成形基本概念页码:2SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•冲压成形设备的运动部件(滑块)进行垂直往复运动•输出压力0.1MN——100MN•模具由凸模、凹模和压边圈等部件组成•凸模和压边圈安装在压力机滑块上，称上模部分，随滑块垂直往复运动•凹模固定于压力机工作台上，称下模部分，页码:3SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•左图：发动机罩压合模东风模具公司为风神汽车公司蓝鸟轿车发动机罩产品开发设计、制造。该模具被认为是当今国内汽车覆盖件模具制造的最高水平。•右图重型卡车顶盖拉延模(东风模具有限公司制造)页码:4SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•3.1.1冲压成形工艺的特点•模具是冲压成形工艺装备，利用模具进行板料冲压成形有如下特点：•1)能够高效率地获得精度高、品质均一的制件•2)冲压件精度有保证•3)操作简单•4)模具制造费用高昂•5)模具制造加工复杂困难页码:5SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•冲压成形分类拉深、弯曲、胀形和翻边•板料必须具有较好的流动条件才能成形为合格的制件•设计模具控制板料流动阻力•右图板料拉深成形流动页码:6SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•3.1.2板料冲压的力学特性•1.板料的拉伸性能、塑性•(a)板料拉伸试验试样，(b)有明显屈服板料σ-ε曲线，(c)无明显屈服板料σ-ε曲线•图3-4板料拉伸试验试样与拉伸应力应变曲线页码:7SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•板料受力作用产生的应力(工程应力)•板料受力拉伸时产生的应变(工程应变)0AF%100000lllll页码:8SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺2.板料的真实应力应变、加工硬化•真实应力：•真实应变：•真实应力S能够反映板料加工硬化效应•板料随应变的不同，加工硬化程度也不同•加工硬化程度用加工硬化率θ表示：)1(00AAAFAFS)1ln(ln''0'll'/ddS页码:9SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺左图部分金属的真实应力-真实应变曲线1.高锰铸钢ZGMn13Cr2，2.合金结构钢20CrMoNi2，3—低碳钢(退火)，4—退火铜，5—退火铝•部分金属材料S-ε’曲线如下图所示•S-ε’指数方程式表达：称Hollomon方程nAS)('页码:10SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺3.2塑性成形应力-应变状态•3.2.1球应力分量与偏应力分量•塑性力学认为：物体受力，单元体变形可分解为体积变化和形状变化两部分•体积变化：各向等应力作用下产生没有形状变化•形状变化：在剪应力作用下产生没有体积变化•(1)球应力(亦称各向等应力、静水应力)σm：)(31321m页码:11SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•(2)偏应力•将单元体各面主应力减去球应力σm后所剩差值•理论和试验证明：偏应力是受力单元体产生形状变化的唯一原因mmm3'32'21'1页码:12SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•3.2.2偏应力分量与变形•举例说明偏应力分量与变形•单向压缩是塑性加工中常见现象•根据规定竖直方向主应力为压应力左右向主应力和前后向主应力为零•球应力分量：•偏应力分量：)(31)(3/13321m)(3/2)(3/1)(3/133'332'231'1mmm页码:13SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•球应力分量使单元四周均匀受压，体积减小•偏应力分量由两个纯剪应力状态组成•一个纯剪状态使单元沿1向伸长3向压缩•另一个纯剪状态，使单元沿2向伸长3向压缩•结论：单元U1受压变形结果是水平两个方向伸长，竖直方向缩短。单元U1主剪应力平面与主应力平面成45°倾角。页码:14SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•3.2.3板料受力屈服•1.屈雷斯加屈服条件•屈雷斯加：“无论物体所受应力状态复杂与否，当最大主剪应力达到剪切屈服应力时，材料屈服。”•设其最大主剪应力为•单向拉伸屈服强度，板料剪切屈服应力为：•所以有或smax321231maxs2ss2231ss31页码:15SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•屈雷斯加屈服条件在主应力图上呈现为六边形•板料受力，当主应力逐渐增大进入阴影区，板料屈服。页码:16SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•2.米塞斯屈服条件•1913年冯•米塞斯(RvonMises)提出了另一个屈服条件•米塞斯认为，“材料塑性变形能等于总变形能减去体积变化所消耗能量的差值。”•弹塑性力学理论，八面体的等效应力(应力强度)与球应力分量无关•米塞斯屈服条件可表述为Ys213232221)()()(2122132322212)()()(s页码:17SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺3.3薄板冲压成形基本工艺•3.3.1拉深(拉延)•(a)带凸缘圆筒形拉深，(b)圆筒形拉深，(c)盒形件拉深，(d)球面拉深，(e)非对称拉深•图3-10拉深零件的分类页码:18SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•1.薄板拉深应力应变状态•板料拉深时，当•分析证明，板料拉深是凸模外的凸缘部分受压挤入凹模变形的过程。•拉深是压缩性变形•2.拉深起皱)60.055.0(Dd页码:19SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•板料的拉深变形区与起皱缺陷•图3-13板料拉深扇形单元受力简图与压杆失稳R页码:20SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺S弯曲变形区拉深变形区r•3.盒形件拉深•盒形件拉深成形•盒圆角区域变形剧烈，应变量大；•直边区变形•盒形件拉深比圆筒形拉深容易页码:21SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•4.拉延压边圈板料凹模自由表面凸模页码:22SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺3.3.2弯曲•图3-17板料的弯曲工艺(a)压弯，(b)卷弯，(c)滚弯(c)(b)(a)页码:23SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•1.板料弯曲过程•板料弯曲应力应变状态可分为•弹性弯曲•自由弯曲(弹塑性弯曲)•校正弯曲rr2r1s2(a)(b)(c)s3tts1t+=0-P0s3s2NPN-s+s=0=0+s-sM=Ns/2s1PNN页码:24SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•2.弯曲力•(1)自由弯曲力•1)V形制件自由弯曲力FV-free：••2)U形制件自由弯曲力FU-free：•(2)校正弯曲力pAFebfreeVtrkbtF26.0bfreeUtrkbtF27.0页码:25SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•3.板料弯曲应力与应变ytRr0000)(yytr211maxr/t=0r/t=3r/t=2r/t=11页码:26SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•车身件弯曲成形，属宽板弯曲(b/t＞3)•板料弯曲周向、径向及宽向应力沿径向分布•中性层外侧•中性层内侧)ln21(2155.1ln155.1)ln1(155.1RRRsbbss)ln21(2155.1ln155.1)ln1(155.1rrrsbbss页码:27SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•图3-23板料弯曲周向、径向及宽向应力bb-+0tRr页码:28SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•4.最小相对弯曲半径rmin/t的确定•已知•板料最外层纤维周向应变最大值εθmax与断面收缩率ψ关系trminmax211121mintr页码:29SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•5.弯曲回弹•卸载回弹后弯曲件的曲率变化量ΔK•角度变化量Δα为卸载后卸载前'0011K'页码:30SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•弯曲件回弹量的计算•1)曲率回弹量ΔK计算•2)弯曲角回弹量Δα计算•右图：纵梁成形弯曲回弹与材料性能和弯曲半径有关tEKs311'000'0031tEs页码:31SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺3.3.3胀形•1.胀形成形特点•图3-30胀形应变分布图和应变状态图•(a)应变分布图(b)应变状态图页码:32SchoolofMaterialsScienceandengineering,WHUT文明与汽车3板材成形基本工艺•2.胀形成形极限•胀形成形极限以零件是否发生破裂来判别•胀形方法不同，成形极限表示方法也不同•纯胀形，用“胀形高度”表示极限•软钢极限胀形高度h≤0.2d，d=(0.35-0.38)D•圆柱空心毛坯胀形，10或20钢的极限胀形系数Kp=1