冲压变形基本原理

《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理1.1金属塑性变形的基本概念外力的作用下，金属产生形状和尺寸变化为变形，变形分为弹性变形与塑性变形．1.1.1塑性变形的物理概念外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排列的畸变，引起金属形状和尺寸的变化。1.1.2塑性变形的基本方式滑移\孪生\多晶体的塑性变形（变形后形成纤维组织、变形织构）(如图)《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理1.1.3金属的塑性与变形抗力１.塑性及塑性指标塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而不破坏其完整性的能力。塑性指标：常用的塑性指标2.变形抗力及其指标金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为变形抗力。通常以真实应力作为变形抗力的指标。%100%100%100000000HHHAAALLLKcKK镦粗率：断面收缩率：伸长率：《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理1.1.4影响金属的塑性与变形抗力的因素1.影响塑性的因素内因：化学成分的影响；组织结构的影响外因：变形温度；变形速度；变形的应力状态2.影响金属变形抗力的主要因素1)化学成分及组织的影响2)变形温度对变形抗力的影响(如图1.1.3)3)变形速度对变形抗力的影响4)变形程度对变形抗力的影响5)应力状态对变形抗力的影响1.1.5金属塑性变形对组织和性能的影响晶粒形状和方位变化；产生应力；产生加工硬化。《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理图1.1.1晶体变形图1.1.2多晶体的塑性变形《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理1.2塑性变形的力学基础外力内力模具毛坯零件1.2.1点的应力与应变状态１.应力：内力的强度，用σ表示。2.点的应力状态(如图1.2.1)3.应变：微小六面体的变形，用ε表示。主应变4.点的应变状态空间一点无论受多少个力，都可简化为九个应力分量。在静力平衡时，根据剪应力互等定理，可简化为六个应力分量。主平面：剪应力为零的平面。主应力：主平面上的应力。321《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理5.主应变及主应变状态点的应变状态主应变状态6.体积不变定律该式说明：金属塑性变形前后，只有形状的变化，而无体积的变化。三个推论：﹡塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化；﹡不论什么应变状态，其中一个主应变的符号与另外两个主应变的符号相反；﹡已知两个应变就可求第三个应变。0321《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理1.2.2屈服准则（塑性条件）屈服准则：材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某点的应力满足屈服准则，该点就进入塑性状态。1.屈雷司加准则2.密席思准则3.工程上常采用屈服准则通式：s21《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理1.2.3塑性变形时应力与应变的关系单向拉伸应力-应变曲线(如图1.2.2)1.增量理论2.全量理论3.例：全量理论分析应力应变关系1)称平面应变(或称平面变形),由上式可得出:2)材料受单向拉应力,由上式可得:C131332322121Cdddddd131332322121时，022/)(212时，且0,03211321)2/1(,0《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理变形时的硬化现象和硬化曲线1.硬化现象的表现形式:材料的强度指标随变形程度的增加而增加,塑性随之降低.2.加工硬化的结果引起材料力学性能的变化.3.加工硬化有利及不利方面有利方面:板料硬化能够减小过大的局部变形,使变形趋于均匀,增大成形极限,同时也提高了材料的强度不利方面:使进一步变形困难.4.硬化曲线(如图1.2.3)《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理图1.2.1点的应力状态a)任意坐标系;b)主轴坐标系《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理图１.２.２单向拉应力－应变曲线《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理图１.２.３几种常用冲压板料的硬化曲线《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理1.3各种冲压成形方法的力学特点与分类1.3.1变形毛坯的分区(如图1.3.1)1.3.2变形区的应力与应变特点1．冲压毛坯两向受拉应力的作用(可分两种情况)：（图1.3.2Ⅰ象限）2．冲压毛坯变形区受两向压应力的作用（图1.3.2Ⅲ象限）0,00,0trt且且r0,00,0trt且且r《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理3．冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且拉应力的绝对值大于压应力的绝对值。(可以分为两种情况)（图1.3.2）4．冲压毛坯变形区受异号应力的作用而且压应力的绝对值大于拉应力的绝对值。(可以分为以下两种情况)综上所述：冲压变形可分为伸长类变形和压缩类变形rrr且且0,00,0trtrrr且且0,00,0trt《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理1.3.3冲压成形过程中变形趋向性及其控制1、变形趋向性(如图1.3.3)弱区必先变形，变形区应为弱区2、变形趋向性的控制﹡改变坯料各部分的相对尺寸﹡改变模具工作部分的几何形状和尺寸﹡改变坯料和模具之间的摩擦阻力﹡改变坯料局部区域的温度《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理A－变形区；B－传力区；C－已变形区图１.３.３变形趋向性对冲压工艺的影响《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理1.4板料冲压成形性能及冲压材料1.4.1板料的冲压成形性能冲压成形性能:板料对各种冲压成形加工的适应能力.抗破裂性、贴模性、定形性成形极限冲压件形状尺寸精度1.4.2板料的冲压成形性能试验1、间接试验（图１.４.２）伸长率、屈服点、屈强比、硬化指数、板厚方向性系数、板平面方向性2、直接试验胀形成形性能试验、拉深成形性能试验（图１.４.１）《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理1、屈服极限屈服极限小,材料容易屈服,则变形抗力小.2、屈强比屈强比小,说明值小而值大3、伸长率拉伸实验中,试样拉断时的伸长率称总伸长率4、硬化指数单向拉伸硬化曲线可写成其中n为硬化指数5、厚向异性指数厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应变之比6、板平面各向异性指数1.4.3板料的力学性能与冲压成形性能的关系ssbnktb/2/)2(45900《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理1.4.4常用冲压材料及其力学性能黑色金属金属材料冲压材料有色金属非金属材料坯料类型板料：大型零件条料：中小型零件卷料：大批量生产的自动送料块料：少数钢种和有色金属的冲压《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理图１.４.１拉深试验试样《冲压工艺及模具设计》第1章冲压变形的基本原理图１.４.２拉伸曲线