工藝技術(shù)_沖壓工藝學(xué)課件

緒論內(nèi)容簡(jiǎn)介：本章講述沖壓及模具的概念；沖壓的特點(diǎn)、發(fā)展及應(yīng)用，沖壓工序的分類及基本沖壓工序。學(xué)習(xí)目的與要求：1、掌握沖壓及模具的概念；2、了解沖壓沖壓的特點(diǎn)、發(fā)展及應(yīng)用；3、掌握沖壓工序的分類，認(rèn)識(shí)基本沖壓工序。重點(diǎn)：沖壓及模具的概念、沖壓的特點(diǎn)、發(fā)展及應(yīng)用，沖壓工序的分類。難點(diǎn)：沖壓基本工序。1.1沖壓的概念1.1.1沖壓沖壓：在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)被沖材料施加一定的壓力，使之產(chǎn)生分離和塑性變形，從而獲得所需要形狀和尺寸的零件（也稱制件）的一種加工方法。因?yàn)橥ǔＪ褂玫牟牧蠟榘辶?，故也常稱為板料沖壓。沖壓成形產(chǎn)品示例一日常用品：易拉罐、餐盤、墊圈等。沖壓成形產(chǎn)品示例二兵器產(chǎn)品：子彈殼等。沖壓成形產(chǎn)品示例三高科技產(chǎn)品：汽車覆蓋件、飛機(jī)蒙皮等。1.1.2沖模沖壓模具：將材料加工成所需沖壓件的一種工藝裝備，稱為沖壓模具（俗稱沖模）1.1.2沖壓生產(chǎn)的三要素：沖壓生產(chǎn)的三要素：合理的沖壓工藝、先進(jìn)的模具、高效的沖壓設(shè)備1.2沖壓加工特點(diǎn)與應(yīng)用1.2.1沖壓加工的特點(diǎn)（1）生產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)單。高速?zèng)_床每分鐘可生產(chǎn)數(shù)百件、上千件。（2）一般無(wú)需進(jìn)行切削加工，節(jié)約原料、節(jié)省能源。（3）沖壓件的尺寸公差由沖模來(lái)保證，產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定、互換性好?！耙荒Ｒ粯印保?）沖壓產(chǎn)品壁薄、量輕、剛度好，可以加工形狀復(fù)雜的小到鐘表、大到汽車縱梁、覆蓋件等。局限性：由于沖模制造是單件小批量生產(chǎn)，精度高，是技術(shù)密集型產(chǎn)品，制造成本高。因此，沖壓生產(chǎn)只適應(yīng)大批量生產(chǎn)。1.2.2冷沖壓的應(yīng)用由于冷沖壓在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的特別之處，因而在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。在汽車、拖拉機(jī)、電器、電子、儀表、國(guó)防、航空航天以及日用品中隨處可見(jiàn)到冷沖壓產(chǎn)品。如不銹鋼飯盒，搪瓷盆，高壓鍋，汽車覆蓋件，冰箱門板，電子電器上的金屬零件，槍炮彈殼等等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，沖壓件在汽車、拖拉機(jī)行業(yè)中約占60%，在電子工業(yè)中約占85%，而在日用五金產(chǎn)品中占到約90%。如一輛新型轎車投產(chǎn)需配套2000副以上各類專用模具；一臺(tái)冰箱投產(chǎn)需配套350副以上各類專用模具；一臺(tái)洗衣機(jī)投產(chǎn)需配套200副以各類專用模具?？梢赃@么說(shuō)，一個(gè)國(guó)家模具工業(yè)發(fā)展的水平能反映出這個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化工業(yè)化發(fā)展的程度。對(duì)于一個(gè)地區(qū)來(lái)說(shuō)也是如此。目前世界各主要工業(yè)國(guó)，其鍛壓機(jī)床的產(chǎn)量和擁有量都已超過(guò)機(jī)床總數(shù)的50%以上，美國(guó)、日本等國(guó)的模具產(chǎn)值也已超過(guò)機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值，在我國(guó)，近年來(lái)鍛壓機(jī)床的增長(zhǎng)速度已超過(guò)了金屬切削機(jī)床的增長(zhǎng)速度，板帶材的需求也逐年增長(zhǎng)，據(jù)專家預(yù)測(cè)，今后各種機(jī)器零件中粗加工的75%，精加工有50%以上要采用壓力加工，其中冷沖壓占有相當(dāng)?shù)谋壤?.3沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.3.1我國(guó)沖壓技術(shù)的歷史與現(xiàn)狀據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，早在2000多年前，我國(guó)已有沖壓模具被用于制造銅器，證明我國(guó)古代沖壓成型和沖壓模具方面的成就已處于世界領(lǐng)先。但是，由于眾所周知的原因，近代工業(yè)水平一直處于落后狀態(tài)。1949年新中國(guó)成立后，在前蘇聯(lián)的幫助下，我國(guó)的近代工業(yè)才開始起步。1953年，長(zhǎng)春第一汽車制造廠首次建立了沖模車間，于1958年開始制造汽車覆蓋件模具，60年代開始生產(chǎn)精沖模具。在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的正確引導(dǎo)下（退稅），經(jīng)過(guò)多年努力，現(xiàn)在我國(guó)沖壓模具的設(shè)計(jì)與制造能力已達(dá)到較高水平，已形成了300多億元各類沖壓模具的生產(chǎn)能力。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50多噸的模具；為中檔轎車配套的覆蓋件模具內(nèi)也能生產(chǎn)了；精度達(dá)到12m，壽命2億次左右的多工位級(jí)進(jìn)模國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)；表面粗糙度達(dá)到Ra1.5m的精沖模，大尺寸（300mm）精沖模及中厚板精沖模國(guó)內(nèi)也已達(dá)到相當(dāng)高的水平。但是，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)模具設(shè)計(jì)、制造能力仍有較大差距。差距主要表現(xiàn)在：在高檔轎車和大中型汽車覆蓋件模具及高精度沖模的模具結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)周期方面存在一定差距。在標(biāo)志沖模技術(shù)先進(jìn)水平的多工位級(jí)進(jìn)模的制造精度、使用壽命、模具結(jié)構(gòu)和功能上存在一定差距。1.3.2沖壓技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)（1）沖壓工藝方面為了提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本和擴(kuò)大沖壓工藝的應(yīng)用范圍，研究和推廣各種沖壓新工藝是沖壓技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)并迅速用于生產(chǎn)的沖壓先進(jìn)工藝有：精密沖壓、柔性模（軟模）成形、超塑性成形、無(wú)模多點(diǎn)成形、爆炸和電磁等高能成形、高效精密沖壓技術(shù)以及冷擠壓技術(shù)等。（2）沖模設(shè)計(jì)與制造方面在沖模設(shè)計(jì)與制造上，有兩種趨向應(yīng)給予足夠的重視。模具結(jié)構(gòu)與精度正朝著兩個(gè)方向發(fā)展一方面為了適用高速、自動(dòng)、精密、安全等大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，沖模正向高效、精密、長(zhǎng)壽命、多工位、多功能方向發(fā)展。另一方面，為適用市場(chǎng)上產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速的要求、各種快速成形方法和簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)沖模的設(shè)計(jì)與制造也得到迅速發(fā)展。模具設(shè)計(jì)與制造的現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)在模具技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用，使得模具設(shè)計(jì)與制造水平發(fā)生了深刻的革命性的變化。目前，最為突出的是模具CAD/CAE/CAM。在這個(gè)方面，國(guó)際上已有許多應(yīng)用成熟的計(jì)算機(jī)軟件。我國(guó)不但能消化、應(yīng)用國(guó)外的軟件，不少單位還自行開發(fā)了模具CAD/CAE/CAM軟件，如CAXA。模具的加工方法迅速現(xiàn)代化。各種加工中心、高速銑削、精密磨削、電火花銑削加工、慢走絲線切割、現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)等已全面走向數(shù)控（NC）或計(jì)算機(jī)數(shù)控化（CNC）。在模具材料及熱處理、模具表面處理等方面，國(guó)內(nèi)外都進(jìn)行了不少研制工作，并取得了很好的實(shí)際效果。沖模材料的發(fā)展方向是研制高強(qiáng)韌性冷作模具鋼，如65Nb、LD1、LM1、LM2等就是我國(guó)研制的性能優(yōu)良的沖模材料。模具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化生產(chǎn)，已得到模具行業(yè)的廣泛重視。模具標(biāo)準(zhǔn)化是組織模具專業(yè)化生產(chǎn)的前提，模具專業(yè)化生產(chǎn)是提高模具質(zhì)量、縮短模具制造周期、降低成本的關(guān)鍵（先進(jìn)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)化已達(dá)到7080%）。（3）沖壓設(shè)備及沖壓自動(dòng)化方面性能良好的沖壓設(shè)備是提高沖壓生產(chǎn)技術(shù)水平的基本條件。高效率、高精度、長(zhǎng)壽命的沖模需要高精度、高自動(dòng)化的沖壓設(shè)備與之相匹配；為了滿足新產(chǎn)品小批量生產(chǎn)的需要，沖壓設(shè)備朝多功能、數(shù)控方向發(fā)展；為了提高生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)，應(yīng)用各種自動(dòng)化裝置、機(jī)械手乃至機(jī)器人的沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線和高速壓力機(jī)紛紛投入使用。（4）沖壓基本原理的研究沖壓工藝、沖模設(shè)計(jì)與制造方面的發(fā)展，均與沖壓變形基本原理的研究進(jìn)展密不可分。例如，板料沖壓工藝性能的研究，沖壓成形過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析和計(jì)算機(jī)模擬，板料變形規(guī)律的研究，從坯料變形規(guī)律出發(fā)進(jìn)行坯料與沖模之間相互作用的研究，在沖壓變形條件下的摩擦、潤(rùn)滑機(jī)理方面的研究等，這都為逐步建立起緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的先進(jìn)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)方法打下了基礎(chǔ)。1.4沖壓工序分類冷沖壓加工的零件，由于其形狀、尺寸、精度要求、生產(chǎn)批量、原材料性能等各不相同，因此生產(chǎn)中所采用的冷沖壓工藝方法也是多種多樣，概括起來(lái)分為兩大類，即分離工序和成形工序。分離工序的目的，是在沖壓過(guò)程中使沖壓件與板料沿一定的輪廓線相互分離，同時(shí)，沖壓件分離斷面的質(zhì)量，也要滿足一定的要求。成形工序的目的，是使沖壓毛坯在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，成為所要求的成品形狀，同時(shí)也達(dá)到尺寸精度方面的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)生產(chǎn)批量大時(shí)，往往采用組合工序，即把兩個(gè)以上的單獨(dú)工序組成一道工序，構(gòu)成復(fù)合、級(jí)進(jìn)、復(fù)合-級(jí)進(jìn)的組合工序。為了進(jìn)一步提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，充分發(fā)揮沖壓的優(yōu)點(diǎn)，還可以利用沖壓方法進(jìn)行產(chǎn)品的某些裝配工作。如，微型電機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵芯的沖壓與疊裝。常見(jiàn)的冷沖壓基本工序見(jiàn)表1-1。表1-1常見(jiàn)沖壓工序分類表沖壓類別序號(hào)工序名稱工序簡(jiǎn)圖定義分離工序1切斷將材料沿敞開的輪廓分離，被分離的材料成為零件或工序件2落料將材料沿封閉的輪廓分離，封閉輪廓線以內(nèi)的材料成為零件或工序件3沖孔將材料沿封閉的輪廓分離，封閉廓線以外的材料成為零件或工序件4切邊切去成形制件不整齊的邊緣材料的工序5切舌將材料沿敞開輪廓局部而不是完全分離的一種沖壓工序6剖切將成形工序件一分為幾的工序7整修沿外形或內(nèi)形輪廓切去少量材料,從而降低邊緣粗糙度和垂直度的一種沖壓工序,一般也能同時(shí)提高尺寸精度8精沖是利用有帶齒壓料板的精沖模使沖件整個(gè)斷面全部或基本全部光潔成形工序9彎曲利用壓力使材料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得一定曲率、一定角度的形狀的制件10卷邊將工序件邊緣卷成接近封閉圓形的工序11拉彎是在拉力與彎矩共同作用下實(shí)現(xiàn)彎曲變形，使整個(gè)橫斷面全部受拉伸應(yīng)力的一種沖壓工序12扭彎是將平直或局部平直工序件的一部分相對(duì)另一部分扭轉(zhuǎn)一定角度的沖壓工序13拉深將平板毛坯或工序件變?yōu)榭招募蛘甙芽招募M(jìn)一步改變形狀和尺寸的一種沖壓工序14變薄拉深將空心件進(jìn)一步拉伸，使壁部變薄高度增加的沖壓工序 15翻孔沿內(nèi)孔周圍將材料翻成側(cè)立凸緣的沖壓工序16翻邊沿曲線將材料翻成側(cè)立短邊的工序17卷緣將空心件上口邊緣卷成接近封閉圓形的一種沖壓工序18脹形將空心件或管狀件沿徑向向外擴(kuò)張的工序19起伏依靠材料的延伸使工序件形成局部凹陷或凸起20擴(kuò)口將空心件敞開處向外擴(kuò)張的工序21縮口將空心件敞口處加壓使其縮小的工序22校形校平是提高局部或整體平面型零件平直度的工序；整形是依靠材料流動(dòng)，少量改變工序件形狀和尺寸，以保證工件精度的工序23旋壓用旋輪使旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的坯料逐步成形為各種旋轉(zhuǎn)體空心件的工序24冷擠壓對(duì)模腔內(nèi)的材料施加強(qiáng)大壓力，使金屬材料從凹?？變?nèi)或凸、凹模間隙擠出的工序1.5本課程的學(xué)習(xí)要求與學(xué)習(xí)方法1.5.1學(xué)習(xí)要求：（1）掌握沖壓成形的基本原理；（2）掌握沖壓工藝過(guò)程設(shè)計(jì)和沖模設(shè)計(jì)的基本方法；（3）具有設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度沖壓件的工藝過(guò)程和沖模的能力。（4）能運(yùn)用已學(xué)知識(shí)，分析和創(chuàng)造性地解決生產(chǎn)中常見(jiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量、工藝及模具方面的技術(shù)問(wèn)題；（5）能合理選擇沖壓設(shè)備和設(shè)計(jì)自動(dòng)送料和自動(dòng)出件裝置（6）了解沖壓新工藝，新模具及其發(fā)展動(dòng)向。1.5.2學(xué)習(xí)方法：由于沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性和使用性很強(qiáng)的學(xué)科，而且又是以金屬材料及熱處理、金屬塑性成型原理等工程技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科為基礎(chǔ)，與沖壓設(shè)備、模具制造工藝學(xué)密切相關(guān)，因此在學(xué)習(xí)時(shí)注意理論聯(lián)系實(shí)際，認(rèn)真參加實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)等重壓教學(xué)環(huán)境，注意綜合運(yùn)用基礎(chǔ)學(xué)科和相關(guān)學(xué)科的基本知識(shí)。第2章冷沖壓變形基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容簡(jiǎn)介：本章講述沖壓變形的基礎(chǔ)知識(shí)。涉及塑性變形、塑性、變形抗力、主應(yīng)力狀態(tài)、主應(yīng)變狀態(tài)等概念；沖壓成形基本原理和規(guī)律；沖壓成形性能及常見(jiàn)沖壓材料及其在圖紙上的表示等。學(xué)習(xí)目的與要求：1、 掌握塑性變形、塑性、變形抗力、主應(yīng)力狀態(tài)、主應(yīng)變狀態(tài)等概念；2、掌握屈服準(zhǔn)則、塑性變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、體積不變條件、硬化規(guī)律、卸載彈性恢復(fù)規(guī)律和反載軟化現(xiàn)象、最小阻力定律等沖壓成形基本規(guī)律；3、了解沖壓成形性能指標(biāo)，認(rèn)識(shí)常見(jiàn)沖壓材料；重點(diǎn)：塑性變形、塑性、變形抗力、主應(yīng)力狀態(tài)、主應(yīng)變狀態(tài)等概念、沖壓成形基本規(guī)律及應(yīng)用、沖壓成形性能指標(biāo)、常見(jiàn)沖壓材料及其在圖紙上的表示；難點(diǎn)：沖壓成形基本規(guī)律、沖壓成形性能。冷沖壓成形是金屬塑性加工的主要方法之一，冷沖壓成形的理論是建立在金屬塑性變形理論的基礎(chǔ)之上。因此，要掌握冷沖壓成形的加工技術(shù)，就必須對(duì)金屬的塑性變形性質(zhì)、規(guī)律及材料的沖壓成形性能等有充分的認(rèn)識(shí)。2.1塑性變形理論基礎(chǔ)2.1.1影響金屬塑性和變形抗力的因素1、塑性變形、塑性與變形抗力的概念塑性變形：物體在外力作用下會(huì)產(chǎn)生變形，若外力去除以后，物體并不能完全恢復(fù)自己的原有形狀和尺寸；塑性：物體具有塑性變形的能力稱為塑性，塑性的好壞用塑性指標(biāo)來(lái)評(píng)定。塑性指標(biāo)是以材料開始破壞時(shí)的變形量表示，它可借助于各種試驗(yàn)方法測(cè)定。變形抗力：在一定的變形條件（加載狀況、變形溫度及速度）下，引起物體塑性變形的單位變形力。變形抗力反映了物體在外力作用下抵抗塑性變形的能力。塑性和變形抗力是兩個(gè)不同的概念。通常說(shuō)某種材料的塑性好壞是指受力后臨近破壞時(shí)的變形程度的大小，而變形抗力是從力的角度反映塑性變形的難易程度。如奧氏體不銹鋼允許的塑性變形程度大，說(shuō)明它的塑性好，但其變形抗力也大，說(shuō)明它需要較大的外力才能產(chǎn)生塑性變形。2、塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響金屬受外力作用產(chǎn)生塑性變形后，不僅形狀和尺寸發(fā)生變化，而且其內(nèi)部組織和性能也將發(fā)生變化，這些變化可以歸納為以下四個(gè)方面：(1)形成了纖維組織(2)形成了亞組織(3)產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力(4)產(chǎn)生了加工硬化3、影響金屬塑性及變形抗力的因素金屬的塑性不是固定不變的，影響因素很多，主要有以下幾個(gè)方面：(1)金屬的成分和組織結(jié)構(gòu)一般來(lái)說(shuō)，組成金屬的元素越少(如純金屬和固熔體)、晶粒愈細(xì)小、組織分布愈均勻，則金屬的塑性愈好。(2)變形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)金屬變形時(shí)，壓應(yīng)力的成分愈多，金屬愈不易破壞，其可塑性也就愈好。與此相反，拉應(yīng)力則易于擴(kuò)展材料的裂紋與缺陷，所以拉應(yīng)力的成分愈大，愈不利于金屬可塑性的發(fā)揮。(3)變形溫度變形溫度對(duì)金屬的塑性有重大影響。就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢(shì)是：隨著溫度的升高，塑性增加，變形抗力降低（金屬的軟化）。(4)變形速度變形速度是指單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)變的變化量，但在沖壓生產(chǎn)中不便控制和計(jì)量，故以壓力機(jī)滑塊的移動(dòng)速度來(lái)近似反映金屬的變形速度。一般情況下：對(duì)于小型件的沖壓，一般可以不考慮速度因素，只需考慮設(shè)備的類型、標(biāo)稱壓力和功率等；對(duì)于大型復(fù)雜件，宜采用低速成形（如采用液壓機(jī)或低速壓力機(jī)沖壓）。另外，對(duì)于加熱成形工序，變形速度比較敏感的材料（如不銹鋼、耐熱合金、鈦合金等），也宜低速成形。(5)尺寸因素同一種材料，在其他條件相同的情況下，尺寸越大，塑性越差。這是因?yàn)椴牧铣叽缭酱螅M織和化學(xué)成分越不一致，雜質(zhì)分布越不均勻，應(yīng)力分布也不均勻。例如厚板沖裁時(shí)，產(chǎn)生剪裂紋時(shí)凸模擠入板料的深度與板料厚度的比值(稱為相對(duì)擠入深度)比薄板沖裁時(shí)小。2.1.2塑性變形時(shí)的體積不變定律在沖壓過(guò)程中，材料的塑性變形都是模具對(duì)材料施加的外力所引起的內(nèi)力或內(nèi)力直接作用的結(jié)果。一定的力的作用方式和大小都對(duì)應(yīng)著一定的變形，所以為了研究和分析金屬材料的變形性質(zhì)和變形規(guī)律，控制變形的發(fā)展，就必須了解材料內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)以及它們之間的相互關(guān)系。即1+2+3=0 (2-1)這就是塑性變形時(shí)的體積不變定律，它反映了三個(gè)主應(yīng)變之間的數(shù)值關(guān)系。根據(jù)體積不變定律，可以得出如下結(jié)論：塑性變形時(shí)，物體只有形狀和尺寸發(fā)生變化，而體積保持不變。不論應(yīng)變狀態(tài)如何，其中必有一個(gè)主應(yīng)變的符號(hào)與其他兩個(gè)主應(yīng)變的符號(hào)相反，這個(gè)主應(yīng)變的絕對(duì)值最大，稱為最大主應(yīng)變。當(dāng)已知兩個(gè)主應(yīng)變數(shù)值時(shí)，便可算出第三個(gè)主應(yīng)變。任何一種物體的塑性變形方式只有三種，與此相應(yīng)的主應(yīng)變狀態(tài)圖也只有三種，如圖1-1所示。圖2-1三種主應(yīng)變圖2.1.3塑性條件(屈服條件)決定受力物體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)由彈性狀態(tài)向塑性狀態(tài)過(guò)渡的條件，稱為塑性條件或屈服條件。金屬由彈性變形過(guò)渡到塑性變形，主要取決于在一定變形條件(變形溫度與變形速度)下金屬的物理力學(xué)性質(zhì)和所處的應(yīng)力狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，在材料性質(zhì)和變形條件一定的情況下，塑性條件主要決定于物體的應(yīng)力狀態(tài)。當(dāng)物體內(nèi)某點(diǎn)處于單向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，只要該向應(yīng)力1達(dá)到材料的屈服點(diǎn)s，該點(diǎn)就開始屈服，由彈性狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)，即此時(shí)的塑性條件是1s。但是對(duì)復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài) ，就不能僅僅根據(jù)一個(gè)應(yīng)力分量來(lái)判斷該點(diǎn)是否已經(jīng)屈服，而要同時(shí)考慮其他應(yīng)力分量的作用。只有當(dāng)各個(gè)應(yīng)力分量之間符合一定關(guān)系時(shí)，該點(diǎn)才開始屈服。法國(guó)工程師屈雷斯加(HTresca)通過(guò)對(duì)金屬擠壓的研究，于1864年提出：在一定的變形條件下，當(dāng)材料中的最大切應(yīng)力達(dá)到某一定值時(shí)，材料就開始屈服。并通過(guò)單向拉壓等簡(jiǎn)單的試驗(yàn)，該定值就是材料屈服點(diǎn)應(yīng)力值s的一半，即s/2。設(shè)123，則屈雷斯加屈服條件可表達(dá)為：max=或1-3=s (2-2)屈雷斯加屈服條件又稱最大切應(yīng)力理論。該條件公式簡(jiǎn)單，在事先知道主應(yīng)力大小的情況下使用很方便。但該條件顯然忽略了中間主應(yīng)力2的影響，實(shí)際上在一般三向應(yīng)力狀態(tài)下，2對(duì)于材料的屈服也是有影響的。德國(guó)力學(xué)家密席斯(Von Mises)于1913年在對(duì)屈雷斯加條件加以修正的基礎(chǔ)上提出：在一定的變形條件下，無(wú)論變形物體所處的應(yīng)力狀態(tài)如何，只要其三個(gè)主應(yīng)力的組合滿足一定條件，材料便開始屈服。該條件為：(1-2)2+(2-3)2+(3-1)2= 2s2 (2-3)密席斯屈服條件又稱常量形變能量理論。因密席斯條件考慮了中間主應(yīng)力2的影響，實(shí)踐證明，對(duì)于大多數(shù)金屬材料(特別是韌性材料)來(lái)說(shuō)，應(yīng)用密席斯屈服條件更符合實(shí)際情況。密席斯屈服條件雖然在數(shù)學(xué)表達(dá)方法上比較完善，但在方程中同時(shí)包含了全部應(yīng)力分量，實(shí)際運(yùn)算比較繁鎖。為了使用上的方便，可將密席斯屈服條件改寫成如下簡(jiǎn)單形式：1-3=s(2-4)式中，為反映中間主應(yīng)力2影響的系數(shù)，其范圍為11.155，具體取值見(jiàn)表1-1。表2-1值中 間 應(yīng) 力應(yīng) 力 狀 態(tài)應(yīng) 用 舉 例2=1或2=31.0單向應(yīng)力疊加三向等應(yīng)力軟凸模脹形、外緣翻邊2=(1+3)/21.155平面應(yīng)變狀態(tài)寬板彎曲1不屬于上面兩種情況1.1其他應(yīng)力狀態(tài)(如平面應(yīng)力狀態(tài)等)縮口、拉深由表1-1可知，在單向應(yīng)力疊加三向等應(yīng)力狀態(tài)下，=1，密席斯屈服條件與屈雷斯加屈服條件是一致的；在平面應(yīng)變狀態(tài)下，兩個(gè)屈服條件相差最大，為15.5%。2.1.4塑性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系物體彈性變形時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系可以通過(guò)廣義虎克定律來(lái)表示。但物體進(jìn)入塑性變形以后，其應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系就不同了。在單向受拉或受壓時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系可用硬化曲線來(lái)表示，然而在受到雙向或三向應(yīng)力作用時(shí)，變形區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜。經(jīng)研究，當(dāng)采用簡(jiǎn)單加載(加載過(guò)程中只加載不卸載，且應(yīng)力分量之間按一定比例遞增)時(shí)，塑性變形的每一瞬間，主應(yīng)力與主應(yīng)變之間存在下列關(guān)系： (2-4)式中，C為非負(fù)數(shù)的比例常數(shù)。在一定的條件下，C只與材料性質(zhì)及變形程度有關(guān)，而與物體所處的應(yīng)力狀態(tài)無(wú)關(guān)，故C值可用單向拉伸試驗(yàn)求出。式(1-12)也可表示為： (2-5)上述物理方程又稱為塑性變形時(shí)的全量理論，它是在簡(jiǎn)單加載條件下獲得的，通常用于研究小變形問(wèn)題。但對(duì)于沖壓成形中非簡(jiǎn)單加載的大變形問(wèn)題，只要變形過(guò)程中是加載，主軸方向變化不大，主軸次序基本不變，實(shí)踐表明，應(yīng)用全量理論也不會(huì)引起太大的誤差。全量理論是沖壓成形中各種工藝參數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)，而且利用全量理論還可以對(duì)有些變形過(guò)程中坯料的變形和應(yīng)力的性質(zhì)作出定性的分析和判斷，例如：由式(1-13)可知，判斷某方向的主應(yīng)變是伸長(zhǎng)還是縮短，并不是看該方向是受拉應(yīng)力還是受壓應(yīng)力，而是要看該方向應(yīng)力值與平均應(yīng)力m的差值。差值為正時(shí)是拉應(yīng)變，為負(fù)時(shí)是壓應(yīng)變。若1=2=3=m,由式(1-13)可知，1=2=3=0，這說(shuō)明在三向等拉或等壓的球應(yīng)力狀態(tài)下，坯料不產(chǎn)生任何塑性變形(但有微小的體積彈性變化)。由式(1-12)可知，三個(gè)主應(yīng)力分量和三個(gè)主應(yīng)變分量代數(shù)值的大小、次序互相對(duì)應(yīng)，即若123，則有123。當(dāng)坯料單向受拉時(shí)，即10、2=3=0時(shí)，因?yàn)?-m=1-1/30，由式(1-13)可知10，2=3=-1/2。這說(shuō)明在單向受拉時(shí)，拉應(yīng)力作用方向?yàn)樯扉L(zhǎng)變形，另外兩個(gè)方向則為等量的壓縮變形，且伸長(zhǎng)變形為每一個(gè)壓縮變形的2倍。如翻孔時(shí)，坯料孔邊緣的變形就屬于這種情況。同樣，當(dāng)坯料單向受壓時(shí)，壓應(yīng)力作用方向上為壓縮變形，另外兩方向?yàn)榈攘康纳扉L(zhǎng)變形，且壓縮變形為每一個(gè)伸長(zhǎng)變形的2倍。如縮口、拉深時(shí)，坯料邊緣的變形即屬于此種情況。坯料受雙向等拉的平面應(yīng)力作用，即1=20、3=0時(shí)，由式(1-13)可知，1=2=-3/2。這說(shuō)明當(dāng)坯料受雙向等拉的平面應(yīng)力作用時(shí)，在兩個(gè)拉應(yīng)力作用的方向?yàn)榈攘康纳扉L(zhǎng)變形，而在另一個(gè)沒(méi)有主應(yīng)力作用的方向?yàn)閴嚎s變形，其值為每個(gè)伸長(zhǎng)變形的2倍。平板坯料脹形時(shí)的中心部位就屬于這種情況。由式(1-13)可知，當(dāng)2-m=0時(shí)，必有2=0，根據(jù)體積不變定律，則有1=-3。這說(shuō)明在主應(yīng)力等于平均應(yīng)力的方向上不產(chǎn)生塑性變形，而另外兩個(gè)方向上的塑性變形數(shù)值相等、方向相反。這種變形稱為平面變形，且平面變形時(shí)必有2=m=(1+2+3)/3，即2=(1+3)/2。如寬板彎曲時(shí)，板料寬度方向變形為0，該方向上的主應(yīng)力即為其余兩個(gè)方向主應(yīng)力之和的一半。當(dāng)坯料三向受拉，且1230時(shí)，在最大拉應(yīng)力1方向上的變形一定是伸長(zhǎng)變形，在最小拉應(yīng)力3方向上的變形一定是壓縮變形。同樣，當(dāng)坯料三向受壓，且0123時(shí)，在最小壓應(yīng)力3(絕對(duì)值最大)方向上的變形一定是壓縮變形，而在最大壓應(yīng)力1(絕對(duì)值最小)方向上的變形一定是伸長(zhǎng)變形。2.1.5加工硬化與硬化曲線1.硬化現(xiàn)象與硬化曲線加工硬化：一般常用的金屬材料，隨著塑性變形程度的增加，其強(qiáng)度、硬度和變形抗力逐漸增加，而塑性和韌性逐漸降低。材料的硬化規(guī)律可以用硬化曲線來(lái)表示。硬化曲線實(shí)際上就是材料變形時(shí)的應(yīng)力隨應(yīng)變變化的曲線，可以通過(guò)拉伸、壓縮或脹形試驗(yàn)等多種方法求得。圖1-2所示為拉伸試驗(yàn)時(shí)獲得的兩條應(yīng)力一應(yīng)變曲線，其中曲線1的應(yīng)力是以各加載瞬間的載荷F與該瞬間試件的截面面積A之比F/A來(lái)表示的，它考慮了變形過(guò)程中材料截面積的變化，真實(shí)反映了硬化規(guī)律，故稱之為實(shí)際應(yīng)力曲線(又稱硬化曲線或變形抗力曲線)。曲線2的應(yīng)力是按各加載瞬間的截荷F與變形前試樣的原始截面積A0之比F/A0來(lái)表示的，它沒(méi)有考慮變形過(guò)程中材料截面積的變化，因此應(yīng)力F/A0并不能反應(yīng)材料在各變形瞬間的真實(shí)應(yīng)力，所以稱之為假象應(yīng)力曲線。圖2-2金屬的應(yīng)力一應(yīng)變曲線1實(shí)際應(yīng)力曲線 2假象應(yīng)力曲線s屈服點(diǎn)應(yīng)力j(b)縮頸點(diǎn)應(yīng)力d斷裂點(diǎn)應(yīng)力圖2-3所示是用試驗(yàn)求得的幾種金屬在室溫下的硬化曲線。從曲線的變化規(guī)律來(lái)看，幾乎所有的硬化曲線都具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即在塑性變形的開始階段，隨著變形程度的增大，實(shí)際應(yīng)力劇烈增加，但當(dāng)變形程度達(dá)到某些值以后，變形的增加不再引起實(shí)際應(yīng)力的顯著增加，也就是說(shuō)，隨著變形程度的增大，材料的硬化強(qiáng)度d/d(或稱硬化模數(shù))逐漸降低。圖2-3幾種金屬在室溫下的硬化曲線一般來(lái)說(shuō)，硬化曲線所表達(dá)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不是簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系，這給求解塑性力學(xué)問(wèn)題帶來(lái)了困難。為了實(shí)用上的需要，常用直線或指數(shù)曲線來(lái)近似代替實(shí)際硬化曲線。用直線代替硬化曲線的實(shí)質(zhì)是：在實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變所表示的硬化曲線上，于縮頸點(diǎn)處作一切線來(lái)近似代替實(shí)際硬化曲線，如圖1-4所示。該硬化直線的方程式為：=0+D (2-6)式中0近似屈服強(qiáng)度(硬化直線在縱坐標(biāo)軸上的截距)；D硬化模數(shù)(硬化直線的斜率)。圖2-4硬化直線顯然，用直線代替硬化曲線是非常近似的，僅在縮頸點(diǎn)附近精確度較高，當(dāng)變形程度很小或很大時(shí)，硬化直線與實(shí)際硬化曲線之間存在很大的差別。所以在沖壓生產(chǎn)中常用指數(shù)曲線表示硬化曲線，其方程式為： =An (2-7)式中A系數(shù)；n硬化指數(shù)。A和n與材料的種類和性能有關(guān)，可通過(guò)拉伸試驗(yàn)求得，其值列于表1-2。指數(shù)曲線與材料的實(shí)際硬化曲線比較接近。表2-2幾種金屬材料的A與n值材料A/MPan材料A/MPan軟銅7107500.190.22銀4700.31黃銅(wZn40%)9900.46銅4204600.270.34黃銅(wZn35%)7608200.390.44硬鋁3203800.120.13磷青銅11000.22鋁1602100.250.27磷青銅(低溫退火)8900.52硬化指數(shù)n(又稱n值)是表明材料塑性變形時(shí)硬化性能的重要參數(shù)。n值大時(shí)，表示變形過(guò)程中材料的變形抗力隨變形程度的增加而迅速增大，因而對(duì)板料的沖壓成形性能及沖壓件的質(zhì)量都有較大的影響。2.卸載規(guī)律與反載軟化現(xiàn)象硬化曲線(實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變曲線)反映了單向拉伸加載時(shí)材料的應(yīng)力與應(yīng)變(或變形抗力與變形程度)之間的變化規(guī)律。如果加載一定程度時(shí)卸載，這時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變之間如何變化呢？如圖1-5所示，拉伸變形在彈性范圍內(nèi)的應(yīng)力與應(yīng)變是線性關(guān)系，若在該范圍內(nèi)卸載，則應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)园赐恢本€回到原點(diǎn)O，沒(méi)有殘留變形。如果將試件拉伸使其應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)A，例如達(dá)到B點(diǎn)(B、B)，再逐漸卸下載荷，這時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變則沿BC直線逐漸降低，而不再沿加載經(jīng)過(guò)的路線BAO返回。卸載直線BC正好與加載時(shí)彈性變形的直線段平行，于是加載時(shí)的總應(yīng)變B就會(huì)在卸載后一部分(t)因彈性回復(fù)而消失，另一部分(s)仍然保留下來(lái)成為永久變形，即B=t+s。彈性回復(fù)的應(yīng)變量為：t=B/E (2-8)式中，E為材料的彈性模量。上述卸載規(guī)律反映了彈塑性變形共存規(guī)律，即在塑性變形過(guò)程中不可避免地會(huì)有彈性變形存在。在實(shí)際沖壓時(shí)，分離或成形后的沖壓件的形狀和尺寸與模具工作部分形狀和尺寸不盡相同，就是因卸載規(guī)律引起的彈性回復(fù)(簡(jiǎn)稱回彈)造成的，因此式(1-8)對(duì)我們考慮沖壓成形時(shí)的回彈很有實(shí)際意義。圖2-5拉伸卸載曲線如果卸載后再重新加載，則隨著載荷的加大，應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系將沿直線CB逐漸上升，到達(dá)B點(diǎn)應(yīng)力B時(shí)，材料又開始屈服，按照應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系繼續(xù)沿著加載曲線BE變化，如圖1-14中虛線所示，所以B又可理解為材料在變形程度為B時(shí)的屈服點(diǎn)。推而廣之，在塑性變形階段，硬化曲線上每一點(diǎn)的應(yīng)力值都可理解為材料在相應(yīng)變形程度下的屈服點(diǎn)。如果卸載后反向加載，即將試件先拉伸然后改為壓縮，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系將沿曲線OABCAE規(guī)律變化，如圖1-6所示。試驗(yàn)表明，反向加載時(shí)應(yīng)力應(yīng)變之間基本按拉伸時(shí)的曲線規(guī)律變化，但材料的屈服點(diǎn)s較拉伸時(shí)的屈服點(diǎn)s有所降低，這就是所謂的反載軟化現(xiàn)象。反載軟化現(xiàn)象對(duì)分析某些沖壓工藝(如拉彎)很有實(shí)際意義。圖2-6反載軟化曲線2.1.6沖壓成形中的變形趨向性及其控制（自學(xué)）1.沖壓成形中的變形趨向性在沖壓成形過(guò)程中，坯料的各個(gè)部分在同一模具的作用下，卻有可能發(fā)生不同形式的變形，即具有不同的變形趨向性。在這種情況下，判斷坯料各部分是否變形和以什么方式變形，以及能否通過(guò)正確設(shè)計(jì)沖壓工藝和模具等措施來(lái)保證在進(jìn)行和完成預(yù)期變形的同時(shí)，排除其他一切不必要的和有害的變形等等，則是獲得合格的高質(zhì)量沖壓件的根本保證。因此，分析研究沖壓成形中的變形趨向及控制方法，對(duì)制定沖壓工藝過(guò)程、確定工藝參數(shù)、設(shè)計(jì)沖壓模具以及分析沖壓過(guò)程中出現(xiàn)的某些產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題等，都有非常重要的實(shí)際意義。一般情況下，總是可以把沖壓過(guò)程中的坯料劃分成為變形區(qū)和傳力區(qū)。沖壓設(shè)備施加的變形力通過(guò)模具，并進(jìn)一步通過(guò)坯料傳力區(qū)作用于變形區(qū)，使其發(fā)生塑性變形。如圖1-7所示的拉深和縮口成形中，坯料的A區(qū)是變形區(qū)，B區(qū)是傳力區(qū)，C區(qū)則是已變形區(qū)。由于變形區(qū)發(fā)生塑性變形所需的力是由模具通過(guò)傳力區(qū)獲得的，而同一坯料上的變形區(qū)和傳力區(qū)都是相毗鄰的，所以在變形區(qū)和傳力區(qū)分界面上作用的內(nèi)力性質(zhì)和大小是完全相同的。在這樣同一個(gè)內(nèi)力的作用下，變形區(qū)和傳力區(qū)都有可能產(chǎn)生塑性變形，但由于它們之間的尺寸關(guān)系及變形條件不同，其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)也不相同，因而它們可能產(chǎn)生的塑性變形方式及變形的先后是不相同的。通常，總有一個(gè)區(qū)需要的變形力比較小，并首先滿足塑性條件進(jìn)入塑性狀態(tài)，產(chǎn)生塑性變形，我們把這個(gè)區(qū)稱之為相對(duì)的弱區(qū)。 如圖1-7a所示的拉深變形，雖然變形區(qū)A和傳力區(qū)B都受到徑向拉應(yīng)力r作用，但A區(qū)比B區(qū)還多一個(gè)切向壓應(yīng)力的作用，根據(jù)屈雷斯加塑性條件1-3s，A區(qū)中1-3=+r，B區(qū)中1-3=r，因+rr，所以在外力F的作用下，變形區(qū)A最先滿足塑性條件產(chǎn)生塑性變形，成為相對(duì)弱區(qū)。圖2-7沖壓成形時(shí)坯料的變形區(qū)與傳力區(qū)a)拉深 b)縮口A變形區(qū)B傳力區(qū)C已變形區(qū)為了保證沖壓過(guò)程的順利進(jìn)行，必須保證沖壓工序中應(yīng)該變形的部分(變形區(qū))成為弱區(qū)，以便在把塑性變形局限于變形區(qū)的同時(shí)，排除傳力區(qū)產(chǎn)生任何不必要的塑性變形的可能。由此可以得出一個(gè)十分重要的結(jié)論：在沖壓成形過(guò)程中，需要最小變形力的區(qū)是個(gè)相對(duì)的弱區(qū)，而且弱區(qū)必先變形，因此變形區(qū)應(yīng)為弱區(qū)?！叭鯀^(qū)必先變形，變形區(qū)應(yīng)為弱區(qū)”的結(jié)論，在沖壓生產(chǎn)中具有很重要的實(shí)用意義。很多沖壓工藝的極限變形參數(shù)的確定、復(fù)雜形狀件的沖壓工藝過(guò)程設(shè)計(jì)等，都是以這個(gè)道理作為分析和計(jì)算依據(jù)的。如圖1-7a中的拉深變形，一般情況下A區(qū)是弱區(qū)而成為變形區(qū)，B區(qū)是傳力區(qū)。但當(dāng)坯料外徑D太大、凸模直徑d太小而使得A區(qū)凸緣寬度太大時(shí)，由于要使A區(qū)產(chǎn)生切向壓縮變形所需的徑向拉力很大，這時(shí)可能出現(xiàn)B區(qū)會(huì)因拉應(yīng)力過(guò)大率先發(fā)生塑性變形甚至拉裂而成弱區(qū)。因此，為了保證A區(qū)成為弱區(qū)，應(yīng)合理確定凸模直徑與坯料外經(jīng)的比值d/D(即拉深系數(shù))，使得B區(qū)拉應(yīng)力還未達(dá)到塑性條件以前，A區(qū)的應(yīng)力先達(dá)到塑性條件而發(fā)生拉壓塑性變形。當(dāng)變形區(qū)或傳力區(qū)有兩種以上的變形方式時(shí)，則首先實(shí)現(xiàn)的變形方式所需的變形力最小。因此，在工藝和模具設(shè)計(jì)時(shí)，除要保證變形區(qū)為弱區(qū)外，同時(shí)還要保證變形區(qū)必須實(shí)現(xiàn)的變形方式具有最小的變形力。例如，在圖1-16b所示的縮口成形過(guò)程中，變形區(qū)A可能產(chǎn)生的塑性變形是切向收縮的縮口變形和在切向壓應(yīng)力作用下的失穩(wěn)起皺，傳力區(qū)B可能產(chǎn)生的塑性變形是筒壁部分鐓粗和失穩(wěn)彎曲。在這四種變形趨向中，只有滿足縮口變形所需的變形力最小這個(gè)條件(如通過(guò)選用合適的縮口系數(shù)d/D和在模具結(jié)構(gòu)上采取增加傳力區(qū)的支承剛性等措施)，才能使縮口變形正常進(jìn)行。又如在沖裁時(shí)，在凸模壓力的作用下，坯料具有產(chǎn)生剪切和彎曲兩種變形趨向，如果采用較小的沖裁間隙，建立對(duì)彎曲變形不利(這時(shí)所需的彎曲力增大了)而對(duì)剪切有利的條件，便可在只發(fā)生很小的彎曲變形的情況下實(shí)現(xiàn)剪切，提高了沖件的尺寸精度。2.控制變形趨向性的措施在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中，控制坯料變形趨向性的措施主要以下幾方面：(1)改變坯料各部分的相對(duì)尺寸實(shí)踐證明，變形坯料各部分的相對(duì)尺寸關(guān)系，是決定變形趨向性的最重要因素，因而改變坯料的尺寸關(guān)系，是控制坯料變形趨向性的有效方法。如圖1-8所示，模具對(duì)環(huán)形坯料進(jìn)行沖壓時(shí)，當(dāng)坯料的外徑D、內(nèi)徑d0及凸模直徑dT具有不同的相對(duì)關(guān)系時(shí)，就可能具有三種不同的變形趨向(即拉深、翻孔和脹形)，從而形成三種形狀完全不同的沖件：當(dāng)D、d0都較小，并滿足條件D/dT1.52、d0/dT0.15時(shí)，寬度為(D-dT)的環(huán)形部分產(chǎn)生塑性變形所需的力最小而成為弱區(qū)，因而產(chǎn)生外徑收縮的拉深變形，得到拉深件(見(jiàn)圖1-8b)；當(dāng)D、d0都較大，并滿足條件D/dT2.5、d0/dp0.20.3時(shí)，寬度為(dT-d0)的內(nèi)環(huán)形部分產(chǎn)生塑性變形所需的力最小而成為弱區(qū)，因而產(chǎn)生內(nèi)孔擴(kuò)大的翻孔變形，得到翻孔件(見(jiàn)圖1-8c)；當(dāng)D較大、d0較小甚至為0，并滿足條件D/dT2.5、d0/dT0.15時(shí)，這時(shí)坯料外環(huán)的拉深變形和內(nèi)環(huán)的翻孔變形阻力都很大，結(jié)果使凸、凹模圓角及附近的金屬成為弱區(qū)而產(chǎn)生厚度變薄的脹形變形，得到脹形件(見(jiàn)圖1-8 d )。脹形時(shí)，坯料的外徑和內(nèi)孔尺寸都不發(fā)生變化或變化很小，成形僅靠坯料的局部變薄來(lái)實(shí)現(xiàn)。(2)改變模具工作部分的幾何形狀和尺寸這種方法主要是通過(guò)改變模具的凸模和凹模圓角半徑來(lái)控制坯料的變形趨向。圖2-8環(huán)形坯料的變形趨向a)變形前的坯料與模具 b)拉深 c)翻孔 d)脹形如在圖1-8a中，如果增大凸模圓角徑rT、減小凹模圓角半徑rT，可使翻孔變形的阻力減小，拉深變形阻力增大，所以有利于翻孔變形的實(shí)現(xiàn)。反之，如果增大凹模圓角半徑而減小凸模圓角半徑，則有利于拉深變形的實(shí)現(xiàn)。(3)改變坯料與模具接觸面之間的摩擦阻力如在圖1-8中，若加大坯料與壓料圈及坯料與凹模端面之間的摩擦力(如加大壓力FY或減少潤(rùn)滑)，則由于坯料從凹模面上流動(dòng)的阻力增大，結(jié)果不利于實(shí)現(xiàn)拉深變形而利于實(shí)現(xiàn)翻孔或脹形變形。如果增大坯料與凸模表面間的摩擦力，并通過(guò)潤(rùn)滑等方法減小坯料與凹模和壓料圈之間的摩擦力，則有利于實(shí)現(xiàn)拉深變形。所以正確選擇潤(rùn)滑及潤(rùn)滑部位，也是控制坯料變形趨向的重要方法。(4)改變坯料局部區(qū)域的溫度這種方法主要是通過(guò)局部加熱或局部冷卻來(lái)降低變形區(qū)的變形抗力或提高傳力區(qū)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)坯料變形趨向的控制。例如，在拉深和縮口時(shí)，可采用局部加熱坯料變形區(qū)的方法，使變形區(qū)軟化，從而利于拉深或縮口變形。又如在不銹鋼零件拉深時(shí)，可采用局部深冷傳力區(qū)的方法來(lái)增大其承載能力，從而達(dá)到增大變形程度的目的。2.2冷沖壓材料冷沖壓所用的材料是冷沖壓生產(chǎn)的三要素之一。事實(shí)上，先進(jìn)的冷沖壓工藝與模具技術(shù)，只有采用沖壓性能良好的材料 ，才能成形出高質(zhì)量的沖壓件。因此，在冷沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)中，懂得合理選用材料，并進(jìn)一步了解材料的沖壓成形性能，是非常必要的。2.2.1材料的沖壓成形性能（自學(xué)）材料對(duì)各種沖壓成形方法的適應(yīng)能力稱為材料的沖壓成形性能。材料的沖壓成形性能好，就是指其便于沖壓成形，單個(gè)沖壓工序的極限變形程度和總的極限變形程度大，生產(chǎn)率高，容易得到高質(zhì)量的沖壓件，且模具損耗低，不易出廢品等。由此可見(jiàn)，沖壓成形性能是一個(gè)綜合性的概念，它涉及的因素很多，但就其主要內(nèi)容來(lái)看，有兩個(gè)方面：一是成形極限，二是成形質(zhì)量。1成形極限成形極限：是指材料在沖壓成形過(guò)程中能達(dá)到的最大變形程度。對(duì)于不同的沖壓工序，成形極限是采用不同的極限變形系數(shù)來(lái)表示的。當(dāng)作用于坯料變形區(qū)的拉應(yīng)力為絕對(duì)值最大的應(yīng)力時(shí)，在這個(gè)方向上的變形一定是伸長(zhǎng)變形，故稱這種沖壓變形為伸長(zhǎng)類變形，如脹形、擴(kuò)口、圓孔翻孔等；當(dāng)作用于坯料變形區(qū)的壓應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，在這個(gè)方向上的變形一定是壓縮變形，故稱這種沖壓變形為壓縮類變形，如拉深、縮口等。在伸長(zhǎng)類變形中，變形區(qū)的拉應(yīng)力占主導(dǎo)地位，坯料厚度變薄，表面積增大，有產(chǎn)生破裂的可能性；在壓縮類變形中，變形區(qū)的壓應(yīng)力占主導(dǎo)地位，坯料厚度增厚，表面積減小，有產(chǎn)生失穩(wěn)起皺的可能性。由于這兩類變形的變形性質(zhì)和出現(xiàn)的問(wèn)題完全不同，因而影響成形極限的因素和提高極限變形參數(shù)的方法就不同。伸長(zhǎng)類變形的極限變形參數(shù)主要決定于材料的塑性，壓縮類變形的極限變形參數(shù)一般受傳力區(qū)承載能力的限制，有時(shí)則受變形區(qū)或傳力區(qū)失穩(wěn)起皺的限制。所以提高伸長(zhǎng)類變形的極限變形參數(shù)的方法有：提高材料塑性；減少變形的不均勻性；消除變形區(qū)的局部硬化或其他引起應(yīng)力集中而可能導(dǎo)致破壞的各種因素，如去毛剌或坯料退火處理等。提高壓縮類變形的極限變形系數(shù)的方法有：提高傳力區(qū)的承載能力，降低變形區(qū)的變形抗力或摩擦阻力；采取壓料等措施防止變形區(qū)失穩(wěn)起皺等。2成形質(zhì)量成形質(zhì)量：是指材料經(jīng)沖壓成形以后所得到的沖壓件能夠達(dá)到的質(zhì)量指標(biāo)，包括尺寸精度、厚度變化、表面質(zhì)量及物理力學(xué)性能等。影響沖壓件質(zhì)量的因素很多，不同沖壓工序的情況又各不相同，這里只對(duì)一些共性問(wèn)題作簡(jiǎn)要說(shuō)明。材料在塑性變形的同時(shí)總伴隨著彈性變形，當(dāng)沖壓結(jié)束載荷卸除以后，由于材料的彈性回復(fù)，造成沖件的形狀與尺寸偏離模具工作部分的形狀與尺寸，從而影響了沖件的尺寸和形狀精度。因此，為了提高沖件的尺寸精度，必須掌握回彈規(guī)律，控制回彈量。材料經(jīng)過(guò)沖壓成形以后，一般厚度都會(huì)發(fā)生變化，有的變厚，有的減薄。厚度變薄后直接影響沖件的強(qiáng)度和使用，因此對(duì)強(qiáng)度有要求時(shí)，往往要限制其最大變薄量。材料經(jīng)過(guò)塑性變形以后，除產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象外，還由于變形不均勻，材料內(nèi)部將產(chǎn)生殘余應(yīng)力，從而引起沖件尺寸和形狀的變化，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起沖件的自行開裂。消除硬化及殘余應(yīng)力的方法是沖壓后及時(shí)安排熱處理退火工序。2.2.2板料的沖壓成形性能試驗(yàn)（自學(xué)）板料的沖壓成形性能是通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定的。板料沖壓成形性能的試驗(yàn)方法很多，但概括起來(lái)可分為直接試驗(yàn)和間接試驗(yàn)兩類。在直接試驗(yàn)中，板料的應(yīng)力狀態(tài)和變形情況與實(shí)際沖壓時(shí)基本相同，試驗(yàn)所得結(jié)果比較準(zhǔn)確。而在間接試驗(yàn)中，板料的受力情況和變形特點(diǎn)都與實(shí)際沖壓時(shí)有一定的差別，所得結(jié)果只能在分析的基礎(chǔ)上間接地反映板料的沖壓成形性能。1間接試驗(yàn)間接試驗(yàn)有拉伸試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)和金相試驗(yàn)等。其中拉伸試驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，不需專用板料試驗(yàn)設(shè)備，而且所得的結(jié)果能從不同角度反映板料的沖壓性能，所以它是一種很重要的試驗(yàn)方法。板料拉伸試驗(yàn)的方法是：在待試驗(yàn)的板料的不同部位和方向上截取試料，制成如圖1-9所示的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，然后在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸。拉伸過(guò)程中，應(yīng)注意加載速度不能過(guò)快，開始拉伸時(shí)可按5mm/min以下速度加載，開始屈服時(shí)應(yīng)進(jìn)行間斷加載，并隨時(shí)記錄載荷大小和試樣截面尺寸。當(dāng)開始出現(xiàn)縮頸后宜改用手動(dòng)加載，并爭(zhēng)取記錄載荷及試樣截面尺寸12次。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果或利用自動(dòng)記錄裝置可繪得板料拉伸時(shí)的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變曲線(如圖1-10的實(shí)線所示)及假象應(yīng)力應(yīng)變曲線（即拉伸曲線，如圖1-10的虛線所示）。圖1-9拉伸試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)試樣通過(guò)拉伸試驗(yàn)，可以測(cè)得板料的強(qiáng)度、剛度、塑性、各向異性等力學(xué)性能指標(biāo)。根據(jù)這些性能指標(biāo)，即可定性估計(jì)板料的沖壓成形性能，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下：圖2-10實(shí)際應(yīng)力曲線與假象應(yīng)力曲線(1)強(qiáng)度指標(biāo)（屈服點(diǎn)s、抗拉強(qiáng)度b或縮頸點(diǎn)應(yīng)力j）強(qiáng)度指標(biāo)對(duì)沖壓成形性能的影響通常用屈服點(diǎn)與抗拉強(qiáng)度的比值s/b(稱為屈強(qiáng)比)來(lái)表示。一般屈強(qiáng)比愈小，則s與b之間的差值愈大，表示材料允許的塑性變形區(qū)間愈大，成形過(guò)程的穩(wěn)定性愈好，破裂的危險(xiǎn)性就愈小，因而有利于提高極限變形程度，減小工序次數(shù)。因此，s/b愈小，材料的沖壓成形性能愈好。(2)剛度指標(biāo)（彈性模量E、硬化指數(shù)n）彈性模量E愈大或屈服點(diǎn)與彈性模量的比值s/E（稱為屈彈比）愈小，在成形過(guò)程中抗壓失穩(wěn)的能力愈強(qiáng)，卸載后的回彈量小，有利于提高沖件的質(zhì)量。硬化指數(shù)n可根據(jù)拉伸試驗(yàn)結(jié)果求得。n值大的材料，硬化效應(yīng)就大，這對(duì)于伸長(zhǎng)類變形來(lái)說(shuō)是有利的。因?yàn)閚值愈大，在變形過(guò)程中材料局部變形程度的增加會(huì)使該處變形抗力增大，這樣就可以補(bǔ)償該處因截面積減小而引起的承載能力的減弱，制止了局部集中變形的進(jìn)一步發(fā)展，具有擴(kuò)展變形區(qū)、使變形均勻化和增大極限變形程度的作用。(3)塑性指標(biāo)（均勻伸長(zhǎng)率j或細(xì)頸點(diǎn)應(yīng)變j、斷后伸長(zhǎng)率或斷裂收縮率）均勻伸長(zhǎng)率j是在拉伸試驗(yàn)中開始產(chǎn)生局部集中變形（即剛出現(xiàn)縮頸時(shí)）的伸長(zhǎng)率(即相對(duì)應(yīng)變)，它表示板料產(chǎn)生均勻變形或穩(wěn)定變形的能力。一般情況下，沖壓成形都在板料的均勻變形范圍內(nèi)進(jìn)行，故j對(duì)沖壓性能有較為直接的意義。斷后伸長(zhǎng)率是在拉伸試驗(yàn)中試樣拉斷時(shí)的伸長(zhǎng)率。通常j和愈大，材料允許的塑性變形程度也愈大。(4)各向異性指標(biāo)（板厚方向性系數(shù)r、板平面方向性系數(shù)r）板厚方向系數(shù)r是指板料試樣拉伸時(shí)，寬度方向與厚度方向的應(yīng)變之比，即 (2-9)式中，b0、b、t0、t分別為變形前后試件的寬度與厚度。r值的大小反映了在相同受力條件下板料平面方向與厚度方向的變形性能差異，r值越大，說(shuō)明板平面方向上越容易變形，而厚度方向上越難變形，這對(duì)拉深成形是有利的。如在復(fù)雜形狀的曲面零件拉深成形時(shí)，若r值大，板料中部在拉應(yīng)力作用下，厚度方向變形較困難，則變薄量小，而在板平面與拉應(yīng)力相垂直的方向上的壓縮變形比較容易，則板料中部起皺的趨向性降低，因而有利于拉深的順利進(jìn)行和沖壓件質(zhì)量的提高。由于板料經(jīng)軋制后晶粒沿軋制方向被拉長(zhǎng)，使平行于纖維方向和垂直于纖維方向材料的力學(xué)性能不同，因此在板平面上存在各向異性，其程度一般用板厚方向性系數(shù)在幾個(gè)特殊方向上的平均差值r（稱為板平面方向性系數(shù)）來(lái)表示，即r=(r0+r90-2r45)/2 (2-10)式中，r0、r90、r45分別為板料的縱向（軋制方向）、橫向及4