第一章-沖壓變形的基本原理PPT課件

本章學習要求 1 掌握金屬塑性變形的基本概念 2 掌握板料沖壓性能和常見的沖壓材料 3 了解塑性變形的力學基礎(chǔ)和沖壓成形方法的力學特點 第一章沖壓變形的基本原理 1 1金屬塑性變形的基本概念1 2金屬塑性變形的力學基礎(chǔ)1 3沖壓成形時變形毛坯的力學特點與分類1 4板料沖壓成形性能及沖壓材料 1 1金屬塑性變形的基本概念在外力的作用下 金屬產(chǎn)生的形狀和尺寸變化稱為變形 變形分為彈性變形 elasticdeformation 與塑性變形 plasticdeformation 彈性 elasticity 卸載后變形可以恢復特性 可逆性 塑性 plasticity 物體產(chǎn)生永久變形的能力 不可逆性 1 1 1塑性變形的物理概念外力破壞原子間原有的平衡狀態(tài) 造成原子排列的畸變 引起金屬形狀和尺寸的變化 變形的實質(zhì)是原子間的距離產(chǎn)生變化 塑性變形 金屬形狀和尺寸產(chǎn)生永久改變 這種改變不可恢復 該變形稱為塑性變形 1 1 2塑性變形的基本方式單晶體 滑移 slip 孿生 twinning 多晶體的塑性變形 晶內(nèi) 晶間 如圖 變形后形成的組織改變 纖維組織 變形織構(gòu) 1 1 3金屬的塑性與變形抗力1 塑性及塑性指標塑性 指金屬在外力的作用下 能穩(wěn)定的發(fā)揮塑性變形而不破壞其完整性的能力 塑性指標 常用的塑性指標有延伸率斷面收縮率2 變形抗力金屬產(chǎn)生塑性變形的力為變形力 金屬抵抗變形的力稱為變形抗力 塑性與變形抗力是兩個不同的概念 塑性 反映變形的能力 變形抗力 是塑性變形的難易程度 1 1 4影響金屬的塑性與變形抗力的主要因素1 化學成份和組織對塑性和變形抗力的影響化學成分 鐵 碳 合金元素 雜質(zhì)元素 組織 單項組織 多向組織 組織的不同塑性和變形抗力會有很大的差別 鋼的制造工藝 2 變形溫度對塑性和變形抗力的影響1 溫度升高 回復與再結(jié)晶 2 溫度升高 原子熱運動加劇 1 1 4影響金屬的塑性與變形抗力的主要因素2 變形溫度對塑性和變形抗力的影響3 溫度升高 原子熱振動加劇 熱塑性 4 溫度升高 晶界強度下降 3 變形速度對塑性和變形抗力的影響速度大時 塑性變形來不及擴展 沒有足夠時間回復 再結(jié)晶 塑性降低變形抗力增大 速度大時 熱效應顯著 變形體有溫度效應對塑性增加有利 1 2塑性變形的力學基礎(chǔ)外力內(nèi)力模具毛坯零件 毛坯的變形都是模具對毛坯施加外力所引起內(nèi)力或由內(nèi)力直接作用的結(jié)果 應力就是毛坯內(nèi)單位面積上作用的內(nèi)力 應力應理解為一極小面積上的內(nèi)力與該面積比值的極限 即 1 2 1一點的應力與應變狀態(tài) 一點的應力狀態(tài) 是指通過變形體內(nèi)某點的單元體所有截面上的應力的有或無 大小 方向等情況 圖1 2 2九種主應力狀態(tài)圖 2 一點的主應變狀態(tài)3 體積不變定律該式說明 金屬塑性變形前后 只有形狀的變化 而無體積的變化 三個推論 塑性變形時 只有形狀的變化 而無體積的變化 不論什么應變狀態(tài) 其中一個主應變的符號與另外兩個主應變的符號相反 已知兩個應變就可求第三個應變 主變形圖只可能有三種形式 圖1 2 3三種主應變狀態(tài)圖 1 2 2屈服準則 塑性條件 屈服準則 材料進入塑性狀態(tài)的力學條件 當材料中的某點的應力滿足屈服準則 該點就進入塑性狀態(tài) 1 屈雷斯加 H Tresca 屈服準則屈雷斯加于1864年提出 當材料中的最大剪應力達到某一定值時 材料即行屈服 因此 該準則又稱為最大剪應力屈服準則 其數(shù)學表達式為 1 2 2屈服準則 塑性條件 2 密席斯 VonMises 屈服準則密席斯于1913年提出了另一屈服準則 當材料中的等效應力達到某一定值時 材料就開始屈服 由單向拉伸試驗可確定該值 該值為材料的屈服點 s 其數(shù)學表達式為 3 屈服準則的幾何表示在平面應力狀態(tài)時 屈服準則可用屈服軌跡來表示 如圖1 2 4 1 2 4屈服準則的幾何表示 a 平面上兩屈服準則表達 b 主應力空間兩屈服準則表達 1 2 3塑性變形時應力與應變的關(guān)系物體受力產(chǎn)生變形 所以應力與應變之間一定存在著某種關(guān)系 彈性變形時 應力與應變之間的關(guān)系是線性的 可逆的 變形是可以恢復的 胡克定律 單向拉伸應力 應變曲線 如圖1 2 5 塑性變形時應力應變關(guān)系是非線性的 不可逆的 1 2 3塑性變形時應力與應變的關(guān)系增量理論 瞬間的應變增量與相應應力的關(guān)系全量理論 主應力差與主應變差成比例全量理論的應用 1 2 4硬化與硬化曲線1 硬化材料的強度指標隨變形程度的增加而增加 塑性隨之降低 2 硬化曲線實際應力曲線與假象應力曲線 如圖1 2 6 幾種常用沖壓板料的硬化曲線 如圖1 2 7 硬化指數(shù)是表明材料冷變形硬化的重要參數(shù) 對板料的沖壓性能以及沖壓件的質(zhì)量都有較大的影響 1 3沖壓成形時變形毛坯的力學特點與分類 1 3 1變形毛坯的分區(qū) 如圖1 3 1 1 3 2變形區(qū)的應力應變特點1 沖壓毛坯兩向受拉應力的作用 可分兩種情況 如圖1 3 2 象限 2 沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應力的作用 如圖1 3 2 象限 3 沖壓毛坯變形區(qū)受異號應力的作用 而且拉應力的絕對值大于壓應力的絕對值 可以分為兩種情況 如圖1 3 2 4 沖壓毛坯變形區(qū)受異號應力的作用 而且壓應力的絕對值大于拉應力的絕對值 可以分為兩種情況 綜上所述 沖壓變形可分為伸長類變形和壓縮類變形 如圖1 3 3 1 3 3沖壓成形過程中變形趨向性及其控制 1 變形趨向性 如圖1 3 4 弱區(qū)必先變形 變形區(qū)應為弱區(qū)2 變形趨向性的控制 合理地確定毛坯尺寸 圖1 3 5圖1 3 6 正確設(shè)計模具工作部分形狀和尺寸 改變毛坯與模具表面的摩擦條件 其他工藝措施 1 4板料沖壓成形性能及沖壓材料1 4 1板料的沖壓成形性能 沖壓成形性能 板料對各種沖壓成形加工的適應能力 抗破裂性 貼模性 定形性成形極限沖壓件形狀尺寸精度1 4 2板材沖壓成形試驗的試驗方法板料沖壓性能試驗方法通常分為三種類型 力學試驗 金屬學試驗 統(tǒng)稱間接試驗 和工藝試驗 直接試驗 拉伸試驗用的標準試樣和拉伸曲線 圖1 4 1 1 屈服極限屈服極限小 材料容易屈服 則變形抗力小 2 屈強比屈強比小 說明值小而值大3 總延伸率與均勻延伸率拉伸實驗中 試樣拉斷時的伸長率稱總伸長率 1 4 3板料的力學性能與沖壓成形性能的關(guān)系 圖1 4 1拉伸試驗用的標準試樣和拉伸曲線 4 硬化指數(shù)單向拉伸硬化曲線可寫成 其中為硬化指數(shù) 5 厚向異性指數(shù)厚向異性指數(shù)是指單向拉伸試樣寬度應變和厚度應變之比6 板平面各向異性指數(shù) 對拉深件質(zhì)量的影響 圖1 4 2 圖1 4 2 對拉深件質(zhì)量的影響 1 4 4常用沖壓材料及其力學性能1 沖壓常用的材料 黑色金屬金屬材料沖壓材料有色金屬非金屬材料2 沖壓用新材料及其性能1 高強度鋼板2 耐腐蝕鋼板3 雙相鋼板4 涂層板5 復合板材 圖1 1 1晶格畸變 a 無外力作用 b 外力作用產(chǎn)生彈性畸變 c 晶格滑移或?qū)\動 d 外力卸去后的永久變形 圖1 2 1一點的應力狀態(tài) a 受力物體 b 任意坐標系 c 主軸坐標系 1