第三章 沖壓成形特點(diǎn)與基本規(guī)律

1、第二章 沖壓成形特點(diǎn)與基本規(guī)律o1 沖壓成形的特點(diǎn)o (1)平面應(yīng)力狀態(tài)多o (2)伸長(zhǎng)類(lèi)變形多 o (3)靜水壓力影響小o (4)模具的約束作用輕2 沖壓成形中毛坯的分析o只有應(yīng)力狀態(tài)滿(mǎn)足屈服準(zhǔn)則的區(qū)域才會(huì)產(chǎn)生塑性變形，稱(chēng)為塑性變形區(qū)。o A是塑性變形區(qū)；B是已經(jīng)完成了塑性變形的已變形區(qū)；C是自始至終都不參與變形的不變形區(qū)；D是暫不變形的待變形區(qū)。o如果毛坯中任意兩點(diǎn)之間不發(fā)生相對(duì)的位移，這部分一定是不變形區(qū)。3 沖壓變形的分類(lèi)o沖壓成形分成為脹形、拉伸、翻邊與彎曲等類(lèi)型。o在絕大多數(shù)沖壓成形過(guò)程中，垂直于板面方向上的應(yīng)力為零(即厚向應(yīng)力t=0)，毛坯變形區(qū)處于平面應(yīng)力狀態(tài)。兩向拉應(yīng)力o1.

2、 r0，0， t=0。o 按全量理論可以寫(xiě)出如下應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系式 在平面應(yīng)力狀態(tài)時(shí): 因?yàn)閞0，則2r0，所以r0 (r+)0，所以tr0，t=0時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)o當(dāng)r0，t=0時(shí)，有2r0，知0,一定是伸長(zhǎng)變形。o-(+r)0，必有t0，是壓縮變形，厚度變薄。o處于沖壓應(yīng)力圖中AOH范圍，在沖壓變形圖中處于AOC范圍 。兩向壓應(yīng)力 o1.r0, t=0時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)o2r0，所以r0，所t0o在沖壓應(yīng)力圖中處于COD范圍，在沖壓變形圖中處于GOE范圍 。 o 2r0, t=0o2r 0，有0，有t0，板料增厚。o在沖壓應(yīng)力圖中處于DOE范圍，在沖壓變形圖中處于GOL范圍。兩向異號(hào)應(yīng)力 o 1 r

3、0，|r|時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)o2 r 0，有0，有r0 ，是伸長(zhǎng)變形。o由于 r0，-， 當(dāng) r=-時(shí)，r =-0；o單向壓應(yīng)力狀態(tài)( r=0)時(shí)，有r =20。o應(yīng)力狀態(tài)處于沖壓應(yīng)力圖中的EOF范圍，變形狀態(tài)處于在沖壓變形圖中處于MOL范圍。o2.0，r|時(shí)的應(yīng)力狀態(tài) o2r 0，有r0，有0，是伸長(zhǎng)變形。o 0，-r， 當(dāng)=-r時(shí)，=-r；單向壓應(yīng)力狀態(tài)(=0)時(shí)，有=-r/2。o這種應(yīng)力狀態(tài)處于沖壓應(yīng)力圖中的BOC范圍,變形狀態(tài)處于在沖壓變形圖中處于DOE范圍。o 30，r|r|時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)o2 r0，有0,為伸長(zhǎng)變形。o2r 0，有r0,是壓縮變形。o由于r ，0 當(dāng)r =時(shí)，r =0，|時(shí)

4、的應(yīng)力狀態(tài)o2r 0，有r0,為伸長(zhǎng)變形。o2 r0，有0，是壓縮變形。o r，0 當(dāng)=r時(shí)，=r0；單向壓應(yīng)力狀態(tài)( =0)時(shí)，有=r/2。o這種應(yīng)力處于沖壓應(yīng)力圖中的GOF范圍，變形狀態(tài)處于在沖壓變形圖中處于MON范圍。o沖壓變形概括為兩大類(lèi)別，即伸長(zhǎng)類(lèi)與壓縮類(lèi)。o當(dāng)拉應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，在這個(gè)方向上的變形一定是伸長(zhǎng)變形，稱(chēng)為伸長(zhǎng)類(lèi)變形。當(dāng)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，稱(chēng)為壓縮類(lèi)變形。 24 沖壓變形趨向性及其控制o一、 沖壓變形趨向性o1弱區(qū)先變形o在所有各種可能發(fā)生的變形方式中，需要變形力最小的部分(弱區(qū))首先變形。即“弱區(qū)先變形，變形區(qū)應(yīng)為弱區(qū)?！盇區(qū)受縮口

5、模的作用，先屈服，產(chǎn)生塑性變形；而C區(qū)是強(qiáng)區(qū)，把作用力F傳遞到變形區(qū)的傳力區(qū)。o當(dāng)D與d較大、h較小時(shí)，可用帶孔的環(huán)形毛坯用翻邊變形加工；o當(dāng)D與d較小、h較大時(shí)，拉伸后切底或加大環(huán)形毛坯外徑后翻邊成形、再?zèng)_切外圓至尺寸D。o在沖壓成形過(guò)程中，弱區(qū)和強(qiáng)區(qū)在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。 2變形區(qū)與相鄰區(qū)相互影響o變形區(qū)的變形受到相鄰區(qū)域的牽制，就可能在變形區(qū)和與之相鄰的其他部分之間引發(fā)出誘發(fā)應(yīng)力。o 誘發(fā)應(yīng)力以拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的形式同時(shí)并存。在毛坯不同部位上誘發(fā)應(yīng)力所構(gòu)成的內(nèi)力的數(shù)值是相等的，而方向是相反的。o在所有可能產(chǎn)生的變形方式中，需要變形力最小的部位以需力最小的方式首先變形。毛坯兩側(cè)直壁內(nèi)產(chǎn)生

6、與凸模力作用方向相同的拉應(yīng)力，在兩側(cè)翼曲面部位上產(chǎn)生誘發(fā)拉應(yīng)力(+)，同時(shí)，還在底面上產(chǎn)生誘發(fā)壓應(yīng)力(-)?？赡芤鸬淖冃稳毕菔牵涸诘酌嫔峡赡墚a(chǎn)生壓應(yīng)力作用下的失穩(wěn)起皺；在兩側(cè)翼面上可能產(chǎn)生因拉應(yīng)力過(guò)度的開(kāi)裂。 3變形區(qū)尺寸與加工硬化影響o變形區(qū)內(nèi)應(yīng)變的分布取決于變形區(qū)的寬度尺寸。o在變形區(qū)寬度小的部位上變形所需的內(nèi)力小，該部位的變形大，加工硬化也嚴(yán)重，使變形得以擴(kuò)展，從而變形區(qū)內(nèi)應(yīng)變的分布更趨均勻。二、變形趨向性的控制1合理確定毛坯各部分的相對(duì)尺寸o拉伸、翻邊和脹形(b)中，D0、d0較小，外環(huán) 部分成為弱區(qū)，為拉伸變形。(c)中，D0、d0都比較大，寬度為dpdo的內(nèi)環(huán)部分成為弱區(qū)，為翻邊

7、變形。 (d)中，D0比較大，d0卻比較小甚至為零，得到脹形。o2改變模具工作部分的幾何形狀和尺寸o生產(chǎn)中常采用修磨圓角的方法來(lái)控制毛坯的變形趨向。o3改變毛坯和模具之間的摩擦阻力o4降低變形區(qū)的變形抗力或提高傳力區(qū)的強(qiáng)度o采用局部加熱或局部深冷的方法，可以降低變形區(qū)的變形抗力或提高傳力區(qū)的強(qiáng)度，兩者都能達(dá)到控制變形趨向的目的，可以使一次成形時(shí)的成形極限增大。25 沖壓變形中的應(yīng)力o沖壓毛坯中的應(yīng)力分為加載應(yīng)力、誘發(fā)應(yīng)力和殘余應(yīng)力三種類(lèi)型。o1 加載應(yīng)力o 加載應(yīng)力是由模具作用于坯料上的外力或外力矩直接引起的內(nèi)應(yīng)力。 當(dāng)外作用力去除以后，加載應(yīng)力也隨之消失。2誘發(fā)應(yīng)力o (1) 如果受到毛坯其

8、他部分或其本身形狀剛度的阻礙，形狀的變化不能順利地進(jìn)行時(shí)，就會(huì)在毛坯內(nèi)引起誘發(fā)應(yīng)力。 o（2）毛坯的不均勻變形也會(huì)引起誘發(fā)應(yīng)力。o如果板料具有各向異性的不均勻性能，在變形過(guò)程中也可能產(chǎn)生由不均勻變形引起的誘發(fā)應(yīng)力。3殘余應(yīng)力o當(dāng)沖壓成形過(guò)程結(jié)束，原來(lái)存在于沖壓毛坯中的內(nèi)應(yīng)力部分將以殘余應(yīng)力的形式保留下來(lái)。o成品中的殘余應(yīng)力平衡條件改變，可能導(dǎo)致沖壓件形狀與尺寸發(fā)生變化。2.6 沖壓成形中的破壞 o1 變形區(qū)破壞o 變形區(qū)破壞是伸長(zhǎng)類(lèi)沖壓成形中常見(jiàn)的破壞形式，一般是因?yàn)樽冃螀^(qū)內(nèi)的應(yīng)力超過(guò)毛坯材料的強(qiáng)度極限。o2 傳力區(qū)破壞o多發(fā)生在內(nèi)應(yīng)力最大的危險(xiǎn)截面。o3 局部破壞o破壞多發(fā)生在非軸對(duì)稱(chēng)形狀零

9、件的沖壓成形過(guò)程。 o4殘余應(yīng)力破壞 o發(fā)生在沖壓成形完成后的脫模過(guò)程中，有時(shí)發(fā)生在沖壓成形后一段時(shí)間。2.7 沖壓成形中的起皺o1 壓應(yīng)力下起皺o若部分毛坯的位移要求產(chǎn)生壓縮變形，而內(nèi)應(yīng)力又不足以產(chǎn)生足夠大的壓縮變形，這部分毛坯就可能產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。o 在軸對(duì)稱(chēng)零件拉伸中，法蘭區(qū)直徑逐漸減小，要求毛坯壓縮應(yīng)變,若徑向拉應(yīng)力不足以使法蘭區(qū)產(chǎn)生足夠的壓縮應(yīng)變，將引起周向壓應(yīng)力,發(fā)生起皺。 o在錐面、球面成形時(shí)，位于凹?？谝?xún)?nèi)的毛坯部分，要求周向壓縮應(yīng)變。如果壓縮變形不夠大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生周向壓應(yīng)力，并引起起皺稱(chēng)為內(nèi)皺。 o防止起皺的措施：o (1) 采用防起皺的壓料裝置(如壓邊圈等)增強(qiáng)毛坯的抗起皺能力，使這部分毛坯產(chǎn)生足夠大的壓縮變形以保證它完成靠模位移運(yùn)動(dòng)。o (2)加大徑向拉應(yīng)力使毛坯的靠模位移部位產(chǎn)生足夠的徑向伸長(zhǎng)，防止內(nèi)皺。2 不均勻拉力下起皺o方形板料毛坯沿對(duì)角線方向施加拉力時(shí)，在板料中央發(fā)生起皺。o毛坯角部的拉應(yīng)力最大，它所引起的伸長(zhǎng)變形及與之垂直方向上的壓縮變形也大。隨著與拉力作用點(diǎn)距離的增大，拉應(yīng)力的數(shù)值也逐漸減小，結(jié)果使由其引起的伸長(zhǎng)變形和橫向壓縮變形相應(yīng)減小。o在不同的部位上產(chǎn)生相互平衡且垂直于拉力作用方向的誘發(fā)應(yīng)