第一章板料沖壓性能與成形極限第二次課

1、山東科技大學(xué)山東科技大學(xué)沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)沖壓工藝與模具設(shè)計(jì) 沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容1、成形極限、成形極限(Forming Limit Diagram,FLD)的基本概念的基本概念FLD理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)(拉伸失穩(wěn)理論拉伸失穩(wěn)理論)成形極限曲線的制作成形極限曲線的制作影響成形極限曲線的因素影響成形極限曲線的因素基于基于Dynaform的應(yīng)力成形極限圖的應(yīng)用的應(yīng)力成形極限圖的應(yīng)用沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限1.3板料的成形極限板料的成形極限成形極

2、限成形極限(Forming Limit Diagram,FLD)的基本概念的基本概念所謂沖壓成形極限所謂沖壓成形極限是指板料在沖壓加工中所能達(dá)到的最大變形程度。評(píng)定材料評(píng)定材料的成形性的成形性能方法能方法單向拉伸試驗(yàn)單向拉伸試驗(yàn)?zāi)M方法進(jìn)行的模擬方法進(jìn)行的工藝試驗(yàn)工藝試驗(yàn)沖壓成形極限圖沖壓成形極限圖 利用板料的單向拉伸試驗(yàn)所得的機(jī)械性能指標(biāo)來評(píng)定材料的成形性能，是一種最為簡便的方法。材料的硬化指數(shù)n值大，應(yīng)變分布比較均勻，有利于拉脹類零件的成形；厚向異性指數(shù)r值高，板材不容易變薄，深壓延性就好。但是，根據(jù)單向拉伸試驗(yàn)所提供的機(jī)械性能指標(biāo)，只能定性地分析材料完成某一成形工序的難易，而不能直接用來

3、估算具體零件沖壓過程的成敗。 以往鑒定板料的成形性能，大多依賴用模擬方法進(jìn)行的工藝試驗(yàn)。例如Swift杯形件壓延試驗(yàn)，福井錐形件壓延試驗(yàn)和壓坑試驗(yàn)等。模擬試驗(yàn)條件比較單純，試件形狀簡單劃一。因此，對(duì)于指導(dǎo)形狀復(fù)雜、變形狀態(tài)復(fù)雜的零件的生產(chǎn)，其試驗(yàn)結(jié)果往往很難在生產(chǎn)中直接應(yīng)用。 成形極限圖是20世紀(jì)60年代由keeler和goodwin等人提出的概念，用來反映板料的成形性能，為定性和定量研究板料的局部成形性能建立了基礎(chǔ)。成形極限圖是判斷和評(píng)定板料成形性的最為簡便和直觀的方法，是解決板料沖壓問題的一個(gè)非常有效的工具。沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性

4、能與成形極限 FLD 是板料在不同應(yīng)變路徑下的局部失穩(wěn)極限應(yīng)變e1和e2（工程應(yīng)變）或1和2（真實(shí)應(yīng)變）構(gòu)成的條帶形區(qū)域或曲線。它全面反映了板料在單向和雙向拉應(yīng)力作用下的局部成形極限。Keeler提出了右半部分即拉-拉區(qū)goodwin提出了左半部分即拉-壓區(qū) 板料成形的基本變形方式, 不外兩種類型、四種狀態(tài)。即以拉伸為主的“ 放” , 包括拉一拉、拉一壓兩種狀態(tài)和以壓縮為主的“ 收” 包括壓一拉、壓一壓兩種狀態(tài)。目前在生產(chǎn)中已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用的成形極限曲線, 雖屬“ 放”的范疇, 實(shí)際上僅在單拉與雙向等拉之間。應(yīng)變圖應(yīng)變圖L沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限

5、板料沖壓性能與成形極限FLD理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)(拉伸失穩(wěn)理論拉伸失穩(wěn)理論)拉伸失穩(wěn)理論是建立FLD的理論基礎(chǔ)l()Pmax1.b點(diǎn)之前均勻變形之后不均勻變形2.力學(xué)分析3.b為失穩(wěn)點(diǎn)4.bc段比較平穩(wěn)，這時(shí)材料承載能力的薄若環(huán)節(jié)，在一個(gè)較寬的變形區(qū)內(nèi)交替轉(zhuǎn)移稱為分散性失穩(wěn)。5.cp段，材料承載能力的薄弱環(huán)節(jié)集中在某一更小的局部剖面，無法轉(zhuǎn)移出去，稱為集中性失穩(wěn)。其極限狀態(tài)則為斷裂.dp=0（失穩(wěn)臨界條件）D沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限 雙向拉伸過程的失穩(wěn)問題是在平面應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的，假定板料平面內(nèi)的兩個(gè)主應(yīng)力分別為1和2，厚度方向

6、上的主應(yīng)力3=0，且有12012 雙向拉伸失穩(wěn)同樣具有兩個(gè)不同的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，即所謂分散性失穩(wěn)與集中性失穩(wěn)，最后形成集中性細(xì)頸，而其發(fā)展的極限狀態(tài)，則是拉斷。 ：單從板料拉伸變形的穩(wěn)定性著眼，可以用分散性失穩(wěn)，從板料破裂前極限變形程度的估計(jì)著眼，就要以集中性失穩(wěn)作為標(biāo)準(zhǔn)。沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限 假設(shè)分散性失穩(wěn)區(qū)板料的原始長、寬、高為a0、b0、t0,拉伸變形到a、b、t。 沿1軸方向的拉力P1為：P1=bt1=b0t0e2+3 1=b0t0e- 1 1 沿2軸方向的拉力P2為：P2=at2=a0t0e1+3 2=a0t0e-

7、2 2 Swift提出，以dP1=0和dP2=0作為出現(xiàn)分散性失穩(wěn)的判據(jù)。這時(shí)材料承載能力在兩個(gè)方向上同時(shí)出現(xiàn)極值。 將P1和P2表達(dá)式微分，可得： 板條單向拉伸時(shí)，外載荷的加載失穩(wěn)點(diǎn)和變形的分散性失穩(wěn)點(diǎn)基本上同時(shí)發(fā)生。所以，單向拉伸的分散性失穩(wěn)條件可以寫成下式dd（Swift 失穩(wěn)理論）因?yàn)閐AdA所以材料的強(qiáng)化率恰好等于斷面的減縮率。故分散性失穩(wěn)又可稱為寬向失穩(wěn)。（Swift 失穩(wěn)理論）沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限分散性失穩(wěn)的頸縮擴(kuò)散發(fā)展到一定程度以后，變形集中在某一狹窄條帶內(nèi)（與板厚為同一數(shù)量級(jí)），發(fā)展成為溝槽，稱為集中性

8、失穩(wěn)(單向拉伸)。集中性失穩(wěn)開始以后，溝槽加深，外載急劇下降，板條最后分離為二。集中性失穩(wěn)產(chǎn)生的條件是：材料的強(qiáng)化率與其厚度的減縮率恰好相等。這就是R. Hill 的集中性失穩(wěn)理論，故集中性失穩(wěn)也可稱為厚向失穩(wěn) tddtdt 分散性失穩(wěn)理論認(rèn)為當(dāng)外力達(dá)到最大時(shí), 板料失穩(wěn)。但是板料經(jīng)過分散性失穩(wěn)后仍有相當(dāng)?shù)淖冃文芰? 所以在板成形領(lǐng)域人們更關(guān)心集中性失穩(wěn), 即 ：單從板料拉伸變形的穩(wěn)定性著眼，可以用分散性失穩(wěn)，從板料破裂前極限變形程度的估計(jì)著眼，就要以集中性失穩(wěn)作為標(biāo)準(zhǔn)。沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限成形極限曲線的制作成形極限曲線

9、的制作 成形極限曲線可以用試驗(yàn)方法制作, 也可以根據(jù)生產(chǎn)中積累的對(duì)破裂零件或?yàn)l于破裂零件的測量數(shù)據(jù)得出。 試驗(yàn)法中，坐標(biāo)網(wǎng)格技術(shù)是制作成形極限圖的重要手段。通過測量變形后的坐標(biāo)網(wǎng)格的網(wǎng)目尺寸，并進(jìn)行計(jì)算，可以獲得有關(guān)板料變形和應(yīng)力的大小、分布等重要信息，研究板料的變形狀態(tài)、變形路徑、破壞時(shí)的極限應(yīng)變等。沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限步驟：步驟：1)試驗(yàn)前，在毛坯表面做出直徑為1.52.5mm的小圓圈坐標(biāo)網(wǎng) 2)試驗(yàn)時(shí)，將球形凸模壓入材料，當(dāng)試件出現(xiàn)裂紋時(shí)即停止。沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極

10、限板料沖壓性能與成形極限3)取出試件，在離裂紋最近的完整網(wǎng)格上測量小圓圈變成橢圓的尺寸。4)對(duì)試樣進(jìn)行測量后，我們得到的是變形后橢圓長軸和短軸的長度。先根據(jù)工程應(yīng)變的計(jì)算公式得到工程主應(yīng)變e1和工程次應(yīng)變e2 。再有工程應(yīng)變計(jì)算出真實(shí)應(yīng)變。計(jì)算公式如下式中，d1,d2,d0 分別為橢圓長軸長度，橢圓短軸長度，基圓直徑。e1,e2 分別為長軸工程應(yīng)變，短軸工程應(yīng)變式中，1,2 分別為長軸和短軸的真實(shí)應(yīng)變沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限5)通過改變毛坯的形狀和尺寸以及潤滑方式等方法來改變應(yīng)力值的比值，再測得不同的應(yīng)變狀態(tài)。將這些極限應(yīng)變

11、點(diǎn)(1,2)繪在1 -2坐標(biāo)系中，并以盡可能小的區(qū)域?qū)⑦@些點(diǎn)都包括進(jìn)去，將這些點(diǎn)以多項(xiàng)式擬合成一條光滑的曲線，即可得到該試驗(yàn)材料的成形極限曲線（FLC）。沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限影響成形極限曲線的因素影響成形極限曲線的因素 不同的材料種類, 不同的應(yīng)變測量準(zhǔn)則, 所得的成形極限曲線也不一樣。此外, 諸如材料的n、r和m值, 應(yīng)變梯度,應(yīng)變途徑和應(yīng)變率等因素, 也對(duì)成形極限曲線的形狀和位置產(chǎn)生很大的影響.材料的機(jī)械性質(zhì)的影響 a)硬化指數(shù)n值大, 材料的強(qiáng)度效應(yīng)大,應(yīng)變分布比較均勻。因此, 板料的壓制成形性能愈好, 成形極限曲

12、線升高。硬化指數(shù)對(duì)頸縮極限曲線的影響沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限 b)厚向異性指數(shù)r值大, 拉一拉區(qū)的極限應(yīng)變值就低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示, 除了平面應(yīng)變端以外, r值對(duì)成形極限曲線影響不太顯著,但是可以看出r值增大, 極限應(yīng)變值下降。其他的因素對(duì)成形極限的影響還有待于研究沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限基于基于Dynaform的應(yīng)力成形極限圖的應(yīng)用的應(yīng)力成形極限圖的應(yīng)用沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限沖壓工藝及模

13、具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限總結(jié)：總結(jié)：作業(yè)：作業(yè)：認(rèn)真上網(wǎng)查多篇成形極限圖應(yīng)用的文章，熟練掌握成形極限圖的應(yīng)用下課了，該醒醒了！下課了，該醒醒了！沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限對(duì)板料沖壓來說，厚度方向的應(yīng)力很小，可以忽略不計(jì)，一般都認(rèn)為是平面應(yīng)力狀態(tài)。3=0OA：應(yīng)力狀態(tài)為單向拉應(yīng)力1，應(yīng)變狀態(tài)為一拉二壓，即1=-22 =-23(厚向應(yīng)變)OB：應(yīng)力狀態(tài)為兩向拉應(yīng)力1=22，應(yīng)變狀態(tài)平面變形狀態(tài)，即1=-3，2=0OC：應(yīng)力狀態(tài)為兩向等拉應(yīng)力1=2，應(yīng)變狀態(tài)為兩向等拉加一向壓縮，即1=2=-1/23返回返回沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限基勒固德文成形極限圖The FLD of Keeler-Goodwin020-30 /(%)103040-10-