《沖壓變形理論基礎(chǔ)》ppt課件

1、沖壓變形理論根底沖壓成形是金屬塑性成形加工方法之一，是建立在金屬塑性變形理論根底上的材料成形工程技術(shù)。要掌握冷沖壓成形加工技術(shù)，就必須具有金屬塑性變形理論的根底知識塑性變形的根本概念 在金屬材料中，原子之間作用著相當(dāng)大的力，足以抵抗重力的作用，所以在沒有其它外力作用的條件下，金屬物體將保持自有的形狀和尺寸。 彈性變形-當(dāng)物體受到外力作用之后，它的形狀和尺寸將發(fā)生變化即變形，變形的本質(zhì)就是原子間的間隔 產(chǎn)生變化。假設(shè)作用于物體的外力去除后，由外力引起的變形隨之消失，物體能完全恢復(fù)自己的原始形狀和尺寸，這樣的變形稱為彈性變形。 塑性變形-假如作用于物體的外力去除后，物體并不能完全恢復(fù)自己的原始形狀

2、和尺寸，這樣的變形稱為塑性變形。塑性變形和彈性變形都是在變形體不破壞的條件下進(jìn)展的即連續(xù)性不破壞通常用塑性表示材料塑性變形才能。 塑性-指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完好性才能。金屬的塑性不是固定不變的，影響它的因素很多，除了金屬本身的晶格類型、化學(xué)成分和金相組織等內(nèi)在因素之外，其外部因素變形方式機(jī)械因素即應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)變狀態(tài)、變形條件物理因素即變形溫度與變形速度的影響也很大。影響金屬塑性的主要因素如表1.3.1 所示。 衡量金屬塑性上下的參數(shù)稱為塑性指標(biāo)延伸率、斷面收縮率。 塑性指標(biāo)-是以材料開場破壞時的塑性變形量來表示，它可借助于各種實驗方法測定。目前應(yīng)用比較廣泛的是拉伸試驗，

3、對應(yīng)于拉伸試驗的塑性指標(biāo)，用延伸率和斷面收縮率表示。和的數(shù)值由下式確定： 需要指出，各種試驗方法都是相對于特定的受力狀況和變形條件的，由此所測定的塑性指標(biāo)，僅具有相對的比較意義。 變形力變形力-塑性變形時，使金屬產(chǎn)生變形的外力稱為變形力。 變形抗力變形抗力-金屬抵抗變形的力稱為變形抗力，它反映材料產(chǎn)生塑性變形的難易程度，一般用金屬材料產(chǎn)生塑性變形的單位變形力表示其大小。 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)部的組織和性能也將發(fā)生變化。一般會產(chǎn)生加工硬化或應(yīng)變剛現(xiàn)象，即金屬的機(jī)械性能，隨著變形程度的增加，強度和硬度逐漸增加，而塑性和韌性逐漸降低；晶粒會沿變形方向伸長排列形

4、成纖維組織使材料產(chǎn)生各向異性；由于變形不均，會在材料內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，變形后作為剩余應(yīng)力保存在材料內(nèi)部。塑性力學(xué)根底.點的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)金屬沖壓成形時，外力通過模具作用在坯料上，使其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，并且發(fā)生塑性變形。一定的力 的作用方式和大小都對應(yīng)著一定的變形，受力不同，變形就不同。 由于坯料變形區(qū)內(nèi)各點的受力和變形情況不同，為了全面、完好地描繪變形區(qū)內(nèi)各點的受力情況，引入點的應(yīng)力狀態(tài)的概念。某點的應(yīng)力狀態(tài)，通常是圍繞該點取出一個微小正六面體即所謂單元體，用該單元體上三個互相垂直面上的應(yīng)力來表示。一般可沿坐標(biāo)方向?qū)⑦@些應(yīng)力分解成9個應(yīng)力分量，即3個正應(yīng)力和6個剪應(yīng)力，如圖1.3.1 a所示。由于單

5、元體處于靜平衡狀態(tài)，根據(jù)剪應(yīng)力互等定理xy=yx ，xz=zx ，yz=zy，實際上只需要知道6個應(yīng)力分量，即3個正應(yīng)力和3個剪應(yīng)力，就可以確定該點的應(yīng)力狀態(tài)。 對于任何一種應(yīng)力狀態(tài)，總是存在這樣一組坐標(biāo)系，使得單元體各外表只有正應(yīng)力而無剪應(yīng)力，如圖1.3.1b所示, 這樣，應(yīng)力狀態(tài)的表示將大大的簡化。我們稱剪應(yīng)力為零的平面為主平面，與主平面垂直的各條軸線稱主軸，作用在主平面上的正應(yīng)力稱為主應(yīng)力一般用1、2、3表示，以主應(yīng)力表示的應(yīng)力狀態(tài)，稱為主應(yīng)力狀態(tài)，表示主應(yīng)力有無與方向的圖形，稱主應(yīng)力狀態(tài)圖。塑性變形過程中，可能出現(xiàn)的主應(yīng)力狀態(tài)圖共有九種，如圖1.3.2 所示。 變形體內(nèi)存在應(yīng)力必然產(chǎn)生

6、應(yīng)變。通常用應(yīng)變狀態(tài)來描繪點的變形情況，點的應(yīng)變狀態(tài)與點的應(yīng)力狀態(tài)類似。應(yīng)變也有正應(yīng)變和剪應(yīng)變之分，當(dāng)采用主軸坐標(biāo)系時，單元體上也只有三個主應(yīng)變分量:1 、2 、3金屬材料在塑性變形時，體積變化很小，可以忽略不計。因此，一般認(rèn)為金屬材料在塑性變形時體積不變，可證明滿足1 +2 +3=0 ，由此可見，塑性變形時，三個主應(yīng)變分量不可能全部同號，只可能有三向和二向應(yīng)變狀態(tài)，不可能有單向應(yīng)變狀態(tài)。其主應(yīng)變狀態(tài)圖只有三種，如圖1.3.3所示。 2金屬的屈從條件 眾所周知，在材料單向拉伸中，由于質(zhì)點處于單向應(yīng)力狀態(tài)，只要單向拉伸應(yīng)力到達(dá)材料的屈從極限，該質(zhì)點即行屈從，進(jìn)入塑性狀態(tài)。在多向應(yīng)力狀態(tài)時，顯然就

7、不能僅僅用某一應(yīng)力分量來判斷質(zhì)點是否進(jìn)入塑性狀態(tài)，必須同時考慮其它應(yīng)力分量。研究說明，只有當(dāng)各應(yīng)力分量之間符合一定的關(guān)系時，質(zhì)點才進(jìn)入塑性狀態(tài)。這種關(guān)系叫做屈從條件，或屈從準(zhǔn)那么，也稱塑性條件或塑性方程。 滿足屈從條件說明材料處于塑性狀態(tài)。材料要進(jìn)展塑性變形，必須始終滿足屈從條件。 對于應(yīng)變硬化材料，材料要由彈性變形轉(zhuǎn)為塑性變形，必須滿足的屈從條件叫初始屈從條件；而塑性變形要繼續(xù)開展，必須滿足的屈從條件那么叫后繼屈從條件。在一般應(yīng)力狀態(tài)下，塑性變形過程的發(fā)生、開展，本質(zhì)上可以理解為一系列的彈性極限狀態(tài)的打破初始屈從和后繼屈從。 材料是否屈從和進(jìn)入塑性狀態(tài)，主要取決于兩方面的因素： 1在一定的變

8、形條件變形溫度和變形速度下材料的物理機(jī)械性質(zhì)轉(zhuǎn)變的根據(jù)。 2材料所處的應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變的條件。 目前在工程上常用的屈從條件可表示如下： 1-3=S 式中 1、3 、S最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力和屈從應(yīng)力； 應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)，其值在11.155之間。當(dāng)21+3/2時，1.155；當(dāng)21或23時，=1。一般近似取1.1。3金屬塑性變形時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是線性的、可逆的，與加載歷史無關(guān)；而塑性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系那么是非線性的、不可逆的，與加載歷史有關(guān)。應(yīng)變不僅與應(yīng)力大小有關(guān)，而且還與加載歷史有著親密的關(guān)系。 目前常用的塑性變形時應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系主要有兩類：一類簡稱增量

9、理論，它著眼于每一加載瞬間，認(rèn)為應(yīng)力狀態(tài)確定的不是塑性應(yīng)變分量的全量而是它的瞬時增量；另一類簡稱全量理論，它認(rèn)為在簡單加載即在塑性變形開展的過程中，只加載，不卸載，各應(yīng)力分量一直按同一比例系數(shù)增長，又稱比例加載條件下，應(yīng)力狀態(tài)可確定塑性應(yīng)變分量。為了便于理解和比較，在此僅介紹全量理論。 全量理論認(rèn)為在簡單加載條件下，塑性變形的每一瞬間，主應(yīng)力差與主應(yīng)變差成比例 非負(fù)比例系數(shù)，是一個與材料性質(zhì)和變形程度有關(guān)的函數(shù)，而與變形體所處的應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。 理解塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有助于分析沖壓成形時板材的應(yīng)力與應(yīng)變。通過對塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的分析，可得出以下結(jié)論： 1應(yīng)力分量與應(yīng)變分量符號不一定一致

10、，即拉應(yīng)力不一定對應(yīng)拉應(yīng)變，壓應(yīng)力不一定對應(yīng)壓應(yīng)變； 2某方向應(yīng)力為零其應(yīng)變不一定為零； 3在任何一種應(yīng)力狀態(tài)下，應(yīng)力分量的大小與應(yīng)變分量的大小次序是相對應(yīng)的，即123，那么有123。 4假設(shè)有兩個應(yīng)力分量相等，那么對應(yīng)的應(yīng)變分量也相等，即假設(shè)12，那么有12。金屬塑性變形的一些根本規(guī)律1硬化規(guī)律 沖壓消費一般都在常溫下進(jìn)展。對金屬材料來說，在這種條件下進(jìn)展塑性變形，必然要引起加工硬化，塑性降低，變形抗力進(jìn)步。材料不同，變形條件不同，其加工硬化的程度也就不同。材料加工硬化對沖壓成形的影響既有有利的方面，也有不利的方面。有利的是板材的硬化可以減少過大的部分集中變形，使變形趨向均勻，增大成形極限，

11、尤其對伸長類變形有利；不利的是變形抗力的增加，使變形變得困難，對后續(xù)變形工序不利，有時不得不增加中間退火工序以消除硬化。因此應(yīng)理解材料的硬化現(xiàn)象及其規(guī)律，并在實際消費中應(yīng)用。 表示變形抗力隨變形程度增加而變化的曲線叫做硬化曲線，也稱實際應(yīng)力曲線或真實應(yīng)力曲線，它可以通過拉伸等實驗方法求得。實際應(yīng)力曲線與材料力學(xué)中所學(xué)的工程應(yīng)力曲線也稱假象應(yīng)力曲線是有所區(qū)別的，假象應(yīng)力曲線的應(yīng)力指標(biāo)是采用假象應(yīng)力來表示的，即應(yīng)力是按各加載瞬間的載荷F除以變形前試樣的原始截面積A0計算，沒有考慮變形過程中試樣截面積的變化，顯然是不準(zhǔn)確的；而實際應(yīng)力曲線的應(yīng)力指標(biāo)是采用真實應(yīng)力來表示的，即應(yīng)力是按各加載瞬間的載荷F

12、除以該瞬間試樣的截面積A計算。實際應(yīng)力曲線與假象應(yīng)力曲線如圖1.3.4所示。從圖中可以看出，實際應(yīng)力曲線能真實反映變形材料的加工硬化現(xiàn)象。圖1.3.5是用實驗方法求得的幾種金屬在室溫下的硬化曲線。從曲線的變化規(guī)律來看，幾乎所有的硬化曲線都具有一個共同的特點，即在塑性變形的開場階段，隨變形程度的增大，實際應(yīng)力劇烈增加，當(dāng)變形程度到達(dá)某些值以后，變形的增加不再引起實際應(yīng)力值的顯著增加。這種變化規(guī)律可近似用指數(shù)曲線表示，其函數(shù)關(guān)系如下：和n決定于材料的種類和性能，可通過拉伸試驗求得，不同材料的和n值列于表1.3.2中。 硬化指數(shù)是說明材料冷變形硬化的重要參數(shù)，對板材的沖壓成形性能以及制件的質(zhì)量都有較

13、為重要的影響。n大表示在冷變形過程中，材料的變形抗力隨變形程度的增加而迅速地增大，材料均勻變形才能強。2卸載彈性恢復(fù)規(guī)律和反載軟化現(xiàn)象 由圖1.3.6所示的硬化曲線可知，在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系是直線函數(shù)關(guān)系。在彈性變形的范圍內(nèi)卸載，應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)匀话凑胀恢本€回到原點，變形完全消失，沒有殘留的永久變形。假如變形進(jìn)入塑性變形范圍，超過屈從點A，到達(dá)某點 B，再逐漸減小外載，應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系就按另一條直線逐漸降低，不再重復(fù)加載曲線所經(jīng)過的道路了。卸載直線正好與加載時彈性變形的直線段相平行，直至載荷為零。于是，加載時的總變形就分為兩部分：一部分t 因彈性恢復(fù)而消失，另一部分s仍然保存下來，成

14、為永久變形?？偟淖冃?t+s。彈性恢復(fù)的應(yīng)變量為:t=/E 式中E為材料的彈性模量Pa。 如卸載后再重新同向加載，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系將沿直線CB逐漸上升，到達(dá)B點應(yīng)力時，材料才又開場屈從，隨后應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系繼續(xù)沿著加載曲線變化。所以又可以理解為材料在變形程度時的屈從點。推而廣之，在塑性變形階段，實際應(yīng)力曲線上每一點的應(yīng)力值，都可理解為材料在相應(yīng)的變形程度下的屈從點。 假如卸載后反向加載，由拉伸改為壓縮，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系又會產(chǎn)生什么樣的變化呢？試驗說明，反向加載時，材料的屈從應(yīng)力較拉伸時的屈從應(yīng)力有所降低，出現(xiàn)所謂反載軟化現(xiàn)象。反向加載時屈從應(yīng)力的降低量，視材料的種類及正向加載的變形程度不同而異。關(guān)于反

15、載軟化現(xiàn)象，有人認(rèn)為可能是因為正向加載時材料中的剩余應(yīng)力引起的。 反向加載，材料屈從后，應(yīng)力應(yīng)變之間根本上按照加載時的曲線規(guī)律變化見圖1.3.7。3最小阻力定律 在塑性變形中，破壞了金屬的整體平衡而強迫金屬流動，當(dāng)金屬質(zhì)點有向幾個方向挪動的可能時，它向阻力最小的方向挪動。換句話說，在沖壓加工中，板料在變形過程中總是沿著阻力最小的方向開展，這就是塑性變形中的最小阻力定律。例如，將一塊方形板料拉深成圓筒形制件，當(dāng)凸模將板料拉入凹模時，距凸模中心愈遠(yuǎn)的地方即方形料的對角線處，流動阻力愈大，愈不易向凹模洞口流動，拉深變形后，凸緣形成弧狀而不是直線邊，如圖1.3.8所示。最小阻力定律說明了在沖壓消費中金

16、屬板料流動的趨勢，控制金屬流動就可控制變形的趨向性。影響金屬流動的因素主要是材料本身的特性和應(yīng)力狀態(tài)，而應(yīng)力狀態(tài)與沖壓工序的性質(zhì)、工藝參數(shù)和模具構(gòu)造參數(shù)如凸模、凹模工作部分的圓角半徑，摩擦和間隙等。有關(guān)。 沖壓成形必須正確控制金屬流動開流和限流。開流就是在需要金屬流動的地方減少阻力，使其順利流動，到達(dá)成形目的。當(dāng)某處需要金屬流入而不能流入時，該部分就會發(fā)生變薄，甚至板料斷裂。限流就是在不需要金屬流動的地方增大阻力，限制金屬流入。當(dāng)某處不需要金屬流入而流入金屬時，多余的金屬就會使該處產(chǎn)生起皺。詳細(xì)控制金屬流動的措施，有改變凸模與凹模工作部分的圓角半徑以及改變摩擦、間隙、應(yīng)力性質(zhì)等。加大圓角半徑和

17、間隙，減小摩擦，均能起到開流作用；反之那么起限流作用。例如矩形件拉深，假設(shè)直邊與四角的間隙值一樣時，不是四角拉破就是直壁部分起皺。假設(shè)對四角部分采取開流而對直邊部分采取限流措施，那么可消除上述問題。方法是直邊采用小間隙，四角采用大間隙；或使凹模四角的圓角半徑大于直邊部分的圓角半徑。又如在大型覆蓋件拉深成形中采取調(diào)節(jié)壓邊力，增設(shè)拉深筋和開切口等方法，均可調(diào)節(jié)金屬流動阻力。 最小阻力定律是塑性加工中最重要的定性原理之一，它在沖壓加工中有非常靈敏和廣泛的應(yīng)用，能正確指導(dǎo)沖壓工藝及模具設(shè)計，解決實際消費過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題。4最小阻力定律應(yīng)用沖壓成形中的變形趨向性分析及其控制律 研究各種沖壓成形工藝的

18、變形趨向性及其控制的目的，是為了合理確定沖壓工藝參數(shù)，編制工藝規(guī)程，設(shè)計模具，分析和解決消費過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題。 板料在成形過程中，可以劃分為變形區(qū)、傳力區(qū)和不變形區(qū)。沖壓加工時，變形力是通過傳力區(qū)傳給變形區(qū)使其產(chǎn)生塑性變形的。在成形過程中，變形區(qū)和傳力區(qū)的范圍、尺寸不斷變化，而且互相轉(zhuǎn)化。如圖1.3.9所示，進(jìn)展縮口成形時，開場隨著凹模下降變形區(qū)不斷擴(kuò)大，傳力區(qū)不斷減小，金屬不斷從傳力區(qū)轉(zhuǎn)移到變形區(qū)。當(dāng)變形開展到一定階段后如圖，變形區(qū)的尺寸不再發(fā)生變化，從傳力區(qū)進(jìn)入變形區(qū)的金屬體積和從變形區(qū)轉(zhuǎn)移出去的金屬體積相等，即到達(dá)穩(wěn)定的變形過程。此時，傳力區(qū)不斷減小，已變形區(qū)不斷擴(kuò)大，變形區(qū)的尺寸及

19、其應(yīng)力分布的數(shù)值與規(guī)律不變。在變形區(qū)與傳力區(qū)之間的分界面上的內(nèi)力，其性質(zhì)與大小完全一樣。但在同一內(nèi)力作用下所產(chǎn)生的變形方式不同，因此必定有一個區(qū)所需的變形力較小而首先進(jìn)入塑性狀態(tài)產(chǎn)生變形。首先產(chǎn)生塑性變形即所需變形力較小的區(qū)稱為弱區(qū)。為了使沖壓消費過程順利進(jìn)展，必須保證制件上首先變形的部分為弱區(qū)，以把塑性變形局限于變形區(qū)，并排除在傳力區(qū)產(chǎn)生塑性變形的可能性在設(shè)計工藝方案，確定工序和半成品尺寸時，必須遵循弱區(qū)先變形，變形區(qū)為弱區(qū)的條件。如圖1.3.10所示制件，當(dāng)D-d較大而較小時，其成形方法可采用帶孔的環(huán)形坯料通過翻邊制成；當(dāng)D-d較小而h較大時，此時進(jìn)展翻邊就不能保證外環(huán)為強區(qū)和內(nèi)環(huán)為弱區(qū)的

20、條件，成形過程中必然造成外徑收縮使翻邊難以成形。為此，沖壓工藝必然要改變?yōu)槔詈笄械缀颓羞吘?，或?qū)⑴髁螪0增大，進(jìn)展翻邊后再沖切外邊緣。當(dāng)變形區(qū)或傳力區(qū)存在兩種以上的變形方式時，首先發(fā)生變形的方式一定是所需的變形力為最小。在設(shè)計沖壓工藝和模具時，除要保證變形區(qū)為弱區(qū)外，還要保證所需的變形方式要求的變形力為最小。例如，沖載時在沖壓力的作用下，板料具有產(chǎn)生剪切別離和彎曲變形兩種趨向。當(dāng)沖載間隙小到一定程度時，建立起對彎曲變形不利而對剪切有利的條件，此時便可以在產(chǎn)生很小彎曲變形的情況下實現(xiàn)剪切。合理確定坯料和半成品的尺寸。如圖1.3.11所示，環(huán)形坯料尺寸D、d與dT 互相關(guān)系發(fā)生改變時，那么可產(chǎn)生

21、拉深、翻邊和脹形三種變形趨向，其尺寸關(guān)系如表1.3.3所示。當(dāng)D0dT 與d0dT 都小時，DdT 的外環(huán)部分為弱區(qū)，可得到外徑收縮的拉深變形；當(dāng)D0dT 與d0dT 都大時，dT d0的內(nèi)環(huán)為弱區(qū)，可得到內(nèi)孔擴(kuò)大的翻邊變形；當(dāng)D0dT 大而d0dT 小時，外環(huán)拉深或內(nèi)環(huán)翻邊變形均很困難，而內(nèi)外環(huán)中間部分為弱區(qū)，可得到中間部分板料變薄的脹形變形。改變模具工作部分的幾何形狀和尺寸。如增大凸模圓角半徑，減小凹模圓角半徑，可使拉深阻力增大，翻邊阻力減小，這樣那么有利于翻邊成形的進(jìn)展。 改變坯料與模具接觸外表間的摩擦阻力。假如采用光滑，減小壓邊力，那么有利于拉深成形。 采用部分加熱或深冷，降低變形區(qū)的

22、變形抗力，進(jìn)步傳力區(qū)的強度。如對不銹鋼板料進(jìn)展拉深時，對傳力區(qū)采取冷卻方法來阻止其產(chǎn)生變形，或?qū)ψ冃螀^(qū)進(jìn)展加熱來降低變形抗力，以進(jìn)步塑性。在塑性變形中，破壞了金屬的整體平衡而強迫金屬流動，當(dāng)金屬質(zhì)點有向幾個方向挪動的可能時，它向阻力最小的方向挪動。換句話說，在沖壓加工中，板料在變形過程中總是沿著阻力最小的方向開展，這就是塑性變形中的最小阻力定律。例如，將一塊方形板料拉深成圓筒形制件，當(dāng)凸模將板料拉入凹模時，距凸模中心愈遠(yuǎn)的地方即方形料的對角線處，流動阻力愈大，愈不易向凹模洞口流動，拉深變形后，凸緣形成弧狀而不是直線邊，如圖1.3.8所示。最小阻力定律說明了在沖壓消費中金屬板料流動的趨勢，控制金

23、屬流動就可控制變形的趨向性。影響金屬流動的因素主要是材料本身的特性和應(yīng)力狀態(tài)，而應(yīng)力狀態(tài)與沖壓工序的性質(zhì)、工藝參數(shù)和模具構(gòu)造參數(shù)如凸模、凹模工作部分的圓角半徑，摩擦和間隙等。有關(guān)沖壓材料及其成形性能 1.材料的沖壓成形性能 材料對各種沖壓加工方法的適應(yīng)才能稱為材料的沖壓成形性能。材料的沖壓性能好，就是指其便于沖壓加工，一次沖壓工序的極限變形程度和總的極限變形程度大，消費率高，容易得到高質(zhì)量的沖壓件，模具壽命長等。由此可見，沖壓成形性能是一個綜合性的概念，它涉及的因素很多，但就其主要內(nèi)容來看，有兩方面：一是成形極限，二是成形質(zhì)量。 1成形極限 在沖壓成形過程中，材料能到達(dá)的最大變形程度稱為成形極

24、限。對于不同的成形工藝，成形極限是采用不同的極限變形系數(shù)來表示的。由于大多數(shù)沖壓成形都是在板厚方向上的應(yīng)力數(shù)值近似為零的平面應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)展的，因此，不難分析：在變形坯料的內(nèi)部，但凡受到過大拉應(yīng)力作用的區(qū)域，就會使坯料部分嚴(yán)重變薄，甚至拉裂而使沖件報廢；但凡受到過大壓應(yīng)力作用的區(qū)域，假設(shè)超過了臨界應(yīng)力就會使坯料喪失穩(wěn)定而起皺。因此，從材料方面來看，為了進(jìn)步成形極限，就必須進(jìn)步材料的塑性指標(biāo)和增強抗拉、抗壓才能。 沖壓時，當(dāng)作用于坯料變形區(qū)內(nèi)的拉應(yīng)力的絕對值最大時，在這個方向上的變形一定是伸長變形，故稱這種沖壓變形為伸長類變形如脹形、擴(kuò)口、內(nèi)孔翻邊等。當(dāng)作用于坯料變形區(qū)內(nèi)的壓應(yīng)力的絕對值最大時，在

25、這個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。伸長類變形的極限變形系數(shù)主要決定于材料的塑性；壓縮類變形的極限變形系數(shù)通常是受坯料傳力區(qū)的承載才能的限制，有時那么受變形區(qū)或傳力區(qū)的失穩(wěn)起皺的限制。2成形質(zhì)量 沖壓件的質(zhì)量指標(biāo)主要是尺寸精度、厚度變化、外表質(zhì)量以及成形后材料的物理機(jī)械性能等。影響工件質(zhì)量的因素很多，不同的沖壓工序情況又各不一樣。 材料在塑性變形的同時總伴隨著彈性變形，當(dāng)載荷卸除后，由于材料的彈性回復(fù)，造成制件的尺寸和形狀偏離模具，影響制件的尺寸和形狀精度。因此，掌握回彈規(guī)律，控制回彈量是非常重要的。沖壓成形后，一般板厚都要發(fā)生變化，有的是變厚，有的是變

26、薄。厚度變薄直接影響沖壓件的強度和使用，對強度有要求時，往往要限制其最大變薄量。 材料經(jīng)過塑性變形后，除產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象外，還由于變形不均，造成剩余應(yīng)力，從而引起工件尺寸及形狀的變化，嚴(yán)重時還會引起工件的自行開裂。所有這些情況，在制定沖壓工藝時都應(yīng)予以考慮。 影響工件外表質(zhì)量的主要因素是原材料的外表狀態(tài)、晶粒大小、沖壓時材料粘模的情況以及模具對沖壓件外表的擦傷等。原材料的外表狀態(tài)直接影響工件的外表質(zhì)量；晶粒粗大的鋼板拉伸時產(chǎn)生所謂“桔子皮樣的缺陷外表粗糙；沖壓易于粘模的材料那么會擦傷沖壓件并降低模具壽命。此外，模具間隙不均，模具外表粗糙也會擦傷沖壓件。2板材沖壓成形性能的試驗方法 板料的沖壓成

27、形性能是通過試驗來測定的。板料的沖壓性能試驗方法很多，大致可分為間接試驗和直接試驗兩類。間接試驗方法有拉伸試驗、剪切試驗、硬度試驗、金相試驗等，由于試驗時試件的受力情況與變形特點都與實際沖壓時有一定的差異，因此這些試驗所得結(jié)果只能間接反映出板料的沖壓成形性能。但由于這些試驗在通用試驗設(shè)備上即可進(jìn)展，故常常采用。直接試驗方法有反復(fù)彎曲試驗、脹形性能試驗、拉深性能試驗等，這類試驗方法試樣所處的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點根本上與實際的沖壓過程一樣，所以能直接可靠地鑒定板料某類沖壓成形的性能，但需要專用試驗設(shè)備或工裝。下面僅就最常用的間接試驗拉伸試驗作介紹。 材料的拉伸試驗：在待試驗板料的不同部位和方向上截取

28、試樣，按標(biāo)準(zhǔn)制成如圖1.3.12所示的拉伸試樣，然后在萬能材料試驗機(jī)上進(jìn)展拉伸。根據(jù)試驗結(jié)果或利用自動記錄裝置，可得到如圖1.3.13所示應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系曲線，即拉伸曲線。 通過拉伸試驗可測得板料的各項機(jī)械性能指標(biāo)。板料的機(jī)械性能與沖壓成形性能有很嚴(yán)密的關(guān)系，可從不同角度反映板材的沖壓成形性能。一般而言，板料的強度指標(biāo)越高，產(chǎn)生一樣變形量的力就越大；塑性指標(biāo)越高，成形時所能承受的極限變形量就越大；剛度指標(biāo)越高，成形時抵抗失穩(wěn)起皺的才能就越大?，F(xiàn)就其中較為重要的幾項說明如下：1總延伸率與均勻延伸率b 是在拉伸試驗中試樣破壞時的延伸率，稱為總延伸率，簡稱延伸率。b是在拉伸試驗中開場產(chǎn)生部分集中

29、變形時剛出現(xiàn)細(xì)頸時的延伸率，叫做均勻延伸率。b表示板料產(chǎn)生均勻變形或穩(wěn)定變形的才能。一般情況下，沖壓成形都在板材的均勻變形范圍內(nèi)進(jìn)展，故b對沖壓性能有較為直接的意義。在伸長類變形工序中，例如圓孔翻邊、脹形等工序中，b愈大，那么極限變形程度愈大2屈強比sb 2屈強比sbs/b是材料的屈從極限與強度極限的比值，稱為屈強比。屈強比小，即b與s之間的差值大，材料易塑性變形而不易斷裂，允許的塑性變形區(qū)間大，這對所有沖壓成形都是有利的。在壓縮類變形工藝中，例如拉深時，當(dāng)屈強比小，即材料的屈從點s低時， 那么變形區(qū)的切向壓應(yīng)力較小，板料失穩(wěn)起皺的趨勢小， 防止起皺所需的壓料力和需要抑制的摩擦力也相應(yīng)減小，從

30、而降低了總的變形力，也就減輕了傳力區(qū)的載荷。而強度極限b高， 那么傳力區(qū)的承載才能大，所以說屈強比小有利于成形極限的進(jìn)步。 在伸長類變形工藝中，例如脹形，當(dāng)屈強比小時，由于塑性成形所需拉力與坯料破壞時的拉斷力之差較大，因此塑性變形過程的穩(wěn)定性高，坯料拉破的可能性小，即不容易出廢品。 3彈性模量E 彈性模量是材料的剛度指標(biāo)。彈性模量愈大，在成形過程中抗壓失穩(wěn)才能愈強，卸載后彈性恢復(fù)愈小，有利于進(jìn)步零件的尺寸精度。 4硬化指數(shù)n 硬化指數(shù)n表示材料在冷塑性變形中材料硬化的強度。n值越大的材料，硬化效應(yīng)就大，這對于伸長類變形來說是有利的。因此n值增大，那么變形過程中材料部分變形程度的增加會使該處變形

31、抗力增大，這樣就可以補償該處因截面積減小而引起的承載才能的減弱，從而制止了部分集中變形的進(jìn)一步開展，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?？梢宰C明，材料的硬化指數(shù)n，其值為細(xì)頸點應(yīng)變j，所以硬化指數(shù)n愈高，材料均勻變形的才能愈強。5板厚方向性系數(shù) 板厚方向系數(shù)是指板料試樣單向拉伸時, 寬向應(yīng)變與厚向應(yīng)變之比又稱塑性應(yīng)變比，即式中b0，t0與分別為變形前后試樣的寬度與厚度。一般規(guī)定值按延伸率為20時試樣測量的結(jié)果進(jìn)展計算。 值的大小反映平面方向和厚度方向變形難易程度的比較，值愈大，那么板平面方向上愈容易變形，而厚度方向上較難變形，這對拉深成形是很有利的。例如，在曲面零件拉深成形時

32、，板料的中間部分在拉應(yīng)力作用下，厚度方向上變形比較困難，即變薄量小，而在板平面內(nèi)與拉應(yīng)力相垂直的方向上的壓縮變形比較容易，那么板料中間部分起皺的趨向低，有利于拉深的順利進(jìn)展和工件質(zhì)量的進(jìn)步；同樣，在用值大的板料進(jìn)展筒形件拉深時，筒壁在拉應(yīng)力作用下不易變薄，不易拉破，而凸緣區(qū)的切向壓縮變形容易，起皺趨勢降低，壓料力減小，反過來又使筒壁拉應(yīng)力減小，使筒形件的拉深極限變形程度增大。 沖壓加工所用板料，都是經(jīng)過軋制的材料。因纖維組織的影響，其縱向與橫向上性能有明顯差異，在不同方向上值也不一樣，因此通常取其平均值 。式中r0，r90，r45分別為板料在縱向、橫向和45方向上的板厚方向性系數(shù)。 6板平面方向性 板料經(jīng)軋制后其機(jī)械、物理性能在板平面內(nèi)出現(xiàn)各向異性，稱為板平面方向性。方向性越明顯，對沖壓成形性能的影響就越大。例如彎曲，當(dāng)彎曲件的折彎線與板料的纖維方向垂直時，允許的極限變形程度就越大，而折彎線平行于纖維方向時，允許的極限變形程度就小，方向性越明顯，降低量越大。又如筒形拉深件中，由于板平面方向性使拉深件口