金屬塑性成形工藝及模具設(shè)計(jì)全套課件完整版電子教案最新板

1、1金屬塑性成形工藝及模具設(shè)計(jì)2目錄 第一章 概述 第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 第三章 沖裁 第四章 彎曲 第五章 拉深 第六章 其它成形方法 第七章 鍛造的熱規(guī)范 第八章 自由鍛主要工序分析 第九章 模鍛成形工序分析 第十章 精密模鍛技術(shù) 第十一章 模具典型結(jié)構(gòu)及工作原理 第十二章 沖壓模具設(shè)計(jì)方法 第十三章 鍛造模具設(shè)計(jì)方法 3第一章 概述 根據(jù)加工溫度和毛坯狀態(tài)，金屬塑性成形工藝可分為沖壓工藝和鍛造工藝兩類加工方法。沖壓工藝主要是在室溫下對(duì)板材、管材、型材等原材料加工，俗稱冷加工。鍛造工藝一般是對(duì)加熱的塊料進(jìn)行加工，發(fā)生體積成形，俗稱熱加工。4第一章 概述1.1 沖壓工藝 沖壓是在室溫下，利

2、用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。又稱為冷沖壓或板料沖壓。 冷沖壓廣泛用于汽車、電機(jī)、電器、儀表及日常生活用品中，在國防工業(yè)中占有重要地位。沖壓件比例： 精密機(jī)械中8085； 儀器、儀表、電機(jī)6070 汽車6075%； 自行車、縫紉機(jī)、手表80； 電視機(jī)、收錄機(jī)、攝像機(jī)905第一章 概述典型沖壓件汽車產(chǎn)品6第一章 概述典型沖壓件家用產(chǎn)品7第一章 概述典型沖壓件軍工用品8第一章 概述典型沖壓件其它工業(yè)產(chǎn)品9第一章 概述特點(diǎn)應(yīng)用范圍廣 金屬材料非金屬材料（膠木、有機(jī)玻璃、紙板、皮革 ) 儀表零件（百分之幾克）汽車覆蓋件、飛機(jī)蒙皮、鍋爐

3、封頭生產(chǎn)率高、材料利用率高 一般可達(dá)幾幾十件/分，高速?zèng)_床幾百幾千件/分； 一般不需加熱；材料利用率可達(dá)7085以上。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 加工精度高，互換性好， 一般不需進(jìn)一步加工。便于操作、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化缺點(diǎn) 模具要求高、制造復(fù)雜、周期長、制造費(fèi)昂貴，因而在小批量生產(chǎn)中受到限制。生產(chǎn)中有噪音。10第一章 概述 工序分類 沖壓毛坯在不破壞的情況下發(fā)生塑性變形，并轉(zhuǎn)化成所要求的成果形狀。同時(shí)，應(yīng)滿足尺寸精度方面的要求，如彎曲、拉深、脹形、翻邊、擴(kuò)口、縮口、拉彎及旋壓等。成形工序： 沖壓件與板料沿一定輪廓線相互分離，同時(shí)沖壓件分離斷面也要滿足一定要求。如落料、沖孔、裁剪、切邊、剖切等。分離工序：

4、11第一章 概述分離工序12第一章 概述成形工序13第一章 概述14第一章 概述15第一章 概述1.2 鍛造工藝 鍛造是在一定溫度條件下，利用工具或模具對(duì)坯料施加載荷，使金屬產(chǎn)生塑性變形，從而使坯料發(fā)生體積的轉(zhuǎn)移和形狀的變化，以獲得所需形狀、尺寸和組織性能的鍛件。其主要任務(wù)是解決鍛件的成形以及內(nèi)部組織性能的控制。 鍛造是一種既質(zhì)量高又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的制坯和成形方法。特別是對(duì)性能要求高，形狀較復(fù)雜的零件，其優(yōu)越性更為突出。例如，發(fā)電設(shè)備主軸、轉(zhuǎn)子、葉輪、護(hù)環(huán)等重要零件均是由鍛件制成的。鍛造工藝廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、航空、航天、船舶和兵器等諸多工業(yè)領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極為重要的地位。16第一章 概述典

5、型鍛造件-鋼17第一章 概述典型鍛造件-有色合金18第一章 概述特點(diǎn)節(jié)約原材料和機(jī)械加工工時(shí) 模鍛件的機(jī)械加工余量小，而精密鍛件甚至不需要機(jī)械加工就可以提供滿足形狀和尺寸要求的零件。鍛件的形狀、尺寸穩(wěn)定性好 除自由鍛件之外，鍛件最終的形狀和尺寸主要靠鍛模的終鍛模膛來保證，其形狀和尺寸的波動(dòng)非常小。鍛件具有最佳的綜合力學(xué)性能 鍛造時(shí)金屬經(jīng)過塑性變形和再結(jié)晶，粗大的組織被破碎，疏松和孔隙被壓實(shí)、焊合，形成了合理的纖維組織，內(nèi)部組織和性能得到了較大改善。 鍛造加工生產(chǎn)率高 例如，一臺(tái)自動(dòng)螺栓鐓鍛機(jī)每分鐘可生產(chǎn)螺栓230件，相當(dāng)于10多臺(tái)自動(dòng)車床的生產(chǎn)效率。19第一章 概述 按使用工具的不同，鍛造可分

6、為兩大類。工序分類自由鍛 只用簡單的通用性工具，或在鍛壓設(shè)備的上、下砧間直接使坯料成形而獲得所需鍛件的方法。單件、小批量生產(chǎn)多采用自由鍛工藝。自由鍛的主要成形工序有鐓粗、拔長、沖孔、擴(kuò)孔、錯(cuò)移、扭轉(zhuǎn)等。模鍛 利用模具使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法。鍛件的生產(chǎn)批量大、形狀和尺寸精度要求高，采用模鍛工藝生產(chǎn)。但對(duì)于某些航空關(guān)鍵、重要鍛件，雖然批量不大，但由于流線和性能以及工藝一致性的要求等，通常也采用模鍛工藝生產(chǎn)。模鍛的主要成形工序有開式模鍛、閉式模鍛、擠壓和頂鐓等。 20第一章 概述表1-3 自由鍛基本工序21第一章 概述22第一章 概述23第一章 概述表1-4 模鍛基本工序24第一章 概述25

7、第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 沖壓成形和鍛造成形都屬塑性成形方法，塑性加工力學(xué)是其共同的力學(xué)基礎(chǔ)。但由于所用材料幾何形狀、成形溫度、所用設(shè)備及模具的不同，在成形特點(diǎn)及變形規(guī)律上有較大區(qū)別。 鍛造成形一般為三向應(yīng)力狀態(tài)，靜水壓應(yīng)力對(duì)變形有重要影響。而沖壓成形時(shí)，大多數(shù)的沖壓變形都可以按平面應(yīng)力狀態(tài)處理，使問題相應(yīng)得到簡化。 鍛造成形時(shí)（尤其模鍛時(shí)），整個(gè)毛坯全部為變形區(qū)，金屬發(fā)生多方位流動(dòng)的體積成形。而沖壓成形時(shí)，變形毛坯可分為變形區(qū)和不變形區(qū)，一般僅變形區(qū)金屬發(fā)生變形，板材厚度變化不大。26第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 鍛造成形（模鍛）是靠與制件完全相同的模腔對(duì)毛坯的全面接觸而實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)制成形，飛邊槽在

8、變形控制中起重要作用。而沖壓成形時(shí)，大多數(shù)情況下，板料毛坯都有某種程度的自由度，不與模具接觸的變形部分毛坯的變形靠模具對(duì)其相鄰部分施加的外力控制。因此，合理調(diào)整壓邊力往往決定沖壓變形的成敗。 鍛造成形一般在高溫下進(jìn)行，因此材料組織結(jié)構(gòu)及再結(jié)晶行為對(duì)變形有較大影響，材料的流動(dòng)性是影響最終變形結(jié)果的關(guān)鍵，其主要失效形式有破裂，折迭及充不滿等。而沖壓成形一般在室溫下進(jìn)行，因此材料硬化性能對(duì)變形有較大影響，材料的成形性及凍結(jié)性已為材料性能的研究重點(diǎn)，其主要失效形式是破裂和起皺。27第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2.1 各種沖壓成形力學(xué)特點(diǎn)與分類 在沖壓成形時(shí)，把變形毛坯分成變形區(qū)和不變形區(qū)。各種沖壓成形過程

9、就是毛坯變形區(qū)在力的作用下產(chǎn)生變形的過程。所以毛坯變形區(qū)的受力情況和變形特點(diǎn)決定各種沖壓變形的根本性質(zhì)。 28第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 板材成形時(shí)，板厚方向應(yīng)力與板平面方向應(yīng)力相比很小，有時(shí)為零。因此，板材成形可按平面應(yīng)力處理?？梢园迅鞣N形式的沖壓成形中的毛坯變形區(qū)的受力狀態(tài)與變形特點(diǎn)，在平面應(yīng)力的應(yīng)力坐標(biāo)系中（沖壓應(yīng)力圖）與相應(yīng)的兩向應(yīng)變坐標(biāo)系中（沖壓應(yīng)變圖）以應(yīng)力與應(yīng)變坐標(biāo)決定的位置來表示。也就是說，在沖壓應(yīng)力圖與沖壓應(yīng)變圖中的不同位置都代表著不同的受力情況與變形特點(diǎn) 可以把沖壓變形方式按毛坯變形區(qū)的受力情況（應(yīng)力狀態(tài)）和變形特點(diǎn)從變形力學(xué)理論的角度歸納為以下幾種情況，并分別研究它們的變形

10、特點(diǎn)：29第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)（1）沖壓毛坯變形區(qū)受兩向拉應(yīng)力作用，可分為兩種情況：1.變形分類 這種情況處于沖壓應(yīng)力圖的GOH，處于沖壓應(yīng)變圖的AON。雙等拉單拉30第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 這種情況處于沖壓應(yīng)力圖的AOH，處于沖壓應(yīng)變圖的AOC與這種變形情況對(duì)應(yīng)的變形是脹形、內(nèi)孔翻邊。（2）沖壓變形區(qū)兩向壓應(yīng)力作用 雙等拉單拉沖壓應(yīng)力圖的COD，沖壓應(yīng) 變圖的GOE與該種情況相對(duì)的變形有縮口變形等。沖壓應(yīng)力圖的DOE，沖壓應(yīng)變圖的GOL31第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)（3）變形區(qū)受異號(hào)應(yīng)力作用，且拉應(yīng)力絕對(duì)值大于壓應(yīng)力絕對(duì)值（4）變形區(qū)受異號(hào)應(yīng)力作用，且壓應(yīng)力絕對(duì)值大于拉應(yīng)力絕對(duì)值處于沖壓

11、應(yīng)力圖的GOF，沖壓應(yīng)變圖的MON；與該種情況相對(duì)的變形有擴(kuò)口等。處于沖壓應(yīng)力圖的AOB，沖壓應(yīng)變圖的COD；處于沖壓應(yīng)力圖的EOF，沖壓應(yīng)變圖的MOL；與該種情況相對(duì)的變形有拉深等。處于沖壓應(yīng)力圖的BOC，沖壓應(yīng)變圖的DOE；32第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 綜合上面四種受力情況的分析結(jié)果，可以把全部變形概括為兩大類：伸長類變形和壓縮類變形。 a) 沖壓應(yīng)力圖b) 沖壓應(yīng)變圖 33第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)伸長類變形 當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)內(nèi)的拉應(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變形，稱這種沖壓變形為伸長類變形，包括沖壓變形圖中的 MON、NOA、AOB、BOC、COD等五個(gè)區(qū)。壓縮類變

12、形 當(dāng)作用于毛坯變形區(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，稱這種沖壓變形為壓縮類變形。包括沖壓變形圖中的MOL、LOH、HOG、GOE、EOD五個(gè)區(qū)。 MOD是伸長類成形與壓縮類成形在沖壓變形圖上的分界，F(xiàn)OB是沖壓應(yīng)力圖上的分界。34第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)兩類沖壓成形特點(diǎn)對(duì)比35第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2.2 沖壓變形趨向性及其控制 沖壓成形的本質(zhì)就是使毛坯按要求完成可控制的變形過程。在所有的沖壓成形過程中，都是使毛坯的某個(gè)部分或幾個(gè)部分以適當(dāng)?shù)姆绞阶冃危缘玫筋A(yù)期形狀。同時(shí)又必須保證其它部分不發(fā)生變形。為了做到這一點(diǎn)，必須遵循沖壓變形趨向性規(guī)律，對(duì)變形過程實(shí)行有效控

13、制。在生產(chǎn)中常利用模具工作部分對(duì)毛坯的作用、摩擦與潤滑、毛坯的形狀與尺寸、材料的沖壓性能和加載速度等，實(shí)現(xiàn)對(duì)沖壓變形過程的控制。 在沖壓過程中，成形毛坯的各個(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，這種不同變形方式發(fā)生的可能性稱為變形趨向性。36第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)1. 毛坯在沖模力直接作用下的變形沖壓變形趨向性規(guī)律一： 在同一沖模外力直接作用下毛坯的傳力區(qū)與變形區(qū)都有產(chǎn)生某種方式的塑性變形的可能，即都具有某種塑性變形的趨向。但是，由于受模具外力作用的各區(qū)的幾何形狀與受力方式的不同，在所有可能產(chǎn)生的變形方式中，需要變形力最小的變形方式首先變形。37第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2.

14、毛坯在誘發(fā)應(yīng)力作用下的變形a) 模具沖壓變形趨向性規(guī)律二： 在沖壓毛坯的相鄰部位上，受到由誘發(fā)應(yīng)力引起的方向相反數(shù)值相等的內(nèi)力作用時(shí)，在所有可能產(chǎn)生的變形方式中，需要變形力最小的部位首先變形。b)零件38第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)3. 毛坯同一變形區(qū)不同部位的變形 沖壓變形趨向性規(guī)律三：a) 切向應(yīng)力 在同一變形區(qū)內(nèi)毛坯各部分的變形不能保證均勻變形條件時(shí)，在需要變形力最小的部位上首先產(chǎn)生變形，而且在以后的變形過程中其變形程度也是最大的。b) 切向應(yīng)變39上述三個(gè)沖壓變形趨向性規(guī)律，各自適用于不同的沖壓變形問題的分析，它們各自的含義也完全不同。但是從本質(zhì)上看，它們是完全一致的。如果把沖壓毛坯中需要

15、最小變形力的部分稱為弱區(qū)，而把其他部分稱為強(qiáng)區(qū)，則可以把這三個(gè)變形趨向性規(guī)律概括成一個(gè)具有普遍意義的規(guī)律：在沖壓成形過程中，毛坯內(nèi)產(chǎn)生塑性變形的變形區(qū)，一定是需要變形力最小的弱區(qū)，而且以需力最小的方式變形。第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)40第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2.3 鍛造過程的金屬變形流動(dòng)規(guī)律1.塑性變形時(shí)的金屬流動(dòng)方向 C.N.古布金提出了“最小阻力定律” 如果物體在變形過程中質(zhì)點(diǎn)有向各個(gè)方向移動(dòng)的可能性時(shí)，則物質(zhì)體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)將是向著阻力最小的方向移動(dòng)的。圖2-7 金屬流動(dòng)方向 塔爾諾夫斯基 圖2-8 金屬流動(dòng)方向示意圖a) 摩擦系數(shù)非常大時(shí) b) 一般摩擦?xí)r c)沒有摩擦?xí)r41 哈工大呂炎教授

16、 在上述觀點(diǎn)中包括了古布金的說法，但又有區(qū)別： 1）應(yīng)用范圍比古布金的“最小阻力定律”廣。 2）在三向壓應(yīng)力情況下增加了“主要”二字，即考慮了中間主應(yīng)力和相鄰金屬的影響。第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 不僅摩擦系數(shù)，而且坯料尺寸的相對(duì)比例和“一次壓下量”等對(duì)金屬的流動(dòng)方向都有重要影響。 提出： 在三向壓應(yīng)力的情況金屬主要向著最小阻力（增大）的方向流動(dòng)。42第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)在摩擦系數(shù)很大時(shí)金屬流動(dòng)示意圖（四分之一截面） （實(shí)線變形后網(wǎng)格 虛線變形前網(wǎng)格）在一般摩擦條件下金屬流動(dòng)示意圖（實(shí)線變形后網(wǎng)格 虛線變形前網(wǎng)格）432.金屬塑性變形時(shí)的不均勻性 塑性加工時(shí)，由于金屬本身性質(zhì)（成分、組織）不

17、均勻和各處受力情況不同，金屬內(nèi)各處的變形情況也不同，變形首先發(fā)生在那些先滿足屈服準(zhǔn)則的部分。第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 塑性變形的不均勻性包括兩方面的含義： 1）塑性變形程度的不均勻性（指變形最后結(jié)果而言） 2）塑性變形的不同時(shí)性（時(shí)間上有先后）。443.工具形狀對(duì)金屬變形和流動(dòng)的影響 控制鍛件的最終形狀和尺寸 控制金屬的流動(dòng)方向 第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 模鍛用的終鍛模膛、氣脹成形用的終成形模具等都是為了控制鍛件最終的形狀和尺寸。為保證鍛件的形狀和尺寸精度，設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：1）熱鍛時(shí)應(yīng)考慮鍛件和模具的熱收縮；2）精密成形時(shí)還應(yīng)考慮模具的彈性變形。 工具對(duì)金屬流動(dòng)方向的控制就是對(duì)不同的

18、毛坯依靠不同的工具，采取不同的加載方式，在變形體內(nèi)建立不同的應(yīng)力場來實(shí)現(xiàn)的。即通過改變變形體內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力順序來得到不同的變形和流動(dòng)情況。 45 再如拔長、輥鍛和軋制時(shí)，如采用平砧或平輥，則沿橫向流動(dòng)的金屬量較多。如改用型砧和型輥則有利于提高延伸的效率。其原因就是工具的側(cè)面壓力使橫向的主應(yīng)力2遠(yuǎn)小于軸向的主應(yīng)力1，使更多的金屬沿最大主應(yīng)力（最小阻力）的增大方向（即軸向）流動(dòng)?？装彘g鐓粗和開式模鍛第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)46 控制塑性變形區(qū) 拉拔時(shí)的主應(yīng)力簡圖A變形區(qū) B傳力區(qū)縮口時(shí)的主應(yīng)力簡圖 第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 主要是靠利用不同工具在坯料內(nèi)產(chǎn)生不同的應(yīng)力狀態(tài)，使部分金屬滿足屈服準(zhǔn)則

19、，而另一部分金屬不滿足屈服準(zhǔn)則，達(dá)到控制變形區(qū)的目的。 47 提高金屬的塑性第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 金屬的塑性與應(yīng)力狀態(tài)有很大關(guān)系，靜水壓力愈大，材料的塑性愈高，而各種應(yīng)力狀態(tài)是通過相應(yīng)的工具在坯料中建立的。 又如擴(kuò)孔時(shí)，用沖頭擴(kuò)孔或楔擴(kuò)孔，由于切向受拉應(yīng)力，材料塑性較低，而在芯軸上擴(kuò)孔或輾壓擴(kuò)孔時(shí)，則具有較高的塑性。 例如拉拔時(shí)變形區(qū)為兩向壓應(yīng)力一向拉應(yīng)力狀態(tài)，傳力區(qū)是單向拉應(yīng)力狀態(tài)，材料的塑性較低，而擠壓時(shí)變形區(qū)是三向壓應(yīng)力狀態(tài)，材料塑性較高； 48 控制坯料失穩(wěn)，提高成形極限 錐形芯軸擴(kuò)管彎曲法所用的芯模第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 長桿料頂鐓時(shí)容易產(chǎn)生失穩(wěn)而彎曲，并可能發(fā)展成折迭。為控制

20、頂鐓時(shí)失穩(wěn)，要求?？字睆叫∮?1.25倍坯料直徑。 在模具內(nèi)彎曲管坯示意圖 49 局部加載是鍛壓過程中最為普遍的情況，絕大多數(shù)塑性加工工序都是局部加載，例如拔長、沖孔、輥軋、芯軸擴(kuò)孔，輾擴(kuò)等。3.局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律 圓截面坯料在平砧上小壓下量拔長時(shí)的變形情況第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律： 局部加載時(shí)沿加載方向的正應(yīng)力隨受力面積不斷擴(kuò)大，其絕對(duì)值逐漸減小。 矩形截面坯料小送進(jìn)量拔長時(shí)的變形情況50沖孔時(shí)沿加載方向受力面積逐漸擴(kuò)大的示意圖A區(qū)與B區(qū)相互作用的示意圖 第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)沖孔時(shí)的變形情況51第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2.4 板料沖壓性

21、能及試驗(yàn)方法 板料的沖壓性能是指板料對(duì)各種沖壓加 工方法的適應(yīng)能力，包括成形極限（抗破裂性），形狀與尺寸精度（貼模性和凍結(jié)性），模具壽命，變形力等。52第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)沖壓性能成形極限形狀和尺寸精度表面質(zhì)量塑性變形過程中變面粗糙度的變化沖壓過程中表面的粘接和劃傷沖壓毛坯與模具表面的接觸壓力貼模性能形狀凍結(jié)性能變形區(qū)成形極限傳力區(qū)成形極限伸長類變形壓縮類變形受拉的傳力區(qū)受壓的傳力區(qū)均勻拉應(yīng)力下的貼模性能不均勻拉應(yīng)力下的貼模性能表面正應(yīng)力下的貼模性能抗壓失穩(wěn)塑性塑性變形穩(wěn)定性53第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)試驗(yàn)方法分為間接試驗(yàn)和直接試驗(yàn)（模擬試驗(yàn)）兩類直接試驗(yàn)（ 模擬試驗(yàn)）間接試驗(yàn)板材沖壓性能

22、試驗(yàn)方法 板材的應(yīng)力狀態(tài)與受力情況與真實(shí)沖 壓時(shí)有一定差別，所以結(jié)果只能間接反映板材沖壓性能，有時(shí)還需要一定的分析方法。如拉伸試驗(yàn)、成形極限線、金相試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)。 板材的應(yīng)力狀態(tài)及受力情況與真實(shí)沖壓時(shí)基本相同，所得結(jié)果也比較準(zhǔn)確。如杯突試驗(yàn)、極限拉深比試驗(yàn)、拉深力對(duì)比試驗(yàn)、錐形件復(fù)合性能試驗(yàn)、擴(kuò)孔試驗(yàn)、吉田拉皺試驗(yàn)、液壓脹形試驗(yàn)等。54第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)板材沖壓性能試驗(yàn)方法間接試驗(yàn)直接試驗(yàn)?zāi)M試驗(yàn)實(shí)物試驗(yàn)和模型試驗(yàn)金相試驗(yàn)硬度試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)艾利克辛試驗(yàn)(IE )防板對(duì)角拉伸試驗(yàn)(YBT)成形極限試驗(yàn)(FLD)杯形件拉深試驗(yàn)(LDR)液壓脹形試驗(yàn) 錐杯復(fù)合性能試驗(yàn)(CCV)拉深力對(duì)比試驗(yàn)(

23、TZP)擴(kuò)孔試驗(yàn)(KWI)55第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2.4.1 拉伸試驗(yàn) 試驗(yàn)在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，可得拉伸力與行程（試件伸長）的拉伸曲線。由式 可得到名義應(yīng)力與延伸率表示的拉伸曲線：56屈強(qiáng)比 ，屈強(qiáng)比小，進(jìn)行沖壓變形的范圍大，幾 乎對(duì)所有沖壓變形都有利第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)由拉伸曲線得到的重要的參數(shù)：屈服極限 ，開始發(fā)生塑性變形強(qiáng)度極限 ，開始產(chǎn)生不均勻變形，即塑性拉伸失穩(wěn) 沖壓成形一般都在板材的均勻變形范圍內(nèi)進(jìn)行，所以對(duì)沖壓變形有較為直接的影響，它表示板材穩(wěn)定的塑性變形能力，直接決定板材在伸長類成形中的沖壓性能，一般情況下成正的相關(guān)關(guān)系。均勻延伸率與總延伸率 57第二章 塑性加工工藝基

24、礎(chǔ)n 值（硬化指數(shù)） n值表示塑性變形材料硬化的強(qiáng)度。n大，可使伸長類變形均勻化，具有擴(kuò)展變形區(qū)、減小毛坯局部變薄和增大極限變形程度等作用?？紤]到板材方向性，可?。?金屬材料在室溫下加工時(shí)， 隨著變形程度的增加，決定金屬變形抗力的機(jī)械性能 和硬度等指標(biāo)提高，而塑性指標(biāo) 等下降，金屬的這種效應(yīng)稱之為加工硬化。 58第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)式中 常數(shù)c和n值均可在拉伸試驗(yàn)中得到。大多數(shù)金屬的硬化規(guī)律可用下式表示： 59第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) n值與最大均勻應(yīng)變j的關(guān)系 即 n值等于拉伸試驗(yàn)中試件出現(xiàn)細(xì)頸時(shí)的對(duì)數(shù)應(yīng)變值通過理論分析可得60第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)板厚方向性系數(shù) r 值 也稱塑性應(yīng)變

25、比，是拉伸試驗(yàn)中寬度應(yīng)變與厚度應(yīng)變之比（一般取變形量20）。 r 值的大小，表明板材在單向拉應(yīng)力作用下，板平面方向和板厚方向上變形難易程度的比較?？紤]到板材方向性，可取61第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) Mises屈服橢圓在坐標(biāo)軸上有相同的交點(diǎn)，其偏心率隨r值增加。由圖可以看到，在拉深中的危險(xiǎn)斷面，其變形屬于脹形性質(zhì)，由于r值的增加而提高了屈服強(qiáng)度，也就是說，其變形抗力增加了。在法蘭部分，即拉壓結(jié)合的拉深變形區(qū)，其屈服應(yīng)力反而由于r值的增加而減小了。這兩種效果都有助于拉深過程的順利進(jìn)行。62第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 另外，當(dāng) r1 時(shí)，板材厚度方向上的變形比寬度方向上的變形困難，起皺趨向性降低，利于

26、拉深成形。r值與拉深比密切相關(guān)。 63第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)板平面方向性系數(shù) 大，板材方向性強(qiáng)，引起塑性變形分布不均，拉深件出現(xiàn)突耳，因此， 大對(duì)沖壓成形不利?？捎孟率奖硎?r 值 大， 亦大，而r 值大利用拉深變形， 大不利于拉深變形，故選材時(shí)，對(duì) r 值的影響要綜合考慮。64第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)x值：為雙向等拉與單向拉伸的抗拉強(qiáng)度比值 X值表達(dá)式中 對(duì)應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)(雙等拉)與圓筒形拉深件的凸模圓角處毛坯的應(yīng)力狀態(tài)相似， 對(duì)應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)(單向拉伸)與圓筒形拉深件側(cè)壁部分的應(yīng)力狀態(tài)相似。因此X值大的材料，表明拉深變形時(shí)，毛坯危險(xiǎn)斷面具有更高的強(qiáng)度，即有更高的承載能力。65第二章 塑性加工

27、工藝基礎(chǔ) 值：稱為材料寬度頸縮率，可用下式求得 式中 拉伸試樣原始寬度； 試樣拉斷后，斷裂處的最小寬度。 由可見， 值與r值正相關(guān)，因而對(duì)拉深變形有重要影響。 66第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)應(yīng)變率敏感性指數(shù)m值 試驗(yàn)表明：材料塑性變形抵抗力不僅與變形程度而且與應(yīng)變率有關(guān)。材料的本構(gòu)關(guān)系可以表示為 式中m為應(yīng)變率敏感性指數(shù)。m值可用同一試樣突然改變拉伸速度求得。 正的m值有增大材料變形抗力的作用。一般材料在室溫下的m值都很?。ㄐ∮?.05），因此對(duì)變形抵抗力的影響不大，可以忽略不計(jì)。 但是值得注意的是，在板材成形中，m值對(duì)應(yīng)變均化的重要作用。特別是在拉伸失穩(wěn)以后，其作用更明顯。67第二章 塑性加工

28、工藝基礎(chǔ)表2-2 板材性能與成形性的關(guān)系68第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2.4.2 成形極限圖(FLD)圖2-34 成形極限圖 脹形變形區(qū)各個(gè)部位上受到的拉應(yīng)力比值可能在01之間變化，即 = 0-1， 而大多數(shù)常用沖壓板材都存在統(tǒng)一的成形極限圖。成形極限圖上半部分由keeler提出，下半部分由Goodwin補(bǔ)充。69第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)1. 圖形說明 OA線：雙向等拉， =1， 0 OB線：單向拉伸， ， 應(yīng)變點(diǎn)在安全區(qū)，表示零件沖壓成功; 在破裂區(qū)表示零件破裂，在臨界區(qū)，成品率降低。橫軸：平面應(yīng)變考慮各向異性 70 FLD一般通過試驗(yàn)方法獲得，目前常用的制作FLD的實(shí)驗(yàn)方法有半球形凸模脹形法

29、和圓柱形凸模脹形法兩種。半球形凸模脹形法， 比值的改變通過改變?cè)嚇拥膶挾?用矩形試樣時(shí))或缺口的大小(用缺口試樣)來實(shí)現(xiàn)。圓柱形凸模脹形法，試樣是矩形的， 比值通過同時(shí)改變?cè)嚇雍洼o助毛坯的寬度尺寸來實(shí)現(xiàn)。 FLD是表示板材在雙向拉應(yīng)力下的變形極限。建立不同雙向拉應(yīng)力比值 下的實(shí)驗(yàn)變形條件，可獲得不同的極限變形時(shí)的 值。 第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2. FLD的制作 71第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)3. FLD在生產(chǎn)中的應(yīng)用 FLD與網(wǎng)格分析法相結(jié)合，對(duì)板材成形有重要指導(dǎo)作用。如預(yù)見所設(shè)計(jì)工藝規(guī)程的危險(xiǎn)程度和安全裕度，合理利用變形可控因素，完善沖壓過程，試模調(diào)整，確定合理毛坯尺寸、零件缺陷分析、實(shí)現(xiàn)質(zhì)

30、量控制等。72第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2.4.3 模擬試驗(yàn) 脹形試驗(yàn)，當(dāng)試件發(fā)生破裂時(shí)，凸模壓入深度稱愛利克辛值，用 表示，可直接反映板材脹形性能。1. 杯突試驗(yàn)（Erichsen試驗(yàn)）73第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)試驗(yàn)?zāi)＞哂袠?biāo)準(zhǔn)尺寸，其參數(shù)如表：愛利克辛值與n值關(guān)系74第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2.液壓脹形試驗(yàn) 杯突試驗(yàn)結(jié)果受材料流入和潤滑的影響，故經(jīng)常產(chǎn)生波動(dòng)。液壓脹形法利用液體壓力代替剛性凸模，可不受摩擦條件的影響，脹形性能用脹形系數(shù)K表示。 式中，a?？诎霃?； 開始產(chǎn)生裂紋 時(shí)的脹形深度。75第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)3.擴(kuò)孔試驗(yàn) 擴(kuò)孔試驗(yàn)作為評(píng)價(jià)材料的翻邊性能的模擬實(shí)驗(yàn)方法，是采用帶有內(nèi)孔

31、直徑為 的圓形毛坯，在圖示模具中進(jìn)行擴(kuò)孔，直至內(nèi)孔邊緣出現(xiàn)裂紋為止。測(cè)定此時(shí)的內(nèi)孔直徑 ，并用下式計(jì)算極限擴(kuò)孔系數(shù) 擴(kuò)孔試驗(yàn)作為評(píng)價(jià)材料的翻邊性能的模擬實(shí)驗(yàn)方法，是采用帶有內(nèi)孔直徑為 的圓形毛坯，在圖示模具中進(jìn)行擴(kuò)孔，直至內(nèi)孔邊緣出現(xiàn)裂紋為止。測(cè)定此時(shí)的內(nèi)孔直徑 ，并用下式計(jì)算極限擴(kuò)孔系數(shù)76第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)4.極限拉深比試驗(yàn)（LDR試驗(yàn)、swift試驗(yàn)） 采用不同直徑的圓形毛坯，取側(cè)壁不破壞的最大毛坯直徑 D0max與沖頭直徑dp之比LDR表示板材拉深性能。試驗(yàn)繁瑣，影響因素多。77第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)5. 拉深力對(duì)比試驗(yàn)（TZP法） 在一定的拉深變形程度下（取毛坯與凸模直徑之比

32、D0/dp=52/30）的最大拉深力與在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)獲得的成形試樣側(cè)壁拉斷力的比值TZP表示板材拉深性能。 TZP值越大，表示板材拉深性能越好。圖2-40拉深力對(duì)比試驗(yàn) 圖2-41 TZP值確定過程78第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)6. 錐形件復(fù)合性能試驗(yàn)（Fukui試驗(yàn)） 是拉深性能與脹形性能綜合試驗(yàn)。用球形凸模和60度 角的凹模在無壓邊情況下對(duì)圓形毛坯拉深，底部破裂時(shí)上口直徑稱CCV值。 CCV值越小，板材沖壓性能越好。79第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)7. 方板對(duì)角拉伸試驗(yàn) 一些尺寸大、形狀復(fù)雜件的沖壓成形，基本上是拉力下成形的。在成形過程中或成形后經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些起皺、面畸變、凹陷及鼓包等缺陷。方板對(duì)

33、角拉伸試驗(yàn)是鑒定板材抗起皺能力的實(shí)驗(yàn)方法。 用方板對(duì)角拉伸試驗(yàn)（YBT）方法模擬薄板在不均勻拉力F的作用下失穩(wěn)起皺現(xiàn)象。80第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 1）單向?qū)抢?YBT-) 方板單向拉伸試驗(yàn)時(shí)，只沿著試樣的某一指定的對(duì)角線方向加載拉伸，至試樣的拉伸標(biāo)距(GL)內(nèi)發(fā)生一定量的伸長變形時(shí)，利用千分表測(cè)量方板中部的起皺高度或者卸載后測(cè)量該處殘留的皺紋高度。81第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2）雙向?qū)抢?YBT) YBT是在與YBT相同尺寸的試樣上，于兩個(gè)對(duì)角線方向上施加拉伸載荷測(cè)量由引起的皺紋高度及殘留的皺紋高度。82第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)材料抗起皺能力用或表示，其值越小，說明材料越不易起皺。

34、材料性能對(duì)YBT試驗(yàn)值的影響見圖。83第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)2.5 材料可鍛性及試驗(yàn)方法 衡量材料塑性加工的難易程度可用可鍛性來衡量，可鍛性好表示該材料適用于鍛造成形，可鍛性差則會(huì)給該材料的鍛造成形帶來一定的困難。 可鍛性常用金屬的塑性和變形抗力兩個(gè)指標(biāo)來度量。金屬的塑性是指金屬材料在外力的作用下發(fā)生永久變形，而不發(fā)生破壞的能力。變形抗力指在變形過程中金屬抵抗工（模）具作用力的大小，變形抗力小，則變形過程中所消耗的能量就小，從而可降低生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率。 材料的可鍛性可通過簡單的物理模擬試驗(yàn)來反映，如拉伸、壓縮和扭轉(zhuǎn)等試驗(yàn)。材料的可鍛性主要用塑性指標(biāo)和變性抗力指標(biāo)的衡量，其中塑性可用延伸

35、率、斷面收縮率和沖擊韌性k等值來表示，而變形抗力可用屈服強(qiáng)度s和抗拉強(qiáng)度b來表示。 1.可鍛性842.材料模擬試驗(yàn)方法 圓柱試樣壓縮試驗(yàn)壓縮試驗(yàn)中的應(yīng)力應(yīng)變曲線 第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)85摩擦處理：摩擦系數(shù) 試樣瞬時(shí)直徑和高度試驗(yàn)機(jī)所測(cè)得的應(yīng)力和修正后的應(yīng)力摩擦引起的壓縮鼓肚 第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)86溫升處理：材料的密度功熱轉(zhuǎn)換效率 材料的比熱容第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)87 平面應(yīng)變壓縮試驗(yàn) 為了保證寬度方向的應(yīng)變可以忽略不計(jì)，試樣的寬度b和壓頭的寬度w之比應(yīng)在610以上。此外，為了保證壓頭之間變形均勻，壓頭寬度w與試樣厚度h之比應(yīng)在24之間。第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)88平面應(yīng)變壓縮試驗(yàn)

36、時(shí)的真應(yīng)變計(jì)算公式 ：變形前試樣的厚度 變形后試樣的厚度 平均應(yīng)力的計(jì)算公式 壓縮載荷壓頭寬度試樣寬度 當(dāng)量應(yīng)變值 當(dāng)量應(yīng)力值 修正系數(shù)平面壓縮應(yīng)變的流動(dòng)應(yīng)力試樣的原始高度和瞬時(shí)高度 其中 第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)89 其最大優(yōu)點(diǎn)就是材料可在恒應(yīng)變速率和大應(yīng)變范圍變形而不失穩(wěn)，它被廣泛地用于測(cè)定大應(yīng)變條件下材料的流變應(yīng)力和成形性。 扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)圓棒的扭轉(zhuǎn)模型第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ) 另一個(gè)顯著特點(diǎn)是變形被限制在試樣標(biāo)距尺寸范圍內(nèi)，且應(yīng)變速度和扭轉(zhuǎn)應(yīng)變量沿軸向保持均勻分布，變形時(shí)無靜水壓力, 也沒有幾何軟化，試樣不會(huì)出現(xiàn)腰鼓和縮頸等不均勻失穩(wěn)變形現(xiàn)象。 90扭矩-扭角曲線 1）切變模量在低于剪切比例

37、極限的切應(yīng)力下 對(duì)于圓柱體試樣： 對(duì)于圓管狀試樣： 第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)912）扭轉(zhuǎn)比例極限 在扭轉(zhuǎn)過程中應(yīng)力-應(yīng)變的線性比例關(guān)系發(fā)生偏離，切應(yīng)力-切應(yīng)變曲線上某點(diǎn)的切線與切應(yīng)力軸的夾角正切較最初值增加50%時(shí)計(jì)算出的切應(yīng)力。3）扭轉(zhuǎn)屈服極限 試樣標(biāo)距部分的殘余切應(yīng)變等于0.3%時(shí)，按彈性扭轉(zhuǎn)公式得到的切應(yīng)力。4）最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的切應(yīng)力。扭矩-扭角曲線上最大扭矩第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)92 塑性破壞是沿最大切應(yīng)力的平面發(fā)生的，斷裂面通常與軸線垂直（圖a），有時(shí)斷口形成大量平行軸線的細(xì)片，這是由于斷裂發(fā)生在平行于軸線的最大剪應(yīng)力平面上（圖b）。脆性破壞斷口垂直于拉應(yīng)力方向，呈細(xì)螺旋狀（

38、圖c）。 扭轉(zhuǎn)斷口(a), (c)剪斷,（b）拉斷(a) (b) (c)第二章 塑性加工工藝基礎(chǔ)93第三章 沖裁 是利用沖模使材料分離的一種沖壓工序，包括切斷、修邊、落料、沖孔等。沖裁可以制毛坯，也可以生產(chǎn)零件。 沖裁94第三章 沖裁落料:制取一定外形的沖落部分沖孔95第三章 沖裁沖孔:制取內(nèi)孔96第三章 沖裁3.1 沖裁分離過程分析 模具間隙正常時(shí)，金屬材料的沖裁過程可分三個(gè)階段：塑性變形階段板料的應(yīng)力達(dá)到屈服極限，板料開始產(chǎn)生塑性剪切變 形；刃口附近材料由于拉應(yīng)力的作用出現(xiàn)微裂紋。斷裂分離階段 已形成的上下裂紋逐漸擴(kuò)大，并向材料內(nèi)部延伸。當(dāng) 上、下裂紋重合時(shí)，材料被剪斷分離。彈性變形階段

39、板料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲和拉伸等變形；97第三章 沖裁分離過程的三個(gè)階段，使沖裁件斷面明顯分為四個(gè)部分：a 塌角； b光亮帶；c剪裂帶；d毛刺98第三章 沖裁3.2 沖裁件質(zhì)量分析 主要指斷面質(zhì)量、表面質(zhì)量、形狀誤差和尺寸精度 主要影響因素1）間隙對(duì)斷面質(zhì)量的影響；99第三章 沖裁3.2 沖裁件質(zhì)量分析 主要影響因素3）刃口狀態(tài)對(duì)斷面質(zhì)量的影響；4）材料性能的影響。2）間隙對(duì)尺寸精度的影響；100第三章 沖裁3.3 沖裁力及降低沖裁力方法1.沖裁力 沖裁力是選擇沖壓設(shè)備噸位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的重要依據(jù)。 平刃沖模的沖裁力 (k=1.3)101第三章 沖裁2. 降低沖裁力的方法a) 斜刃落料；b) 斜

40、刃沖孔1）斜刃沖裁 102第三章 沖裁2）多凸模階梯布置c) 階梯形凸模3）材料加熱紅沖103第三章 沖裁3.4 精密沖裁及半精沖3.4.1 精密沖裁 它能在一次沖壓行程中獲得比普通沖裁零件尺寸精度高、沖裁面光潔、翹曲小且互換性好的優(yōu)質(zhì)精沖零件,并以較低的成本達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的改善。104第三章 沖裁1. 精沖分離過程105第三章 沖裁 2. 精沖機(jī)理 精密沖裁是在三動(dòng)沖床（沖裁力、壓邊力和反壓力都可單獨(dú)調(diào)整）和帶有特殊結(jié)構(gòu)的模具上進(jìn)行。在整個(gè)沖裁過程中，剪切區(qū)內(nèi)的金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，從而提高了金屬的塑性，避免了微裂紋的出現(xiàn)，無斷裂分離階段，以純剪切的形式完成精沖分離過程。零件斷面幾乎全部是光

41、亮帶。106第三章 沖裁精密沖裁與普通沖裁對(duì)比：107第三章 沖裁3. 精沖模具特點(diǎn)1) V型齒圈壓邊2) 小沖裁間隙3) 小圓角刃口4) 強(qiáng)力反壓裝置108第三章 沖裁4. 精沖材料及潤滑 精沖對(duì)材料的基本要求：1）必須具有良好的塑性和較大的變形能力。2）必須有良好的組織結(jié)構(gòu) 精沖時(shí)模具工作部分的潤滑是十分重要的，它有助于提高零件的光潔度和模具的壽命。要求潤滑劑具有高的耐壓力、良好的抗高溫性能及中性的化學(xué)特性。109第三章 沖裁5. 工藝力計(jì)算沖裁力壓邊力反壓力卸料力頂件力110第三章 沖裁6. 精沖工藝其它應(yīng)用a)錐形沉孔1）沉頭孔b)圓柱形沉孔111第三章 沖裁2）半沖孔圖3-11 沖凸

42、焊 圖3-9 沖凸臺(tái)圖3-10 沖凸柱112第三章 沖裁3）壓印和壓扁圖3-12 精沖壓印復(fù)合工藝過程示意圖圖3-13 壓扁零件113第三章 沖裁4）彎曲圖3-14 精沖切口彎曲復(fù)合工藝a)、b)內(nèi)形彎曲 c)外形彎曲114第三章 沖裁3.4.2 半精沖 分離機(jī)理與普通沖裁相同。但是由于加強(qiáng)了沖裁區(qū)的靜水壓效果，推遲了剪裂紋的發(fā)生，使光亮帶比例增加，斷面質(zhì)量明顯提高。 落料時(shí)凹模刃口帶小圓角，沖孔時(shí)凸模刃口帶小圓角，沖裁間隙為0.010.02mm，適于塑性好的材料。1）小間隙圓角刃口沖裁（光潔沖裁） 沖裁力： P（1.31.5）P普a) 落料 b) 沖孔115第三章 沖裁2）負(fù)間隙沖裁（擠壓沖

43、裁） 凸模直徑大于凹模直徑，一般為(0.050.3)t，沖裁時(shí)先形成一倒錐毛坯，再將其擠過凹模洞口。適于塑性好的材料。 負(fù)間隙沖裁 沖裁力： PCP普 C系數(shù)： 鋁 C=1.31.6 黃銅、軟鋼 C=2.252.8116第三章 沖裁3）上下沖裁4）對(duì)向凹模沖裁117第四章 彎曲 把平板毛坯、型材或管材彎成一定曲率、一定角度的成形工序稱為彎曲。彎曲材料：板料、棒料、型材、管材按彎曲毛坯板材彎曲型材彎曲管材彎曲按彎曲件形狀單角彎曲雙角彎曲多角彎曲按所用設(shè)備 拉彎（拉彎機(jī)）推彎（專用彎曲機(jī)）滾彎（滾彎機(jī)）折彎（折彎機(jī)）壓彎（普通壓力機(jī)）機(jī)）輥彎（滾壓成形機(jī)）激光彎曲（激光機(jī)）彎曲118第四章 彎曲1

44、19第四章 彎曲120第四章 彎曲4.1 彎曲變形分析 彎曲變形區(qū)是毛坯上曲率發(fā)生變化的部分，即圓角部分（如圖ABCD）。隨著彎矩的增大，彎曲變形經(jīng)歷了彈性彎曲、彈塑性彎曲及純塑性彎曲三個(gè)階段。圖4-3 彎曲毛坯變形區(qū)內(nèi)切向應(yīng)力分布 a）彈性彎曲; b）彈塑性彎曲; c）純塑性彎; d）無硬化純塑性彎曲 121第四章 彎曲 毛坯斷面上的切向應(yīng)力由外層的拉應(yīng)力過渡到內(nèi)層的壓應(yīng)力，中間必有一層金屬切向應(yīng)力為零，稱為應(yīng)力中性層。其曲率半徑用 表示。同樣，有一層金屬的切向應(yīng)變?yōu)榱?，稱之為應(yīng)變中性層。用 表示其曲率半徑。 彎曲變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)取決于變形程度和板材的相對(duì)寬度。當(dāng) b/t3時(shí)，稱為寬板；

45、當(dāng) b/t3時(shí)，稱為窄板。122第四章 彎曲窄板為平面應(yīng)力狀態(tài)， 立體應(yīng)變狀態(tài)寬板為立體應(yīng)力狀態(tài)， 平面應(yīng)變狀態(tài)123第四章 彎曲 彎曲變形程度 內(nèi)外表面切向應(yīng)變相等，且為最大值將 代入上式得: 彎曲變形區(qū)內(nèi)切向應(yīng)變分布如圖，在板厚方向不同位置上切向應(yīng)變 按線性規(guī)律分布，其值：圖4-6 彈塑性彎曲時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變a) 彎曲毛坯 b) 切向應(yīng)變分布 c) 切線應(yīng)力分布124第四章 彎曲 可見，彎曲毛坯外表面的變形程度與相對(duì)彎曲半徑r/t大致成反比關(guān)系。 由于彎曲變形程度不同（r/t不同），毛坯變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力分布都有性質(zhì)上的差別。 當(dāng)r/t200時(shí)，近似認(rèn)為彈塑性彎曲。 125第四章 彎曲

46、影響最小彎曲半徑的因素：1) 板材方向性 越小，彎曲時(shí)切向變形程度越大。在保證毛坯外層纖維不發(fā)生破壞的條件下，所能彎成零件內(nèi)表面最小圓角半徑，稱最小彎曲半徑 。生產(chǎn)中用它來表示彎曲時(shí)的成形極限。2) 材料機(jī)械性能3) 板材表面質(zhì)量與斷面質(zhì)量4) 彎曲件寬度126第四章 彎曲5) 彎曲件厚度6) 彎曲角127第四章 彎曲 彎曲變形特點(diǎn)：2）窄板彎曲為平面應(yīng)力、立體應(yīng)變狀態(tài)，寬板彎曲為立 體應(yīng)力、平面應(yīng)變狀態(tài)。1）圓弧部分為變形區(qū)，應(yīng)力中性層外側(cè)受切向拉應(yīng)力， 內(nèi)側(cè)受切向壓應(yīng)力。應(yīng)變中性層外側(cè)發(fā)生伸長變形， 內(nèi)側(cè)發(fā)生壓縮變形。3）彎曲成形極限主要受到板材外側(cè)拉裂限制，有時(shí)也受 內(nèi)側(cè)失穩(wěn)起皺限制。4

47、）由于彎曲變形特殊的受力狀態(tài)，彈復(fù)是影響彎曲件精 度的主要問題。128第四章 彎曲4.2 彎曲變形力學(xué)分析假設(shè)：1）彎曲過程中毛坯變形區(qū)任意位置上的橫截面始終保持為平面；2）彎曲過程中毛坯變形區(qū)的橫截面形狀和尺寸不發(fā)生變化；3）變形區(qū)受拉部分和受壓部分的硬化規(guī)律相同，即應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系相同。129第四章 彎曲 彎曲毛坯變形區(qū)內(nèi)切向應(yīng)變?cè)诤穸确较蛏系姆植迹?由應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，彎曲時(shí)塑性變形區(qū)內(nèi)切向應(yīng)力-應(yīng)變滿足以下函數(shù)關(guān)系： 而切向應(yīng)力沿厚度分布滿足以下函數(shù)關(guān)系 比較可知，毛坯橫斷面上切向應(yīng)力的分布曲線就是以另一個(gè)比例形式表示的硬化曲線。130第四章 彎曲 由平衡條件可知，塑性彎曲時(shí)，作用于毛坯的外

48、力矩應(yīng)等于由切向應(yīng)力所構(gòu)成的內(nèi)力矩，即131第四章 彎曲4.3 彎曲中的彈復(fù)（回彈） 塑性彎曲與任何塑性變形 一樣，在外載荷作用下，毛坯產(chǎn)生的變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成。外載荷除去后，塑性變形保留，彈性變形消失，使其形狀和尺寸都發(fā)生與加載時(shí)變形方向相反的變化，這種現(xiàn)象稱為彈復(fù)。 在彎曲加載過程中變形區(qū)的內(nèi)層和外層的應(yīng)力和應(yīng)變性質(zhì)相反，卸載時(shí)這兩部分的彈復(fù)變形方向也相反，而且總彈復(fù)量是內(nèi)層和外層彈復(fù)的疊加。因此，彈復(fù)尤其嚴(yán)重。 彎曲后卸載過程中的彈復(fù)現(xiàn)象表現(xiàn)為彎曲件的曲率變化及角度變化。132第四章 彎曲研究回彈的意義： 掌握彎曲件的回彈趨向，初定回彈量的大小，修正模具工作部分的形狀及尺

49、寸，減小模具在試模調(diào)整階段的工作量，保證彎曲件的質(zhì)量。133第四章 彎曲4.3.1 彈復(fù)分析 設(shè) 分別為彈復(fù)前及彈復(fù)后的中性層曲率半徑，彎曲中心角及內(nèi)表面圓角半徑，彈復(fù)現(xiàn)象如右圖。1. 曲率彈復(fù) 由拉伸曲線可知即金屬塑性變形過程中的卸載彈復(fù)量等于加載時(shí)同一載荷所產(chǎn)生的彈性變形。所以塑性彎曲的彈復(fù)量即為加載彎距所產(chǎn)生的彈性曲率變化。134第四章 彎曲 由于卸載過程是彈性變形，所以這里可以應(yīng)用計(jì)算彈性彎曲時(shí)彎矩與曲率變化量之間的公式135第四章 彎曲2. 角度彈復(fù) 用 表示角度彈復(fù)卸載時(shí)彎曲毛坯角度的彈復(fù)量：根據(jù)卸載前后中性層長度不變 136第四章 彎曲4.3.2 影響彈復(fù)的主要因素 1）材料機(jī)械

50、性能： 2）相對(duì)彎曲半徑： 3）彎曲角： 4）摩擦： 5）彎曲方式： 此外，非變形區(qū)的變形及彈復(fù)，材料性能的波動(dòng)、板厚公差等對(duì)彈復(fù)都有影響。137第四章 彎曲4.3.3 減小彈復(fù)的措施1. 補(bǔ)償法：利用毛坯不同部位上變形方向相反的特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整各種影響因素，使回彈補(bǔ)償變形。2. 軟凹模：通過調(diào)整剛性凸模壓入軟凹模的深度控制彎曲角度。圖4-13 軟凹模彎曲圖4-12 補(bǔ)償法138第四章 彎曲4. 拉彎 把凸模做成局部凸起的形狀，使凸模作用力集中作用在彎曲變形區(qū)，使之處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，使內(nèi)層金屬沿切向也產(chǎn)生伸長變形。3. 變形區(qū)局部加壓 主要用于曲率半徑較大的彎曲件。裝置及切向應(yīng)力狀態(tài)如右圖所示

51、。改變應(yīng)力狀態(tài)的彎曲方法139第四章 彎曲5. 提高制件結(jié)構(gòu)剛性 圖4-16 局部增加三角筋圖4-17 增加條形筋圖4-18 在環(huán)箍上壓筋圖4-19 U形結(jié)構(gòu)140第四章 彎曲4.4 彎曲力表4-1 彎曲力經(jīng)驗(yàn)公式141第四章 彎曲4.5 其他彎曲方法4.5.1 拉彎 對(duì)于曲率半徑很大的彎曲件，由于其變形較小，彈復(fù)很大，很難用普通彎曲方法成形，因此常采用拉彎工藝。 生產(chǎn)中經(jīng)常采用的是“預(yù)拉-彎曲-補(bǔ)拉”的復(fù)合方案。142第四章 彎曲4.5.2 滾彎（卷板） 滾彎工藝被廣泛的用于圓筒形及圓錐形零件的彎曲成形。通過相對(duì)于板料送進(jìn)量調(diào)整輥輪位置，也可以制作四邊形、橢圓形及其它非圓斷面的零件。還可以用

52、于筒形件的凸緣加工以及由帶料制作異形環(huán)、型材的彎曲加工等。 143第四章 彎曲4.5.3 輥彎（滾壓）成形 滾壓成形是由各組成形輥輪順次彎曲并向前送進(jìn)的。板料從輥輪的入口一面彎曲一面向前送進(jìn)，至輥輪中心（斷面4）處即成形完畢，并從輥輪中穿出來。 滾壓成形可用于加工軟鋼、有色金屬及其合金、不銹鋼及其他金屬材料。帶料寬度可達(dá)2000mm，料厚0.120。制件長度從理論上講可以是任意的。144五章 拉深拉深也稱拉延，利用模具使平面毛坯成為開口空心零件的沖壓工藝方法。145五章 拉深 由于各種拉深件，由于變形區(qū)位置變形性質(zhì)，變形分布，應(yīng)力狀態(tài)及分布規(guī)律都有很大的區(qū)別。因此確定工藝參數(shù)、工序數(shù)目及順序、

53、模具設(shè)計(jì)均有差別。直壁回轉(zhuǎn)體件拉深（圓筒形件、帶法蘭圓筒形件、階梯形件等）直壁非回轉(zhuǎn)體件拉深（盒形件、橢圓形件等）曲面回轉(zhuǎn)體件拉深（球面零件、錐面零件、拋物面零件等）曲面非回轉(zhuǎn)體件拉深（不規(guī)則形狀零件、汽車覆蓋件等復(fù)雜形狀件）拉 深146五章 拉深a) 軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)體拉深件b) 盒形件c) 不對(duì)稱拉深件147五章 拉深5.1 圓筒形件拉深5.1.1 圓筒形件拉深變形分析 直徑為D0的平面形狀毛坯，在拉深模里受凸模的作用，被拉入凹模，成為開口的圓筒形零件。148五章 拉深 根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的不同，可將拉深過程的毛坯分為五個(gè)部分。1) 法蘭部分變形區(qū)，徑向拉應(yīng)力，切向壓應(yīng)力；2) 凸模圓角部位傳力區(qū)

54、，危險(xiǎn)斷面，直接影響極限變形程度；3) 側(cè)壁部分已變形區(qū)、傳力區(qū)，受單向拉應(yīng)力作用；4) 凹模圓角部位傳力區(qū)；5) 底部不變形區(qū)、傳力區(qū)，材料受兩向拉應(yīng)力作用，厚度略有變薄。149五章 拉深 拉深過程中毛坯厚度變化，側(cè)壁上部厚度增加約為18%，而靠近底部圓角部分上板料厚度最小，厚度減小近9%。150五章 拉深圓筒形拉深變形特點(diǎn)可歸納如下：1)法蘭部分為變形區(qū)，切向受壓、徑向受拉的應(yīng)力狀態(tài)，在 切向產(chǎn)生壓縮變形，在徑向產(chǎn)生伸長變形。在切向壓應(yīng)力作用下，有失穩(wěn)起皺的危險(xiǎn)。2)變形后，毛坯厚度發(fā)生變化?？拷鼓A角處毛坯變薄最嚴(yán)重，為危險(xiǎn)斷面。3)極限變形程度主要受傳力區(qū)承載能力的限制，有時(shí)也受變形

55、區(qū)失穩(wěn)起皺的限制。151五章 拉深5.1.2 圓筒形件拉深力學(xué)分析 根據(jù)圓筒形零件拉深時(shí)毛坯內(nèi)各部分的受力情況與應(yīng)力狀態(tài)的不同，可以把毛坯分為三個(gè)部分：1)毛坯的變形區(qū)，即法蘭部分，受徑向拉應(yīng)力r和切向壓應(yīng)力的作用；2)直壁部分處于只有軸向拉應(yīng)力a作用的線性應(yīng)力狀態(tài)；3)毛坯的底部受雙向拉應(yīng)力的作用，相當(dāng)于四周受周向拉應(yīng)力作用的圓板。152五章 拉深 由凸模作用力P 引起的毛坯側(cè)壁內(nèi)的拉應(yīng)力a=p沿圓周方向的分布是均勻的，其數(shù)值大小應(yīng)能引起拉深毛坯變形區(qū)毛坯的法蘭部分產(chǎn)生塑性變形。拉應(yīng)力的數(shù)值為式中 是拉深變形區(qū)產(chǎn)生塑性變形所必需的徑向拉應(yīng)力，其值決定于 板材的機(jī)械性能與拉深時(shí)的變形程度克服由

56、于壓邊力Q引起的毛坯于壓邊圈和凹模表面之間摩擦阻 力必須增加的拉應(yīng)力部分，其值為 克服毛坯在凹模圓角區(qū)范圍內(nèi)產(chǎn)生的彎曲變形阻力而必須增加 的拉應(yīng)力部分，其近似值取為 考慮毛坯沿凹模圓角表面滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力的系數(shù)； 摩擦系數(shù)。 153五章 拉深154五章 拉深平衡條件將塑性條件代入并整理得積分可得拉深變形區(qū)內(nèi)各點(diǎn)上的切向應(yīng)力的計(jì)算式：155五章 拉深 計(jì)算可得的變形區(qū)內(nèi)徑向應(yīng)力與切向應(yīng)力的分布。 由圖中的分布曲線可以看出：徑向拉應(yīng)力的數(shù)值，在變形區(qū)外緣為零，而在變形區(qū)內(nèi)邊緣，即凹模入口處達(dá)到最大值。切向壓應(yīng)力的數(shù)值，在變形區(qū)內(nèi)邊緣最小，在變形區(qū)外邊緣達(dá)最大值。徑向拉應(yīng)力最大值為拉深時(shí)所必須的

57、拉應(yīng)力 156五章 拉深 分析上式可知，拉深力決定于拉深變形程度、材料機(jī)械性能、零件尺寸、凹模圓角半徑、潤滑等。此時(shí)可得拉深力： 第二次拉深：式中，K1、K2系數(shù)，可查表。生產(chǎn)中常用經(jīng)驗(yàn)公式 第一次拉深： 157五章 拉深5.1.3 拉深系數(shù)及拉深次數(shù)1. 拉深系數(shù) 拉深系數(shù)每次拉深后圓筒工件的直徑與拉深前毛坯（或半成品）的直徑之比。 對(duì)于第一次拉深 ；以后各次拉深 拉深比拉深系數(shù)的倒數(shù) K=1/m 拉深系數(shù)、拉深比均為拉深變形程度的一種表示方法。158五章 拉深 為保證拉深變形順利進(jìn)行，必須保證變形區(qū)為弱區(qū)，傳力區(qū)為強(qiáng)區(qū)，而且強(qiáng)弱程度的差別越大，拉深過程就越穩(wěn)定。在保證變形區(qū)為弱區(qū)的條件下，

58、所能采用的最小拉深系數(shù)稱為極限拉深系數(shù)。極限拉深系數(shù)影響因素： 1）板材內(nèi)部組織和力學(xué)性能； 2）板材相對(duì)厚度； 3）模具結(jié)構(gòu)及間隙； 4）潤滑條件； 5）拉深方式； 6）拉深速度。 凡是能增加毛坯傳力區(qū)拉應(yīng)力及減小危險(xiǎn)斷面強(qiáng)度的因素均能使極限拉深系數(shù)加大；相反，凡是可以降低毛坯傳力區(qū)拉應(yīng)力及增加危險(xiǎn)斷面強(qiáng)度的因素都有助于使變形區(qū)成為相對(duì)的弱區(qū)，所以能降低極限拉深系數(shù)。159五章 拉深2. 拉深次數(shù) 當(dāng)拉深系數(shù)過小時(shí)，由于拉深力超過側(cè)壁承載能力而使拉深失敗，此時(shí)可采用多次拉深。 拉深次數(shù)及中間各工序毛坯直徑可通過查圖法、計(jì)算法、推算法等確定。 160五章 拉深5.1.4 起皺及防皺措施1. 起

59、皺 起皺是毛坯變形區(qū)在切向壓應(yīng)力 的作用下失穩(wěn)所造成的。起皺不利于拉深變形： 1）由于起皺，毛坯不能被拉過凸凹模間隙面而 拉斷； 2）即使拉過凸凹模間隙，也會(huì)留下起皺痕跡而 影響質(zhì)量2. 起皺影響因素 1）毛坯相對(duì)厚度t/D；2）拉深系數(shù)m；3）材料機(jī)械性能；4）凹模工作部分形狀161五章 拉深3. 防皺措施：主要采用壓邊圈防皺。2）用于雙動(dòng)沖床的剛性壓邊圈 主要靠調(diào)整壓邊圈與凹模表面間隙保證防皺。1）用于單動(dòng)沖床的彈性壓邊圈 常用動(dòng)力源為橡膠、彈簧、氣墊。162五章 拉深5.1.5 帶法蘭圓筒形件拉深1. 拉深系數(shù)及成形極限 拉深系數(shù) 當(dāng)?shù)撞颗c法蘭根部半徑相等且為R時(shí)，毛坯直徑為：此時(shí) 拉深

60、系數(shù)mF與相對(duì)法蘭直徑 dF/d 、相對(duì)拉深高度 h/d有關(guān)。帶法蘭圓筒形零件首次拉深的成形極限可以用首次極限拉深系數(shù)mF表示，也可用極限拉深相對(duì)高度h/d表示。163五章 拉深2. 帶法蘭圓筒形件的多次拉深1）是否需多次拉深的判斷方法帶法蘭零件拉深計(jì)算曲線164五章 拉深2）多次拉深原則 c)模具設(shè)計(jì)時(shí)，通常將第一次拉入凹模的毛坯面積加大35，第二次多拉入13。這部分多余的金屬逐步分配到以后各次拉深中，以補(bǔ)充計(jì)算誤差及厚度的增加，同時(shí)便于試模調(diào)整。 b)以后各次拉深中，僅筒形部分參加變形，逐步減小其直徑，而法蘭部分不再變形。（因其很小的變形都將引起傳力區(qū)的過大拉力而發(fā)生破壞）。 a)先拉深成