材料力學(xué)測試原理及試驗(yàn)課件

《金屬塑性成形綜合實(shí)驗(yàn)》

之板材性能測試綜合實(shí)驗(yàn)

ComprehensiveExperimentofPlasticityShapingForging主要內(nèi)容第一部分

緒論主要介紹綜合實(shí)驗(yàn)課開設(shè)的目的和意義。第二部分金屬板材的分類及工業(yè)應(yīng)用第一節(jié)：金屬板材的分類第二節(jié)：工業(yè)應(yīng)用第三部分金屬板材成形性能測試實(shí)驗(yàn)主要介紹金屬板材的各種性能測試實(shí)驗(yàn)的目的、方法及內(nèi)容。第一部分緒論基本概念1：成形性能是指金屬薄板在沖壓成形過程中抵抗破裂的能力，即薄板在指定加工過程中產(chǎn)生塑性變形而不失效的能力。成形性能研究的重點(diǎn)是成形極限的大小，也就是薄板發(fā)生破裂前能夠獲得的最大變形程度。第一部分緒論基本概念2：板材成形性能測試是測量金屬板材成型性能好壞最有效的方法，金屬板材成形工藝及模具在航空航天、汽車運(yùn)輸、電子電器、儀表家電、醫(yī)療器械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是材料成形及控制工程專業(yè)的發(fā)展方向之一。第一部分緒論綜合實(shí)驗(yàn)開設(shè)的目的：板材成形性能測試能全面了解金屬板材的成形性能、流動(dòng)規(guī)律，了解金屬板材成形時(shí)的起皺、破裂等缺陷。通過金屬板材的成形性能，預(yù)測成形缺陷，掌握測試和實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)而能夠掌握和設(shè)計(jì)金屬板材成形工藝，并用于指導(dǎo)模具設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇。綜合實(shí)驗(yàn)開設(shè)的意義：本綜合實(shí)驗(yàn)的開設(shè)將有效鍛練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索學(xué)科理論的熱情。第一部分緒論綜合實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)：體現(xiàn)專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用和學(xué)生自主參與、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新的特點(diǎn)；注重理論聯(lián)系實(shí)際，以目前國內(nèi)先進(jìn)的測試手段為基礎(chǔ)組織教學(xué)。第一部分緒論《金屬塑性成形綜合實(shí)驗(yàn)》

之板材性能測試綜合實(shí)驗(yàn)第二部分金屬板材成形基本知識(shí)一、常用金屬板材的分類及牌號(hào)我們通常所說的板材，是指薄鋼板（帶）；而所謂的薄鋼板，是指板材厚度小于4mm的鋼板，它分為熱軋板和冷軋板。眾所周知，在家電制造領(lǐng)域里，冷軋板以及以冷軋板為原板的鍍鋅板的用途十分廣泛，冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、微波爐、燃?xì)鉄崴鞯鹊鹊牧慵牧系倪x用都與它緊密相連。國內(nèi)板材牌號(hào)及標(biāo)記的識(shí)別

1.1冷軋普通薄鋼板冷軋薄鋼板是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼冷軋板的簡稱，俗稱冷板。它是由普通碳素結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼帶，經(jīng)過進(jìn)一步冷軋制成厚度小于4mm的鋼板。由于在常溫下軋制，不產(chǎn)生氧化鐵皮，因此，冷板表面質(zhì)量好，尺寸精度高，再加之退火處理，其機(jī)械性能和工藝性能都優(yōu)于熱軋薄鋼板，在許多領(lǐng)域里，特別是家電制造領(lǐng)域，已逐漸用它取代熱軋薄鋼板。適用牌號(hào)：Q195、Q215、Q235、Q275；符號(hào)：Q—普通碳素結(jié)構(gòu)鋼屈服點(diǎn)（極限）的代號(hào)，它是“屈”的第一個(gè)漢語拼音字母的大小寫；195、215、235、255、275—分別表示它們屈服點(diǎn)（極限）的數(shù)值，單位：兆帕MPa（N/mm2）；由于Q235鋼的強(qiáng)度、塑性、韌性和焊接性等綜合機(jī)械性能在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼中屬最了，能較好地滿足一般的使用要求，所以應(yīng)用范圍十分廣泛。標(biāo)記：尺寸精度—尺寸—鋼板品種標(biāo)準(zhǔn)冷軋鋼板：鋼號(hào)—技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記示例：B-0.5×750×1500-GB708-88冷軋鋼板：Q225-GB912-89產(chǎn)地：鞍鋼、武鋼、寶鋼等1.2冷軋優(yōu)質(zhì)薄鋼板同冷軋普通薄鋼析一樣，冷軋優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼薄鋼板也是冷板中使用最廣泛的薄鋼板。冷軋優(yōu)質(zhì)碳素薄鋼板是以優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼為材質(zhì)，經(jīng)冷軋制成厚度小于4mm的薄板。適用牌號(hào)：08、08F、10、10F符號(hào)：08、10—鋼號(hào)開頭的兩位數(shù)字表示鋼的含碳量，以平均碳含量×100表示；F—不脫氧的沸騰鋼；b—半鎮(zhèn)靜鋼，Z—一般脫氧的鎮(zhèn)靜鋼（有時(shí)無字母表示）。例如：08F表示其平均含碳量為0.08%的不脫氧沸騰鋼；由于08F鋼板的塑性好，沖壓性能也好，大多用來制造一般有拉延結(jié)構(gòu)的鈑金件制品。拉延級(jí)別：Z—最深拉延級(jí)，S—深拉延級(jí)，P—普通拉延級(jí)表面質(zhì)量：Ⅰ—高級(jí)的精整表面、Ⅱ—較高級(jí)的精整表面、Ⅲ—普通的精整表面標(biāo)記：尺寸精度—尺寸—鋼板品種標(biāo)準(zhǔn)冷軋板：鋼號(hào)—表面質(zhì)量組別——拉延組別—技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)地：鞍鋼、武鋼、太鋼、撫順鋼廠、大連鋼廠、沈陽鋼廠、重慶鋼廠和寶鋼等1.3深沖壓用冷軋薄鋼板深沖壓冷軋薄鋼板多半用鋁脫氧的鎮(zhèn)靜鋼，屬于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。由于它的塑性非常好，具有優(yōu)良的深拉延特性，所以被廣泛用于需要比較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的深拉延的制品上。適用牌號(hào)：08A1符號(hào)：08-鋼號(hào)開頭的兩位數(shù)字表示鋼的含碳量，以平均碳含量×100表示；A1-使用鋁脫氧的鎮(zhèn)靜鋼。表面質(zhì)量：Ⅰ-特別高級(jí)精整表面，Ⅱ-高級(jí)精整表面，Ⅲ-較高級(jí)精整表面；拉延性能級(jí)別：ZF-可拉延最復(fù)雜件，HF-可拉延很復(fù)雜件，F(xiàn)-可拉延復(fù)雜件。標(biāo)記：尺寸精度—尺寸—鋼板品種標(biāo)準(zhǔn)冷軋板：鋼號(hào)—表面質(zhì)量組別—拉延組別—技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記示例：A-1.0×750×1500-GB708-88冷軋板：08AⅠ-Ⅱ-HF-GB5213-85產(chǎn)地：鞍鋼、武鋼、寶鋼、太鋼和重慶鋼廠等日本板材牌號(hào)及識(shí)別1.4日本冷軋?zhí)妓乇′摪暹m用牌號(hào)：SPCC、SPCD、SPCE符號(hào)：S-鋼（Steel）、P-板（Plate）、C-冷軋（cold）、第四位C-普通級(jí)（common）、D-沖壓級(jí)（Draw）、E-深沖級(jí)（Elongation）熱處理狀態(tài)：A—退火、S-退火+平整、8—（1/8）的硬質(zhì)、4—（1/4）的硬質(zhì)、2—（1/2）的硬質(zhì)、1—硬質(zhì)。拉延性能級(jí)別：ZF—用于沖制拉延最復(fù)的零件，HF—用于沖制拉延很復(fù)的零件，F(xiàn)—用于沖制拉延復(fù)的零件。表面加工狀態(tài)：D—麻面（軋輥經(jīng)磨床加工后噴丸處理），B—光亮表面（軋輥經(jīng)磨床精加工）。表面質(zhì)量：FC—高級(jí)的精整表面，F(xiàn)B—較高級(jí)的精整表面。狀態(tài)、表面加工狀態(tài)、表面質(zhì)量代號(hào)、拉延級(jí)別（僅對SPCE）、產(chǎn)品規(guī)格及尺寸、外形精度（厚度和/或?qū)挾?、長度、不平度）。標(biāo)記示例：鋼板、標(biāo)準(zhǔn)號(hào)Q/BQB402，牌號(hào)SPCC，熱處理狀態(tài)退火+平整（S），表央加工狀態(tài)為麻面D，表面質(zhì)量為FB級(jí)的切邊（切邊EC，不切邊EM）鋼板、厚度0.5mm，B級(jí)精度，寬度1000mm，A級(jí)精度，長度2000mm，A級(jí)精度，不平度精度為PF.A，則標(biāo)記為：鋼板ECQ/BQB402-SPCC-SD-FB/（0.5×1000A×2000A-PF.A）產(chǎn)地：寶鋼、臺(tái)灣、日本、南韓浦項(xiàng)等德國板材牌號(hào)1.5德國冷軋?zhí)妓乇′摪暹m用牌號(hào)：st12、st13、st14、st15、st14-T符號(hào)：ST-鋼（Steel）、12-普通級(jí)冷軋薄鋼板、13-沖壓級(jí)冷軋薄鋼板、14-深沖級(jí)冷軋薄鋼板、15-特深沖級(jí)冷軋薄鋼板、14-T-超級(jí)冷軋薄鋼板。表面質(zhì)量：FC-高級(jí)的精整表面，F(xiàn)B-較高級(jí)的精整表面。表面結(jié)構(gòu)：b-特別光滑、g-平滑、m-無光澤、r-粗糙。標(biāo)記：產(chǎn)品名稱（鋼板或鋼帶）、本產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、表面質(zhì)量代號(hào)、拉延級(jí)別（僅對St14、St14-T、St15）、表面結(jié)構(gòu)、邊緣狀態(tài)（切邊EC，不切邊EM）、產(chǎn)品規(guī)格及尺寸、外形精度（厚度和/或?qū)挾?、長度、不平度）。標(biāo)記示例：鋼板、標(biāo)準(zhǔn)號(hào)Q/BQB403，牌號(hào)St14，表面結(jié)構(gòu)為特別平滑（b），表面質(zhì)量為FC，切邊（EC），厚度0.8mm，A級(jí)精度、寬度1200mm，A級(jí)精度，長度2000mm，A級(jí)精度，不平度為PF.B精度，標(biāo)記為：Q/BQB403St14-FC-ZF-b鋼板EC：0.8A×1200A×2000A-PF.B產(chǎn)地：寶鋼、德國等俄羅斯板材牌號(hào)1.6俄羅斯冷軋?zhí)妓乇′摪暹m用牌號(hào)：CT-3kП、08kП、08ПC符號(hào)：CT-普通鋼、kП-沸騰鋼、ПC-鎮(zhèn)靜鋼。產(chǎn)地：俄羅斯我國與上述三個(gè)國家的標(biāo)準(zhǔn)鋼板牌號(hào)近似對照

二、金屬板材的應(yīng)用金屬板材廣泛應(yīng)用于人們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中,如日用五金、家電、汽車、飛機(jī)、船舶、航天、軍工等領(lǐng)域。塑性成型的應(yīng)用機(jī)械航空航天船舶軍工儀器儀表電器日用五金湖南同心實(shí)業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的部分模具板材成形工藝的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

1．可以節(jié)省金屬材料,材料利用率高；

3．工件可以達(dá)到較高的精度；

4．具有很高的生產(chǎn)率。缺點(diǎn)：

1．投資大，經(jīng)費(fèi)多，是制約新產(chǎn)品迅速投產(chǎn)的瓶頸；

2．一定程度的環(huán)境污染。三、金屬板材成形基本知識(shí)板材成形工藝的分類成形工藝生產(chǎn)過程簡述沖壓工藝介紹冷沖壓熱沖壓金屬在常溫下的加工，一般適用于厚度小于4mm的坯料。優(yōu)點(diǎn)為不需加熱、無氧化皮，表面質(zhì)量好，操作方便，費(fèi)用較低。缺點(diǎn)是有加工硬化現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)使金屬失去進(jìn)一步變形能力。冷沖壓要求坯料的厚度均勻且波動(dòng)范圍小，表面光潔、無斑、無劃傷等。

將金屬加熱到一定的溫度范圍的沖壓加工方法。優(yōu)點(diǎn)為可消除內(nèi)應(yīng)力，避免加工硬化，增加材料的塑性，降低變形抗力，減少設(shè)備的動(dòng)力消耗。

沖裁拉深彎曲脹形翻邊復(fù)合成型

1．深入研究沖壓變形的基本規(guī)律、變形理論、失穩(wěn)理論與極限變形程度等；應(yīng)用有限元、邊界元等技術(shù)，對沖壓過程進(jìn)行數(shù)字模擬分析，從而優(yōu)化沖壓工藝方案，使塑性變形理論逐步起到對生產(chǎn)過程的直接指導(dǎo)作用。

2．研究各種新材料的沖壓成形性能，不斷發(fā)展和改善沖壓成形技術(shù)。

3．開發(fā)并應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)（CAD/CAM），發(fā)展高精度、高壽命模具。

4．推廣應(yīng)用數(shù)控沖壓設(shè)備、沖壓柔性加工系統(tǒng)（FMS）、多工位高速自動(dòng)沖壓機(jī)以及智能機(jī)器人送料取件，進(jìn)行機(jī)械化與自動(dòng)化的流水線沖壓生產(chǎn)。

5.不斷發(fā)展和應(yīng)用精沖與半精沖、液壓成形、旋壓成形、爆炸成形、電水成形、電磁成形、超塑成形等技術(shù),取代傳統(tǒng)的沖壓加工方法

現(xiàn)代沖壓加工發(fā)展趨勢

《金屬塑性成形綜合實(shí)驗(yàn)》

之板材性能測試綜合實(shí)驗(yàn)第三部分金屬板材成形性能測試實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目板材單向拉伸實(shí)驗(yàn)，拉深實(shí)驗(yàn)，彎曲實(shí)驗(yàn)，杯突實(shí)驗(yàn)，液壓脹形實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)孔實(shí)驗(yàn)，錐杯實(shí)驗(yàn)，剛模脹形實(shí)驗(yàn)，凸耳實(shí)驗(yàn)等。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解沖壓成形性能測試實(shí)驗(yàn)的原理、方法、設(shè)備；通過單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，綜合了解金屬板料對各種沖壓加工的適應(yīng)能力，即其沖壓成形性能。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一板材單向拉伸試驗(yàn)單向拉伸試驗(yàn)是在普通的萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的。它是衡量金屬薄板機(jī)械性能的最簡單最普通的方法。根據(jù)單向拉伸試驗(yàn)所提供的機(jī)械性能，可以定性估計(jì)材料的冷壓成形性能。評價(jià)指標(biāo)利用板材的單想拉伸試驗(yàn)可以得到許多與板材沖壓性能密切相關(guān)的試驗(yàn)值，如屈服點(diǎn)σs、抗拉強(qiáng)度σb、屈服比σs/σb、均勻伸長率δu、硬化指數(shù)n以及各向異性系數(shù)r；觀察材料在拉伸試驗(yàn)中的各種現(xiàn)象，并繪出拉伸曲線和名義應(yīng)力拉伸曲線；注意觀察斷口形貌。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二液壓脹形試驗(yàn)這一試驗(yàn)方法稱為液壓脹形試驗(yàn)或雙向拉伸試驗(yàn)而我們對金屬板材成形性能所關(guān)心的是材料的塑性變形，雙向拉伸實(shí)際應(yīng)力曲線所提供的較長的塑性變形階段，對金屬薄板成形性能研究與檢測是非常有利的。雙向拉伸實(shí)際應(yīng)力曲線比單向拉抻實(shí)際應(yīng)力曲線更準(zhǔn)確。沒有硬模成形時(shí)的摩擦力影響。因此，不會(huì)因?yàn)闈櫥潭炔煌?，使試?yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生大的誤差。評價(jià)指標(biāo)測量縮頸區(qū)或破裂區(qū)附近的網(wǎng)格圓長軸和短軸尺寸，由此計(jì)算金屬薄板允許的局部表面極限主應(yīng)變量。液壓漲形試驗(yàn)與剛模漲形試驗(yàn)原理基本相同。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三杯突試驗(yàn)杯突試驗(yàn)是評價(jià)金屬薄板拉深、脹形的一種簡便的試驗(yàn)方法。

1.杯突凹模2.杯突凸模3.杯突壓邊圈4.杯突凹模座5.杯突壓邊圈座評價(jià)指標(biāo)各國以IE值做為評價(jià)金屬薄板成形性能的主要指數(shù)。我國已制定了這一試驗(yàn)方法的國家標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四拉深試驗(yàn)沖杯試驗(yàn)已經(jīng)接近于實(shí)際生產(chǎn)，所測得的數(shù)據(jù)完全可以用于生產(chǎn)工藝。在金屬薄板成形方式中，拉深是一種重要的形式，可以用極限拉深比LDR判斷零件的深度是否能夠成形出來。因此，沖杯試驗(yàn)是模擬試驗(yàn)中重要的試驗(yàn)。1.定位銷2.導(dǎo)向帽3.拉深凹模4.彈簧