沖壓成形的基本理論

沖壓成形的基本理論1第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日1.2沖壓成形的基本理論第一節(jié)金屬塑性變形概述第二節(jié)影響塑性及變形抗力的主要因素第三節(jié)金屬塑性變形的力學(xué)條件第四節(jié)沖壓成形性能2第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日

1.1金屬塑性變形的基本概念在外力的作用下，金屬產(chǎn)生的形狀和尺寸變化稱為變形，變形分為彈性變形(elasticdeformation)與塑性變形(plasticdeformation)．

彈性(elasticity)：卸載后變形可以恢復(fù)特性，可逆性。塑性(plasticity)：物體產(chǎn)生永久變形的能力，不可逆性。1.1.1塑性變形的物理概念

外力破壞原子間原有的平衡狀態(tài)，造成原子排列的畸變，引起金屬形狀和尺寸的變化。變形的實質(zhì)是原子間的距離產(chǎn)生變化。

塑性變形：金屬形狀和尺寸產(chǎn)生永久改變，這種改變不可恢復(fù)，該變形稱為塑性變形。

第一節(jié)金屬塑性變形概述3第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日塑性：表示材料塑性變形的能力。它是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。第二節(jié)影響塑性及變形抗力的主要因素影響因素內(nèi)在因素——金屬本身的晶格類型、化學(xué)成分和金相組織等。外部因素——變形方式（機械因素即應(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）變形抗力：金屬在外力作用下抵抗塑性變形的能力，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。塑性指標(biāo)：衡量金屬塑性高低的參數(shù)。常用塑性指標(biāo)為延伸率δ和斷面收縮率。

4第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日點的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)：通常是圍繞該點取出一個單元六面體，用該單元體上三個相互垂直面上的九個應(yīng)力分量來表示。已知該九個應(yīng)力分量，則過此點任意切面上的應(yīng)力都可求得。

5第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日主應(yīng)力狀態(tài)最大切應(yīng)力等效應(yīng)力6第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日主應(yīng)變狀態(tài)類似有應(yīng)變狀態(tài)的概念。體積不變規(guī)律金屬材料在塑性變形時，體積變化很小，可以忽略不計。一般認(rèn)為金屬材料在塑性變形時體積不變，可證明滿足：7第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日一、應(yīng)力－應(yīng)變曲線第四節(jié)金屬塑性變形的力學(xué)條件OA——為彈性變形階段A點——屈服點ABG——均勻塑性變形階段G點——失穩(wěn)點K點——斷裂點8第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日金屬受外力作用產(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)生加工硬化現(xiàn)象：塑性變形對金屬組織和性能的影響金屬的機械性能，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，變形后作為殘余應(yīng)力保留在材料內(nèi)部。

9第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日真實應(yīng)力：金屬材料在塑性變形過程中產(chǎn)生硬化，屈服應(yīng)力不斷變化，這種變化著的實際屈服應(yīng)力就是真實應(yīng)力。真實應(yīng)變：正確反映瞬態(tài)變形的基礎(chǔ)上，真實地反映了塑性變形的積累過程。瞬時真實應(yīng)變：總的真實應(yīng)變：10第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日硬化曲線：實際應(yīng)力-應(yīng)變曲線或真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線，表示硬化規(guī)律。這種變化規(guī)律可近似用指數(shù)曲線表示。

加工硬化導(dǎo)致變形抗力不斷升高。

A’G’——均勻塑性變形階段G’K’——已產(chǎn)生縮頸的變形階段11第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日二、屈服條件屈服——塑性狀態(tài)屈服條件——研究材料進(jìn)入塑性狀態(tài)的力學(xué)條件。即材料開始屈服時各個應(yīng)力分量之間的關(guān)系。也叫屈服準(zhǔn)則、塑性條件、塑性方程。Tresca屈服準(zhǔn)則：當(dāng)材料中的最大切應(yīng)力達(dá)到某一定值時，材料就開始屈服。12第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日Mises屈服準(zhǔn)則：當(dāng)材料中的等效應(yīng)力i達(dá)到某一定值時，材料就開始屈服。應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)用舉例1.0單向應(yīng)力狀態(tài)脹形、翻邊1.155平面應(yīng)變狀態(tài)寬板彎曲1.1其它應(yīng)力狀態(tài)縮口、拉深13第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日三、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)；塑性變形階段：應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系則是非線性的、不可逆的，與加載歷史有關(guān)。增量理論：每個應(yīng)變分量的增量與對應(yīng)的應(yīng)力分量成正比。每一瞬間的應(yīng)力只與該瞬間的應(yīng)變增量有關(guān)，而與該瞬間的應(yīng)變值無關(guān)。14第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日全量理論：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)變差成正比例。簡單加載：在塑性變形發(fā)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。應(yīng)力狀態(tài)可確定塑性應(yīng)變分量。15第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日全量理論體積不變規(guī)律分析沖壓成形時板材的應(yīng)力與應(yīng)變

球應(yīng)力狀態(tài)：不產(chǎn)生塑性變形，僅有彈性變形存在平面變形：中間應(yīng)力為其他兩個應(yīng)力的平均值寬板彎曲16第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日雙向等拉：拉應(yīng)力方向為伸長變形，其余方向為壓縮變形，變形量為伸長變形的兩倍。單向拉應(yīng)力：拉應(yīng)力方向伸長變形，其余方向為壓縮變形，變形量為伸長變形的一半翻邊變形的邊緣平面毛坯脹形單向壓應(yīng)力：壓應(yīng)力方向壓縮變形，其余方向為伸長變形，變形量為壓縮變形的一半縮口變形的邊緣雙向等壓：壓應(yīng)力方向為壓縮變形，其余方向為拉伸變形，變形量為壓縮變形的兩倍。17第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日三向拉應(yīng)力：最大拉應(yīng)力方向是伸長變形最小拉應(yīng)力方向是壓縮變形三向壓應(yīng)力：最小壓應(yīng)力（絕對值最大）方向是壓縮變形最大壓應(yīng)力（絕對值最?。┓较蚴巧扉L變形18第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日（1）應(yīng)力分量與應(yīng)變分量符號不一定一致，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1＞

2＞

3，則有1＞

2＞

3。（4）若有兩個應(yīng)力分量相等，則對應(yīng)的應(yīng)變分量也相等，即若1＝2，則有

1＝

2。幾點結(jié)論19第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日伸長類變形當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)內(nèi)的拉應(yīng)力的絕對值最大時，在這個方向上的變形一定是伸長變形，這種沖壓變形稱為伸長類變形。當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)內(nèi)的壓應(yīng)力的絕對值最大時，在這個方向上的變形一定是壓縮變形，這種沖壓變形稱為壓縮類變形。一般以變形區(qū)板材變薄為特征。如脹形、圓孔翻邊、擴口、拉形等屬于伸長類變形。壓縮類變形一般以變形區(qū)板厚增加為特征。如筒形件拉深、縮口等屬于壓縮類變形。容易使變形區(qū)在拉應(yīng)力作用下過度變薄而破壞。容易使變形區(qū)在壓應(yīng)力作用下失穩(wěn)而起皺。20第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日

1．材料的沖壓成形性能第六節(jié)沖壓材料及其沖壓成形性能材料的沖壓性能好成形極限高成形質(zhì)量好便于沖壓加工沖壓成形性能是一個綜合性的概念抗破裂性貼模性材料對各種沖壓成形方法的適應(yīng)能力。沖壓加工的依據(jù)。定形性21第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日抗破裂性：材料在塑性變形過程中抵抗破裂的能力。貼模性：板料在沖壓過程中取得與模具一致的能力。定形性：零件脫模后保持其在模內(nèi)既得形狀的能力。材料抗破裂性差會導(dǎo)致零件嚴(yán)重?fù)p壞且無法修復(fù)，因而它是評價板料沖壓成形性能的主要指標(biāo)。一般抗破裂性是用沖壓成形工藝中的最大變形程度即成形極限來表示。影響貼模性的因素有成形中的鼓包、塌陷、起皺等幾何缺陷。影響貼模性的最主要因素是回彈。22第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日

2．沖壓成形性能的試驗方法間接試驗：拉伸試驗、硬度試驗、金相試驗等。機械（力學(xué)）性能指標(biāo)：伸長率：越大，塑性越好，抗破裂性越好。屈服極限s：越小，材料容易屈服，成形后回彈小，貼模性和定形性越好。屈強比s／b：越小，材料由屈服到破裂前的塑性變形階段長，抗破裂性越好，同時回彈小，定形性好。硬化指數(shù)n：表示材料在塑性變形中的硬化程度。n越大硬化效應(yīng)大，對后續(xù)變形不利，但抗縮頸能力強，抗破裂性也越好。23第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日板厚方向性系數(shù)r：板料試樣在試驗中，試樣的寬向和厚向應(yīng)變之比。r值反映了板厚方向和板料平面方向之間變形難易程度的差異。r值大，板料平面方向容易變形，板厚方向較難變形，板料不易拉裂和起皺，抗破裂性和貼模性較好。板平面方向性系數(shù)r：板料平面上存在的各向異性。r值大，平面不同方向變形不同，易出現(xiàn)“凸耳”現(xiàn)象，增加材料消耗，影響沖壓件質(zhì)量。應(yīng)盡是降低r值。24第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日板料的機械性能與沖壓成形性能的關(guān)系板料的強度指標(biāo)越高，產(chǎn)生相同變形量的力就越大；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)起皺的能力就越大。

不同沖壓工序?qū)Π辶系臋C械性能的具體要求有所不同。25第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日3．常用沖壓材料（1）對沖壓材料的基本要求c．對材料厚度公差的要求b．對表面質(zhì)量的要求a．對沖壓成形性能的要求良好的抗破裂性、良好的貼模性和定形性。材料表面光潔、平整，無缺陷損傷。材料的厚度應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。26第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期日（2）材料的種類金屬材料非金屬材料：膠木板、塑料板、纖維板等。黑色金屬：碳素鋼、合金鋼有色金屬：純銅、黃銅、青銅、鋁合金等（3）材料的規(guī)格板料：500mmX1500mm、900mmX1800mm、1000mmX2000mm。用于大型零件的沖壓。條料：由板料剪裁而成。用于中、小型零件的沖壓