科創(chuàng)課件變形的基本原理

知道自己知道什么，也知道自己不知道什么，這就是真正的知識。

——索羅【教學(xué)目的】

1、掌握金屬塑性變形的基本概念

2、掌握板料沖壓性能和常見的沖壓材料

3、了解塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)和沖壓成形方法的力學(xué)特點【教學(xué)重點】

1、金屬塑性變形的基本概念

2、金屬塑性變形的力學(xué)特點與分類

2.1金屬塑性變形的基本概念2.2塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)2.3各種沖壓成形方法的力學(xué)特點與分類2.4板料的沖壓成形性能及沖壓材料

2.1金屬塑性變形的基本概念

外力的作用下，金屬產(chǎn)生形狀和尺寸變化為變形，變形分為彈性變形與塑性變形。2.1.1塑性變形的物理概念

外力破壞原子間原有的平衡狀態(tài)，造成排列的畸變，引起金屬形狀和尺寸的變化。

——除去外力，金屬中的原子立即恢復(fù)到原來穩(wěn)定位置，原子排列畸變消失，金屬完全恢復(fù)到自己原始形狀和尺寸。——外力除去，原子間的距離恢復(fù)原狀，但錯動了的原子并不能再恢復(fù)到原始位置，金屬的形狀和尺寸都發(fā)生了永久改變。彈性變形塑性變形

2.1.2塑性變形的基本方式1、滑移當(dāng)作用在晶體上的切應(yīng)力達到一定數(shù)值后，晶體一部分沿一定的晶面，向著一定的方向，與另一部分之間作相對移動的現(xiàn)象。2、孿生孿動也是在一定的切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對另一部分，沿著一定的晶面和方向發(fā)生轉(zhuǎn)動的結(jié)果，已變形部分的晶體位向發(fā)生改變，與未變形部分以孿晶面對稱。

3.晶間變形滑移和孿動都是發(fā)生在單個晶粒內(nèi)部的變形，稱為晶內(nèi)變形。

孿生與滑移的主要差別是：①滑移過程是漸進的，而孿動過程是突然發(fā)生的；②孿生時原子位置不會產(chǎn)生較大的錯動，因此晶體取得較大塑性變形的方式主要是滑移作用；③孿生后，晶體內(nèi)部出現(xiàn)空隙，易于導(dǎo)致金屬的破壞；④孿生所要求的臨界切應(yīng)力比滑移要求的臨界切應(yīng)力大得多，只有滑移過程很困難時，晶體方發(fā)生孿生。

2.1.3金屬的塑性與變形抗力１.塑性及塑性指標(biāo)

塑性：指金屬在外力的作用下，能穩(wěn)定的發(fā)揮塑性變形而不破壞其完整性的能力。塑性指標(biāo)：常用的塑性指標(biāo)

2.變形抗力及其指標(biāo)

金屬產(chǎn)生塑性變形的力為變形力，金屬抵抗變形的力稱為變形抗力。通常以真實應(yīng)力作為變形抗力的指標(biāo)。塑性和變形抗力的區(qū)別：材料塑性的好壞是指受力后材料臨近破壞時的變形程度的大小，變形抗力是從力學(xué)角度反映塑性變形的難易程度。

2.變形抗力及其指標(biāo)

金屬產(chǎn)生塑性變形的力為變形力，金屬抵抗變形的力稱為變形抗力。通常以真實應(yīng)力作為變形抗力的指標(biāo)。2.1.4影響金屬的塑性與變形抗力的因素

1.影響塑性的因素

內(nèi)因：化學(xué)成分的影響；組織結(jié)構(gòu)的影響

外因：變形溫度；變形速度；變形的應(yīng)力狀態(tài)

2.影響金屬變形抗力的主要因素

1)化學(xué)成分及組織的影響

2)變形溫度對變形抗力的影響(如圖1.1.3)3)變形速度對變形抗力的影響

4)變形程度對變形抗力的影響

5)應(yīng)力狀態(tài)對變形抗力的影響2.1.5金屬塑性變形對組織和性能的影響

晶粒形狀和方位變化；產(chǎn)生應(yīng)力；產(chǎn)生加工硬化。

圖1.1.1晶體變形圖1.1.2多晶體的塑性變形

2.2塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)

外力內(nèi)力

模具毛坯零件

2.2.1點的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)１.應(yīng)力：內(nèi)力的強度，用σ表示。

2.點的應(yīng)力狀態(tài)(如圖1.2.1)

3.應(yīng)變：微小六面體的變形，用ε表示。

主應(yīng)變

4.體積不變定律

該式說明：金屬塑性變形前后，只有形狀的變化，而無體積的變化。

三個推論：

﹡塑性變形時，只有形狀的變化，而無體積的變化；

﹡不論什么應(yīng)變狀態(tài)，其中一個主應(yīng)變的符號與另外兩個主應(yīng)變的符號相反；

﹡已知兩個應(yīng)變就可求第三個應(yīng)變。

2.2.2屈服準(zhǔn)則（塑性條件）

屈服準(zhǔn)則：材料進入塑性狀態(tài)的力學(xué)條件。當(dāng)材料中的某點的應(yīng)力滿足屈服準(zhǔn)則，該點就由彈性變形進入塑性狀態(tài)。

工程上常采用屈服準(zhǔn)則通式：

2.2.3塑性變形時應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系

單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(如圖1.2.2)

1.增量理論

2.全量理論

3.例：全量理論分析應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

1)稱平面應(yīng)變(或稱平面變形),由上式可得出:2)材料受單向拉應(yīng)力,由上式可得:

變形時的硬化現(xiàn)象和硬化曲線加工硬化——對于一般常用的金屬材料，隨著塑性變形程度的增加，其強度、硬度和變形抗力逐漸增加，而塑性和韌性逐漸降低的現(xiàn)象。

1.硬化現(xiàn)象的表現(xiàn)形式:

材料的強度指標(biāo)隨變形程度的增加而增加,塑性隨之降低。

2.加工硬化的結(jié)果

引起材料力學(xué)性能的變化。

3.加工硬化有利及不利方面

有利方面:板料硬化能夠減小過大的局部變形,使變形趨于均勻,增大成形極限,同時也提高了材料的強度。

不利方面:使進一步變形困難。

4.硬化曲線(如圖1.2.3)

圖1.2.1點的應(yīng)力狀態(tài)

a)任意坐標(biāo)系;b)主軸坐標(biāo)系圖１.２.２單向拉應(yīng)力－應(yīng)變曲線圖１.２.３幾種常用沖壓板料的硬化曲線

2.3各種沖壓成形方法的力學(xué)特點與分類

2.3.1變形毛坯的分區(qū)(如圖1.3.1)2.3.2變形區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變特點

1．沖壓毛坯兩向受拉應(yīng)力的作用

(可分兩種情況)：

（圖1.3.2Ⅰ象限）

2．沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應(yīng)力的作用

（圖1.3.2Ⅲ象限）

3．沖壓毛坯變形區(qū)受異號應(yīng)力的作用，而且拉應(yīng)力的絕對值大于壓應(yīng)力的絕對值。(可以分為兩種情況)

（圖1.3.2）4．沖壓毛坯變形區(qū)受異號應(yīng)力的作用而且壓應(yīng)力的絕對值大于拉應(yīng)力的絕對值。

(可以分為以下兩種情況)綜上所述：沖壓變形可分為伸長類變形和壓縮類變形

2.3.3沖壓成形過程中變形趨向性及其控制1、變形趨向性(如圖1.3.3)

弱區(qū)必先變形，變形區(qū)應(yīng)為弱區(qū)2、變形趨向性的控制

﹡改變坯料各部分的相對尺寸

﹡改變模具工作部分的幾何形狀和尺寸

﹡改變坯料和模具之間的摩擦阻力

﹡改變坯料局部區(qū)域的溫度A－變形區(qū)；B－傳力區(qū)；C－已變形區(qū)

圖１.３.３變形趨向性對沖壓工藝的影響

2.4板料沖壓成形性能及沖壓材料

2.4.1板料的沖壓成形性能

沖壓成形性能:板料對各種沖壓成形加工的適應(yīng)能力。

抗破裂性、貼模性、定形性成形極限沖壓件形狀尺寸精度2.4.2板料的沖壓成形性能試驗1、間接試驗（圖１.４.２）

伸長率、屈服點、屈強比、硬化指數(shù)、板厚方向性系數(shù)、板平面方向性2、直接試驗

脹形成形性能試驗、拉深成形性能試驗（圖１.４.１）

1、屈服極限

屈服極限小,材料容易屈服,則變形抗力小.2、屈強比

屈強比小,說明值小而值大3、伸長率

拉伸實驗中,試樣拉斷時的伸長率稱總伸長率4、硬化指數(shù)

單向拉伸硬化曲線可寫成其中n為硬化指數(shù)5、厚向異性指數(shù)

厚向異性指數(shù)是指單向拉伸試樣寬度應(yīng)變和厚度應(yīng)變之比6、板平面各向異性指數(shù)

2.4.3板料的力學(xué)性能與沖壓成形性能的關(guān)系

2.4.4常用沖壓材料及其力學(xué)性能