第一章板料沖壓性能與成形極限第二次課

1、山東科技大學山東科技大學沖壓工藝與模具設計沖壓工藝與模具設計 沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限本節(jié)內容本節(jié)內容1、成形極限、成形極限(Forming Limit Diagram,FLD)的基本概念的基本概念FLD理論基礎理論基礎(拉伸失穩(wěn)理論拉伸失穩(wěn)理論)成形極限曲線的制作成形極限曲線的制作影響成形極限曲線的因素影響成形極限曲線的因素基于基于Dynaform的應力成形極限圖的應用的應力成形極限圖的應用沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限1.3板料的成形極限板料的成形極限成形極

2、限成形極限(Forming Limit Diagram,FLD)的基本概念的基本概念所謂沖壓成形極限所謂沖壓成形極限是指板料在沖壓加工中所能達到的最大變形程度。評定材料評定材料的成形性的成形性能方法能方法單向拉伸試驗單向拉伸試驗模擬方法進行的模擬方法進行的工藝試驗工藝試驗沖壓成形極限圖沖壓成形極限圖 利用板料的單向拉伸試驗所得的機械性能指標來評定材料的成形性能，是一種最為簡便的方法。材料的硬化指數(shù)n值大，應變分布比較均勻，有利于拉脹類零件的成形；厚向異性指數(shù)r值高，板材不容易變薄，深壓延性就好。但是，根據單向拉伸試驗所提供的機械性能指標，只能定性地分析材料完成某一成形工序的難易，而不能直接用來

3、估算具體零件沖壓過程的成敗。 以往鑒定板料的成形性能，大多依賴用模擬方法進行的工藝試驗。例如Swift杯形件壓延試驗，福井錐形件壓延試驗和壓坑試驗等。模擬試驗條件比較單純，試件形狀簡單劃一。因此，對于指導形狀復雜、變形狀態(tài)復雜的零件的生產，其試驗結果往往很難在生產中直接應用。 成形極限圖是20世紀60年代由keeler和goodwin等人提出的概念，用來反映板料的成形性能，為定性和定量研究板料的局部成形性能建立了基礎。成形極限圖是判斷和評定板料成形性的最為簡便和直觀的方法，是解決板料沖壓問題的一個非常有效的工具。沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性

4、能與成形極限 FLD 是板料在不同應變路徑下的局部失穩(wěn)極限應變e1和e2（工程應變）或1和2（真實應變）構成的條帶形區(qū)域或曲線。它全面反映了板料在單向和雙向拉應力作用下的局部成形極限。Keeler提出了右半部分即拉-拉區(qū)goodwin提出了左半部分即拉-壓區(qū) 板料成形的基本變形方式, 不外兩種類型、四種狀態(tài)。即以拉伸為主的“ 放” , 包括拉一拉、拉一壓兩種狀態(tài)和以壓縮為主的“ 收” 包括壓一拉、壓一壓兩種狀態(tài)。目前在生產中已經獲得廣泛應用的成形極限曲線, 雖屬“ 放”的范疇, 實際上僅在單拉與雙向等拉之間。應變圖應變圖L沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限

5、板料沖壓性能與成形極限FLD理論基礎理論基礎(拉伸失穩(wěn)理論拉伸失穩(wěn)理論)拉伸失穩(wěn)理論是建立FLD的理論基礎l()Pmax1.b點之前均勻變形之后不均勻變形2.力學分析3.b為失穩(wěn)點4.bc段比較平穩(wěn)，這時材料承載能力的薄若環(huán)節(jié)，在一個較寬的變形區(qū)內交替轉移稱為分散性失穩(wěn)。5.cp段，材料承載能力的薄弱環(huán)節(jié)集中在某一更小的局部剖面，無法轉移出去，稱為集中性失穩(wěn)。其極限狀態(tài)則為斷裂.dp=0（失穩(wěn)臨界條件）D沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限 雙向拉伸過程的失穩(wěn)問題是在平面應力狀態(tài)下進行的，假定板料平面內的兩個主應力分別為1和2，厚度方向

6、上的主應力3=0，且有12012 雙向拉伸失穩(wěn)同樣具有兩個不同的發(fā)展狀態(tài)，即所謂分散性失穩(wěn)與集中性失穩(wěn)，最后形成集中性細頸，而其發(fā)展的極限狀態(tài)，則是拉斷。 ：單從板料拉伸變形的穩(wěn)定性著眼，可以用分散性失穩(wěn)，從板料破裂前極限變形程度的估計著眼，就要以集中性失穩(wěn)作為標準。沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限 假設分散性失穩(wěn)區(qū)板料的原始長、寬、高為a0、b0、t0,拉伸變形到a、b、t。 沿1軸方向的拉力P1為：P1=bt1=b0t0e2+3 1=b0t0e- 1 1 沿2軸方向的拉力P2為：P2=at2=a0t0e1+3 2=a0t0e-

7、2 2 Swift提出，以dP1=0和dP2=0作為出現(xiàn)分散性失穩(wěn)的判據。這時材料承載能力在兩個方向上同時出現(xiàn)極值。 將P1和P2表達式微分，可得： 板條單向拉伸時，外載荷的加載失穩(wěn)點和變形的分散性失穩(wěn)點基本上同時發(fā)生。所以，單向拉伸的分散性失穩(wěn)條件可以寫成下式dd（Swift 失穩(wěn)理論）因為dAdA所以材料的強化率恰好等于斷面的減縮率。故分散性失穩(wěn)又可稱為寬向失穩(wěn)。（Swift 失穩(wěn)理論）沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限分散性失穩(wěn)的頸縮擴散發(fā)展到一定程度以后，變形集中在某一狹窄條帶內（與板厚為同一數(shù)量級），發(fā)展成為溝槽，稱為集中性

8、失穩(wěn)(單向拉伸)。集中性失穩(wěn)開始以后，溝槽加深，外載急劇下降，板條最后分離為二。集中性失穩(wěn)產生的條件是：材料的強化率與其厚度的減縮率恰好相等。這就是R. Hill 的集中性失穩(wěn)理論，故集中性失穩(wěn)也可稱為厚向失穩(wěn) tddtdt 分散性失穩(wěn)理論認為當外力達到最大時, 板料失穩(wěn)。但是板料經過分散性失穩(wěn)后仍有相當?shù)淖冃文芰? 所以在板成形領域人們更關心集中性失穩(wěn), 即 ：單從板料拉伸變形的穩(wěn)定性著眼，可以用分散性失穩(wěn)，從板料破裂前極限變形程度的估計著眼，就要以集中性失穩(wěn)作為標準。沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限成形極限曲線的制作成形極限曲線

9、的制作 成形極限曲線可以用試驗方法制作, 也可以根據生產中積累的對破裂零件或瀕于破裂零件的測量數(shù)據得出。 試驗法中，坐標網格技術是制作成形極限圖的重要手段。通過測量變形后的坐標網格的網目尺寸，并進行計算，可以獲得有關板料變形和應力的大小、分布等重要信息，研究板料的變形狀態(tài)、變形路徑、破壞時的極限應變等。沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限步驟：步驟：1)試驗前，在毛坯表面做出直徑為1.52.5mm的小圓圈坐標網 2)試驗時，將球形凸模壓入材料，當試件出現(xiàn)裂紋時即停止。沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極

10、限板料沖壓性能與成形極限3)取出試件，在離裂紋最近的完整網格上測量小圓圈變成橢圓的尺寸。4)對試樣進行測量后，我們得到的是變形后橢圓長軸和短軸的長度。先根據工程應變的計算公式得到工程主應變e1和工程次應變e2 。再有工程應變計算出真實應變。計算公式如下式中，d1,d2,d0 分別為橢圓長軸長度，橢圓短軸長度，基圓直徑。e1,e2 分別為長軸工程應變，短軸工程應變式中，1,2 分別為長軸和短軸的真實應變沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限5)通過改變毛坯的形狀和尺寸以及潤滑方式等方法來改變應力值的比值，再測得不同的應變狀態(tài)。將這些極限應變

11、點(1,2)繪在1 -2坐標系中，并以盡可能小的區(qū)域將這些點都包括進去，將這些點以多項式擬合成一條光滑的曲線，即可得到該試驗材料的成形極限曲線（FLC）。沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限影響成形極限曲線的因素影響成形極限曲線的因素 不同的材料種類, 不同的應變測量準則, 所得的成形極限曲線也不一樣。此外, 諸如材料的n、r和m值, 應變梯度,應變途徑和應變率等因素, 也對成形極限曲線的形狀和位置產生很大的影響.材料的機械性質的影響 a)硬化指數(shù)n值大, 材料的強度效應大,應變分布比較均勻。因此, 板料的壓制成形性能愈好, 成形極限曲

12、線升高。硬化指數(shù)對頸縮極限曲線的影響沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限 b)厚向異性指數(shù)r值大, 拉一拉區(qū)的極限應變值就低。實驗結果顯示, 除了平面應變端以外, r值對成形極限曲線影響不太顯著,但是可以看出r值增大, 極限應變值下降。其他的因素對成形極限的影響還有待于研究沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限基于基于Dynaform的應力成形極限圖的應用的應力成形極限圖的應用沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限沖壓工藝及模

13、具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限總結：總結：作業(yè)：作業(yè)：認真上網查多篇成形極限圖應用的文章，熟練掌握成形極限圖的應用下課了，該醒醒了！下課了，該醒醒了！沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限對板料沖壓來說，厚度方向的應力很小，可以忽略不計，一般都認為是平面應力狀態(tài)。3=0OA：應力狀態(tài)為單向拉應力1，應變狀態(tài)為一拉二壓，即1=-22 =-23(厚向應變)OB：應力狀態(tài)為兩向拉應力1=22，應變狀態(tài)平面變形狀態(tài)，即1=-3，2=0OC：應力狀態(tài)為兩向等拉應力1=2，應變狀態(tài)為兩向等拉加一向壓縮，即1=2=-1/23返回返回沖壓工藝及模具設計沖壓工藝及模具設計第一章第一章 板料沖壓性能與成形極限板料沖壓性能與成形極限基勒固德文成形極限圖The FLD of Keeler-Goodwin020-30 /(%)103040-10-