第二章(冷沖模設(shè)計(jì)機(jī)械版)

1、12 固體材料受到外力作用，如果發(fā)生形狀和尺寸的變化，固體材料受到外力作用，如果發(fā)生形狀和尺寸的變化，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為，使物體產(chǎn)生變形的外力稱為，使物體產(chǎn)生變形的外力稱為。變。變形力去除后，能恢復(fù)原狀的變形稱為形力去除后，能恢復(fù)原狀的變形稱為；變形力去除；變形力去除后，不能恢復(fù)原狀的變形稱為后，不能恢復(fù)原狀的變形稱為。金屬材料在變形力。金屬材料在變形力的作用下，既能產(chǎn)生彈性變形，又能從彈性變形發(fā)展到塑性的作用下，既能產(chǎn)生彈性變形，又能從彈性變形發(fā)展到塑性變形，它是一種具有彈、塑性的工程材料。一般說來，金屬變形，它是一種具有彈、塑性的工程材料。一般說來，金屬體在彈性變形時(shí)，其內(nèi)部的原子位

2、置發(fā)生變化，表現(xiàn)為原子體在彈性變形時(shí)，其內(nèi)部的原子位置發(fā)生變化，表現(xiàn)為原子的間距有微小的改變，從而引起了物體尺寸和形狀的變化，的間距有微小的改變，從而引起了物體尺寸和形狀的變化，變形力去除后，原子回到原來的平衡位置，該金屬體就完全變形力去除后，原子回到原來的平衡位置，該金屬體就完全恢復(fù)了原來的形狀和尺寸。當(dāng)金屬體受力較大，使原子偏離恢復(fù)了原來的形狀和尺寸。當(dāng)金屬體受力較大，使原子偏離其原來的穩(wěn)定平衡位置，而達(dá)到鄰近的穩(wěn)定平衡位置。在變其原來的穩(wěn)定平衡位置，而達(dá)到鄰近的穩(wěn)定平衡位置。在變形力去除后，原子就不再回到其原來位置，而是停留在鄰近形力去除后，原子就不再回到其原來位置，而是停留在鄰近的穩(wěn)定

3、平衡位置上，因而變形就成為不可恢復(fù)的永久變形，的穩(wěn)定平衡位置上，因而變形就成為不可恢復(fù)的永久變形，這就是這就是。3 在金屬塑性變形過程中，金屬的性能和組織都會(huì)發(fā)生變化。其在金屬塑性變形過程中，金屬的性能和組織都會(huì)發(fā)生變化。其中最重要的是加工硬化，即隨著變形程度的增加，變形阻力增大，中最重要的是加工硬化，即隨著變形程度的增加，變形阻力增大，強(qiáng)度和硬度升高，而塑性、韌性下降。此外，由于變形不均勻，強(qiáng)度和硬度升高，而塑性、韌性下降。此外，由于變形不均勻，晶粒內(nèi)部和晶粒之間會(huì)存在不同的內(nèi)應(yīng)力。變形后作為殘余應(yīng)力，晶粒內(nèi)部和晶粒之間會(huì)存在不同的內(nèi)應(yīng)力。變形后作為殘余應(yīng)力，保留在金屬內(nèi)部，使經(jīng)冷變形后的零

4、件在放置一段時(shí)間后，可能保留在金屬內(nèi)部，使經(jīng)冷變形后的零件在放置一段時(shí)間后，可能自動(dòng)發(fā)生變形甚至開裂。金屬塑性變形后的性能變化是其組織發(fā)自動(dòng)發(fā)生變形甚至開裂。金屬塑性變形后的性能變化是其組織發(fā)生變化的結(jié)果。多晶體變形時(shí)各晶粒沿其變形最大的方向伸長，生變化的結(jié)果。多晶體變形時(shí)各晶粒沿其變形最大的方向伸長，在變形程度很大時(shí)，則顯著伸長，形成纖維組織；晶內(nèi)變形會(huì)使在變形程度很大時(shí)，則顯著伸長，形成纖維組織；晶內(nèi)變形會(huì)使晶粒破碎，形成許多小晶粒，即亞晶粒；晶間變形則在晶界造成晶粒破碎，形成許多小晶粒，即亞晶粒；晶間變形則在晶界造成許多破損；另外，在變形程度很大時(shí)，多晶體內(nèi)各個(gè)晶粒的位向許多破損；另外，

5、在變形程度很大時(shí)，多晶體內(nèi)各個(gè)晶粒的位向會(huì)因滑移面的轉(zhuǎn)向而逐漸趨向一致，形成變形織構(gòu)。由于變形織會(huì)因滑移面的轉(zhuǎn)向而逐漸趨向一致，形成變形織構(gòu)。由于變形織構(gòu)的形成，使軋制后的板料出現(xiàn)各向異性，即使退火一般也難以構(gòu)的形成，使軋制后的板料出現(xiàn)各向異性，即使退火一般也難以消除，用這種材料沖出的工件厚薄不均，沿口不齊，會(huì)使拉深成消除，用這種材料沖出的工件厚薄不均，沿口不齊，會(huì)使拉深成形的杯形件口部形成凸耳。由此可見，金屬塑性變形過程中的這形的杯形件口部形成凸耳。由此可見，金屬塑性變形過程中的這些物理變化對沖壓成形工藝有相當(dāng)大的影響。些物理變化對沖壓成形工藝有相當(dāng)大的影響。45（一）塑性（一）塑性 所謂所

6、謂塑性塑性，是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形而不被，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。塑性可用材料在不破壞條件下能獲得的塑性變形的破壞的能力。塑性可用材料在不破壞條件下能獲得的塑性變形的最大值來評定。同一種材料，在不同的變形條件下，其塑性是不最大值來評定。同一種材料，在不同的變形條件下，其塑性是不一樣的。一樣的。影響金屬塑性的因素包括兩方面：影響金屬塑性的因素包括兩方面：）金屬本身的晶格類型、化學(xué)成分和金相組織等。）金屬本身的晶格類型、化學(xué)成分和金相組織等。）變形時(shí)的外部條件，如變形溫度、變形速度以及變形方式等。）變形時(shí)的外部條件，如變形溫度、變形速度以及變形方式等。（

7、二）變形抗力（二）變形抗力 塑性和變形抗力是兩個(gè)不同的概念。通常說某種材料的塑性塑性和變形抗力是兩個(gè)不同的概念。通常說某種材料的塑性好壞是指受力以后臨近破壞時(shí)的變形程度的大小，而不是指變形好壞是指受力以后臨近破壞時(shí)的變形程度的大小，而不是指變形抗力的大小。如奧氏體不銹鋼允許的變形程度大，稱為塑性好，抗力的大小。如奧氏體不銹鋼允許的變形程度大，稱為塑性好，但其變形抗力也大，需要較大的外力才能產(chǎn)生塑性變形。由此可但其變形抗力也大，需要較大的外力才能產(chǎn)生塑性變形。由此可見，變形抗力是從力的角度反映塑性變形的難易程度。見，變形抗力是從力的角度反映塑性變形的難易程度。6二、金屬成分與組織對塑性變形的影響

8、二、金屬成分與組織對塑性變形的影響（一）化學(xué)成分的影響（一）化學(xué)成分的影響.碳鋼中碳和雜質(zhì)元素的影響碳鋼中碳和雜質(zhì)元素的影響.合金元素對鋼的塑性變形的影響合金元素對鋼的塑性變形的影響（二）組織的影響（二）組織的影響 金屬材料的組織狀態(tài)和其化學(xué)成分有密切關(guān)系，但這不是完金屬材料的組織狀態(tài)和其化學(xué)成分有密切關(guān)系，但這不是完全由化學(xué)成分所決定，它還和制造工藝（如冶煉、澆鑄、鍛軋、全由化學(xué)成分所決定，它還和制造工藝（如冶煉、澆鑄、鍛軋、熱處理）有關(guān)。由于以上原因，金屬材料的組織很不相同，除了熱處理）有關(guān)。由于以上原因，金屬材料的組織很不相同，除了基體金屬的晶體結(jié)構(gòu)存在不同以外，還有晶粒的大小以及單相組

9、基體金屬的晶體結(jié)構(gòu)存在不同以外，還有晶粒的大小以及單相組織和多相組織的差別等。這些組織上的差異對材料的塑性和變形織和多相組織的差別等。這些組織上的差異對材料的塑性和變形抗力的影響也不能忽視?？沽Φ挠绊懸膊荒芎鲆暋?另外，晶粒的細(xì)化有利于提高金屬的塑性，但也使其變形抗另外，晶粒的細(xì)化有利于提高金屬的塑性，但也使其變形抗力提高。力提高。7三、變形溫度對塑性變形的影響三、變形溫度對塑性變形的影響 變形溫度對金屬的塑性變形有很大影響。就大多數(shù)金屬而言，變形溫度對金屬的塑性變形有很大影響。就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢是：隨著溫度的升高，塑性增加，變形抗力降低。其其總的趨勢是：隨著溫度的升高，塑性增加，變

10、形抗力降低。其主要原因如下：主要原因如下： ）隨著溫度的升高，發(fā)生了回復(fù)與再結(jié)晶?；貜?fù)使變形金）隨著溫度的升高，發(fā)生了回復(fù)與再結(jié)晶。回復(fù)使變形金屬得到一定程度的軟化，再結(jié)晶則完全消除了加工硬化效應(yīng)，使屬得到一定程度的軟化，再結(jié)晶則完全消除了加工硬化效應(yīng)，使金屬的塑性顯著提高，變形抗力顯著降低。金屬的塑性顯著提高，變形抗力顯著降低。 ）溫度升高，臨界切應(yīng)力降低，滑移系增加。由于溫度升）溫度升高，臨界切應(yīng)力降低，滑移系增加。由于溫度升高，原子的熱振動(dòng)加強(qiáng)，原子間的結(jié)合力變?nèi)?，使臨界切應(yīng)力降高，原子的熱振動(dòng)加強(qiáng)，原子間的結(jié)合力變?nèi)?，使臨界切應(yīng)力降低。同時(shí)，在高溫時(shí)還可能出現(xiàn)新的滑移系。多晶體滑移系的

11、增低。同時(shí)，在高溫時(shí)還可能出現(xiàn)新的滑移系。多晶體滑移系的增加，大大提高了金屬的塑性。加，大大提高了金屬的塑性。 ）新的塑性變形方式）新的塑性變形方式熱塑性的產(chǎn)生。溫度升高時(shí)，原熱塑性的產(chǎn)生。溫度升高時(shí)，原子的熱振動(dòng)加劇，晶格中的原子處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)。子的熱振動(dòng)加劇，晶格中的原子處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)。 ）溫度升高導(dǎo)致晶界的切變抗力顯著降低，晶界易于滑動(dòng)；）溫度升高導(dǎo)致晶界的切變抗力顯著降低，晶界易于滑動(dòng)；又由于擴(kuò)散作用的加強(qiáng)，及時(shí)消除了晶界滑動(dòng)所引起的微裂紋。又由于擴(kuò)散作用的加強(qiáng)，及時(shí)消除了晶界滑動(dòng)所引起的微裂紋。這一切使金屬在高溫下具有良好的塑性和低的變形抗力。這一切使金屬在高溫下具有良好

12、的塑性和低的變形抗力。8四、變形速度對塑性變形的影響四、變形速度對塑性變形的影響 所謂所謂變形速度變形速度是指單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)變的變化量，塑性成是指單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)變的變化量，塑性成形設(shè)備的加載速度在一定程度上反應(yīng)了金屬的變形速度。形設(shè)備的加載速度在一定程度上反應(yīng)了金屬的變形速度。變形速度對塑性變形的影響是多方面的。變形速度對塑性變形的影響是多方面的。 一方面，在高速變形下，要同時(shí)驅(qū)使更多的位錯(cuò)更快一方面，在高速變形下，要同時(shí)驅(qū)使更多的位錯(cuò)更快地運(yùn)動(dòng)，使金屬晶體的臨界切應(yīng)力升高，變形抗力增加；地運(yùn)動(dòng)，使金屬晶體的臨界切應(yīng)力升高，變形抗力增加；同時(shí)，由于多晶體的塑形變形機(jī)理復(fù)雜，塑性變形的擴(kuò)展，同時(shí)，由

13、于多晶體的塑形變形機(jī)理復(fù)雜，塑性變形的擴(kuò)展，需要一定的時(shí)間，難以在瞬間完成，這也使金屬的變形抗需要一定的時(shí)間，難以在瞬間完成，這也使金屬的變形抗力增加，塑性降低。力增加，塑性降低。 另一方面，由于變形速度大，變形體吸收的變形能迅另一方面，由于變形速度大，變形體吸收的變形能迅即轉(zhuǎn)化為熱能，使變形體溫度升高，這種所謂的溫度效應(yīng)即轉(zhuǎn)化為熱能，使變形體溫度升高，這種所謂的溫度效應(yīng)一般說來有使金屬軟化的效果。一般說來有使金屬軟化的效果。9五、應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)及其對塑性變形的影響五、應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)及其對塑性變形的影響（一）塑性變形時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)（一）塑性變形時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài).點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)

14、模具對材料施加的外力引起材料產(chǎn)生內(nèi)力，單位面積上內(nèi)力的大模具對材料施加的外力引起材料產(chǎn)生內(nèi)力，單位面積上內(nèi)力的大小稱為應(yīng)力。小稱為應(yīng)力。 坯料內(nèi)每一點(diǎn)上的受力情況，通常稱為點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。坯料內(nèi)每一點(diǎn)上的受力情況，通常稱為點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。 以主應(yīng)力表示點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)稱為主應(yīng)力狀態(tài)。表示主應(yīng)力個(gè)數(shù)及以主應(yīng)力表示點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)稱為主應(yīng)力狀態(tài)。表示主應(yīng)力個(gè)數(shù)及其符號(hào)的簡圖，稱為主應(yīng)力狀態(tài)圖，簡稱主應(yīng)力圖。其符號(hào)的簡圖，稱為主應(yīng)力狀態(tài)圖，簡稱主應(yīng)力圖。10圖圖- 應(yīng)力狀態(tài)的分解應(yīng)力狀態(tài)的分解圖圖- 主切應(yīng)力面及主切應(yīng)力方向（用陰影線表示主切應(yīng)力面及主切應(yīng)力方向（用陰影線表示）11.點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)12

15、（二）應(yīng)力狀態(tài)對塑性變形的影響（二）應(yīng)力狀態(tài)對塑性變形的影響 由實(shí)踐可知，單向壓縮允許的變形程度比單向拉伸大得多；三由實(shí)踐可知，單向壓縮允許的變形程度比單向拉伸大得多；三向壓應(yīng)力狀態(tài)的擠壓比二向壓縮一向拉伸的拉拔能發(fā)揮更大的塑性。向壓應(yīng)力狀態(tài)的擠壓比二向壓縮一向拉伸的拉拔能發(fā)揮更大的塑性。德國學(xué)者卡爾曼對通常認(rèn)為是脆性材料的大理石和紅砂石進(jìn)行了試驗(yàn)，德國學(xué)者卡爾曼對通常認(rèn)為是脆性材料的大理石和紅砂石進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果是：大理石在單向壓縮時(shí)縮短率不到試驗(yàn)結(jié)果是：大理石在單向壓縮時(shí)縮短率不到%就會(huì)破壞，但在就會(huì)破壞，但在個(gè)大氣壓力（個(gè)大氣壓力（.）的靜水壓力下壓）的靜水壓力下壓縮時(shí)，縮短率可達(dá)縮

16、時(shí)，縮短率可達(dá)%左右才破壞。左右才破壞。 上述結(jié)果表明，強(qiáng)化三向壓應(yīng)力狀態(tài)，能充分發(fā)揮材料的塑性，上述結(jié)果表明，強(qiáng)化三向壓應(yīng)力狀態(tài)，能充分發(fā)揮材料的塑性，這實(shí)質(zhì)上是應(yīng)力狀態(tài)中的靜水壓力分量在起作用。應(yīng)力狀態(tài)中的壓應(yīng)這實(shí)質(zhì)上是應(yīng)力狀態(tài)中的靜水壓力分量在起作用。應(yīng)力狀態(tài)中的壓應(yīng)力個(gè)數(shù)多、壓應(yīng)力大，也就是靜水壓力大，則塑性好；反之，壓應(yīng)力力個(gè)數(shù)多、壓應(yīng)力大，也就是靜水壓力大，則塑性好；反之，壓應(yīng)力個(gè)數(shù)少、壓應(yīng)力小，甚至存在拉應(yīng)力，則塑性就差。個(gè)數(shù)少、壓應(yīng)力小，甚至存在拉應(yīng)力，則塑性就差。 為什么靜水壓力愈大，金屬的塑性會(huì)愈好呢？這是由于壓應(yīng)力為什么靜水壓力愈大，金屬的塑性會(huì)愈好呢？這是由于壓應(yīng)力能有

17、效抑制或消除晶體中由于塑性變形引起的晶內(nèi)滑移面上裂紋的擴(kuò)能有效抑制或消除晶體中由于塑性變形引起的晶內(nèi)滑移面上裂紋的擴(kuò)展；而拉應(yīng)力則相反，它促使裂紋發(fā)展、擴(kuò)大。如圖展；而拉應(yīng)力則相反，它促使裂紋發(fā)展、擴(kuò)大。如圖-所示，滑所示，滑移面上的破損點(diǎn)爛，在拉應(yīng)力作用下將擴(kuò)大；在壓應(yīng)力作用下將閉合移面上的破損點(diǎn)爛，在拉應(yīng)力作用下將擴(kuò)大；在壓應(yīng)力作用下將閉合或消除?；蛳?。13 此外，壓應(yīng)力還有利于增加晶間此外，壓應(yīng)力還有利于增加晶間結(jié)合力，抑制晶間變形引起的破壞，結(jié)合力，抑制晶間變形引起的破壞，三向壓應(yīng)力還能抵消由于不均勻變形三向壓應(yīng)力還能抵消由于不均勻變形所引起的附加拉應(yīng)力，防止表面裂紋所引起的附加拉應(yīng)

18、力，防止表面裂紋的產(chǎn)生。這些都說明增加靜水壓力有的產(chǎn)生。這些都說明增加靜水壓力有利于改善材料塑性。利于改善材料塑性。14151硬化規(guī)律硬化規(guī)律 沖壓生產(chǎn)一般都在常溫下進(jìn)行。對金屬材料沖壓生產(chǎn)一般都在常溫下進(jìn)行。對金屬材料來說，在這種條件下進(jìn)行塑性變形，必然要引起來說，在這種條件下進(jìn)行塑性變形，必然要引起加工硬化，塑性降低，變形抗力提高。材料不同，加工硬化，塑性降低，變形抗力提高。材料不同，變形條件不同，其加工硬化的程度也就不同。材變形條件不同，其加工硬化的程度也就不同。材料加工硬化對沖壓成形的影響既有有利的方面，料加工硬化對沖壓成形的影響既有有利的方面，也有不利的方面。有利的是板材的硬化能夠減

19、少也有不利的方面。有利的是板材的硬化能夠減少過大的局部集中變形，使變形趨向均勻，增大成過大的局部集中變形，使變形趨向均勻，增大成形極限，尤其對伸長類變形有利；不利的是變形形極限，尤其對伸長類變形有利；不利的是變形抗力的增加，使變形變得困難，對后續(xù)變形工序抗力的增加，使變形變得困難，對后續(xù)變形工序不利，有時(shí)不得不增加中間退火工序以消除硬化。不利，有時(shí)不得不增加中間退火工序以消除硬化。因此應(yīng)了解材料的硬化現(xiàn)象及其規(guī)律，并在實(shí)際因此應(yīng)了解材料的硬化現(xiàn)象及其規(guī)律，并在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。生產(chǎn)中應(yīng)用。16 表示變形抗力隨變形程度增加而變化的曲線叫做表示變形抗力隨變形程度增加而變化的曲線叫做硬化曲線硬化曲線，

20、也稱實(shí)，也稱實(shí)際應(yīng)力曲線或真實(shí)應(yīng)力曲線，它可以通過拉伸等實(shí)驗(yàn)方法求得。實(shí)際際應(yīng)力曲線或真實(shí)應(yīng)力曲線，它可以通過拉伸等實(shí)驗(yàn)方法求得。實(shí)際應(yīng)力曲線與材料力學(xué)中所學(xué)的工程應(yīng)力曲線（也稱假象應(yīng)力曲線）是應(yīng)力曲線與材料力學(xué)中所學(xué)的工程應(yīng)力曲線（也稱假象應(yīng)力曲線）是有所區(qū)別的，假象應(yīng)力曲線的應(yīng)力指標(biāo)是采用假象應(yīng)力來表示的，即有所區(qū)別的，假象應(yīng)力曲線的應(yīng)力指標(biāo)是采用假象應(yīng)力來表示的，即應(yīng)力是按各加載瞬間的載荷應(yīng)力是按各加載瞬間的載荷F除以變形前試樣的原始截面積除以變形前試樣的原始截面積A0計(jì)算，計(jì)算，沒有考慮變形過程中試樣截面積的變化，顯然是不準(zhǔn)確的；而實(shí)際應(yīng)沒有考慮變形過程中試樣截面積的變化，顯然是不準(zhǔn)確

21、的；而實(shí)際應(yīng)力曲線的應(yīng)力指標(biāo)是采用真實(shí)應(yīng)力來表示的，即應(yīng)力是按各加載瞬間力曲線的應(yīng)力指標(biāo)是采用真實(shí)應(yīng)力來表示的，即應(yīng)力是按各加載瞬間的載荷的載荷F除以該瞬間試樣的截面積除以該瞬間試樣的截面積A計(jì)算。實(shí)際應(yīng)力曲線與假象應(yīng)力曲計(jì)算。實(shí)際應(yīng)力曲線與假象應(yīng)力曲線如圖線如圖1.3.4所示。從圖中可以看出，實(shí)際應(yīng)力曲線能真實(shí)反映變形材所示。從圖中可以看出，實(shí)際應(yīng)力曲線能真實(shí)反映變形材料的加工硬化現(xiàn)象。料的加工硬化現(xiàn)象。17（二）真實(shí)應(yīng)力、真實(shí)應(yīng)變概念（二）真實(shí)應(yīng)力、真實(shí)應(yīng)變概念.真實(shí)應(yīng)力真實(shí)應(yīng)力 材料開始塑性變形時(shí)的應(yīng)力在材料力學(xué)中稱為屈服應(yīng)力。一材料開始塑性變形時(shí)的應(yīng)力在材料力學(xué)中稱為屈服應(yīng)力。一般金屬

22、材料在塑性變形過程中產(chǎn)生硬化，屈服應(yīng)力不斷變化，這般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(shí)際屈服應(yīng)力就是真實(shí)應(yīng)力，也即前面提及的變形抗種變化著的實(shí)際屈服應(yīng)力就是真實(shí)應(yīng)力，也即前面提及的變形抗力。力。 在室溫下，低速拉伸金屬試樣，使之均勻變形時(shí)，真實(shí)應(yīng)力在室溫下，低速拉伸金屬試樣，使之均勻變形時(shí)，真實(shí)應(yīng)力就是作用于試樣瞬時(shí)斷面積上的應(yīng)力，表示為就是作用于試樣瞬時(shí)斷面積上的應(yīng)力，表示為18.真實(shí)應(yīng)變真實(shí)應(yīng)變19.真實(shí)應(yīng)力真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線（硬化曲線）及其表達(dá)式應(yīng)變曲線（硬化曲線）及其表達(dá)式20幾種金屬在室溫下的真實(shí)應(yīng)力幾種金屬在室溫下的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線圖圖1.3

23、.5是用實(shí)驗(yàn)方法求得的幾種金屬在室溫下的硬化曲是用實(shí)驗(yàn)方法求得的幾種金屬在室溫下的硬化曲線。從曲線的變化規(guī)律來看，幾乎所有的硬化曲線都具線。從曲線的變化規(guī)律來看，幾乎所有的硬化曲線都具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即在塑性變形的開始階段，隨變形有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即在塑性變形的開始階段，隨變形程度的增大，實(shí)際應(yīng)力劇烈增加，當(dāng)變形程度達(dá)到某些程度的增大，實(shí)際應(yīng)力劇烈增加，當(dāng)變形程度達(dá)到某些值以后，變形的增加不再引起實(shí)際應(yīng)力值的顯著增加。值以后，變形的增加不再引起實(shí)際應(yīng)力值的顯著增加。這種變化規(guī)律可近似用指數(shù)曲線表示，其函數(shù)關(guān)系如下：這種變化規(guī)律可近似用指數(shù)曲線表示，其函數(shù)關(guān)系如下： 21二、屈服條件二、屈服條

24、件 從材料力學(xué)的研究范圍來看，總的來說是彈性變從材料力學(xué)的研究范圍來看，總的來說是彈性變形的范疇，不希望材料出現(xiàn)塑性變形，因?yàn)椴牧系乃苄蔚姆懂?，不希望材料出現(xiàn)塑性變形，因?yàn)椴牧系乃苄宰冃我馕吨茐牡拈_始。材料力學(xué)中的第三、第四性變形意味著破壞的開始。材料力學(xué)中的第三、第四強(qiáng)度理論闡述的就是引起塑性材料流動(dòng)破壞的力學(xué)條強(qiáng)度理論闡述的就是引起塑性材料流動(dòng)破壞的力學(xué)條件。然而從沖壓工藝來看，恰恰是金屬材料在模具作件。然而從沖壓工藝來看，恰恰是金屬材料在模具作用下產(chǎn)生塑性變形的特點(diǎn)才使沖壓成形工藝成為可能。用下產(chǎn)生塑性變形的特點(diǎn)才使沖壓成形工藝成為可能。金屬塑性變形是各種壓力加工方法得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。金

25、屬塑性變形是各種壓力加工方法得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。因此，金屬塑性成形理論所研究的對象已超出彈性變因此，金屬塑性成形理論所研究的對象已超出彈性變形而進(jìn)入塑性變形的范疇，屈服條件正是研究材料進(jìn)形而進(jìn)入塑性變形的范疇，屈服條件正是研究材料進(jìn)入塑性狀態(tài)的力學(xué)條件，因而它從形式上來講和材料入塑性狀態(tài)的力學(xué)條件，因而它從形式上來講和材料力學(xué)中的第三、第四強(qiáng)度理論是一致的。力學(xué)中的第三、第四強(qiáng)度理論是一致的。2223三、塑性變形時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系三、塑性變形時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系（一）塑性變形時(shí)的體積不變規(guī)律（一）塑性變形時(shí)的體積不變規(guī)律24（二）塑性變形的全量理論及其應(yīng)用（二）塑性變形的全量理論及其應(yīng)用 在拉伸試驗(yàn)

26、時(shí)的彈性變形階段，無論加載或卸載，應(yīng)力都與應(yīng)在拉伸試驗(yàn)時(shí)的彈性變形階段，無論加載或卸載，應(yīng)力都與應(yīng)變成正比。顯然，彈性變形時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與加載歷史無關(guān)。變成正比。顯然，彈性變形時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系與加載歷史無關(guān)。 在變形過程中的任一時(shí)刻，變形體的應(yīng)力狀態(tài)只與該時(shí)刻的在變形過程中的任一時(shí)刻，變形體的應(yīng)力狀態(tài)只與該時(shí)刻的受力情況有關(guān)，與整個(gè)加載過程無關(guān)，而此時(shí)的塑性應(yīng)變值卻是受力情況有關(guān)，與整個(gè)加載過程無關(guān)，而此時(shí)的塑性應(yīng)變值卻是該時(shí)刻以前經(jīng)歷過的變形過程中應(yīng)變積累的結(jié)果，兩者并不存在該時(shí)刻以前經(jīng)歷過的變形過程中應(yīng)變積累的結(jié)果，兩者并不存在對應(yīng)關(guān)系，二者的主軸方向也不可能一致。為了建立物體受力和對應(yīng)

27、關(guān)系，二者的主軸方向也不可能一致。為了建立物體受力和變形之間的關(guān)系，只有撇開整個(gè)變形過程而取某一微小時(shí)間間隔變形之間的關(guān)系，只有撇開整個(gè)變形過程而取某一微小時(shí)間間隔t來研究。在來研究。在t時(shí)間內(nèi)，受力的單元體的每個(gè)應(yīng)變分量都將產(chǎn)生時(shí)間內(nèi)，受力的單元體的每個(gè)應(yīng)變分量都將產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變增量。研究表明，每個(gè)應(yīng)變增量的分量與對應(yīng)的偏應(yīng)力一個(gè)應(yīng)變增量。研究表明，每個(gè)應(yīng)變增量的分量與對應(yīng)的偏應(yīng)力分量成正比，這就是增量理論。分量成正比，這就是增量理論。25 在沖壓過程中，毛坯的各個(gè)部分在同一模具的作在沖壓過程中，毛坯的各個(gè)部分在同一模具的作用下，有可能以不同的方式變形，即具有不同的變形用下，有可能以不同的方式

28、變形，即具有不同的變形趨向。如何使毛坯獲得預(yù)期的變形，從而得到合格的趨向。如何使毛坯獲得預(yù)期的變形，從而得到合格的沖件。為了達(dá)到這一目的，有必要研究變形趨向性及沖件。為了達(dá)到這一目的，有必要研究變形趨向性及其控制的問題。其控制的問題。 沖壓成形時(shí)，毛坯內(nèi)各處的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系都不相沖壓成形時(shí)，毛坯內(nèi)各處的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系都不相同，在應(yīng)力狀態(tài)滿足屈服準(zhǔn)則的區(qū)域內(nèi)將產(chǎn)生塑性變同，在應(yīng)力狀態(tài)滿足屈服準(zhǔn)則的區(qū)域內(nèi)將產(chǎn)生塑性變形，此區(qū)稱為形，此區(qū)稱為塑性變形區(qū)塑性變形區(qū)，沒有滿足屈服準(zhǔn)則的區(qū)域，沒有滿足屈服準(zhǔn)則的區(qū)域不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，稱為不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，稱為非變形區(qū)非變形區(qū)。非變形區(qū)進(jìn)一步。非變形區(qū)進(jìn)一步又可

29、分為又可分為已變形區(qū)、待變形區(qū)和不變形區(qū)已變形區(qū)、待變形區(qū)和不變形區(qū)。26如圖如圖1.3.9所示，進(jìn)行縮口成形時(shí)，開始隨著凹模下降變形區(qū)不斷擴(kuò)大，所示，進(jìn)行縮口成形時(shí)，開始隨著凹模下降變形區(qū)不斷擴(kuò)大，傳力區(qū)不斷減小，金屬不斷從傳力區(qū)轉(zhuǎn)移到變形區(qū)。當(dāng)變形發(fā)展到一定傳力區(qū)不斷減小，金屬不斷從傳力區(qū)轉(zhuǎn)移到變形區(qū)。當(dāng)變形發(fā)展到一定階段后（如圖（），變形區(qū)的尺寸不再發(fā)生變化，從傳力區(qū)進(jìn)入變形階段后（如圖（），變形區(qū)的尺寸不再發(fā)生變化，從傳力區(qū)進(jìn)入變形區(qū)的金屬體積和從變形區(qū)轉(zhuǎn)移出去的金屬體積相等，即達(dá)到穩(wěn)定的變形過區(qū)的金屬體積和從變形區(qū)轉(zhuǎn)移出去的金屬體積相等，即達(dá)到穩(wěn)定的變形過程。此時(shí)，傳力區(qū)不斷減小，已

30、變形區(qū)不斷擴(kuò)大，變形區(qū)的尺寸及程。此時(shí)，傳力區(qū)不斷減小，已變形區(qū)不斷擴(kuò)大，變形區(qū)的尺寸及其應(yīng)力分布的數(shù)值與規(guī)律不變。在變形區(qū)與傳力區(qū)之間的分界面上的內(nèi)力，其應(yīng)力分布的數(shù)值與規(guī)律不變。在變形區(qū)與傳力區(qū)之間的分界面上的內(nèi)力，其性質(zhì)與大小完全相同。但在同一內(nèi)力作用下所產(chǎn)生的變形方式不同，因其性質(zhì)與大小完全相同。但在同一內(nèi)力作用下所產(chǎn)生的變形方式不同，因而必定有一個(gè)區(qū)所需的變形力較小而首先進(jìn)入塑性狀態(tài)產(chǎn)生變形。首先產(chǎn)而必定有一個(gè)區(qū)所需的變形力較小而首先進(jìn)入塑性狀態(tài)產(chǎn)生變形。首先產(chǎn)生塑性變形（即所需變形力較小）的區(qū)稱為弱區(qū)。為了使沖壓生產(chǎn)過程順生塑性變形（即所需變形力較小）的區(qū)稱為弱區(qū)。為了使沖壓生產(chǎn)過

31、程順利進(jìn)行，必須保證制件上首先變形的部分為弱區(qū)，以把塑性變形局限于變利進(jìn)行，必須保證制件上首先變形的部分為弱區(qū)，以把塑性變形局限于變形區(qū)，并排除在傳力區(qū)產(chǎn)生塑性變形的可能性。形區(qū)，并排除在傳力區(qū)產(chǎn)生塑性變形的可能性。圖圖1.3.9 縮口加工中制件各區(qū)的劃分縮口加工中制件各區(qū)的劃分傳力區(qū)傳力區(qū) 變形區(qū)變形區(qū) 已變形區(qū)已變形區(qū) 27在設(shè)計(jì)工藝方案，確定工序和半成品尺寸時(shí)，必須遵循弱區(qū)先變形，變形在設(shè)計(jì)工藝方案，確定工序和半成品尺寸時(shí)，必須遵循弱區(qū)先變形，變形區(qū)為弱區(qū)的條件。如圖區(qū)為弱區(qū)的條件。如圖1.3.10所示制件，當(dāng)所示制件，當(dāng)D-d較大而較小時(shí)，其成形較大而較小時(shí)，其成形方法可采用帶孔的環(huán)形

32、坯料通過翻邊制成；當(dāng)方法可采用帶孔的環(huán)形坯料通過翻邊制成；當(dāng)D-d較小而較小而h較大時(shí)，此時(shí)較大時(shí)，此時(shí)進(jìn)行翻邊就不能保證外環(huán)為強(qiáng)區(qū)和內(nèi)環(huán)為弱區(qū)的條件，成形過程中必然造進(jìn)行翻邊就不能保證外環(huán)為強(qiáng)區(qū)和內(nèi)環(huán)為弱區(qū)的條件，成形過程中必然造成外徑收縮使翻邊難以成形。為此，沖壓工藝必然要改變?yōu)槔詈笄械缀统赏鈴绞湛s使翻邊難以成形。為此，沖壓工藝必然要改變?yōu)槔詈笄械缀颓羞吘墸驅(qū)⑴髁锨羞吘?，或?qū)⑴髁螪0增大，進(jìn)行翻邊后再?zèng)_切外邊緣。當(dāng)變形區(qū)或傳力增大，進(jìn)行翻邊后再?zèng)_切外邊緣。當(dāng)變形區(qū)或傳力區(qū)存在兩種以上的變形方式時(shí)，首先發(fā)生變形的方式一定是所需的變形力區(qū)存在兩種以上的變形方式時(shí)，首先發(fā)生變形的方式一定是

33、所需的變形力為最小。在設(shè)計(jì)沖壓工藝和模具時(shí)，除要保證變形區(qū)為弱區(qū)外，還要保證為最小。在設(shè)計(jì)沖壓工藝和模具時(shí)，除要保證變形區(qū)為弱區(qū)外，還要保證所需的變形方式要求的變形力為最小。例如，沖載時(shí)在沖壓力的作用下，所需的變形方式要求的變形力為最小。例如，沖載時(shí)在沖壓力的作用下，板料具有產(chǎn)生剪切分離和彎曲變形兩種趨向。當(dāng)沖載間隙小到一定程度時(shí)，板料具有產(chǎn)生剪切分離和彎曲變形兩種趨向。當(dāng)沖載間隙小到一定程度時(shí)，建立起對彎曲變形不利而對剪切有利的條件，此時(shí)便可以在產(chǎn)生很小彎曲建立起對彎曲變形不利而對剪切有利的條件，此時(shí)便可以在產(chǎn)生很小彎曲變形的情況下實(shí)現(xiàn)剪切。變形的情況下實(shí)現(xiàn)剪切。 影響影響 圖圖1.3.10

34、 變形趨向性對沖壓工藝和變形趨向性對沖壓工藝和28鋼球活座套的沖壓工藝實(shí)例鋼球活座套的沖壓工藝實(shí)例）落料）落料 ）拉深）拉深 ）沖孔）沖孔 ）翻邊）翻邊2930一、板料的沖壓成形性能和試驗(yàn)方法一、板料的沖壓成形性能和試驗(yàn)方法 材料對各種沖壓成形方法的適應(yīng)能力稱為材料的沖壓成形性能。材料對各種沖壓成形方法的適應(yīng)能力稱為材料的沖壓成形性能。材料的沖壓成形性能好，就是指其便于沖壓加工，單個(gè)沖壓工序的材料的沖壓成形性能好，就是指其便于沖壓加工，單個(gè)沖壓工序的極限變形程度和總的極限變形程度大，生產(chǎn)率高，成極限變形程度和總的極限變形程度大，生產(chǎn)率高，成本低，容易得到高質(zhì)量的沖壓件。板料沖壓成形性能是一個(gè)綜

35、合性本低，容易得到高質(zhì)量的沖壓件。板料沖壓成形性能是一個(gè)綜合性的概念，它包括抗破裂性、貼模性和定形性。的概念，它包括抗破裂性、貼模性和定形性。 抗破裂性涉及板料在各種沖壓成形工藝中的最大變形程度即成抗破裂性涉及板料在各種沖壓成形工藝中的最大變形程度即成形極限，本書以后述及的極限拉深系數(shù)、極限脹形系數(shù)、極限翻邊形極限，本書以后述及的極限拉深系數(shù)、極限脹形系數(shù)、極限翻邊系數(shù)等都與材料的抗破裂性有關(guān)。板料的沖壓成形性能愈好，板料系數(shù)等都與材料的抗破裂性有關(guān)。板料的沖壓成形性能愈好，板料的抗破裂性也愈好，其成形極限就愈高。的抗破裂性也愈好，其成形極限就愈高。 板料的貼模性是指板料在沖壓過程中取得模具形

36、狀的能力。在板料的貼模性是指板料在沖壓過程中取得模具形狀的能力。在沖壓成形過程中，由于各方面因素的影響，板料會(huì)產(chǎn)生內(nèi)皺、翹曲、沖壓成形過程中，由于各方面因素的影響，板料會(huì)產(chǎn)生內(nèi)皺、翹曲、塌陷和鼓起等幾何面缺陷，使貼模性降低。塌陷和鼓起等幾何面缺陷，使貼模性降低。31.間接試驗(yàn)間接試驗(yàn) 間接試驗(yàn)方法有拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、金相試驗(yàn)等，尤其是拉間接試驗(yàn)方法有拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、金相試驗(yàn)等，尤其是拉伸試驗(yàn)簡單易行。雖然試驗(yàn)時(shí)試樣的受力情況和變形特點(diǎn)與實(shí)際沖伸試驗(yàn)簡單易行。雖然試驗(yàn)時(shí)試樣的受力情況和變形特點(diǎn)與實(shí)際沖壓變形有一定的差別，但研究表明，這種試驗(yàn)?zāi)軓牟煌嵌确从嘲鍓鹤冃斡幸欢ǖ牟顒e，但研究表明，

37、這種試驗(yàn)?zāi)軓牟煌嵌确从嘲宀牡臎_壓成形性能，因此板材的拉伸試驗(yàn)是一種很重要的試驗(yàn)方法。材的沖壓成形性能，因此板材的拉伸試驗(yàn)是一種很重要的試驗(yàn)方法。32.直接試驗(yàn)直接試驗(yàn) 直接試驗(yàn)也稱模擬試驗(yàn)，是直接模擬某一類實(shí)際成形方式來成直接試驗(yàn)也稱模擬試驗(yàn)，是直接模擬某一類實(shí)際成形方式來成形小尺寸的試樣。由于應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)基本相同，故試驗(yàn)結(jié)果能更確形小尺寸的試樣。由于應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)基本相同，故試驗(yàn)結(jié)果能更確切的反映這類成形方式下板料的沖壓成形性能。切的反映這類成形方式下板料的沖壓成形性能。杯突試驗(yàn)（杯突試驗(yàn)（）凹模凹模 試樣試樣 壓邊圈壓邊圈 凸模凸模33二、冷沖壓常用材料二、冷沖壓常用材料.對沖壓成形性能的要求對沖壓成形性能的要求 對于成形工序，為了有利于沖壓變形和制件質(zhì)量的提高，材對于成形工序，為了有利于沖壓變形和制件質(zhì)量的提高