沖壓成形的基本理論

沖壓成形的基本理論1第一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28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(chēng)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(shí)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(chēng)為塑性變形。

第一節(jié)金屬塑性變形概述3第三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28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(lèi)型、化學(xué)成分和金相組織等。外部因素——變形方式（機(jī)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)：通常是圍繞該點(diǎn)取出一個(gè)單元六面體，用該單元體上三個(gè)相互垂直面上的九個(gè)應(yīng)力分量來(lái)表示。已知該九個(gè)應(yīng)力分量，則過(guò)此點(diǎn)任意切面上的應(yīng)力都可求得。

5第五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日主應(yīng)力狀態(tài)最大切應(yīng)力等效應(yīng)力6第六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日主應(yīng)變狀態(tài)類(lèi)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(shí)，體積變化很小，可以忽略不計(jì)。一般認(rèn)為金屬材料在塑性變形時(shí)體積不變，可證明滿(mǎn)足：7第七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日一、應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)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(diǎn)——屈服點(diǎn)ABG——均勻塑性變形階段G點(diǎn)——失穩(wěn)點(diǎn)K點(diǎn)——斷裂點(diǎn)8第八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28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(huì)產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象：塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響金屬的機(jī)械性能，隨著變形程度的增加，強(qiáng)度和硬度逐漸增加，而塑性和韌性逐漸降低；晶粒會(huì)沿變形方向伸長(zhǎng)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(huì)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日真實(shí)應(yīng)力：金屬材料在塑性變形過(guò)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。真實(shí)應(yīng)變：正確反映瞬態(tài)變形的基礎(chǔ)上，真實(shí)地反映了塑性變形的積累過(guò)程。瞬時(shí)真實(shí)應(yīng)變：總的真實(shí)應(yīng)變：10第十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日硬化曲線(xiàn)：實(shí)際應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)或真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，表示硬化規(guī)律。這種變化規(guī)律可近似用指數(shù)曲線(xiàn)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28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(kāi)始屈服時(shí)各個(gè)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(shí)，材料就開(kāi)始屈服。12第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28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(shí)，材料就開(kāi)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日三、金屬塑性變形時(shí)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(xiàn)性的、可逆的，與加載歷史無(wú)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(xiàn)性的、不可逆的，與加載歷史有關(guān)。增量理論：每個(gè)應(yīng)變分量的增量與對(duì)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?cè)隽坑嘘P(guān)，而與該瞬間的應(yīng)變值無(wú)關(guān)。14第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日全量理論：在簡(jiǎn)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(jiǎn)單加載：在塑性變形發(fā)展的過(guò)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(zhǎng)，又稱(chēng)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日全量理論體積不變規(guī)律分析沖壓成形時(shí)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(gè)應(yīng)力的平均值寬板彎曲16第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日雙向等拉：拉應(yīng)力方向?yàn)樯扉L(zhǎng)變形，其余方向?yàn)閴嚎s變形，變形量為伸長(zhǎng)變形的兩倍。單向拉應(yīng)力：拉應(yīng)力方向伸長(zhǎng)變形，其余方向?yàn)閴嚎s變形，變形量為伸長(zhǎng)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?yàn)樯扉L(zhǎng)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?yàn)閴嚎s變形，其余方向?yàn)槔熳冃危冃瘟繛閴嚎s變形的兩倍。17第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日三向拉應(yīng)力：最大拉應(yīng)力方向是伸長(zhǎng)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(duì)值最大）方向是壓縮變形最大壓應(yīng)力（絕對(duì)值最小）方向是伸長(zhǎng)變形18第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日（1）應(yīng)力分量與應(yīng)變分量符號(hào)不一定一致，即拉應(yīng)力不一定對(duì)應(yīng)拉應(yīng)變，壓應(yīng)力不一定對(duì)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(duì)應(yīng)的，即1＞

2＞

3，則有1＞

2＞

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

1＝

2。幾點(diǎn)結(jié)論19第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日伸長(zhǎng)類(lèi)變形當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)內(nèi)的拉應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，在這個(gè)方向上的變形一定是伸長(zhǎng)變形，這種沖壓變形稱(chēng)為伸長(zhǎng)類(lèi)變形。當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)內(nèi)的壓應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，在這個(gè)方向上的變形一定是壓縮變形，這種沖壓變形稱(chēng)為壓縮類(lèi)變形。一般以變形區(qū)板材變薄為特征。如脹形、圓孔翻邊、擴(kuò)口、拉形等屬于伸長(zhǎng)類(lèi)變形。壓縮類(lèi)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(lèi)變形。容易使變形區(qū)在拉應(yīng)力作用下過(guò)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28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(gè)綜合性的概念抗破裂性貼模性材料對(duì)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日抗破裂性：材料在塑性變形過(guò)程中抵抗破裂的能力。貼模性：板料在沖壓過(guò)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(huì)導(dǎo)致零件嚴(yán)重?fù)p壞且無(wú)法修復(fù)，因而它是評(píng)價(jià)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(lái)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

2．沖壓成形性能的試驗(yàn)方法間接試驗(yàn)：拉伸試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、金相試驗(yàn)等。機(jī)械（力學(xué)）性能指標(biāo)：伸長(zhǎng)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(qiáng)比s／b：越小，材料由屈服到破裂前的塑性變形階段長(zhǎng)，抗破裂性越好，同時(shí)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(duì)后續(xù)變形不利，但抗縮頸能力強(qiáng)，抗破裂性也越好。23第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日板厚方向性系數(shù)r：板料試樣在試驗(yàn)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(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日板料的機(jī)械性能與沖壓成形性能的關(guān)系板料的強(qiáng)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(shí)所能承受的極限變形量就越大；剛度指標(biāo)越高，成形時(shí)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(jī)械性能的具體要求有所不同。25第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3．常用沖壓材料（1）對(duì)沖壓材料的基本要求c．對(duì)材料厚度公差的要求b．對(duì)表面質(zhì)量的要求a．對(duì)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(wú)缺陷損傷。材料的厚度應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。26第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日（2）材料的種類(lèi)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