沖壓變形的基本原理

沖壓變形的基本原理第1頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.1金屬塑性變形的基本概念1.2金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)1.3沖壓成形時(shí)變形毛坯的力學(xué)特點(diǎn)與分類(lèi)1.4板料沖壓成形性能及沖壓材料第2頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.1金屬塑性變形的基本概念

在外力的作用下，金屬產(chǎn)生形狀和尺寸變化為變形，變形分為彈性變形與塑性變形。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)，造成排列的畸變，引起金屬形狀和尺寸的變化。1.1.2塑性變形的基本方式

滑移\孿生\多晶體的塑性變形（變形后形成纖維組織、變形織構(gòu)）(如圖1.1.1)第3頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.1.3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)有

延伸率

斷面收縮率

2.變形抗力

金屬產(chǎn)生塑性變形的力為變形力，金屬抵抗變形的力稱(chēng)為變形抗力。第4頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.1.4影響金屬的塑性與變形抗力的主要因素1.化學(xué)成份和組織對(duì)塑性和變形抗力的影響

2.變形溫度對(duì)塑性和變形抗力的影響3.變形速度對(duì)塑性和變形抗力的影響

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1.2塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)

外力內(nèi)力

模具毛坯零件1.2.1一點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)1.一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)(如圖1.2.1)2.一點(diǎn)的主應(yīng)變狀態(tài)

體積不變定律：三個(gè)推論：﹡塑性變形時(shí)，只有形狀的變化，而無(wú)體積的變化；﹡無(wú)論什么應(yīng)變狀態(tài)，其中一個(gè)主應(yīng)變的符號(hào)與另外兩個(gè)主應(yīng)變的符號(hào)相反；﹡已知兩個(gè)應(yīng)變就可求第三個(gè)應(yīng)變。第6頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.2.2屈服準(zhǔn)則（塑性條件）

屈服準(zhǔn)則：材料進(jìn)入塑性狀態(tài)的力學(xué)條件。當(dāng)材料中的某點(diǎn)的應(yīng)力滿(mǎn)足屈服準(zhǔn)則，該點(diǎn)就進(jìn)入塑性狀態(tài)。

1.屈雷斯加(H·Tresca)屈服準(zhǔn)則2.密席斯(VonMises)屈服準(zhǔn)則3.屈服準(zhǔn)則的幾何表示

在平面應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，屈服準(zhǔn)則可用屈服軌跡來(lái)表示（如圖1.2.4）。

第7頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.2.3塑性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系

單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)(如圖1.2.5)增量理論

全量理論

例：全量理論分析應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

1)稱(chēng)平面應(yīng)變(或稱(chēng)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:

第8頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.2.4硬化與硬化曲線(xiàn)1.硬化

材料的強(qiáng)度指標(biāo)隨變形程度的增加而增加,塑性隨之降低。

2.硬化曲線(xiàn)

實(shí)際應(yīng)力曲線(xiàn)與假象應(yīng)力曲線(xiàn)（如圖1.2.6）

幾種常用沖壓板料的硬化曲線(xiàn)（如圖1.2.7）

硬化指數(shù)是表明材料冷變形硬化的重要參數(shù)，對(duì)板料的沖壓性能以及沖壓件的質(zhì)量都有較大的影響。第9頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.3沖壓成形時(shí)變形毛坯的力學(xué)特點(diǎn)與分類(lèi)

1.3.1變形毛坯的分區(qū)(如圖1.3.1)1.3.2變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變特點(diǎn)1.沖壓毛坯兩向受拉應(yīng)力的作用

(可分兩種情況)：

（如圖1.3.2Ⅰ象限）2.沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應(yīng)力的作用

（如圖1.3.2Ⅲ象限）第10頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

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

（如圖1.3.2）4.沖壓毛坯變形區(qū)受異號(hào)應(yīng)力的作用，而且壓應(yīng)力的絕對(duì)值大于拉應(yīng)力的絕對(duì)值。

(可以分為兩種情況)

綜上所述：沖壓變形可分為伸長(zhǎng)類(lèi)變形和壓縮類(lèi)變形（如圖1.3.3）。第11頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.3.3沖壓成形過(guò)程中變形趨向性及其控制1.變形趨向性(如圖1.3.4)

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

﹡合理地確定毛坯尺寸（圖1.3.5圖1.3.6

）﹡正確設(shè)計(jì)模具工作部分形狀和尺寸﹡改變毛坯與模具表面的摩擦條件﹡其他工藝措施第12頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.4板料沖壓成形性能及沖壓材料1.4.1板料的沖壓成形性能

沖壓成形性能:板料對(duì)各種沖壓成形加工的適應(yīng)能力?？蛊屏研?、貼模性、定形性成形極限沖壓件形狀尺寸精度1.4.2板材沖壓成形試驗(yàn)的試驗(yàn)方法

板料沖壓性能試驗(yàn)方法通常分為三種類(lèi)型：力學(xué)試驗(yàn)、金屬學(xué)試驗(yàn)（統(tǒng)稱(chēng)間接試驗(yàn)）和工藝試驗(yàn)（直接試驗(yàn)）。第13頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

拉伸試驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)試樣和拉伸曲線(xiàn)（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(qiáng)比

屈強(qiáng)比小,說(shuō)明值小而值大3.總延伸率與均勻延伸率

拉伸實(shí)驗(yàn)中,試樣拉斷時(shí)的伸長(zhǎng)率稱(chēng)總伸長(zhǎng)率

1.4.3板料的力學(xué)性能與沖壓成形性能的關(guān)系第14頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖1.4.1拉伸試驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)試樣和拉伸曲線(xiàn)第15頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4.硬化指數(shù)

單向拉伸硬化曲線(xiàn)可寫(xiě)成，其中為硬化指數(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)對(duì)拉深件質(zhì)量的影響（圖1.4.2）第16頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖1.4.2△γ對(duì)拉深件質(zhì)量的影響第17頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.4.4常用沖壓材料及其力學(xué)性能1.沖壓常用的材料黑色金屬金屬材料沖壓材料有色金屬非金屬材料2.沖壓用新材料及其性能

1）高強(qiáng)度鋼板2）耐腐蝕鋼板3）雙相鋼板4）涂層板5）復(fù)合板材

第18頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖1.1.1晶格畸變

(a)無(wú)外力作用；(b)外力作用產(chǎn)生彈性畸變；

(c)晶格滑移或?qū)\動(dòng)；(d)外力卸去后的永久變形第19頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖1.2.1一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)

（a）受力物體（b）任意坐標(biāo)系（c）主軸坐標(biāo)系第20頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.2.4屈服準(zhǔn)則的幾何表示 （a）平面上兩屈服準(zhǔn)則表達(dá)(b)主應(yīng)力空間兩屈服準(zhǔn)則表達(dá)第21頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖1.2.5單向拉應(yīng)力－應(yīng)變曲線(xiàn)第22頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖1.2.6實(shí)際應(yīng)力曲線(xiàn)與假象應(yīng)力曲線(xiàn)第23頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖1.2.7幾種常用沖壓板料的硬化曲線(xiàn)第24頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第25頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖1.3.2沖壓應(yīng)力圖第26頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一圖1.3.2沖壓應(yīng)力圖第27頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.3.3沖壓變形圖第28頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2