第一章 沖壓變形的基本原理

第一章沖壓變形的基本原理Copyright?2003PearsonEducation,Inc.第1頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

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沖壓成形時變形毛坯的力學(xué)特點與分類1.4板料沖壓成形性能及沖壓材料第2頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

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)，該變形稱為塑性變形。

第3頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

1.1.2塑性變形的基本方式單晶體：滑移（slip)、孿生

(twinning)

多晶體的塑性變形:晶內(nèi)、晶間(如圖)變形后形成的組織改變：纖維組織、變形織構(gòu)第4頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

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為變形抗力。塑性與變形抗力是兩個不同的概念：

塑性：反映變形的能力。變形抗力：是塑性變形的難易程度。第5頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

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

化學(xué)成分：鐵、碳、合金元素、雜質(zhì)元素。組織：單項組織、多向組織。組織的不同塑性和變形抗力會有很大的差別。鋼的制造工藝：2.變形溫度對塑性和變形抗力的影響

1）溫度升高，回復(fù)與再結(jié)晶；2）溫度升高，原子熱運動加?。?/p>

第6頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

1.1.4影響金屬的塑性與變形抗力的主要因素2.變形溫度對塑性和變形抗力的影響

3）溫度升高，原子熱振動加?。崴苄裕?；4）溫度升高，晶界強度下降；3.變形速度對塑性和變形抗力的影響

速度大時，塑性變形來不及擴展。沒有足夠時間回復(fù)、再結(jié)晶，塑性降低變形抗力增大。

速度大時，熱效應(yīng)顯著，變形體有溫度效應(yīng)對塑性增加有利。

第7頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

1.2塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)

外力內(nèi)力

模具毛坯零件

毛坯的變形都是模具對毛坯施加外力所引起內(nèi)力或由內(nèi)力直接作用的結(jié)果。應(yīng)力就是毛坯內(nèi)單位面積上作用的內(nèi)力。應(yīng)力應(yīng)理解為一極小面積上的內(nèi)力與該面積比值的極限，即：

第8頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

1.2.1一點的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)１.一點的應(yīng)力狀態(tài)：是指通過變形體內(nèi)某點的單元體所有截面上的應(yīng)力的有或無、大小、方向等情況。

第9頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

圖1.2.2九種主應(yīng)力狀態(tài)圖第10頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

2.一點的主應(yīng)變狀態(tài)

3.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。主變形圖只可能有三種形式圖1.2.3三種主應(yīng)變狀態(tài)圖第11頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

1.2.2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，該點就進入塑性狀態(tài)。

1.屈雷斯加(H·Tresca)屈服準(zhǔn)則屈雷斯加于1864年提出：當(dāng)材料中的最大剪應(yīng)力達到某一定值時，材料即行屈服。因此，該準(zhǔn)則又稱為最大剪應(yīng)力屈服準(zhǔn)則。其數(shù)學(xué)表達式為：

第12頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

1.2.2屈服準(zhǔn)則（塑性條件）2.密席斯(VonMises)屈服準(zhǔn)則

密席斯于1913年提出了另一屈服準(zhǔn)則：當(dāng)材料中的等效應(yīng)力達到某一定值時，材料就開始屈服。由單向拉伸試驗可確定該值，該值為材料的屈服點σs。其數(shù)學(xué)表達式為：

3.屈服準(zhǔn)則的幾何表示

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

第13頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.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(b)主應(yīng)力空間兩屈服準(zhǔn)則表達第14頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

1.2.3塑性變形時應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系

物體受力產(chǎn)生變形，所以應(yīng)力與應(yīng)變之間一定存在著某種關(guān)系。彈性變形時，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是線性的、可逆的，變形是可以恢復(fù)的。（胡克定律）

單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(如圖1.2.5)

塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性的、不可逆的。

第15頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

1.2.3塑性變形時應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系增量理論：瞬間的應(yīng)變增量與相應(yīng)應(yīng)力的關(guān)系

全量理論：主應(yīng)力差與主應(yīng)變差成比例

全量理論的應(yīng)用第16頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

1.2.4硬化與硬化曲線1.硬化

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.硬化曲線

實際應(yīng)力曲線與假象應(yīng)力曲線（如圖1.2.6）

幾種常用沖壓板料的硬化曲線（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)，對板料的沖壓性能以及沖壓件的質(zhì)量都有較大的影響。第17頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

1.3沖壓成形時變形毛坯的力學(xué)特點與分類

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18頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

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)

（如圖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（如圖1.3.3）。第19頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

1.3.3沖壓成形過程中變形趨向性及其控制1.變形趨向性(如圖1.3.4)

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20頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

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:板料對各種沖壓成形加工的適應(yīng)能力?？蛊屏研浴①N模性、定形性成形極限沖壓件形狀尺寸精度1.4.2板材沖壓成形試驗的試驗方法

板料沖壓性能試驗方法通常分為三種類型：力學(xué)試驗、金屬學(xué)試驗（統(tǒng)稱間接試驗）和工藝試驗（直接試驗）。第21頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

拉伸試驗用的標(biāo)準(zhǔn)試樣和拉伸曲線（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.總延伸率與均勻延伸率

拉伸實驗中,試樣拉斷時的伸長率稱總伸長率

1.4.3板料的力學(xué)性能與沖壓成形性能的關(guān)系第22頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.圖1.4.1拉伸試驗用的標(biāo)準(zhǔn)試樣和拉伸曲線第23頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.4.硬化指數(shù)

單向拉伸硬化曲線可寫成，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)對拉深件質(zhì)量的影響（圖1.4.2）第24頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.圖1.4.2△γ對拉深件質(zhì)量的影響第25頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.

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26頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.圖1.1.1晶格畸變

(a)無外力作用；(b)外力作用產(chǎn)生彈性畸變；

(c)晶格滑移或?qū)\動；(d)外力卸去后的永久變形第27頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.圖1.2.1一點的應(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28頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.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(b)主應(yīng)力空間兩屈服準(zhǔn)則表達第29頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.圖1.2.5單向拉應(yīng)力－應(yīng)變曲線第30頁，課件共39頁，創(chuàng)作于2023年2月Copyright?2003PearsonEducation,Inc.圖1.2.6實際應(yīng)力曲線與假