第1章冲压工艺基础PPT讲稿.ppt

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1、第1章冲压工艺基础第1页，共43页，编辑于2022年，星期日二、变形抗力及影响因素 一、塑性变形及影响因素三、塑性变形对金属组织和性能的影响四、塑性力学基础五、金属塑性变形的一些基本规律六、冲压材料及其冲压成形性能第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第2页，共43页，编辑于2022年，星期日塑性塑性：表示材料塑性变形能力。它是指固体材料在外力作用 下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。塑性指标塑性指标：衡量金属塑性高低的参数。常用塑性指标为伸长率伸长率和断面收缩率断面收缩率。变形变形：弹性变形、塑性变形。1.塑性变形的基本概念塑性变形的基本概念第三节第三节 板料的冲压成形性能板料

2、的冲压成形性能一、塑性变形及影响因素一、塑性变形及影响因素第3页，共43页，编辑于2022年，星期日 金属材料的塑性与柔软性不同塑性与柔软性不同。柔软性只是物质变形抗力的标志，与塑性没有直接联系。即软的材料塑性不一定好，塑性好的不一定软。同一变形条件下，不同的材料具有不同的塑性；同一种材料在不同变形条件下会出现不同的塑性。材料的塑性是塑性加工的依据，冲压成形希望具有良好的塑性。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第4页，共43页，编辑于2022年，星期日2.塑性变形的影响因素塑性变形的影响因素 1)化学成分及化学成分及组织组织的影响的影响 金属的组织结构取决于它的化学成分。一般来

3、说，组成金属的元素越少，塑性越好；滑移系统数量越多，力学性能越一致，晶界强度越大，塑性越好。2)变变形温度形温度对对塑性的影响塑性的影响 对大多数金属和合金而言，随着温度的升高塑性增加。3)应应力状力状态对态对塑性的影响塑性的影响 应力状态对塑性的影响很大，主应力图中压应力个数越多、数值越大，则塑性越好。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第5页，共43页，编辑于2022年，星期日主应力对金属塑性影响排序 第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第6页，共43页，编辑于2022年，星期日主主应应力力图图：指只有正：指只有正应应力而没有切力而没有切应应力的力的应应力状力状

4、态图态图。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能 当三个主应力的大小都相等时，称为球应力状态球应力状态。习惯将三向等压应力称为静水压力静水压力。在静水压力作用下的金属，其塑性将提高，静水压力越大，塑性越高，通常将这种现象称为静水压静水压效应效应。静水压效应对塑性加工很有利，应尽量加以利用。第7页，共43页，编辑于2022年，星期日变变形抗力：形抗力：它是指材料抵抗变形的力。变形抗力反映了使材料 产生塑性变形的难易程度。变形抗力与变形力数值相等，方向相反。变变形力形力是指塑性变形时，使材料产生塑性变形的外力。在冲压生产中常用真真实应实应力力应变应变曲曲线线来表示材料变形抗力与变形程度

5、的关系，这是一个指数曲线，表示如下：Cn式中，C C与材料性能有关的系数，MPa；n n硬化指数。C C、n n取决于材料的种类和性能，可通过拉伸试验获得。1.变形抗力的基本概念变形抗力的基本概念第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能二、变形抗力及影响因素 第8页，共43页，编辑于2022年，星期日2.变形抗力的影响因素变形抗力的影响因素 1)化学成分及化学成分及组织对变组织对变形抗力的影响形抗力的影响 对于纯金属，因原子间的作用特性不同，各种纯金属的变形抗力也不同，纯度越高，变形抗力越小。不同牌号的合金，因组织状态不同，变形抗力也不同。一般合金元素、杂质元素含量越高，变形抗力越大

6、。对单相组织，单相固溶体中合金元素的含量越高，引越晶格畸变越大，变形抗力越高。单相组织比多相组织的变形抗力低。2)变变形温度形温度对变对变形抗力的影响形抗力的影响 对大多数金属而言，随着温度的升高变形抗力降低。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第9页，共43页，编辑于2022年，星期日3)变变形速度形速度对变对变形抗力的影响形抗力的影响 一般来说，随着变形速度的增加，金属的真实应力提高，但提高的程度与变形温度有关。冷变形时变形速度对真实应力影响不大，而在热变形时随变形速度的提高会引起真实应力的显著提高。4)变变形程度形程度对变对变形抗力的影响形抗力的影响 随着塑性变形程度的增加

7、，其变形抗力增加，硬度提高，而塑性和韧性降低，这种现象称为加工硬化加工硬化。加工硬化不仅使变形抗力增加，而且限制了材料的进一步变形。5)应应力状力状态对变态对变形抗力的影响形抗力的影响 物体受到的静水压力越大，其变形抗力越大。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第10页，共43页，编辑于2022年，星期日 金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化，而且其内部的组织和性能也将发生变化。一般会产生加工硬化加工硬化或应变刚应变刚现象：金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐增加，而塑性和韧性逐渐降低；晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生各向异性；由于变形不

8、均，会在材料内部产生内应力，变形后作为残余应力保留在材料内部。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能三、塑性变形对金属组织和性能的影响第11页，共43页，编辑于2022年，星期日1.点的应力与应变状态点的应力与应变状态 为了全面、完整地描述变形区内各点的受力和变形情况。应应力：力：内力在物体截面上分布的密集程度即称为应力。应力分为正应力和切 应力，分别用和来表示。应变应变：物体内部微小平行六面体的变形称为应变。点的点的应应力状力状态态：是指坯料内每一点的应力状况，即该点上 所作用的应力的大小、数目与方向。点的点的应变应变状状态态：点的应变状态通过单元体的变形来表示；应变是变形体由应

9、力引起的。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能四、塑性力学基础第12页，共43页，编辑于2022年，星期日应力正应力、切应力应力状态：主应力状态类似有应变状态的概念。一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，因此主应变状态图只有三种。通常是围绕该点取出一个微小（正）六面体（即所谓单元体），用该单元体上三个相互垂直面上的九个应力分量来表示。已知该九个应力分量，则过此点任意切面上的应力都可求得。塑性变形可能出现九种主应力状态。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第13页，共43页，编辑于2022年，星期日点的应力状态a）任意坐标系 b）主轴坐标系 第三节第三节 板料的冲压成

10、形性能板料的冲压成形性能第14页，共43页，编辑于2022年，星期日9种主应力状态图第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第15页，共43页，编辑于2022年，星期日3种主应变状态图第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第16页，共43页，编辑于2022年，星期日2.金属的屈服条件金属的屈服条件屈服塑性状态，主要取决于两方面的因素：（1）在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理机械材料的物理机械性质性质转变的根据根据；（2）材料所处的应力状态应力状态转变的条件条件。单向应力状态：=S 一般应力状态：1-3=S=S/S(安全系数)第三节第三节 板料的冲压成形性能

11、板料的冲压成形性能第17页，共43页，编辑于2022年，星期日3.金属塑性变形时的应力应变关系金属塑性变形时的应力应变关系 弹性变形阶段弹性变形阶段：应力与应变之间的关系是线性线性的、可逆可逆的，与加载历史无关无关；E 塑性变形阶段：塑性变形阶段：应力与应变之间的关系则是非线性非线性的、不可逆不可逆的，与加载历史有关有关。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第18页，共43页，编辑于2022年，星期日金属的应力-应变图1-实际应力曲线 2-假想应力曲线 第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第19页，共43页，编辑于2022年，星期日硬化曲线第三节第三节 板料的冲压成

12、形性能板料的冲压成形性能第20页，共43页，编辑于2022年，星期日（1）应力分量与应变分量符号不一定一致，即拉应力不一定 对应拉应变，压应力不一定对应压应变；（2）某方向应力为零其应变不一定为零；（3）在任何一种应力状态下，应力分量的大小与应变分量的大 小次序是相对应的，即123，则有123。（4）若有两个应力分量相等，则对应的应变分量也相等，即若 12，则有12。几点讨论结论几点讨论结论第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第21页，共43页，编辑于2022年，星期日1.1.弹塑性变形共存规律弹塑性变形共存规律 金属塑性变形阶段必然同时伴随有弹性变形。2.2.真实应力真实应力应

13、变曲线（硬化曲线）应变曲线（硬化曲线）表示硬化规律。这种变化规律可近似用指数曲线表示。=Cn第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能五、金属塑性变形的一些基本规律第22页，共43页，编辑于2022年，星期日金属的应力-应变图1-实际应力曲线 2-假象应力曲线 第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第23页，共43页，编辑于2022年，星期日真实应力-应变曲线 室温下几种金属的真实应力-应变曲线 第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第24页，共43页，编辑于2022年，星期日3.卸载弹性恢复规律和反载软化现象卸载弹性恢复规律和反载软化现象反载软化曲线反载软化现

14、象反载软化现象：卸载后反向加载(比如先拉伸后压缩)，弹性模数E没有变化；但反向加载时，材料的屈服点有所降低，我们称这种现象为反载软化现象。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第25页，共43页，编辑于2022年，星期日4.体积不变条件体积不变条件金属材料在塑性变形时，体积变化很小，可以忽略不计。一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，可证明满足：1+2+3=0 第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第26页，共43页，编辑于2022年，星期日 5.最小阻力定律最小阻力定律 在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，当金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小

15、的方向移动。在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方向发展。这就是塑性变形中的最小阻力定律最小阻力定律。弱区先变形，变形区为弱区第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第27页，共43页，编辑于2022年，星期日控制变形的趋向性：措施：（1）材料本身的特性开流开流 和 限流限流冲压工序的性质（2）板料的应力状态工艺参数模具结构参数（如凸模、凹模工作部分的圆角半径，摩擦和间隙等。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第28页，共43页，编辑于2022年，星期日方板拉深试验最小阻力定律试验第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第29页，共43页，编辑于2

16、022年，星期日变形趋向性对冲压工艺的影响第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第30页，共43页，编辑于2022年，星期日 环形毛坯的变形趋向（）变形前的模具与毛坯（）拉深（）翻边（）胀形 第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第31页，共43页，编辑于2022年，星期日 1冲压材料冲压材料（1 1）对冲压材料的要求）对冲压材料的要求b对材料厚度公差的要求（分高级、较高级、普通级）c对表面质量的要求（划伤、缩孔、麻点、断层、扭曲等 分高质量、较高质量、一般质量）a对冲压成形性能的要求（2 2）常用冲压材料）常用冲压材料 冲压最常用的材料是金属板料，也有部分非金属板料，

17、见P10表1-3、1-4。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能六、冲压材料及其冲压成形性能（伸长率、屈强比、弹性模量、硬化指数、厚度异性指数等）第32页，共43页，编辑于2022年，星期日 2 2冲压成形性能冲压成形性能（1）材料的冲压成形性能材料的冲压成形性能材料的冲压性能好成形极限高成形质量好便于冲压加工冲压成形性能是一个综合性的概念成形极限高成形质量好 指材料对各种冲压加工方法的适应能力。冲压加工的依据。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第33页，共43页，编辑于2022年，星期日（2）板料冲压成形性能指标板料冲压成形性能指标1.屈服极限屈服极限s 屈服极限

18、s小，材料容易变形，则变形抗力小，所需变形力小。2.屈强比屈强比 屈服极限s与强度极限b之比即s/b。3.均匀伸长率与总伸长率均匀伸长率与总伸长率 拉伸试验中，试样拉断时的伸长率称为总伸长率总伸长率（简称伸长率）。而试样开始产生局部集中变形时（颈缩时）的伸长率称为均匀伸长均匀伸长率率u。伸长率是影响翻边或扩孔成形性能的主要参数。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第34页，共43页，编辑于2022年，星期日4.硬化指数硬化指数n 表示材料在塑性变形中的硬化程度。n 大，材料在变形中加工硬化，真实应力增大。5.弹性模量弹性模量E 弹性模量E 越大，材料抗压失稳能力越强，卸载后回弹越

19、小，冲压件质量越高。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第35页，共43页，编辑于2022年，星期日拉伸试验用试样 拉伸曲线 第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第36页，共43页，编辑于2022年，星期日6.板厚方向性系数板厚方向性系数 由于钢锭结晶和板材轧制时出现纤维组织等原因，板料的塑性会因方向不同而出现差异，这种现象称为板料的塑性各向异性。厚度方向的各向异性用厚度异性指数厚度异性指数表示，其表达式为：b/t式中，b、t试样宽度和厚度方向的应变。当1时，宽度方向较厚度方向容易变形，即板料不易变薄或增厚。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第37页

20、，共43页，编辑于2022年，星期日7.板平面方向性板平面方向性 板料轧制后，在板平面内也出现各向异性即各方向力学性能和物理性能均不同。板平面各向异性用板平面各向异性指数板平面各向异性指数表示，其表达式为：=（0 902 45）/2式中，0、90、45与板料轧制纤维方向成0、90、45试样的厚度异性指数。越大，表示板平面内的各向异性越严重。如拉伸件拉伸后出现“凸耳”。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第38页，共43页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能 一般来说，伸长率大、屈强比小、弹性模量大、硬化指数高和厚度异性指数大有利于各种冲压成

21、形工序。第39页，共43页，编辑于2022年，星期日拉深件的凸耳 第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第40页，共43页，编辑于2022年，星期日（3 3）板料冲压成形性能试验方法）板料冲压成形性能试验方法 1.胀形成形性能试验(又称杯突试验、爱利克辛试验)2.拉深-胀形成形性能试验(又称福井试验、锥杯试验)(间接试验和直接试验)第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第41页，共43页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第42页，共43页，编辑于2022年，星期日3 3板料的机械性能与冲压成形性能的关系板料的机械性能与冲压成形性能的关系板料的强度强度指标越高，产生相同变形量的力力就越大；塑性塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量变形量就越大；刚度刚度指标越高，成形时抵抗抵抗失稳起皱的能力就越大。不同冲压工序对板料的机械性能的具体要求有所不同。第三节第三节 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能第43页，共43页，编辑于2022年，星期日