冲压工艺与模具设计-电子教案第1章.ppt
《冲压工艺与模具设计-电子教案第1章.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《冲压工艺与模具设计-电子教案第1章.ppt(89页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第第1 1章章 冲压变形的理论基础冲压变形的理论基础 金属塑性变形概述金属塑性变形概述1.1影响塑性变形抗力的主要因素影响塑性变形抗力的主要因素1.2金属塑性变形的基本规律金属塑性变形的基本规律1.3冷冲压材料及其冲压成形性能冷冲压材料及其冲压成形性能1.41.1 1.1 金属塑性变形概述金属塑性变形概述材料的变形可以分为弹性变形和塑性材料的变形可以分为弹性变形和塑性变形。当变形力去除后,能恢复原状的变变形。当变形力去除后,能恢复原状的变形称为弹性变形,不能恢复原状的变形称形称为弹性变形,不能恢复原状的变形称为塑性变形。为塑性变形。金属材料是一种兼具弹性、塑性的材金属材料是一种兼具弹性、塑性的
2、材料,在变形力的作用下,既能产生弹性变料,在变形力的作用下,既能产生弹性变形,又能从弹性变形发展到塑性变形。当形,又能从弹性变形发展到塑性变形。当塑性变形发展到一定程度时,材料就会发塑性变形发展到一定程度时,材料就会发生破坏。生破坏。金属材料在外力作用下产生永久变形金属材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力称为塑性。而不被破坏的能力称为塑性。1.2 1.2 影响塑性和变形抗力的影响塑性和变形抗力的主要因素主要因素影响金属塑性的因素包括两方面:影响金属塑性的因素包括两方面:金属本身的晶格类型、化学成分和金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等。金相组织等。变形时的外部条件,如变形温度、变形
3、时的外部条件,如变形温度、变形速度以及变形方式等。变形速度以及变形方式等。塑性变形时的应力、应变状态塑性变形时的应力、应变状态冲压成形时,外力通过模具作用于板冲压成形时,外力通过模具作用于板料毛坯,使之产生塑性变形,同时在毛坯料毛坯,使之产生塑性变形,同时在毛坯内部引起反抗变形的内力。内部引起反抗变形的内力。1 1点的应力状态点的应力状态一点的应力状态是通过在该点沿某种一点的应力状态是通过在该点沿某种坐标系所取的单元体上各个互相垂直表面坐标系所取的单元体上各个互相垂直表面上的应力来表示的,一般情况下每个面上上的应力来表示的,一般情况下每个面上都会有应力,如图都会有应力,如图1.1(a)所示。)
4、所示。这些应力又可沿坐标方向分解为九个这些应力又可沿坐标方向分解为九个应力分量,其中包括三个正应力和六个剪应力分量,其中包括三个正应力和六个剪应力,如图应力,如图1.11.1(b b)所示。因为互相垂直)所示。因为互相垂直平面上剪应力互等:平面上剪应力互等:xyxy=yxyx,yzyz=zyzy,zxzx=xzxz,所以,只要知道三个,所以,只要知道三个正应力和三个剪应力,该点的应力状态就正应力和三个剪应力,该点的应力状态就可确定。可确定。图图1.1 1.1 点的应力状态点的应力状态图图1.11.1(b b)中的坐标系)中的坐标系XYZXYZ是任意选定是任意选定的。对于不同的坐标系,该点的应力
5、状态的。对于不同的坐标系,该点的应力状态并没有改变,但是单元体上用来表示该点并没有改变,但是单元体上用来表示该点应力状态的九个应力分量就会与原来的数应力状态的九个应力分量就会与原来的数值不同。值不同。对任何一种应力状态来说,总存在这对任何一种应力状态来说,总存在这样一种坐标系,使得单元体各表面上只出样一种坐标系,使得单元体各表面上只出现正应力,而没有剪应力,如图现正应力,而没有剪应力,如图1.11.1(c c)所示。这就大大简化了对点的应力状态的所示。这就大大简化了对点的应力状态的描述。描述。这时,这时,1 1、2 2、3 3三个坐标轴就称为主轴;三个坐标轴就称为主轴;三个坐标轴的方向就叫做主
6、方向;三个正三个坐标轴的方向就叫做主方向;三个正应力就叫做主应力,一般按其代数值大小应力就叫做主应力,一般按其代数值大小依次用依次用 1 1、2 2和和 3 3表示,即表示,即 11 22 3 3。值可正可负,正值表示拉应力,负值表示值可正可负,正值表示拉应力,负值表示压应力。三个主应力的作用面称为主平面。压应力。三个主应力的作用面称为主平面。一般情况下,单元体的三个主方向都一般情况下,单元体的三个主方向都有应力,这种应力状态称为三向应力状态有应力,这种应力状态称为三向应力状态或空间应力状态。但在板料成形中,厚度或空间应力状态。但在板料成形中,厚度方向的应力方向的应力 t t与其他两个方向的应
7、力比较,与其他两个方向的应力比较,往往可以忽略不计,即将厚向应力看作零。往往可以忽略不计,即将厚向应力看作零。这种应力状态可视为两向应力状态或这种应力状态可视为两向应力状态或平面应力状态。平面应力问题的分析计算平面应力状态。平面应力问题的分析计算比三向应力问题简单,这为研究冲压成形比三向应力问题简单,这为研究冲压成形提供了方便。提供了方便。如果三个主应力中有两个为零,只在如果三个主应力中有两个为零,只在一个方向有应力,这就称为单向应力状态。一个方向有应力,这就称为单向应力状态。如果三个主应力大小都相等,即如果三个主应力大小都相等,即 1 1=2 2=3 3,则称为球应力状态。这种应力状,则称为
8、球应力状态。这种应力状态不可能产生剪应力,故所有方向都是主态不可能产生剪应力,故所有方向都是主方向,而且所有方向的主应力都相同。深方向,而且所有方向的主应力都相同。深水中微小物体承受的就是这样一种应力状水中微小物体承受的就是这样一种应力状态(三向等压),通常将三向等压应力称态(三向等压),通常将三向等压应力称为静水压力。为静水压力。单元体上三个正应力的平均值称为平单元体上三个正应力的平均值称为平均应力,用均应力,用 m m表示。平均应力的大小取决表示。平均应力的大小取决于该点的应力状态,而与坐标系的选取无于该点的应力状态,而与坐标系的选取无关,即关,即 (1.11.1)任何一种应力状态都可以看
9、成是由两任何一种应力状态都可以看成是由两种应力状态叠加而成,如图种应力状态叠加而成,如图1.2所示。其中所示。其中一种是大小等于平均应力一种是大小等于平均应力 m的球应力状态,的球应力状态,另一种为偏应力状态。因球应力状态为三另一种为偏应力状态。因球应力状态为三向等应力状态,不产生剪应力,故不能改向等应力状态,不产生剪应力,故不能改变物体的形状,只能改变物体的体积。变物体的形状,只能改变物体的体积。偏应力状态的主轴方向和它所产生的偏应力状态的主轴方向和它所产生的剪应力与原应力状态完全相同,故偏应力剪应力与原应力状态完全相同,故偏应力状态使物体发生的形状改变也与原应力状状态使物体发生的形状改变也
10、与原应力状态相同;但因偏应力状态的平均应力为零,态相同;但因偏应力状态的平均应力为零,所以它不会引起物体体积的变化。所以它不会引起物体体积的变化。(应力张量)分解为(应力球张量)(应力张量)分解为(应力球张量)+(应力偏张量)(应力偏张量)图图1.2 1.2 应力张量的分解应力张量的分解除主平面不存在剪应力外,单元体其除主平面不存在剪应力外,单元体其他方向的截面上都有剪应力,而且在与主他方向的截面上都有剪应力,而且在与主平面成平面成45的截面上剪应力达到极大值,称的截面上剪应力达到极大值,称为主剪应力。主剪应力的作用面称为主剪为主剪应力。主剪应力的作用面称为主剪应力面。应力面。主剪应力及其作用
11、面共有三组,如图主剪应力及其作用面共有三组,如图1.31.3所示,其主剪应力值分别为:所示,其主剪应力值分别为:(1.21.2)图图1.3 1.3 主剪应力面及主剪应力方向(用阴影线表示)主剪应力面及主剪应力方向(用阴影线表示)其中绝对值最大的主剪应力称为该点其中绝对值最大的主剪应力称为该点的最大剪应力,用的最大剪应力,用max表示。若规定表示。若规定 1 2 3,则,则 (1.3)最大剪应力对材料的塑性变形有重要最大剪应力对材料的塑性变形有重要意义。意义。这里还有一个重要概念,就是等效应这里还有一个重要概念,就是等效应力(或称为应力强度)力(或称为应力强度)i:(1.4)在单向应力状态下,在
12、单向应力状态下,10,而,而 2=3=0,代入上式可得:,代入上式可得:i=|1|,即单,即单向应力状态的等效应力就等于该单向应力向应力状态的等效应力就等于该单向应力值。值。所谓等效,就是从能量角度将复杂的所谓等效,就是从能量角度将复杂的应力状态应力状态“等效等效”于一个与于一个与 i相同的单向相同的单向应力状态。等效应力是衡量该应力状态受应力状态。等效应力是衡量该应力状态受载程度的一个指标。对物体中的某一点来载程度的一个指标。对物体中的某一点来说,如果在某瞬间说,如果在某瞬间 i增大,也就是说等效增大,也就是说等效应力增量应力增量d i0,那么这一瞬间是在加载。,那么这一瞬间是在加载。反之,
13、如果反之,如果 i减小,即减小,即d i0,则该点,则该点处于卸载状态。如果在加载过程中所有应处于卸载状态。如果在加载过程中所有应力分量均按同一比例增加,这种情况叫做力分量均按同一比例增加,这种情况叫做比例加载或简单加载。简单加载时,三个比例加载或简单加载。简单加载时,三个应力主轴的方向不会改变。应力主轴的方向不会改变。2 2点的应变状态点的应变状态变形体内存在应力必定伴随应变,点变形体内存在应力必定伴随应变,点的应变状态是通过单元体的变形来表示的。的应变状态是通过单元体的变形来表示的。当采用主轴坐标系时,单元体就只有三个当采用主轴坐标系时,单元体就只有三个主应变分量主应变分量 1、2和和 3
14、,而没有剪应变分,而没有剪应变分量。如图量。如图1.4所示。所示。图图1.4 1.4 主应变图主应变图 应力状态对塑性变形的影响应力状态对塑性变形的影响由实践可知,同一种材料在不同应力由实践可知,同一种材料在不同应力状态下反映出不同的塑性,例如单向压缩状态下反映出不同的塑性,例如单向压缩获得的塑性变形比单向拉伸大得多;实心获得的塑性变形比单向拉伸大得多;实心件正挤压比拉丝(拉拔)能发挥更大的塑件正挤压比拉丝(拉拔)能发挥更大的塑性。性。大理石是脆性材料,在单向压缩时缩大理石是脆性材料,在单向压缩时缩短率不到短率不到1%1%就会破坏,但在就会破坏,但在7 6507 650个大气压个大气压力(一个
15、大气压为力(一个大气压为98.066kPa98.066kPa)的静水压力)的静水压力下压缩时,缩短率可达下压缩时,缩短率可达9%9%左右才破坏。左右才破坏。上述结果表明,强化三向压应力状态,上述结果表明,强化三向压应力状态,能充分发挥材料的塑性,这实质上是应力能充分发挥材料的塑性,这实质上是应力状态中的静水压力分量在起作用。应力状状态中的静水压力分量在起作用。应力状态中的压应力个数愈多、压应力愈大,则态中的压应力个数愈多、压应力愈大,则其静水压力愈大,因而塑性愈好;反之,其静水压力愈大,因而塑性愈好;反之,静水压力愈小,则塑性就愈差。静水压力愈小,则塑性就愈差。1.3 1.3 金属塑性变形的基
16、本规律金属塑性变形的基本规律1.3.1 1.3.1 金属材料硬化规律(真金属材料硬化规律(真实应力实应力应变曲线)应变曲线)1.3.1.1 1.3.1.1 弹塑性变形共存规律弹塑性变形共存规律材料在塑性变形的同时也会有弹性变材料在塑性变形的同时也会有弹性变形存在。用最简单的拉伸试验就可以说明形存在。用最简单的拉伸试验就可以说明这种弹塑性变形的共存现象。这种弹塑性变形的共存现象。低碳钢试样在单向拉伸时的拉伸试验低碳钢试样在单向拉伸时的拉伸试验曲线图(或条件应力曲线图(或条件应力-应变曲线)如图应变曲线)如图1.51.5所示。所示。图图1.5 1.5 拉伸试验曲线图(条件应力拉伸试验曲线图(条件应
17、力-应变曲线)应变曲线)图中,图中,OA为弹性变形阶段,为弹性变形阶段,A点为屈点为屈服点,服点,s为屈服强度,为屈服强度,ABG为均匀塑性变为均匀塑性变形阶段,形阶段,G点处载荷最大,点处载荷最大,G点的点的 b为抗拉为抗拉强度。同时强度。同时G点也是失稳点,从点也是失稳点,从G点开始,点开始,材料出现缩颈。材料出现缩颈。GK为不均匀变形阶段,为不均匀变形阶段,K点为断裂点。点为断裂点。由拉伸图可知,在弹性变形阶段由拉伸图可知,在弹性变形阶段OAOA,外力与变形成正比关系,如果在这一阶段外力与变形成正比关系,如果在这一阶段卸载,则外力与变形将按原路退回原点,卸载,则外力与变形将按原路退回原点
18、,不产生任何永久变形。不产生任何永久变形。若到达若到达A A点以后仍继续拉伸,则材料进点以后仍继续拉伸,则材料进入均匀塑性变形阶段。入均匀塑性变形阶段。如果在这一阶段的如果在这一阶段的B B点卸载,那么外力点卸载,那么外力与变形并不按原路与变形并不按原路OABOAB退回到原点,而是沿退回到原点,而是沿与与OAOA平行的直线平行的直线BCBC退回到退回到C C点,这时试样的点,这时试样的绝对伸长量由加载到绝对伸长量由加载到B B点时的点时的lblb减小到卸减小到卸载结束时的载结束时的lclc,lblb与与lclc之差即为弹之差即为弹性变形量,而性变形量,而lclc为加载到为加载到B B点时的塑性
19、变点时的塑性变形量。形量。由此可见,在材料进入塑性变形阶段由此可见,在材料进入塑性变形阶段后,同时存在着弹性变形和塑性变形,这后,同时存在着弹性变形和塑性变形,这就是弹塑性变形共存规律。很显然,在外就是弹塑性变形共存规律。很显然,在外力去除后,弹性变形得以恢复,塑性变形力去除后,弹性变形得以恢复,塑性变形得以保留。得以保留。冲压时,由于弹性变形的存在,使得冲压时,由于弹性变形的存在,使得分离或成形后的冲压件的形状和尺寸与模分离或成形后的冲压件的形状和尺寸与模具的形状和尺寸不尽相同,这种现象称为具的形状和尺寸不尽相同,这种现象称为回弹,是影响冲压件精度的重要原因之一。回弹,是影响冲压件精度的重要
20、原因之一。1.3.1.2 1.3.1.2 真实应力、真实应变概念真实应力、真实应变概念 1 1真实应力真实应力应力是指单位面积上的内力。单向拉应力是指单位面积上的内力。单向拉伸试验过程中,试件横截面上的拉应力有伸试验过程中,试件横截面上的拉应力有两种计算方法:两种计算方法:(1 1)不考虑横截面积的变化()不考虑横截面积的变化(F F00试试样初始截面积)样初始截面积)(1.51.5)求得的求得的 0 0称为条件应力。其条件就是称为条件应力。其条件就是只有当变形不大时才能用这种方法近似计只有当变形不大时才能用这种方法近似计算。算。(2)考虑横截面积的变化)考虑横截面积的变化 材料拉伸试验属于大
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 冲压 工艺 模具设计 电子 教案
限制150内