材料力学测试原理及试验课件.ppt

1、金属塑性成形综合实验金属塑性成形综合实验 之板材性能测试综合实验之板材性能测试综合实验 Comprehensive Experiment of Plasticity Shaping Forging 主要内容第一部分第一部分 绪论绪论 主要介绍综合实验课开设的目的和意义。第二部分第二部分 金属板材的分类及工业应用金属板材的分类及工业应用 第一节：金属板材的分类 第二节：工业应用第三部分第三部分 金属板材成形性能测试实验金属板材成形性能测试实验 主要介绍金属板材的各种性能测试实验的目的、方法及内容。第一部分 绪论基本概念1： 成形性能是指金属薄板在冲压成形过程中抵抗破裂的能力，即薄板在指定加工过程

2、中产生塑性变形而不失效的能力。成形性能研究的重点是成形极限的大小，也就是薄板发生破裂前能够获得的最大变形程度。第一部分 绪论基本概念基本概念2 2： 板材成形性能测试是测量金属板材成型性能板材成形性能测试是测量金属板材成型性能好坏最有效的方法，金属板材成形工艺及模好坏最有效的方法，金属板材成形工艺及模具在航空航天、汽车运输、电子电器、仪表具在航空航天、汽车运输、电子电器、仪表家电、医疗器械等领域有着广泛的应用，是家电、医疗器械等领域有着广泛的应用，是材料成形及控制工程专业的发展方向之一。材料成形及控制工程专业的发展方向之一。第一部分 绪论综合实验开设的目的：v板材成形性能测试能全面了解金属板材

3、的成形性能、流动规律，了解金属板材成形时的起皱、破裂等缺陷。v通过金属板材的成形性能，预测成形缺陷，掌握测试和实验方法，进而能够掌握和设计金属板材成形工艺，并用于指导模具设计和设备选择。综合实验开设的意义：u本综合实验的开设将有效锻练学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新创造能力，激发学生的学习兴趣和探索学科理论的热情。第一部分 绪论综合实验的特点：综合实验的特点：v体现专业知识的综合运用和学生自主参与、设计、创新的特点；v注重理论联系实际，以目前国内先进的测试手段为基础组织教学。第一部分第一部分 绪论绪论金属塑性成形综合实验金属塑性成形综合实验 之板材性能测试综合实验之板材

4、性能测试综合实验第二部分第二部分 金属板材成形基本知识金属板材成形基本知识一、常用金属板材的分类及牌号v我们通常所说的板材，是指薄钢板（带）；而所谓的薄钢板，是指板材厚度小于4mm的钢板，它分为热轧板和冷轧板。众所周知，在家电制造领域里，冷轧板以及以冷轧板为原板的镀锌板的用途十分广泛，冰箱、空调、洗衣机、微波炉、燃气热水器等等的零件材料的选用都与它紧密相连。 国内板材牌号及标记的识别 v1.1 冷轧普通薄钢板 冷轧薄钢板是普通碳素结构钢冷轧板的简称，俗称冷板。它是由普通碳素结构钢热轧钢带，经过进一步冷轧制成厚度小于4mm的钢板。由于在常温下轧制，不产生氧化铁皮，因此，冷板表面质量好，尺寸精度高

5、，再加之退火处理，其机械性能和工艺性能都优于热轧薄钢板，在许多领域里，特别是家电制造领域，已逐渐用它取代热轧薄钢板。 适用牌号：Q195、Q215、Q235、Q275；v符号：Q普通碳素结构钢屈服点（极限）的代号，它是“屈”的第一个汉语拼音字母的大小写；195、215、235、255、275分别表示它们屈服点（极限）的数值，单位：兆帕MPa（N/mm2）；由于Q235钢的强度、塑性、韧性和焊接性等综合机械性能在普通碳素结构钢中属最了，能较好地满足一般的使用要求，所以应用范围十分广泛。 v标记：尺寸精度尺寸钢板品种标准 v冷轧钢板：钢号技术条件标准 v标记示例：B-0.57501500-GB70

6、8-88 v冷轧钢板：Q225-GB912-89 v产地：鞍钢、武钢、宝钢等1.2 冷轧优质薄钢板 同冷轧普通薄钢析一样，冷轧优质碳素结构钢薄钢板也是冷板中使用最广泛的薄钢板。冷轧优质碳素薄钢板是以优质碳素结构钢为材质，经冷轧制成厚度小于4mm的薄板。 v适用牌号：08、08F、10、10F v符号：08、10钢号开头的两位数字表示钢的含碳量，以平均碳含量100表示；F不脱氧的沸腾钢；b半镇静钢，Z一般脱氧的镇静钢（有时无字母表示）。 例如：08F表示其平均含碳量为0.08%的不脱氧沸腾钢；由于08F钢板的塑性好，冲压性能也好，大多用来制造一般有拉延结构的钣金件制品。 v拉延级别：Z最深拉延级

7、，S深拉延级，P普通拉延级 v表面质量：高级的精整表面、较高级的精整表面、普通的精整表面 v标记：尺寸精度尺寸钢板品种标准 v冷轧板：钢号表面质量组别拉延组别技术条件标准 v产地：鞍钢、武钢、太钢、抚顺钢厂、大连钢厂、沈阳钢厂、重庆钢厂和宝钢等1.3 深冲压用冷轧薄钢板 深冲压冷轧薄钢板多半用铝脱氧的镇静钢，属于优质碳素结构钢。由于它的塑性非常好，具有优良的深拉延特性，所以被广泛用于需要比较复杂结构的深拉延的制品上。 v适用牌号：08A1 v符号：08-钢号开头的两位数字表示钢的含碳量，以平均碳含量100表示；A1-使用铝脱氧的镇静钢。 v表面质量：-特别高级精整表面，-高级精整表面，-较高级

8、精整表面； v拉延性能级别：ZF-可拉延最复杂件，HF-可拉延很复杂件，F-可拉延复杂件。 v标记：尺寸精度尺寸钢板品种标准 v冷轧板：钢号表面质量组别拉延组别技术条件标准 v标记示例：A-1.07501500-GB708-88 v冷轧板：08A-HF-GB5213-85 v产地：鞍钢、武钢、宝钢、太钢和重庆钢厂等 日本板材牌号及识别1.4 日本冷轧碳素薄钢板 v适用牌号：SPCC、SPCD、SPCE v符号：S-钢（Steel）、P-板（Plate）、C-冷轧（cold）、第四位C-普通级（common）、D-冲压级（Draw）、E-深冲级（Elongation） v热处理状态：A退火、S-

9、退火+平整、8（1/8）的硬质、4（1/4）的硬质、2（1/2）的硬质、1硬质。 v拉延性能级别：ZF用于冲制拉延最复的零件，HF用于冲制拉延很复的零件，F用于冲制拉延复的零件。 v表面加工状态：D麻面（轧辊经磨床加工后喷丸处理），B光亮表面（轧辊经磨床精加工）。 表面质量：FC高级的精整表面，FB较高级的精整表面。状态、表面加工状态、表面质量代号、拉延级别（仅对SPCE）、产品规格及尺寸、外形精度（厚度和/或宽度、长度、不平度）。 v标记示例：钢板、标准号Q/BQB402，牌号SPCC，热处理状态退火+平整（S），表央加工状态为麻面D，表面质量为FB级的切边（切边EC，不切边EM）钢板、厚度

10、0.5mm，B级精度，宽度1000mm，A级精度，长度2000mm，A级精度，不平度精度为PF.A，则标记为：钢板ECQ/BQB 402-SPCC-SD-FB/（0.51000A2000A-PF.A） v产地：宝钢、台湾、日本、南韩浦项等 德国板材牌号1.5 德国冷轧碳素薄钢板v适用牌号：st12、st13、st14、st15、st14-T v符号：ST-钢（Steel）、12-普通级冷轧薄钢板、13-冲压级冷轧薄钢板、14-深冲级冷轧薄钢板、15-特深冲级冷轧薄钢板、14-T-超级冷轧薄钢板。 v表面质量：FC-高级的精整表面，FB-较高级的精整表面。 v表面结构：b-特别光滑、g-平滑、m

11、-无光泽、r-粗糙。 v标记：产品名称（钢板或钢带）、本产品标准号、表面质量代号、拉延级别（仅对St14、St14-T、St15）、表面结构、边缘状态（切边EC，不切边EM）、产品规格及尺寸、外形精度（厚度和/或宽度、长度、不平度）。v标记示例：钢板、标准号Q/BQB 403，牌号St14，表面结构为特别平滑（b ），表面质量为FC，切边（EC），厚度0.8mm，A级精度、宽度1200mm，A级精度，长度2000mm，A级精度，不平度为PF.B精度，标记为：Q/BQB 403 St14-FC-ZF-b 钢板EC：0.8A1200A2000A-PF.B v产地：宝钢、德国等 俄罗斯板材牌号1.6

12、 俄罗斯冷轧碳素薄钢板 v适用牌号：CT-3k、08k、08C v符号：CT-普通钢、k-沸腾钢、C-镇静钢。 v产地：俄罗斯 我国与上述三个国家的标准钢板牌号近似对照 二、金属板材的应用v金属板材广泛应用于人们的日常生活和工业生产中,如日用五金、家电、汽车、飞机、船舶、航天、军工等领域。v塑性成型的应用机械航空航天船舶军工仪器仪表电器日用五金湖南同心实业股份有限公司生产的部分模具板材成形工艺的优缺点：板材成形工艺的优缺点：优点：优点： 1 1可以节省金属材料可以节省金属材料, ,材料利用率高；材料利用率高； 3 3工件可以达到较高的精度；工件可以达到较高的精度； 4 4具有很高的生产率。具有

13、很高的生产率。缺点：缺点： 1 1投资大，经费多，是制约新产品迅速投产的瓶颈；投资大，经费多，是制约新产品迅速投产的瓶颈； 2 2一定程度的环境污染。一定程度的环境污染。三、金属板材成形基本知识板材成形工艺的分类板材成形工艺的分类原材料下料加 热（在给定温度）不加热坯 料模具、工具润滑机 器成型件成型后工序（切变、精整、清理、热处理）锻压件或冲压件（形状与尺寸合格、组织性能合格）给给定定速速度度或或行行程程控控制制力力及及其其分分布布成形工艺生产过程简述成形工艺生产过程简述冲压工艺介绍冲压工艺介绍 金属在常温下的加工，一般适用于厚度小金属在常温下的加工，一般适用于厚度小于于4mm的坯料。优点为

14、不需加热、无氧化皮，的坯料。优点为不需加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，费用较低。缺点是有表面质量好，操作方便，费用较低。缺点是有加工硬化现象，严重时使金属失去进一步变形加工硬化现象，严重时使金属失去进一步变形能力。冷冲压要求坯料的厚度均匀且波动范围能力。冷冲压要求坯料的厚度均匀且波动范围小，表面光洁、无斑、无划伤等。小，表面光洁、无斑、无划伤等。 将金属加热到一定的温度范围的冲压加工方法。优点为可消除内应力，避免加工硬化，增加材料的塑性，降低变形抗力，减少设备的动力消耗。 1 1深入研究冲压变形的基本规律、变形理论、失稳理深入研究冲压变形的基本规律、变形理论、失稳理论与极论与极 限变形程

15、度等；应用有限元、边界元等技术，对限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，从而优化冲压工艺方案，使冲压过程进行数字模拟分析，从而优化冲压工艺方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。 2 2研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。冲压成形技术。 3 3开发并应用计算机辅助设计和制造系统（开发并应用计算机辅助设计和制造系统（CAD/CAMCAD/CAM），），发展高精度、高寿命模具。发展高精度、高寿命模具。 4 4推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系

16、统（推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（FMSFMS）、）、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。械化与自动化的流水线冲压生产。 5.5.不断发展和应用精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、不断发展和应用精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术, ,取代传取代传统的冲压加工方法统的冲压加工方法 现代冲压加工发展趋势现代冲压加工发展趋势金属塑性成形综合实验金属塑性成形综合实验 之板材性能测试综合实验之板材性能测试综合实验第三

17、部分第三部分 金属板材成形性能测试金属板材成形性能测试实验项目 板材单向拉伸实验，拉深实验，弯曲实验，杯突实验，液压胀形实验，扩孔实验，锥杯实验，刚模胀形实验，凸耳实验等。实验目的 l了解冲压成形性能测试实验的原理、方法、设备；l通过单项实验，综合了解金属板料对各种冲压加工的适应能力，即其冲压成形性能。实验内容一u板材单向拉伸试验单向拉伸试验是在普通的万能材料试验机上进行的。它是衡量金属薄板机械性能的最简单最普通的方法。根据单向拉伸试验所提供的机械性能，可以定性估计材料的冷压成形性能。评价指标v利用板材的单想拉伸试验可以得到许多与板材冲压性能密切相关的试验值，如屈服点s、抗拉强度b、屈服比s/

18、b、均匀伸长率u、硬化指数n以及各向异性系数r；v观察材料在拉伸试验中的各种现象，并绘出拉伸曲线和名义应力拉伸曲线；v注意观察断口形貌。 实验内容二v液压胀形试验这一试验方法称为液压胀形试验或双向拉伸试验 而我们对金属板材成形性能所关心的是材料的塑性变形，双向拉伸实际应力曲线所提供的较长的塑性变形阶段，对金属薄板成形性能研究与检测是非常有利的。双向拉伸实际应力曲线比单向拉抻实际应力曲线更准确。没有硬模成形时的摩擦力影响。因此，不会因为润滑程度不同，使试验数据产生大的误差。 评价指标v测量缩颈区或破裂区附近的网格圆长轴和短轴尺寸，由此计算金属薄板允许的局部表面极限主应变量。液压涨形试验与刚模涨形

19、试验原理基本相同。实验内容三v杯突试验 杯突试验是评价金属 薄板拉深、胀形的一 种简便的试验方法。 1.杯突凹模 2. 杯突凸模 3.杯突压边圈 4.杯突凹模座 5.杯突压边圈座评价指标v各国以IE值做为评价金属薄板成形性能的主要指数。我国已制定了这一试验方法的国家标准。实验内容四v拉深试验 冲杯试验已经接近于实际 生产，所测得的数据完全 可以用于生产工艺。 在金属薄板成形方式中， 拉深是一种重要的形式， 可以用极限拉深比LDR判 断零件的深度是否能够成 形出来。因此，冲杯试验 是模拟试验中重要的试验。1.定位销 2.导向帽 3.拉深凹模 4.弹簧 5.拉深压边圈 6.拉深凸模 7.顶件杆评价指标v通过试验计算板材的极限拉深比LDR，判断零件的深度是否能够成形出来。实验内容五v扩孔试验 评价指标v通过试验考查金属薄板对扩孔变形的适应能力即扩孔率。实验内容六v凸耳试验 评价指标v通过试验计算凸耳率e作为评定金属薄板性平面各向异性程度的指标。实验内容七v锥杯试验 评价指标v通过试验计算锥杯值作为金属薄板的“拉深涨形”复合成形性能指标。实验内容八v刚模胀形试验 评价指标v通过测量缩颈区或破裂区附近的网格圆长轴和短轴尺寸，由此计算金属薄板允许的局部表面极限主应变量。