1、固态金属塑性成形实验全册固态金属塑性成形实验全册 配套最完整精品课件配套最完整精品课件 板料冲裁模具间隙实验板料冲裁模具间隙实验 提提 要要 实验目的实验目的 实验原理实验原理 实验装备实验装备 实验步骤实验步骤 实验报告实验报告 注意事项注意事项 实验目的实验目的 了解冲裁剪变形机理：板料剪切区的力态分析、冲裁过 程，裂纹的形成及发展、冲裁剪切断面特征； 理解解凸凹模间隙大小对冲裁件断面质量（断面粗糙度、 毛刺高度、冲裁力、模具寿命及制件尺寸）的影响； 掌握确定冲裁模合理间隙值的方法。 实验原理实验原理 冲裁变形机理： 剪切区力态分析； 冲裁过程； 冲裁力行程曲线； 剪切断面分析。 模具间隙
2、：（凸、凹模刃口间缝隙的距离） 模具间隙对冲裁件质量的影响； 间隙对冲裁力的影响； 间隙对模具寿命的影响； 凸、凹模间隙值的确定。 剪切区力态分析： 1.凸模 2.板料 3.凹模 冲裁过程： 材料表层应力状态 冲裁断面 弹性变形阶段； 塑性变形阶段； 、断裂阶段。 裂纹的形成和发展： 扫描电镜观测的凹模侧裂纹成长模型图 （岩田一明模型） a. 第一位裂纹b.第一位停止成长c. 2、3微裂纹产生d. 主裂纹成长 剪切力行程关系曲线： 1低塑性材料； 2、3塑性材料 剪切断面分析： 冲压件的三个特征区： 圆角带（塌角） 光亮带（30%50%)t 断裂带 模具间隙对冲裁件质量的影响 间隙过小合理间隙
3、间隙过大 1.断裂带 2.光亮带 3.圆角带 模具间隙对冲裁力的影响 结论：1.小间隙的力P比合理间隙时的力P大，且当达到Pmax且后逐渐减小； 2.正常间隙时，冲裁力P急剧减小。 模具间隙的确定 一、理论确定法 Z=2（t-h0）tg=2t（1-h0/t)tg 式中， h0凸模压入深度（其值由表1确定）； 最大剪应力方向与垂线的夹角。 模具间隙的确定 一、理论确定法 表1 h0/t与值 材 料 h0/t值 退火硬化退火硬化 软钢、紫铜、软黄铜等0.50.356050 中碳钢、硬黄铜等0.30.25040 硬钢、硬青铜等0.20.14040 模具间隙的确定 二、实验确定法 根据实验数据（毛刺高
4、度h、冲压件断面质量 特征、冲裁力等）来确定。 实验装备实验装备 1.Y41K-25型液压冲床型液压冲床 2.冲裁模具一套冲裁模具一套 3.千分尺；千分尺； 4.试验试样：试验试样：08AL钢板。钢板。 1.Y41K-25型液压冲床型液压冲床 液压机 控制面 板 微机 控制 系统 凹 模 凸 模 液压机控制面板 手动控制凸模上 升和下降 泵油开关按钮 顶出成形零件 联机启动停止按钮。 当液压机处于联机循 环状态时，液压机自 动工作，上模的运动 上限、下限以及运动 速度都可事先调节。 2.冲裁模具一套（实体造型）冲裁模具一套（实体造型） 冲裁模具三维造型冲裁模具三维造型 冲裁模具照片冲裁模具照片
5、 冲裁模具冲裁模具(冲头冲头)照片照片 7组不同直径： 41.60 41.65 41.70 41.75 41.80 41.85 41.90 冲裁模具动画仿真视频剪辑 3.千分尺（千分尺（025mm） 4.实验试样：实验试样： 08钢（低碳钢） 实验内容步骤实验内容步骤 1.检查设备、数据测试系统、模具能否正常工作； 2.使用D42mm的凹模，再更换不同直径的凸模以 改变冲裁间隙的办法来对条料冲裁，每更换一次凸 模，分别对t=2.0mm的钢板进行一次冲裁，并记录 每次冲裁力填入表2； 3.对t=1.0mm的钢板重复进行上面的操作，并记录 数据； 测量与观察： 1.观察不同冲裁间隙时零件断面的情况
6、; 2.测量零件毛刺高度（取周向均布的三点），取平 均值记入表2； 3.通过数据采集系统，记录冲裁峰值力记入表2。 冲裁力计算机数据采集系统 表2 实验数据记录表 （凹模直径D=42mm） 凸模直径D( mm) 41.6041.6541.7041.7541.8041.8541.90 模具间隙Z (mm) t=2.0 mm 毛刺高度 （mm） 冲裁力 （KN） t=1m m 毛刺高度 （mm ） 冲裁力 （KN ） 实验报告内容实验报告内容 （1） 根据记录的毛刺高度，绘制h-z曲线，确 定t=1.0mm及t=2.0mm板料的合理间隙值，记入表3 并与理论值进行比较。 板料厚度理论间隙值实验确定
7、的合理间隙值 t=1.0mm t=2.0mm 表3 间隙值 （2） 试分析冲裁模间隙对冲裁件质量（断面粗糙度、 毛刺高度、冲裁力、模具寿命及制件尺寸）的影响; （3） 试计算D42mm圆形毛坯落料模具有合理间隙 时的凸、凹模刃口尺寸及制造公差（冲裁件公差 0.1mm）; （4） 给出你对该实验的改进建议。 注意事项注意事项 （1） 控制面板上控制按钮较多，要注意选择正确的按钮。 （2） 试验过程中不要将手伸入凸模和凹模之间，以免发 生意外。 （3） 如果在试验过程中出现异常，请马上按下“紧急停 车”按钮。 Many thanks 俞彦勤俞彦勤 20142014春春 板料拉伸实验板料拉伸实验 固
8、态金属塑性成形实验固态金属塑性成形实验 材板料拉伸实验材板料拉伸实验 1.实验目的和意义实验目的和意义 2.实验仪器实验仪器 3.实验原理实验原理 4.实验内容与步骤实验内容与步骤 5.实验报告实验报告 6.注意事项与思考题注意事项与思考题 1) 实验意义实验意义 通过观察和测试得到反映冲压形成性能的量化指通过观察和测试得到反映冲压形成性能的量化指 标和数据，研究板料金属的冲压成形性能标和数据，研究板料金属的冲压成形性能 j 均匀延伸率与总伸长率 n 硬化指数 / sb 屈强比 *板厚方向性系数r 力学性能指标力学性能指标: : 图1-1 板料的拉伸实验 a)拉伸试样 b）拉伸曲线 l 板料的
9、冲压成形性能的实验数据与曲线，了解这板料的冲压成形性能的实验数据与曲线，了解这 些性能与冲压性能之间的关系；些性能与冲压性能之间的关系； l 掌握掌握WDW3200WDW3200微控电子万能试验机的操作方法；微控电子万能试验机的操作方法； l 掌握板料拉伸实验方法。掌握板料拉伸实验方法。 2) 实验目的实验目的 2. 实验仪器实验仪器 2. 实验仪器实验仪器 设备：设备：WDW3200微控电子万能试验机；微控电子万能试验机； 工具：游标卡尺、分规；工具：游标卡尺、分规； 试样：按国标试样：按国标GB228-87“金属拉伸试验方法金属拉伸试验方法” 中规定的低碳钢板状试件（图中规定的低碳钢板状试
10、件（图1-2），每组），每组 3件。件。 1）实验仪器）实验仪器 2. 实验仪器实验仪器 2）仪器实物图）仪器实物图 2. 实验仪器实验仪器 2）实验试样）实验试样 3. 实验原理实验原理 3. 实验原理实验原理 OA弹 性 阶 段 AB屈 服 阶 段 BC强 化 阶 段 CD颈 缩 阶 段 3. 实验原理实验原理 j 均匀延伸率与总伸长率 均匀伸长率 是指试样拉伸变形开始产生缩颈时的伸长 率； 是拉伸试验中试样破坏时的总伸长率。 表示材料 产生均匀稳定的塑性变形能力，由于冲压成形是在稳定 而均匀地变形之中进行的，因此，材料的 可以间接地 表示伸长类变形的极限变形程度。 越大，则成形极限 越大
11、。本实验是只需计算总伸长率，其计算公式如下： j j j j 10 0 100% LL L 3. 实验原理实验原理 / sb 屈强比 屈强比对于材料冲压性能是一个极为重要的参数。塑 性成形就是利用材料屈服点与抗拉强度之间的这一段 可塑性能而实现的。屈强比越小，说明 和 之间的 距离越宽，材料塑性变形的能力越强；对压缩类成形， 材料不易起皱；对弯曲成形，回弹变形小；对伸长类 成形，零件形装尺寸冻结性好，工艺稳定性高，对冲 压成形很有利。 s b 3. 实验原理实验原理 随着塑性变形程度的增加，材料的塑性指标降低，强度指 标上升，这种现象称为加工硬化。硬化指数n值就是评价 材料加工硬化性能的参数，
12、n值增大，能够提高材料的局 部应变能力，使变形均匀化，增大材料极限变形。 n 硬化指数 3. 实验原理实验原理 板厚方向性系数r也称为r值，是指板料试样拉伸时，宽度 方向应变 与厚度方向应变 之比，所以也称为塑性应变比。 其表达式为： r值越大，厚度方向上不容易变形，对于拉深成形就不易 出现起皱。 *板厚方向性系数r 1 0 1 0 ln ln b t b b r t t 4. 实验内容与步骤实验内容与步骤 4. 实验内容与步骤实验内容与步骤 1)实验内容： l建立拉伸力F与伸长变形 之间的拉伸曲线； l建立名义应力 与名义应变 之间的关系曲线； l测试并计算屈服点 ，抗拉强度 ，屈强 比 ，
13、拉伸率 和板厚方向性系数r； S b b S l 2）实验步骤 1. 准备试样； 2. 在试样上用分规标定L0=50mm,用游标卡尺 测量试样L0、t0、b0并记录； 3. 启动WDW3200微控电子万能试验机，将试 样一端放入上横梁的夹具中并手动夹紧； 4. 操作手动按钮，使下横梁上升。打开下横 梁上的夹具，使试样的另一端放入夹具并手 动夹紧； 4. 实验内容与步骤实验内容与步骤 5.启动WDW3200微控电子万能试验机计算机操 作系统，设定有关技术参数； 6.在计算机屏幕上点击试验开始按钮，拉伸开始 后注意观察试样变化； 7.试样拉断后试验机自动停机，点击试验结果曲 线预览并启动打印机打印
14、试验结果曲线。 4. 实验内容与步骤实验内容与步骤 5. 实验报告实验报告 5. 实验报告实验报告 1.简要说明实验目的、步骤, 根据试验曲线读 取有关数据，并填入下表； 2.根据实验力-位移曲线画出对应的应力应变 曲线; 3.在曲线上标出屈服极限 、强度极限 ； 4. 计算根据测试数据，采用公式计算屈强比 板厚方向性系数r，伸长率 。 料 宽 b0 料 厚 t0 标 距 L0 料 宽 b1 料 厚 t1 标 距 L1 s b s b s b 6. 思考题思考题 6. 思考题思考题 2) 思考题思考题 1.根据前面计算的r值，说明r值的大小对板料拉 深成形的影响？ 2.试分析钢板拉伸曲线图可以
15、分为几个阶段？每 一阶段，力与变形的相互关系？出现了什么现 象？屈强比s/b对板料冲压性能的影响？ 3.简述名义应变和真实应变的概念，并给出由名 义应变和名义应力推导出的真实应变和真实应 力的公式。 谢谢! 筒形件拉延模拟实验筒形件拉延模拟实验 提提 要要 实验目的实验目的 基本理论基本理论 实验装备实验装备 实验内容实验内容 实验报告实验报告 实验目的实验目的 建立板料拉延成形工艺的感性认识，加深对板料拉深 成形工艺的理解； 熟悉板料拉延毛坯展开计算的方法； 熟悉拉延成形工艺理论分析方法，掌握拉延系数、拉 延力等工艺参数的计算方法； 了解板料拉深成形工艺数值模拟的过程与方法。 基本理论基本理
16、论 概念 拉延（拉深）将毛坯通过模具制成开 口空心零件的冲压工艺方法。 种类 根据拉深设备：单动拉深、双动拉深、三 动拉深； 根据板料拉深成形过程中厚度是否变化： 变薄拉深、不变薄拉深； 根据零件的形状：圆筒形件拉深、盒形件 形拉深、曲面零件拉深、复杂形状零件拉深， 圆筒形件拉延变形工艺的解析 凸缘变形区的应力解 凹模圆角变形区的应力解 拉延力的计算 拉延变形应力应变分析 圆筒形件拉延变形力学分析 划分三个区域：区为变形区；区为传力区；区为非变形区。 图1 拉深过程应力应变状态 变形区 1、凸缘部分 2、凹模圆角部分 传力区(已变形区） 3、筒壁部分 4、凸模包络部分 非变形区 5、筒形件底部
17、 凸缘变形区的应力解 Ra P Rt rd r0 =d/2 图2 拉延过程变形区 图3 凸缘基元体上作用的力 从凸缘变形区切取一扇形基元体，该基元 体处于平衡状态，故径向合力为零，即 0 2 sin2)()( d dRtddRRtdRdt rrr 略去高阶微量整理得： R dR d rr )( （1） （1）式中，r、均为绝对值 凸缘变形区的应力解 因该基元体处于塑性状态，根据密席斯屈服准则有 S r )(2) 联解式（1）与、（2）得 R dR S r （3） 式中，S材料的真实应力，罗代应力参数。 凸缘变形区的应力解 积分（3）式得 CRS r ln 由边界条件 R=Rt 时，r=0，代入
18、上式求得 t RSCln 于是可求得 R R S t r ln （4） 凸缘变形区的应力解 （4）式代入（2）式可得 R R S t ln1 （5） 凸缘变形区的应力解 图4 凸缘区的应力分布 根据（4）、（5）式，获得凸缘变形区的应力分 布规律，如图5所示。 图中可以看出： 1.大部分区域切向压应力的绝对值大于径向拉 应力，即凸缘变形区的主要变形方式是压缩变形。 2.切向压应力在毛坯变形区外边缘达到最大值， 即 且为单向压缩状态； 3.径向拉应力在毛坯变形区内边缘处达到最大值： S max )( 结论： 圆筒形件拉延时，靠近凹模圆角处的坯料，其主 应变为 径向受拉应变，板料有变薄现象；靠近毛
19、坯 外缘部分的最大应变为压缩应变，板料有增厚现象。 r R S r ln)( max 凹模圆角变形区的应力解 从该区取基元体ABCD（图5），可列出沿径向方向的平衡方程为 图5.凹模圆角部分基元体上的作用力 0cos) 2 sin(2 2 cos)()( 2 cos d drt d ddRRtd d dt drrr 凹模圆角变形区的应力解 略去高阶微量，整理后得 R dR d rr 代入密席斯屈服条件式（2）中，并积分，可得 1 lnCRS r 凹模圆角变形区的应力解 当R=R时，r即为凸缘内缘处（见图2）的径向应 力，该应力可由式（4）求得，于是可求得 t RSCln 1 即可得到凹模圆角变
20、形区的应力为 R R S t r ln （6） R R S t ln1 （7） 凹模圆角变形区的应力解 由式（6）可知：r在凹模圆角终点处（R=r0）最大，最大值为 )ln(lnlnln)( 0 0 00 0 00 max r R R R S r R R R S r R S ttt r 令上式中的R0/r0=m，则有 （8） m称为拉延系数 )ln(ln)( 0 max m R R S t r 1.每次拉深后圆筒形件的直径与拉深前 毛坯直径之比称为拉深系数m。通常用下 式表示：m=d/D。d拉深后的圆筒件 直径；D毛坯直径。 2.生产中也用拉深系数的倒数，即拉深 比来表示拉深变形程度：K1/m
21、=D/d. 关于拉延系数 拉延力的计算 max )( r tdP 除此之外，拉延力还应考虑以下三方面力的影响： 拉延力的计算 1.考虑压边力Q在凸缘表面上所产生的摩擦阻力 tr Q f 0 2 2 2.凸缘部分坯料流经凹模圆角时所产生的弯曲阻力w 12 t r d s w 拉延力的计算 3.板坯沿凹模圆角滑动时所产生的摩擦阻力，该阻力对 筒壁拉应力的影响用系数 考虑。 e 流入 流出 当金属流经一弧形摩擦面时， 产生应力的增加，其比值为： e I r O r 弧面包角，本例为900 摩擦系数。 即 e rIro 最大拉延力Pmax wfr etdP maxmax 拉延力计算机数据采集系统 实验
22、装备实验装备 1.Y41K-25型液压冲床型液压冲床 2.试验试样：试验试样：08钢圆坯，厚度钢圆坯，厚度t=1mm 1.Y41K-25型液压冲床型液压冲床 液压机 控制面 板 微机 控制 系统 凹 模 凸 模 液压机控制面板 手动控制凸模上 升和下降 泵油开关按钮 顶出成形零件 联机启动停止按钮。 当液压机处于联机循 环状态时，液压机自 动工作，上模的运动 上限、下限以及运动 速度都可事先调节。 实验内容实验内容 (拉延工艺模拟部分） 1.熟悉模具结构及数控冲床的操作程序； 2.完成拉延成形工艺实验并记录拉延力，观察分析 拉延力的变化； 3.通过实验，观察分析拉延件产生缺陷的原因； （筒形件
23、拉延数值模拟部分） 实验报告要求实验报告要求 1.要求在实验前必须完成（注：课外完成、凭计算 结果才能作实验） 根据下图所示圆筒件，计算展开毛坯的直径D； .完成拉深系数m与拉深成形力P等的计算； 附：拉延毛坯尺寸的确定方法附：拉延毛坯尺寸的确定方法 圆筒形拉深件采用圆形毛坯进行拉深。 为了简化毛坯计算，可以忽略拉深过程中 板料厚度的变化。根据金属塑性变形体积 不变条件，拉深毛坯尺寸直接按拉深前后 毛坯和拉深零件面积相等的原则进行计算。 按照上述原则，先将接深零件分为若 干个简单几何体（如右图），再将几何体 面积计算后相加，可以得出拉深零件的总 面积，然后计算毛坯尺寸： 附：拉延毛坯尺寸的确定
24、方法附：拉延毛坯尺寸的确定方法 i AAAA D A 321 2 4 即 4 i AD 上图所示零件面积分别计算如下： 附：拉延毛坯尺寸的确定方法附：拉延毛坯尺寸的确定方法 rHdA 1 2 2 822 4 rrdrA 2 3 2 4 rdA 附：拉延毛坯尺寸的确定方法附：拉延毛坯尺寸的确定方法 将三部分的面积代入前式，得： rHdrrdrrdD48222 2 2 式中，d圆筒件外径； r圆筒件底部内面圆角半径； H直壁高度。 （注：实际工程应用时，还应考虑修边余量） 实验报告要求实验报告要求 2. 试说明本实验的圆筒件拉深是有压边的拉深还是无 压边圈的拉深？画出圆筒件拉深过程毛坯状态图并分
25、析各个部分的应力应变状态。 3.简述影响拉延件质量的因数； 4. 简述圆筒件拉深数值模拟的过程。 Many thanks 俞彦勤俞彦勤 20142014春春 模模 具具 拆拆 装装 实实 验验 模具拆装实验模具拆装实验 1.实验目的和意义实验目的和意义 2.实验理论实验理论 3.实验仪器实验仪器 4.实验内容与步骤实验内容与步骤 5.实验报告与思考题实验报告与思考题 6.注意事项注意事项 1.1 实验意义实验意义 模具是冲压生产的主要工艺装备，模具结构及其合理设 计直接关系到冲压件的表面质量、尺寸精度、生产率和经济 效益等。因此，了解模具结构，研究和提高模具的各项技术 指标，对于模具设计和发展
26、冲压技术是十分必要的。 本实验通过对模具拆装过程的观察和学习，以了解模具 各个组成部分及其工作原理，进而加深对模具在冲裁机上的 工作情况的理解。 1.2 实验目的 1) 了解冲模的结构特点和作用及拆装工艺 2) 了解冲模各部分零件的用途及相互安装关系 3) 掌握模具的安装和调整过程 2.1 冲模的基本形式 1）按工艺性质：冲裁模、弯曲模、拉深模、胀形模、翻边模 2）按工序复合程度：简单模（单一工序）、连续模和复合模（多 工序） 3）按自动化程度：手动模、半自动模、自动模 4）按导向方式：无导向开式模、导板模、导柱模、导筒模 5）其他分类方法：按卸料装置、按节制进料的方法等 冲裁模冲裁模 1固定
27、卸料板 2凸 模固定板 3凸模 4 模柄 5导柱 6上模 座 7导套 8钩形固定挡料销 9凹模 10下模座 弯曲模弯曲模 拉深模拉深模 1打杆 2推件块 3凹 模 4凸模 5定位板 6 压料圈 7顶杆 8凸模固 定板 9下模座 翻边模翻边模 落料拉深复合模落料拉深复合模 1模柄 2打杆 3垫板 4推件块 5导料板 6卸料板 7上模座 8导套 9凹模 10凸凹模 11拉深凸模 12顶件块（兼压料板） 13导柱 14下模座 落料冲孔复合模落料冲孔复合模 1、8凸凹模; 2冲孔凸模;3推件块; 4落料凹模;5顶件块; 6顶杆;7固定板; 9卸料板;10垫片 落料、拉深、冲孔、翻边复合模落料、拉深、冲
28、孔、翻边复合模 2. 实验理论实验理论 2.2 冲模的主要零件 工艺结构零件辅助结构零件 工作零件定位零件 压料、卸料 及出件零件 导向零件固定零件 紧固及 其他零件 凸模 凹模 凸凹模 挡料销 导料板 定位销 卸料板 压边圈 顶件器 导柱 导套 导板 导筒 上下模座 模柄 凸凹模固定板 垫板 螺钉 销钉 键 3. 实验仪器实验仪器 3. 实验仪器实验仪器 3.1 实验仪器实验仪器 上模板 垫板 凸模定位板 橡皮弹簧 卸料板 凹模 下模板 紧固螺钉 模柄 凸 模 固 定 板 定 位 导 杆 3. 实验仪器实验仪器 冲模 4. 实验内容与步骤实验内容与步骤 4.实验内容与步骤实验内容与步骤 4.
29、1 模具拆卸； 4.2 模具重新安装； 通过模具的拆装能使同学们对冲模的构造和原 理有更深的了解。 4.实验内容与步骤实验内容与步骤 4.3 模具拆卸 从上往下逐步拆卸，下面是具体步骤： a) 将模具放在拆装台上，先卸定位模柄； 4.实验内容与步骤实验内容与步骤 b) 用内六角扳手拧下上模板上的紧固螺钉； 4.实验内容与步骤实验内容与步骤 c) 用铜棒小心敲打，将上模板沿定位导杆卸下， 并取下垫板； 上模板上模板 垫板垫板 4.实验内容与步骤实验内容与步骤 d) 卸下凸模固定板，并用铜棒卸下固定板中的凸模； 凸凸 模模 凸模凸模 凸凸 模模 固固 定定 板板 4.实验内容与步骤实验内容与步骤
30、e) 将凸模固定板分解，卸下凸模定位板、橡胶弹簧和卸料板； f) 用起子从下模板上卸下凹模，拆卸完成。 定定 位位 销销 下模板下模板 凹模凹模 定位导杆定位导杆 5. 实验报告及思考题实验报告及思考题 5.实验报告及思考题实验报告及思考题 实验报告内容 5.1 叙述实验用冲模的特点，画出简图说明 其结 构组成。具体说明各部分包括的零件以及作用； 5.2 简述模具的安装过程； 5.3 要求报告字迹工整、绘图规范，独立完 成。 5.实验报告及思考题实验报告及思考题 5.4 思考题 讨论压力机闭合高度、调整方案以及 与模具闭合高度之间的关系。 6.实验注意事项实验注意事项 本次共四个实验，请班长将
31、班级同学分四组同时进 行实验； 实验过程中，请注意安全，尤其是冲裁与拉深实验 环节，模具拆装过程中操作者须戴上手套，以免划伤； 在未经老师批准情况下，请勿乱动压力机上的按钮 以及实验室其他的设备，以免发生意外； 请勿在实验室大声喧哗，实验中请勿三五成群的聊 天，禁止在实验室内进食； 6.实验注意事项实验注意事项 模具拆装时要从上往下拆，相关零件要摆放在一起, 便于下一步安装；用铜棒敲打凸模和上模板时要注意用力 均匀； 所有实验报告请使用统一报告纸书写，禁止抄袭， 发现雷同者本次试验以零分记，请于下下周的周末交实验 报告。 Mind and Hand MITs motto 谢谢！ 板料冲裁拉伸实
32、验板料冲裁拉伸实验 材料加工工程塑性成形实验材料加工工程塑性成形实验 材板料拉伸实验材板料拉伸实验 1.实验目的和意义实验目的和意义 2.实验仪器实验仪器 3.实验原理实验原理 4.实验内容与步骤实验内容与步骤 5.实验报告实验报告 6.注意事项与思考题注意事项与思考题 1) 实验意义实验意义 通过观察和测试得到反映冲压形成性能的量化指通过观察和测试得到反映冲压形成性能的量化指 标和数据，研究板料金属的冲压成形性能标和数据，研究板料金属的冲压成形性能 j 均匀延伸率与总伸长率 n 硬化指数 / sb 屈强比 *板厚方向性系数r 力学性能指标力学性能指标: : 图1-1 板料的拉伸实验 a)拉伸
33、试样 b）拉伸曲线 l 板料的冲压成形性能的实验数据与曲线，了解这板料的冲压成形性能的实验数据与曲线，了解这 些性能与冲压性能之间的关系；些性能与冲压性能之间的关系； l 掌握掌握WDW3200WDW3200微控电子万能试验机的操作方法；微控电子万能试验机的操作方法； l 掌握板料拉伸实验方法。掌握板料拉伸实验方法。 2) 实验目的实验目的 2. 实验仪器实验仪器 2. 实验仪器实验仪器 设备：设备：WDW3200微控电子万能试验机；微控电子万能试验机； 工具：游标卡尺、分规；工具：游标卡尺、分规； 试样：按国标试样：按国标GB228-87“金属拉伸试验方法金属拉伸试验方法” 中规定的低碳钢板
34、状试件（图中规定的低碳钢板状试件（图1-2），每组），每组 3件。件。 1）实验仪器）实验仪器 2. 实验仪器实验仪器 2）仪器实物图）仪器实物图 2. 实验仪器实验仪器 2）实验试样）实验试样 3. 实验原理实验原理 3. 实验原理实验原理 OA弹 性 阶 段 AB屈 服 阶 段 BC强 化 阶 段 CD颈 缩 阶 段 3. 实验原理实验原理 j 均匀延伸率与总伸长率 均匀伸长率 是指试样拉伸变形开始产生缩颈时的伸长 率； 是拉伸试验中试样破坏时的总伸长率。 表示材料 产生均匀稳定的塑性变形能力，由于冲压成形是在稳定 而均匀地变形之中进行的，因此，材料的 可以间接地 表示伸长类变形的极限变形
35、程度。 越大，则成形极限 越大。本实验是只需计算总伸长率，其计算公式如下： j j j j 10 0 100% LL L 3. 实验原理实验原理 / sb 屈强比 屈强比对于材料冲压性能是一个极为重要的参数。塑 性成形就是利用材料屈服点与抗拉强度之间的这一段 可塑性能而实现的。屈强比越小，说明 和 之间的 距离越宽，材料塑性变形的能力越强；对压缩类成形， 材料不易起皱；对弯曲成形，回弹变形小；对伸长类 成形，零件形装尺寸冻结性好，工艺稳定性高，对冲 压成形很有利。 s b 3. 实验原理实验原理 随着塑性变形程度的增加，材料的塑性指标降低，强度指 标上升，这种现象称为加工硬化。硬化指数n值就是
36、评价 材料加工硬化性能的参数，n值增大，能够提高材料的局 部应变能力，使变形均匀化，增大材料极限变形。 n 硬化指数 3. 实验原理实验原理 板厚方向性系数r也称为r值，是指板料试样拉伸时，宽度 方向应变 与厚度方向应变 之比，所以也称为塑性应变比。 其表达式为： r值越大，厚度方向上不容易变形，对于拉深成形就不易 出现起皱。 *板厚方向性系数r 1 0 1 0 ln ln b t b b r t t 4. 实验内容与步骤实验内容与步骤 4. 实验内容与步骤实验内容与步骤 1)实验内容： l建立拉伸力F与伸长变形 之间的拉伸曲线； l建立名义应力 与名义应变 之间的关系曲线； l测试并计算屈服
37、点 ，抗拉强度 ，屈强 比 ，拉伸率 和板厚方向性系数r； S b b S l 2）实验步骤 1. 准备试样； 2. 在试样上用分规标定L0=50mm,用游标卡尺 测量试样L0、t0、b0并记录； 3. 启动WDW3200微控电子万能试验机，将试 样一端放入上横梁的夹具中并手动夹紧； 4. 操作手动按钮，使下横梁上升。打开下横 梁上的夹具，使试样的另一端放入夹具并手 动夹紧； 4. 实验内容与步骤实验内容与步骤 5.启动WDW3200微控电子万能试验机计算机操 作系统，设定有关技术参数； 6.在计算机屏幕上点击试验开始按钮，拉伸开始 后注意观察试样变化； 7.试样拉断后试验机自动停机，点击试验
38、结果曲 线预览并启动打印机打印试验结果曲线。 4. 实验内容与步骤实验内容与步骤 5. 实验报告实验报告 5. 实验报告实验报告 1.简要说明实验目的、步骤, 根据试验曲线读 取有关数据，并填入下表； 2.在曲线上标出屈服极限 、强度极限 ； 3. 计算根据测试数据，采用公式计算屈强比 板厚方向性系数r，伸长率 料 宽 b0 料 厚 t0 标 距 L0 料 宽 b1 料 厚 t1 标 距 L1 s b s b s b 6. 思考题思考题 6. 思考题思考题 2) 思考题思考题 1.根据前面计算的r值，说明r值的大小对板料拉 深成形的影响？ 2.试分析钢板拉伸曲线图可以分为几个阶段？每 一阶段，
39、力与变形的相互关系？出现了什么现 象？屈强比s/b对板料冲压性能的影响？ 谢谢! 板料拉深成形工艺实验板料拉深成形工艺实验 板料冲裁拉深成形工艺实验板料冲裁拉深成形工艺实验 1.实验目的实验目的 2.实验内容实验内容 3.实验仪器设备及试样实验仪器设备及试样 4.实验原理实验原理 5.实验方法与步骤实验方法与步骤 6.实验报告内容实验报告内容 （1）建立板料拉深等成形 工艺的感性认识，深化板料拉 深成形规律与机理的理解； 实验目的实验目的 （2）掌握拉深成形工艺参数、 毛坯展开、拉深参数、拉深力 等的计算方法； 实验目的实验目的 （3）学习并掌握板料拉深成 形工艺实验的操作方法。 二、二、 实
40、验内容实验内容 （1）完成薄壁圆筒试件毛坯 展开及冲压工艺参数计算 实验内容 （2）完成拉深单工序冲压成 形工艺实验 实验内容 三、实验仪器设备及试样三、实验仪器设备及试样 实验仪器设备及试样实验仪器设备及试样 1 实验仪器设备实验仪器设备 Y41K-25单柱校正压装液压机、游标卡尺、钢皮直尺等。 实验仪器设备及试样实验仪器设备及试样 2 试样试样 坯料：08钢圆形坯料，抗拉强度 为 ，厚度 ， 325 b Mpa1tmm 圆筒件试样 图 2-8 四、 实验原理实验原理 将毛坯通过模具制成开口空心零件的冲压工艺方法称为拉 深，也可以称为拉延。 下面主要以具有典型意义的圆筒形件拉深进行变形分析和
41、 工艺计算。 1圆筒形件拉深变形与力圆筒形件拉深变形与力 学分析学分析 (1)圆筒件拉深过程分析圆筒件拉深过程分析 将直径为D0的毛坯逐步拉深成为具有直径d、 高度h的零件，在拉深过程中，根据拉深毛坯 的不同状态可以分为三大部分：凸缘部分是 变形区，直壁部分是传力区（或称已变形 区），而筒底部分是不变形区（图2-5）。 通过对毛坯三大部分进行应力应变分析，又 可以进一步分为：凸缘变形区1、凹模圆角变 形区2、直壁传力区3、凸模圆角传力区4和筒 底不变形区5。图2-5显示了各个部位的应力 应变状态。 （2）拉深过程应力应变状态）拉深过程应力应变状态 （3）圆筒拉深件的力学分析）圆筒拉深件的力学分
42、析 圆筒形件拉深时，毛坯的凸缘变形区切向受压应力，径向 受拉应力（图2-6）。当厚度方向的应力忽略不计时，可 以利用平衡微分方程和塑性方程求解出凸缘变形区的切向 应力和径向应力。 （4） 圆筒形件拉深时的应力分析圆筒形件拉深时的应力分析 2、圆筒形件拉深工艺、圆筒形件拉深工艺 （1）圆筒形件质量）圆筒形件质量 板料性能、毛坯尺寸和变形区应力状态对拉深工艺和产品 质量有很大的影响。拉深成形中最容易出现的问题是起趋 和拉裂。 每次拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯直径之比称为拉 深系数m。通常用下式表示：m=d/D。d拉深后的圆 筒件直径；D毛坯直径 生产中也用拉深系数的倒数，即拉深比来表示拉深变形
43、程 度：K1/m=D/d. （3）拉深件毛坯尺寸的确定）拉深件毛坯尺寸的确定 圆筒形拉深件采用圆形毛坯进行拉深。为了 简化毛坯计算，可以忽略拉深过程中板料厚 度的变化。根据金属塑性变形体积不变条件， 拉深毛坯尺寸直接按拉深前后毛坯和拉深零 件面积相等的原则进行计算。 按照上述原则，先将接深零件分为若干个简 单几何体分别将几何体面积计算后相加，可 以得出拉深零件的总面积，然后计算毛坯尺 寸。 拉深力的大小主要与材料性能、零件和毛坯尺寸、 凹模圆角半径及润滑条件等有关。拉深力通常采 用以下经验公式进行计算： 第一次拉深力： 第二次及以后各次拉深力： 式中： 第一次拉深后零件直径 第i次拉 深后零件
44、的直径 第i次拉深力 材料强 度极限 、 系数，可查表 111b Fd tK 2iib Fd tK i d1 d i F b 2 K 1 K 系数系数K1的值的值 毛坯相对厚度 拉深系数 0.45 0.480.500.520.550.600.650.700.750.80 50.950.850.750.650.600.500.430.350.280.20 21.11.00.900.800.750.600.500.420.350.25 1.21.11.00.900.800.680.560.470.370.30 0.81.11.00.900.750.600.500.400.33 0.51.11.00
45、.820.670.550.450.36 0.21.10.900.750.600.500.40 0.11.10.90.750.600.50 0 100 t D 五、五、 实验方法和步骤实验方法和步骤 （1）. 要求在实验前必须完成。 （注：课外完成、凭计算结果才 能作实验） 1)根据图2-8所示圆筒件试样，计算展开毛坯的 直径D； 2)完成拉深系数m与拉深成形力F等的计算； （2）熟悉模具结构及数控 冲床的操作程序； （3）完成拉深单工序冲压成 形工艺实验； 观察圆筒件拉深成形过程，及所得圆筒件的拉深质量。 六、 实验报告内容 实验报告内容实验报告内容 （1）根据图2-8所示圆筒件试样，计算展开
46、毛坯的直径D； 完成拉深系数m与拉深成形力F等的计算； 实验报告内容实验报告内容 （2）试说明本实验的圆筒件拉深是有压边的拉深还是无压 边圈的拉深？画出圆筒件拉深过程毛坯状态图并分析各个 部分的应力应变状态。 谢谢! 板料冲裁模工艺及冲裁模具间隙实验板料冲裁模工艺及冲裁模具间隙实验 材料冲裁模工艺及冲裁模具间隙实验材料冲裁模工艺及冲裁模具间隙实验 实验目的实验目的 实验仪器实验仪器 实验原理实验原理 实验内容与步骤实验内容与步骤 实验报告内容实验报告内容 注意事项注意事项 实验目的和意义实验目的和意义 了解冲裁剪切过程，冲裁受力状态及冲裁剪 切断面特征； 了解凸、凹模间隙大小对冲裁件断面质量
47、（断面粗糙度、毛刺高度、冲裁力、模具寿 命及制件尺寸）的影响； 了解确定冲裁模合理间隙值的方法及为什么 考虑磨损的影响后凸、凹模均应采用最小合 理间隙值。 实验设备实验设备 Y41K-25单柱液压机单柱液压机 025mm的千分尺的千分尺 落料模一套落料模一套 实验设备实验设备 液压机 控制面 板 微 机 控 制 系 统 凹 模 凸 模 Y41-25型数控液压机 液压机控制面板 手动控制凸模上 升和下降 油泵开关按 钮 顶出成形零件 联机启动停止按钮。 当液压机处于联机循 环状态时，液压机自 动工作，上模的运动 上限、下限以及运动 速度都可事先调节。 单循环 启动 实验原理实验原理 冲裁过程 1
48、.弹性变形阶段 2.塑性变形阶段 3.断裂分离阶段 实验原理实验原理 冲裁过程 实验原理实验原理 冲裁过程 实验原理实验原理 冲裁断面质量分析 实验原理实验原理 冲裁断面质量分析 实验原理实验原理 冲裁间隙的确定 a 理论方法 它是以分离面上、下裂纹重合相交于 一条线上的凸、凹模之间的间隙值为合理的间隙 的依据。 b 经验方法 在实际应用中，理论方法计算不方 便，由于间隙值的因素、影响规律比较复杂，理 论计算结果也不理想，所以，通常采用经验法确 定，包括应用经过简化后的经验公式进行计算和 将试验数据列成表格进行查取两种方式。 实验内容与步骤实验内容与步骤 实验内容 采用厚度t=2.0mm和t=
49、1.0mm的钢板，完成不同间隙的凸、 凹模的冲裁工艺实验; 观察并记录每一个冲裁工件的断面质量及冲裁力。 实验内容与步骤实验内容与步骤 实验步骤 检查设备、数据测试系统、模具能否正常工 作； 使用D42mm的凹模对t=1.0mm的钢板重 复进行冲裁，并记录数据； 使用D42mm的凹模，再换不同直径的凸 模以改变冲裁间隙的办法来对条料冲裁，每 更换一次凸模，就对t=2.0mm的钢板进行一 次冲裁，并记录每次冲裁力填入下表； 实验内容与步骤实验内容与步骤 凸模直径mm 41.65 41.70 41.7541.80 41.85 41.90 41.95 t=2.0mm 冲裁力 （KN） 毛刺高度 （m
50、m） 测量与观察： a 观察不同冲裁间隙时零件断面的情况; b 测量零件毛刺高度（圆角均布的三点），取平均值 记入表1。 表1 毛刺高度测量平均值 实验报告实验报告 （1） 根据记录的毛刺高度，绘制h-z曲线，确定t=2.0mm 板料的合理间隙值，记入表2并与理论值进行比较。 板料厚度 理论间隙值 实验确定的合理间 隙值 t=2.0mm 实验报告实验报告 （2） 试分析冲裁模间隙对冲裁件质量（断面粗糙度、毛刺 高度、冲裁力、模具寿命及制件尺寸）的影响。 （3） 试计算D42mm圆形毛坯落料模具有合理间隙时的凸、 凹模刃口尺寸及制造公差（冲裁件公差1.100mm） 注意事项注意事项 （1） 控制
