1、冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 1.1金属塑性变形的基本概念金属塑性变形的基本概念 外力的作用下，金属产生形状和尺寸变化为变形，变形分外力的作用下，金属产生形状和尺寸变化为变形，变形分为弹性变形与塑性变形为弹性变形与塑性变形1.1.1塑性变形的物理概念塑性变形的物理概念 外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排列的畸变，引起外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排列的畸变，引起金属形状和尺寸的变化。金属形状和尺寸的变化。1.1.2塑性变形的基本方式塑性变形的基本方式 滑移滑移 孪生孪生 多晶体的塑性变形（变形后形成纤维组织、变多晶体的塑性变形（变形后形成纤维组织、变
2、形织构）形织构）(如图如图)冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 1.1.3金属的塑性与变形抗力金属的塑性与变形抗力.塑性及塑性指标塑性及塑性指标 塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而不破坏其完整性的能力。不破坏其完整性的能力。 塑性指标：常用的塑性指标塑性指标：常用的塑性指标 2.变形抗力及其指标变形抗力及其指标 金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为变形抗力。通常以真实应力作为变形抗力的指标。变形抗力。通常以真实应力作为变形抗力的指标。
3、%100%100%100000000HHHAAALLLKcKK镦粗率：断面收缩率：伸长率：冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 1.1.4影响金属的塑性与变形抗力的因素影响金属的塑性与变形抗力的因素 1.影响塑性的因素影响塑性的因素 内因内因 ：化学成分的影响；组织结构的影响化学成分的影响；组织结构的影响 外因外因：变形温度变形温度 ；变形速度；变形速度 ；变形的应力状态；变形的应力状态 2.影响金属变形抗力的主要因素影响金属变形抗力的主要因素 1)化学成分及组织的影响化学成分及组织的影响 2)变形温度对变形抗力的影响变形温度对变形抗力的影响(如图如图1.1.3)
4、 3)变形速度对变形抗力的影响变形速度对变形抗力的影响 4)变形程度对变形抗力的影响变形程度对变形抗力的影响 5)应力状态对变形抗力的影响应力状态对变形抗力的影响1.1.5金属塑性变形对组织和性能的影响金属塑性变形对组织和性能的影响 晶粒形状和方位变化；晶粒形状和方位变化； 产生应力；产生应力； 产生加工硬化。产生加工硬化。冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理图1.1.1 晶体变形图1.1.2多晶体的塑性变形冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 1.2 塑性变形的力学基
5、础塑性变形的力学基础 外力外力 内力内力 模具模具 毛坯毛坯 零件零件1.2.1 点的应力与应变状态点的应力与应变状态.应力：应力：内力的强度，用内力的强度，用表示。表示。 2.点的应力状态点的应力状态(如图如图1.2.1) 3.应变：应变：微小六面体的变形，用微小六面体的变形，用表示。表示。 主应变主应变 4.点的应变状态点的应变状态 空间一点无论受多少个力，都可简化为九个应力分量。在空间一点无论受多少个力，都可简化为九个应力分量。在静力平衡时，根据剪应力互等定理，可简化为六个应力分量。静力平衡时，根据剪应力互等定理，可简化为六个应力分量。 主平面主平面：剪应力为零的平面。：剪应力为零的平面
6、。 主应力主应力：主平面上的应力。：主平面上的应力。321冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 5.主应变及主应变状态主应变及主应变状态 点的应变状态点的应变状态 主应变状态主应变状态6.体积不变定律体积不变定律 该式说明：金属塑性变形前后，只有形状的变化，而无体该式说明：金属塑性变形前后，只有形状的变化，而无体积的变化。积的变化。 三个推论：三个推论： 塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化；塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化； 不论什么应变状态，其中一个主应变的符号与另外两个不论什么应变状态，其中一个主应变的符号与另外两个主应变的符号相反；主应变的
7、符号相反； 已知两个应变就可求第三个应变已知两个应变就可求第三个应变。0321冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 1.2.2 屈服准则（塑性条件）屈服准则（塑性条件） 屈服准则屈服准则：材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某点的应力满足屈服准则，该点就进入塑性状态。点的应力满足屈服准则，该点就进入塑性状态。 1.屈雷司加准则屈雷司加准则 2.密席思准则密席思准则 3.工程上常采用屈服准则通式：工程上常采用屈服准则通式： s21冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 1.2.3 塑性变形时应力与
8、应变的关系塑性变形时应力与应变的关系 单向拉伸应力单向拉伸应力-应变曲线应变曲线(如图如图1.2.2) 1.增量理论增量理论 2.全量理论全量理论 3.例：全量理论分析应力应变关系例：全量理论分析应力应变关系 1) 称平面应变称平面应变(或称平面变形或称平面变形),由上式可得出由上式可得出: 2) 材料受单向拉应力材料受单向拉应力,由上式可得由上式可得: C131332322121Cdddddd131332322121时，022/ )(212时，且0, 03211321)2/1 (, 0冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 变形时的硬化现象和硬化曲线变形时的硬化现
9、象和硬化曲线 1.硬化现象的表现形式硬化现象的表现形式: 材料的强度指标随变形程度的增加而增加材料的强度指标随变形程度的增加而增加,塑性随之降低塑性随之降低. 2.加工硬化的结果加工硬化的结果 引起材料力学性能的变化引起材料力学性能的变化. 3.加工硬化有利及不利方面加工硬化有利及不利方面 有利方面有利方面:板料硬化能够减小过大的局部变形板料硬化能够减小过大的局部变形,使变形趋于均使变形趋于均匀匀,增大成形极限增大成形极限,同时也提高了材料的强度同时也提高了材料的强度 不利方面不利方面:使进一步变形困难使进一步变形困难. 4.硬化曲线硬化曲线(如图如图1.2.3) 冲压工艺及模具设计第第1章章
10、 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理图1.2.1 点的应力状态a)任意坐标系; b) 主轴坐标系冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理图.单向拉应力应变曲线冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理图.几种常用冲压板料的硬化曲线冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 1.3 各种冲压成形方法的力学特点与分类各种冲压成形方法的力学特点与分类 1.3.1 变形毛坯的分区变形毛坯的分区(如图如图1.3.1)1.3.2 变形区的应力与应变特点变形区的应力与应变特点 1 冲压毛坯两向受拉应力的作用冲压毛坯两向受拉应力的作用
11、 (可分两种情况可分两种情况)： （图1.3.2象限） 2冲压毛坯变形区受两向压应力的作用冲压毛坯变形区受两向压应力的作用 （图1.3.2象限）0, 00, 0trt且且r0, 00, 0trt且且r冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 3冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且拉应力的绝对值冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且拉应力的绝对值大于压应力的绝对值。大于压应力的绝对值。(可以分为两种情况可以分为两种情况) （图1.3.2）4冲压毛坯变形区受异号应力的作用而且压应力的绝对值大冲压毛坯变形区受异号应力的作用而且压应力的绝对值大于拉应力的绝对值。于拉应力的绝对值
12、。 (可以分为以下两种情况可以分为以下两种情况)综上所述：综上所述： 冲压变形可分为伸长类变形和压缩类变形冲压变形可分为伸长类变形和压缩类变形rrr且且0,00,0trtrrr且且0,00,0trt冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 1.3.3 冲压成形过程中变形趋向性及其控制冲压成形过程中变形趋向性及其控制1、变形趋向性、变形趋向性(如图如图1.3.3) 弱区必先变形，变形区应为弱区弱区必先变形，变形区应为弱区2、变形趋向性的控制、变形趋向性的控制 改变坯料各部分的相对尺寸改变坯料各部分的相对尺寸 改变模具工作部分的几何形状和尺寸改变模具工作部分的几何形状和尺
13、寸 改变坯料和模具之间的摩擦阻力改变坯料和模具之间的摩擦阻力 改变坯料局部区域的温度改变坯料局部区域的温度冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理A变形区；B传力区；C已变形区图.变形趋向性对冲压工艺的影响冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 1.4 板料冲压成形性能及冲压材料板料冲压成形性能及冲压材料 1.4.1 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能 冲压成形性能冲压成形性能: 板料对各种冲压成形加工的适应
14、能力板料对各种冲压成形加工的适应能力. 抗破裂性、抗破裂性、 贴模性、定形性贴模性、定形性 成形极限成形极限 冲压件形状尺寸精度冲压件形状尺寸精度1.4.2 板料的冲压成形性能试验板料的冲压成形性能试验1、间接试验、间接试验（图（图.） 伸长率、屈服点、屈强比、硬化指数、伸长率、屈服点、屈强比、硬化指数、 板厚方向性系数、板平面方向性板厚方向性系数、板平面方向性2、直接试验、直接试验 胀形成形性能试验、拉深成形性能试验胀形成形性能试验、拉深成形性能试验（图.）冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 1、屈服极限、屈服极限 屈服极限屈服极限 小小,材料容易屈服材料容易
15、屈服,则变形抗力小则变形抗力小.2、屈强比、屈强比 屈强比小屈强比小,说明说明 值小而值小而 值大值大3、伸长率、伸长率 拉伸实验中拉伸实验中,试样拉断时的伸长率称总伸长率试样拉断时的伸长率称总伸长率4、硬化指数、硬化指数 单向拉伸硬化曲线可写成单向拉伸硬化曲线可写成 其中其中n为硬化指数为硬化指数5、厚向异性指数、厚向异性指数 厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应变之比变之比6、板平面各向异性指数、板平面各向异性指数1.4.3 板料的力学性能与冲压成形性能的关系板料的力学性能与冲压成形性能的关系ssbnktb/2/ )2(45900冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理 1.4.4常用冲压材料及其力学性能常用冲压材料及其力学性能 黑色金属黑色金属 金属材料金属材料冲压材料冲压材料 有色金属有色金属 非金属材料非金属材料 坯料类型坯料类型板料：大型零件板料：大型零件条料：中小型零件条料：中小型零件卷料：卷料：大批量生产的自动送料大批量生产的自动送料块料：块料：少数钢种和有色金属的冲压少数钢种和有色金属的冲压冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理图.拉深试验试样冲压工艺及模具设计第第1章章 冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理图.拉伸曲线
