1、冲压工艺与模具设计（第版）模块一概述下一页返回模块二冲压变形基础 学 习 单 元 一 力 与 变 形 学 习 单 元 二 塑 性 变 形 时 应 力 与 应 变 的 关 系 学 习 单 元 三 材 料 的 冲 压 成 形 性 能 及 加 工 硬 化 现 象 上一页 下一页返回模块三冲裁 学 习 单 元 一 冲 裁 过 程 的 分 析 学 习 单 元 二 冲 裁 模 间 隙 学 习 单 元 三 凸、凹 模 刃 口 尺 寸 的 计 算 学 习 单 元 四 排 样 学 习 单 元 五 冲 裁 力 学 习 单 元 六 冲 裁 模 分 类 及 结 构 分 析 学 习 单 元 七 冲 裁 模 零 部 件
2、结 构 学 习 单 元 八 冲 裁 件 的 工 艺 性 上一页 下一页返回模块四弯曲 学习单元一弯曲变形过程 学习单元二最小弯曲半径 学习单元三弯曲件的回弹 学习单元四弯曲件的工艺计算 学习单元五弯曲力的计算和设备选择 学习单元六弯曲件的工艺性和工序安排 学习单元七弯曲模工作部分设计 学习单元八弯曲模的典型结构上一页 下一页返回模块五拉深 学习单元一圆筒形件拉深的变形过程 学习单元二圆筒形件拉深的工艺计算及模具设计 学习单元三阶梯形状零件的拉深 学习单元四曲面形状零件的拉深上一页 下一页返回模块六其他冲压成形工艺 学习单元一胀形 学习单元二翻边 学习单元三缩口 学习单元四校形与整形 学习单元五
3、旋压上一页 下一页返回模块七多工位级进模设计 学习单元一概述 学习单元二多工位级进模的排样设计与工位安排上一页 下一页返回模块八冲压工艺设计及案例分析 学习单元一工艺方案的制定 学习单元二冲压工艺实例上一页返回模 块 一 概 述 一、冲 压 概 念 冲 压：利 用 冲 压 模 具（凸 模 与 凹 模 及 结 构 附 件）安 装 在 压 力 机（如 冲 床、油 压 机 等 设备）或 其 他 相 关 设 备 上，对 材 料（在 常 温 下）施 加 压 力，使 其 产 生 分 离 或 塑 性 变 形，从 而获 得 一 定 形 状 和 尺 寸 零 件 的 一 种 加 工 方 法。冲 压 不 仅 可 以
4、 加 工 金 属 材 料，而 且 还 可 以 加 工 非 金 属 材 料。冲 压 模 具：用 于 实 现 冲 压 工 艺 的 一 种 工 艺 装 备，简 称 工 装。冲 压 加 工 的 三 要 素：合 理 的 冲 压 工 艺、先 进 的 模 具、高 效 的 冲 压 设 备。下一页返回模 块 一 概 述 冲 压 加 工 的 三 要 素 是 决 定 冲 压 质 量、精 度 和 生 产 效 率 的 关 键 因 素，是 不 可 分 割 的。先 进的 模 具 只 有 配 备 先 进 的 压 力 机 和 合 理 的 冲 压 工 艺，才 能 充 分 发 挥 作 用，做 出 一 流 产 品，取 得较 高 的
5、经 济 效 益。二、冲 压 工 序 的 分 类 冲 压 工 艺 按 其 变 形 性 质 可 分 为 分 离 工 序 与 成 形 工 序 两 大 类，每 一 类 中 又 包 括 许 多 不 同 的工 序，如 冲 裁 方 面 的 工 序，弯 曲 方 面 的 工 序，拉 深 方 面 的 工 序，成 形 方 面 的 工 序 等，统 称 基本 工 序，见 表。上一页 下一页返回模 块 一 概 述 分 离 工 序：冲 压 成 形 时，变 形 材 料 内 部 的 应 力 超 过 强 度 极 限 ，使 材 料 发 生 断 裂 而 产生 分 离，从 而 成 形 零 件。分 离 工 序 主 要 有 剪 裁 和 冲
6、 裁 等。成 形 工 序：冲 压 成 形 时，变 形 材 料 内 部 应 力 超 过 屈 服 极 限 ，但 未 达 到 强 度 极 限 ，使 材 料 产 生 塑 性 变 形，从 而 成 形 零 件。成 形 工 序 主 要 有 弯 曲、拉 深、翻 边 等。当 大 批 量 生 产 各 种 产 品 时，仅 靠 上 述 两 类 基 本 工 序，是 满 足 不 了 生 产 需 要 的，还 得 采 用组 合 形 式 的 工 序，就 是 把 两 个 或 两 个 以 上 的 单 独 基 本 工 序 组 合 起 来 灵 活 运 用，进 行 设 计。上一页 下一页返回模 块 一 概 述 三、冲 压 工 艺 的 特
7、 点 及 其 应 用 冲 压 生 产 过 程 的 主 要 特 点 如 下。（）依 靠 冲 模 和 冲 压 设 备 完 成 加 工，便 于 实 现 自 动 化，生 产 率 很 高，操 作 简 便。（）冲 压 所 获 得 的 零 件 一 般 无 须 进 行 切 削 加 工，故 节 省 能 源 和 原 材 料。（）冲 压 所 用 原 材 料 的 表 面 质 量 好，且 冲 件 的 尺 寸 公 差 有 冲 模 保 证，故 冲 压 产 品 尺 寸稳 定，互 换 性 好。（）冲 压 产 品 壁 薄，质 量 轻，刚 度 好，可 以 加 工 成 形 状 复 杂 的 零 件，小 到 钟 表 的 秒 针、大 到
8、汽 车 纵 梁 等。上一页 下一页返回模 块 一 概 述 四、冲 压 工 艺 的 应 用 冲 压 与 其 他 加 工 方 法 相 比，具 有 独 到 的 特 点，所 以 在 工 业 生 产 中，尤 其 在 大 批 量 生 产 中应 用 十 分 广 泛。在 汽 车、拖 拉 机、电 器、电 子 产 品、仪 表、国 防 用 品、航 空 航 天 用 品 以 及 日用 品 中 随 处 可 见 到 冲 压 产 品。如 不 锈 钢 饭 盒、搪 瓷 盆、高 压 锅、汽 车 覆 盖 件、冰 箱 门 板、电子 电 器 上 的 金 属 零 件、枪 炮 弹 壳 等。上一页 下一页返回模 块 一 概 述 五、冲 压 技
9、 术 现 状 与 发 展 方 向.我 国 冲 压 技 术 现 状 目 前，我 国 的 冲 压 技 术、冲 压 模 具 与 工 业 发 达 国 家 相 比 还 有 一 定 的 差 距，主 要 表 现 在：冲 压 基 础 理 论 与 成 形 工 艺 落 后；模 具 标 准 化 程 度 低；模 具 设 计 方 法 和 手 段、模 具 制造 工 艺 及 设 备 落 后；模 具 专 业 化 水 平 低。结 果 导 致 我 国 模 具 在 寿 命、效 率、加 工 精 度、生 产 周 期 等 方 面 与 工 业 发 达 国 家 的 模 具 相 比 差 距 相 当 大。上一页 下一页返回模 块 一 概 述.冲
10、 压 技 术 发 展 方 向 随 着 我 国 计 算 机 技 术 和 制 造 技 术 的 迅 速 发 展，冲 压 模 具 设 计 与 制 造 技 术 正 由 手 工 设 计、依 靠 人 的 经 验 和 常 规 机 械 加 工 技 术 向 以 计 算 机 辅 助 设 计（三 维 软 件）、数 控 加 工（）制 造 技 术 转 变。计 算 机 辅 助 设 计 软 件 与 模 具 设 计 和 制 造 技 术 相 结 合 的 模 具 设 计 在 我国 已 迅 速 发 展，目 前，我 国 已 有 相 当 多 的 厂 家 普 及 了 计 算 机 绘 图、。、等 著 名 软 件，在 中 国 模 具 工 业
11、应 用 已 相 当 广 泛。上一页 下一页返回模 块 一 概 述 虽 然 我 国 的 模 具 工 业 和 技 术 在 过 去 的 十 多 年 得 到 了 快 速 发 展，未 来 的 十 年，中 国 模 具 工业 和 技 术 的 主 要 发 展 方 向 包 括 以 下 方 面。（）提 高 模 具 的 设 计 制 造 水 平，使 其 朝 着 大 型 化、精 密 化、复 杂 化、长 寿 命 化 发 展。（）在 模 具 设 计 制 造 中 更 加 普 及 和 应 用 国 产 的 技 术。（）发 展 快 速 成 形 和 快 速 制 造 模 具 的 技 术。（）提 高 模 具 标 准 化 水 平 和 模
12、具 标 准 件 的 使 用 率。上一页 下一页返回模 块 一 概 述（）研 究 和 发 展 优 质 的 模 具 材 料 和 先 进 的 表 面 处 理 技 术。（）研 究 和 开 发 模 具 的 抛 光 技 术 和 设 备。（）研 究 和 普 及 模 具 的 高 速 测 量 技 术 与 逆 向 工 程。（）研 究 和 开 发 新 的 成 形 工 艺 和 模 具。上一页返回表冲压工序分类表返回模 块 二 冲 压 变 形 基 础 学 习 单 元 一 力 与 变 形 学 习 单 元 二 塑 性 变 形 时 应 力 与 应 变 的 关 系 学 习 单 元 三 材 料 的 冲 压 成 形 性 能 及 加
13、 工 硬 化 现 象 返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 物 质 是 由 原 子 构 成 的，根 据 原 子 在 物 质 内 部 的 排 列 方 式 不 同，可 将 固 态 物 质 分 成 为 晶 体和 非 晶 体 两 大 类。而 所 有 固 态 金 属 和 合 金 都 是 晶 体。在 没 有 外 力 作 用 时，金 属 中 的 原 子 处 于稳 定 的 平 衡 状 态，金 属 物 体 保 持 已 有 的 形 状 和 尺 寸。但 当 物 体 受 到 外 力 作 用 时，原 子 间 原 有的 平 衡 状 态 便 可 能 会 遭 到 破 坏，引 起 原 子 排 列 畸 变，从 而 产 生 金
14、属 形 状 与 尺 寸 的 变 化，也 就是 我 们 常 说 的 变 形。变 形：物 体 在 外 力 作 用 下，所 产 生 形 状 和 尺 寸 的 改 变。物 体 的 变 形 都 是 施 加 于 物 体 的 外 力 所 引 起 的 内 力 作 用 或 由 内 力 直 接 作 用 的 结 果。然 而，由 于 外 力 的 作 用 状 况、物 体 的 尺 寸 以 及 模 具 的 形 状 千 差 万 别，物 体 内 各 点 的 受 力 状 况 与 变 形情 况 也 各 不 相 同。下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 将 低 碳 钢 制 成 的 标 准 试 件（如 图 所 示）安 装 在 拉
15、 伸 试 验 机 的 上、下 夹 头 中，对 其 缓 慢 加 载 拉 伸，直 至 把 试 件 拉 断 为 止。图 所 示 为 在 拉 伸 试 验 机 上 进 行 拉 伸 并 利 用自 动 记 录 仪 记 录 的 实 验 结 果，绘 出 拉 伸 过 程 中 的 应 力 与 应 变 之 间 的 关 系 曲 线，即 单 向 拉 伸 时得 到 的 应 力 与 应 变 曲 线。我 们 可 以 将 该 曲 线 分 为 三 个 阶 段。.弹 性 变 形 阶 段 当 拉 伸 应 力 低 于 时，其 变 形 的 特 点 是 应 力 与 应 变 成 正 比；且 当 外 力 去 除 后，变形 即 消 失，试 样 完
16、 全 恢 复 到 原 来 的 形 状 和 尺 寸，此 阶 段 为 弹 性 变 形 阶 段。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 弹 性 变 形：外 力 取 消 后 物 体 能 恢 复 原 状（形 状 和 尺 寸 恢 复 到 原 来 的 状 态）的 变 形。.塑 性 变 形 阶 段 当 拉 伸 应 力 超 过 后，应 力 就 不 再 与 应 变 成 正 比，且 当 外 力 去 除 后，变 形 只 能 恢复 一 部 分，而 不 能 完 全 恢 复 到 原 来 的 形 状 和 尺 寸，即 仍 有 一 部 分 的 变 形 被 保 留 下 来。此 阶 段为 塑 性 变 形 阶 段。即 为
17、 屈 服 极 限。塑 性 变 形：外 力 取 消 后 物 体 不 能 恢 复 原 状 的 变 形。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形.断 裂 分 离 阶 段 当 拉 伸 应 力 小 于 时，试 件 各 部 分 的 变 形 是 均 匀 的。但 当 拉 伸 应 力 增 大 到 点 时，在 试 件 的 某 一 局 部，变 形 会 急 剧 增 加，横 截 面 面 积 显 著 变 小，出 现 颈 缩 现 象；点 的 应 力为 最 大，随 后 应 力 下 降 直 至 被 拉 断。金 属 的 变 形 可 分 为 三 个 连 续 阶 段：弹 性 变 形 阶 段，塑 性 变 形 阶 段、断 裂
18、 分 离 阶 段。一、塑 性 塑 性：是 指 固 体 材 料 在 外 力 作 用 下 发 生 塑 性 变 形，而 不 破 坏 其 完 整 性 的 能 力。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 塑 性 不 仅 取 决 于 变 形 物 体 的 种 类，并 且 与 变 形 方 式（应 力 和 应 变 状 态）和 变 形 条 件（变 形 温 度 和 变 形 速 度）有 关。塑 性 指 标：是 以 金 属 材 料 开 始 破 坏 时 的 塑 性 变 形 量 来 表 示。为 了 衡 量 金 属 塑 性 的 高 低，需 要 一 种 数 量 上 的 指 标 来 表 示，即 塑 性 指 标。塑
19、性 指 标 可 以通 过 各 种 实 验 方 法 求 得，各 种 实 验 方 法 均 有 其 特 定 的 受 力 状 况 和 变 形 条 件，所 以 塑 性 指 标 也只 是 具 有 相 对 的 意 义。常 用 的 塑 性 指 标 有 伸 长 率：上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 断 面 收 缩 率：二、变 形 抗 力 物 体 发 生 变 形 是 需 要 外 力 的。而 外 力 又 可 以 分 成 两 类，一 类 是 作 用 在 物 体 表 面 上 的 力，称 为 面 力，它 可 以 是 集 中 力，但 更 一 般 的 是 分 布 力；另 一 类 是 作 用 在 物 体 每
20、 个 质 点 上 的 力，例 如 重 力、磁 力 等，称 为 体 力。冲 压 成 形 时，体 力 相 对 面 力 而 言 是 很 小 的，可 以 忽 略 不 计。变 形 力：使 金 属 产 生 变 形 的 外 力。变 形 抗 力：金 属 抵 抗 变 形 的 力。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 变 形 抗 力 反 映 了 使 材 料 产 生 变 形 的 难 易 程 度；变 形 抗 力 和 变 形 力 数 值 相 等，方 向 相 反，一 般 以 作 用 在 金 属 和 工 具 接 触 面 上 的 平 均 单 位 面 积 上 的 变 形 力 表 示 其 大 小。最 小 阻 力
21、定 律：在 塑 性 变 形 过 程 中，外 力 破 坏 了 金 属 的 平 衡 而 强 制 金 属 发 生 流 动，当 金属 有 几 个 质 点 或 每 个 质 点 有 几 个 方 向 移 动 的 可 能 时，它 总 是 在 阻 力 最 小 的 地 方 且 沿 阻 力 最 小的 方 向 移 动（弱 区 先 变 形）。三、应 力 状 态 应 力：单 位 面 积 上 的 内 力。点 的 应 力 状 态：物 体 内 每 一 点 上 的 受 力 情 况。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 在 材 料 力 学 中，为 了 求 得 物 体 内 的 应 力，常 常 采 用 切 面法，即 假
22、 想 把 物 体 切 开，在 一 定 条 件 下，直 接 利 用 内 力 和 外力 的 平 衡 条 件 求 得 切 面 上 的 应 力 分 布。图 所 示 为 一 物 体 受 外 力 系 、的作 用 而 处 于 平 衡 状 态，设 物 体 内 有 任 意 一 点，过 点 作 一法 线 为 的 平 面，将 物 体 切 开 并 移 去 上 半 部，这 时 面 即可 看 成 是 下 半 部 的 外 表 面，面 上 作 用 的 内 力 应 该 与 下 半 部其 余 的 外 力 保 持 平 衡。这 样，内 力 的 问 题 就 可 以 转 化 为 外 力来 处 理。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力
23、 与 变 形 通 过 点 可 以 做 无 限 多 的 切 面，在 不 同 方 向 的 切 面 上，点 的 应 力 显 然 是 不 同 的。现 以 单 向 均 匀 拉 伸（如 图 所 示）进 行 分 析，设 一 断 面 积 为 的 均 匀 截 面 棒 料 承 受 拉 力，通 过棒 料 内 一 点 作 一 切 面，其 法 线 与 拉 伸 轴 成 角，将 棒 料 切开 并 移 去 上 半 部。由 于 是 均 匀 拉 伸，故 面 上 的 应 力 是 均 匀 分布 的。设 点 在 面 上 的 全 应 力 为，则 的 方 向 一 定 平 行 于 拉伸 轴，且 大 小 为上一页 下一页返回学 习 单 元 一
24、 力 与 变 形 应 力 主 平 面：切 应 力 的 切 面。主 应 力：应 力 主 平 面 上 的 正 应 力 。然 而，在 多 向 受 力 的 情 况 下，显 然 不 能 由 一 点 任 意 切 面 上 的 应 力 求 得 其 他 方 向 上 的 应力，也 就 是 说，仅 仅 用 某 一 方 向 切 面 上 的 应 力 并 不 足 以 全 面 地 表 示 出 一 点 所 受 应 力 的 情 况。为 了 研 究 物 体 内 每 一 点 的 受 力 情 况，假 想 把 物 体 切 成 无 数 个 极 其 微 小 的 六 面 体（在 物体 边 界 上 也 可 以 是 四 面 体 或 五 面 体）
25、，称 为 单 元 体。一 个 单 元 体 可 以 代 表 物 体 的 一 个 质 点。根 据 单 元 体 的 平 衡 条 件 列 出 平 衡 微 分 方 程，然 后 考 虑 其 他 必 要 的 条 件 设 法 求 解。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 在 变 形 物 体 上 任 意 点 取 一 个 单 元 体（如 图 （）所 示），取 单 元 体（其 棱 边 分 别 平行 于 三 根 坐 标 轴）的 六 个 相 互 垂 直 的 表 面 作 为 微 分 面，其 上 有 着 大 小 不 同、方 向 不 同 的 全应 力，设 为 、，其 中 每 一 个 全 应 力 又 可 分 解
26、 为 平 行 于 坐 标 轴 的 三 个 分 量，即 一 个 正应 力 和 两 个 切 应 力（如 图 （）所 示）。切 应 力 互 等 定 律：为 了 保 持 单 元 体 的 平 衡，切 应 力 总 是 成 对 出 现 的，它 们 大 小 相 等，分别 作 用 在 两 个 相 互 正 交 的 微 分 面 内，其 方 向 共 同 指 向 或 背 离 两 微 分 面 的 交 线。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 主 应 力 状 态：以 主 应 力 表 示 的 应 力 状 态。主 应 力 状 态 图：以 主 应 力 表 示 其 应 力 个 数 及 其 符 号 的 简 图。可 能
27、 出 现 的 主 应 力 状 态 图 共 有 九 种（如 图 所 示），即 单 向 主 应 力 状 态 图 两 种 单向 受 拉 和 单 向 受 压；两 向 主 应 力 状 态 图 三 种 两 向 受 拉、两 向 受 压 和 一 向 受 拉 一 向 受 压；三 向 主 应 力 状 态 图 四 种 三 向 受 拉、三 向 受 压、两 向 受 拉 一 向 受 压、一 向 受 拉 两 向 受 压。平 均 主 应 力：单 元 体 上 的 三 个 主 应 力 的 平 均 值，常 用 表 示上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 任 何 一 种 应 力 状 态 都 可 以 将 其 分 解 成
28、 为 两 部 分，如 图 所 示。第 一 部 分 是 以 平 均 主应 力 为 各 向 应 力 值 的 三 向 等 应 力 状 态，其 特 点 是 只 能 改 变 物 体 的 体 积，不 能 改 变 物 体 的形 状。第 二 部 分 是 以 各 个 主 应 力 与 的 差 值 为 应 力 值 构 成 的 应 力 状 态。其 特 点 是 只 能 改 变物 体 的 形 状，而 不 能 改 变 物 体 的 体 积。主 切 应 力 平 面：切 应 力 有 极 值 的 微 分 面。主 切 应 力：主 切 应 力 平 面 上 作 用 的 切 应 力。除 主 平 面 上 不 存 在 切 应 力 外，单 元
29、体 其 他 方 向 的 切 面 上 都 有 切 应 力，通 过 列 方 程 求 解 可知：主 切 应 力 平 面 共 有 三 组，它 们 分 别 与 一 个 应 力 主 轴 平 行 并 与 另 两 个 应 力 主 轴 成，如图 所 示。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 四、应 变 状 态 同 样 可 以 认 为 材 料 的 变 形 是 由 无 数 个 单 元 体 变 形 积 累 的 结 果，而 变 形 又 可 分 为 两 种形 式：正 变 形 或 线 变 形：线 尺 寸 的 伸 长 缩 短。切 变 形 或 角 变 形：单 元 体 发 生 偏 斜。正 变 形 和 切 变 形
30、统 称“纯 变 形”。对 于 同 一 变 形 的 质 点，随 着 切 取 单 元 体 的 方 向 不 同，则 单 元 体 表 现 出 来 的 变 形 数 值 也 是 不 同 的，所 以 同 样 需 要 引 入“点 的 应 变 状 态”的 概 念。物 体 变 形 时 单 元 体 一 般 同 时 发 生 平 移、转 动、正 变 形 和 切 变 形。平 移 和 转 动 本 身 并 不 代表 变 形，只 表 示 刚 体 位 移，所 以，只 有 从 单 元 体 位 置、形 状 和 尺 寸 变 化 中 除 去 刚 体 位 移，才能 得 到 纯 变 形。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形
31、物 体 变 形 时，体 内 所 有 的 点 都 产 生 了 位 移。单 元 体 仅 作 刚 体 位 移 和 平 移 时，各 点 的 相 对位 置 并 没 有 改 变，而 凡 是 产 生 了 变 形 的 单 元 体，各 点 的 相 对 位 置 都 发 生 了 变 化，而 且 位 移 的大 小 不 同。由 此 可 见，物 体 的 变 形 也 就 是 物 体 内 各 点 位 移 不 同 而 造 成 各 点 相 对 位 置 发 生 变 化的 结 果。为 了 便 于 进 行 变 形 分 析，特 作 如 下 假 设：当 单 元 体 切 取 得 极 小 时，可 以 认 为 它 的 变 形 是均 匀 变 形。
32、均 匀 变 形 时，体 内 原 来 的 直 线 和 平 面 在 变 形 后 保 持 不 变，而 且 原 来 相 互 平 行 的 直线 和 平 面 保 持 平 行。变 形 的 大 小 可 用 应 变 来 表 示，而 应 变 又 可 分 为 正 应 变 和 切 应 变。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 一 点 的 应 变 状 态 也 可 以 通 过 单 元 体 的 变 形 来 表 示，与 应 力 状 态 一 样，当 采 用 主 轴 坐 标 系时，单 元 体 就 只 有 三 个 主 应 变 分 量 、，而 没 有 切 应 变 分 量，一 种 应 变 状 态 只 有 一组 主 应
33、变，如 图 所 示。如 图 所 示 单 元 体：假 设 变 形 前 的 尺 寸 为 、，变 形 后 的 尺 寸 为 、。则 三 个 方 向 的 主 应 变 为上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 塑 性 变 形 体 积 不 变 定 律：塑 性 变 形 时 的 物 体 体 积 不 变，塑 性 变 形 以 前 的 体 积 等 于 其 变 形后 的 体 积。即 （）由 体 积 不 变 定 律 可 知：塑 性 变 形 时，三 个 正 应 变 分 量 不 可 能 全 部 都 是 同 号 的，因 为 体 积不 变，有 伸 长 就 必 定 有 压 缩，所 以 主 应 变 状 态 图 只 可
34、能 有 以 下 三 类。具 有 一 个 正 应 变 及 两 个 负 应 变。具 有 一 个 负 应 变 及 两 个 正 应 变。一 个 主 应 变 为 零，另 两 个 应 变 之 大 小 相 等 符 号 相 反（如 图 所 示）。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 五、影 响 金 属 塑 性 和 变 形 抗 力 的 主 要 因 素 变 形 抗 力 和 塑 性 是 两 个 不 同 的 概 念，塑 性 反 映 材 料 变 形 的 能 力，变 形 抗 力 则 反 映 材 料 变形 的 难 易 程 度。塑 性 加 工 中 的 一 个 重 要 问 题 就 是 如 何 充 分 利 用 金
35、 属 的 塑 性 并 在 最 小 变 形 抗 力的 情 况 下 获 得 所 需 要 的 工 件。为 此 有 必 要 对 影 响 金 属 塑 性 和 变 形 抗 力 的 因 素 进 行 分 析 和 讨论，这 里 仅 讨 论 物 理 方 面 的 因 素。.金 属 组 织 组 成 金 属 的 晶 格 类 型、化 学 成 分、组 织 状 态、晶 粒 大 小、形 状 及 晶 界 强 度 等 不 同，金 属的 塑 性 就 不 同。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形（）组 成 金 属 的 化 学 成 分 越 复 杂，对 金 属 的 塑 性 及 变 形 抗 力 的 影 响 越 大。碳：碳 对
36、 碳 钢 的 性 能 影 响 最 大。碳 能 溶 于 铁，形 成 铁 素 体 和 奥 氏 体 固 溶 体，它 们 都 具 有良 好 的 塑 性 和 低 的 变 形 抗 力。但 当 碳 的 含 量 超 过 铁 的 碳 溶 能 力，多 余 的 碳 便 与 铁 形 成 化 合 物 ，称 为 渗 碳 体。渗 碳 体 具 有 很 高 的 硬 度，而 塑 性 几 乎 为 零，对 基 体 的 塑 性 变 形 起 阻 碍作 用，而 使 碳 钢 塑 性 降 低，变 形 抗 力 提 高。随 着 碳 含 量 的 增 加，渗 碳 体 的 数 量 也 增 加，塑 性的 降 低 和 变 形 抗 力 的 提 高 就 更 甚
37、。在 退 火 状 态 下，碳 钢 的 塑 性 和 变 形 抗 力 指 标 与 碳 含 量 的 关系 如 图 所 示。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 磷：磷 是 钢 中 有 害 杂 质，磷 能 溶 于 铁 素 体 中，使 钢 的 强 度、硬 度 显 著 提 高，塑 性、韧 性明 显 降 低。尤 其 在 低 温 时 更 严 重，这 种 现 象 称 为 冷 脆 性。硫：硫 是 钢 中 有 害 杂 质，它 在 钢 中 几 乎 不 溶 解，而 与 铁 形 成，当 钢 在 范围 内 进 行 塑 性 加 工 时，由 于 晶 界 处 的 硫 化 铁 晶 体 塑 性 低 或 发 生 熔 化
38、，而 导 致 零 件 开 裂，这 种 现 象称 为 热 脆 性。硫 对 低 碳 钢 塑 性 的 影 响 如 图 所 示。（）钢 在 规 定 的 化 学 成 分 内，由 于 组 织 的 不 同，塑 性 和 变 形 抗 力 也 会 有 很 大 的 差 别。（）晶 粒 细 化 有 利 于 提 高 金 属 的 塑 性，但 同 时 也 提 高 了 变 形 抗 力。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形.变 形 温 度 变 形 温 度 对 金 属 和 合 金 的 塑 性 与 变 形 抗 力 有 着 重 要 影 响。就 大 多 数 金 属 和 合 金 而 言，其总 的 趋 势 是：随 着 温
39、度 升 高，塑 性 增 加，变 形 抗 力 降 低。但 在 升 温 过 程 中，在 某 些 温 度 区间，某 些 金 属 和 合 金 的 塑 性 会 降 低，变 形 抗 力 会 提 高，应 尽 量 避 免 这 些 温 度 区 间。提 高 变 形温 度 的 目 的：提 高 塑 性，增 加 材 料 在 一 次 成 形 中 所 能 达 到 的 变 形 程 度，降 低 材 料 的 变 形 抗力，提 高 工 件 的 成 形 准 确 度。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形 温 度 升 高 使 塑 性 增 加 和 变 形 抗 力 降 低 的 原 因 有：发 生 了 回 复 和 再 结 晶；
40、临 界 切 应 力 降低，滑 移 系 增 加；金 属 和 合 金 的 组 织 结 构 发 生 变 化，可 能 由 多 相 组 织 转 变 为 单 相 组 织，也 可能 由 对 塑 性 不 利 的 晶 格 转 变 为 对 塑 性 有 利 的 晶 格；热 塑 性 作 用 的 加 强；晶 界 滑 动 的 作 用 加强 等。.变 形 速 度 变 形 速 度：是 指 单 位 时 间 内 应 变 的 变 化 量。变 形 速 度 的 影 响 可 分 别 从 以 下 方 面 进 行 分 析。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形（）变 形 速 度 增 大，单 位 时 间 内 的 应 变 量 增
41、加，金 属 的 真 实 流 动 应 力 将 提 高，且 由 于没 有 足 够 的 时 间 完 成 塑 性 变 形 而 使 断 裂 提 前，故 金 属 的 变 形 抗 力 提 高，塑 性 降 低。（）增 加 变 形 速 度，由 于 温 度 效 应 显 著，金 属 的 温 度 将 升 高，从 而 降 低 变 形 抗 力，增加 塑 性。（）增 加 变 形 速 度，同 时 也 没 有 足 够 的 时 间 进 行 回 复 和 再 结 晶，使 金 属 的 变 形 抗 力 提高，塑 性 降 低。.尺 寸 因 素 同 一 种 材 料，在 其 他 条 件 相 同 时，尺 寸 越 大，组 织 和 化 学 成 分
42、越 不 一 致，杂 质 成 分 及 分布 越 不 均 匀，应 力 分 布 越 不 均 匀，塑 性 越 差。上一页 下一页返回学 习 单 元 一 力 与 变 形.应 力 状 态 应 力 状 态 对 金 属 的 塑 性 有 很 大 的 影 响，主 应 力 状 态 图 对 金 属 塑 性 可 按 顺 序 排 列 为 如 图 所 示 的 形 式，图 中 序 号 越 小，塑 性 越 好；其 规 律 是 压 应 力 的 数 目 及 数 值 越 大 和 拉 应 力 的数 目 和 数 值 越 小，金 属 的 塑 性 越 好。因 为 在 变 形 过 程 中，压 应 力 可 以 阻 止 材 料 内 部 微 裂 纹
43、 的扩 展，使 得 材 料 在 发 生 破 坏 前 可 以 产 生 较 大 的 塑 性 变 形。而 拉 应 力 则 促 使 材 料 内 部 微 裂 纹 的扩 展，使 得 材 料 在 发 生 破 坏 前 只 能 产 生 较 小 的 塑 性 变 形。应 力 状 态 对 金 属 的 变 形 抗 力 有 很 大 的 影 响，同 号 主 应 力 引 起 变 形 所 需 的 变 形 抗 力 大 于 异号 主 应 力 引 起 变 形 所 需 的 变 形 抗 力。上一页返回学习单元二 塑性变形时应力与应变的关系 一、塑 性 条 件（又 称 屈 服 条 件）质 点 处 于 单 向 应 力 状 态 时，只 要 单
44、 向 应 力 达 到 屈 服 极 限，该 质 点 即 由 弹 性 变 形 状 态 进 入塑 性 变 形 状 态。而 在 多 向 应 力 状 态 下，则 不 能 仅 仅 用 某 一 个 应 力 数 值 与 屈 服 极 限 的 大 小 关 系来 判 断 质 点 是 否 进 入 塑 性 变 形 状 态，必 须 同 时 考 虑 其 他 应 力 分 量。而 且 只 有 当 各 应 力 分 量 之间 符 合 一 定 条 件 时，质 点 才 进 入 塑 性 变 形 状 态。塑 性 条 件：决 定 受 力 物 体 内 质 点 由 弹 性 变 形 状 态 向 塑 性 变 形 状 态 过 渡 的 条 件。下一页返
45、回学习单元二 塑性变形时应力与应变的关系 （屈 雷 斯 加）的 最 大 切 应 力 理 论：在 一 定 的 变 形 条 件 下，材 料 中 最 大 切 应 力 达 到某 一 定 值 时 就 开 始 屈 服。或 者 说：材 料 处 于 塑 性 状 态 时，其 最 大 切 应 力 始 终 是 一 不 变 的 定值。该 定 值 只 取 决 于 材 料 在 变 形 条 件 下 的 性 质，而 与 应 力 状 态 无 关。这 里 所 指 的“定 值”，实 际 上 就 是 材 料 单 向 拉 伸 时 屈 服 强 度 值 的 一 半。上一页 下一页返回学习单元二 塑性变形时应力与应变的关系 设 ，则 （密
46、塞 斯）的 常 数 形 变 能 量 理 论：在 一 定 的 变 形 条 件 下，无 论 变 形 物 体 内 的 质 点所 处 的 应 力 状 态 如 何，只 要 该 质 点 三 个 主 应 力 的 组 合 满 足 以 下 的 条 件，物 体 便 开 始 屈 服。密 塞 斯 屈 服 条 件 的 物 理 意 义 是：当 物 体 质 点 内 的 单 位 体 积 的 弹 性 形 变 能 量 达 到 临 界 值时，质 点 就 进 入 塑 性 状 态。上一页 下一页返回学习单元二 塑性变形时应力与应变的关系 二、塑 性 变 形 时 应 力 与 应 变 的 关 系 弹 性 变 形 时，其 变 形 是 可 以
47、 恢 复 的，变 形 过 程 是 可 逆 的，与 变 形 物 体 的 加 载 过 程 无 关，应 力 和 应 变 之 间 的 关 系 是 线 性 的 并 可 以 通 过 广 义 虎 克 定 律 来 表 示。但 是，当 外 力 所 引 起 的 应力 分 量 满 足 塑 性 条 件 时，物 体 就 由 弹 性 变 形 阶 段 进 入 塑 性 变 形 阶 段。应 力 和 应 变 的 关 系 是 非线 性 的、不 可 逆 的，应 力 和 应 变 分 量 之 间 均 不 能 简 单 叠 加。为 了 建 立 物 体 受 力 与 变 形 之 间 的 关 系，只 能 取 加 载 过 程 中 某 个 微 量 时
48、 间 间 隔 来 研 究，从 而 得 到 应 力 与 应 变 增 量 之 间 的 关 系 式，即 增 量 理 论。上一页 下一页返回学习单元二 塑性变形时应力与应变的关系 然 而，增 量 理 论 在 计 算 上 困 难 很 大，尤 其 当 材 料 有 加 工 硬 化 时，计 算 就 更 加 复 杂。但 在简 单 加 载 加 载 过 程 中 只 能 加 载 不 能 卸 载，应 力 分 量 之 间 按 一 定 的 比 例 增 加，应 力 主 轴 的方 向 将 固 定 不 变 时，塑 性 变 形 的 每 一 时 刻，主 应 力 与 主 应 变 自 己 存 在 下 列 关 系上一页返回学习单元三 材料
49、的冲压成形性能及加工硬化现象 一、板 料 的 冲 压 成 形 性 能 与 成 形 极 限.材 料 的 冲 压 成 形 性 能 冲 压 成 形 性 能：板 料 对 冲 压 成 形 工 艺 的 适 应 能 力。板 料 的 冲 压 成 形 性 能 是 一 个 综 合 性 的 概 念，包 括 成 形 极 限 和 成 形 质 量 两 个 方 面。成 形 极 限：指 板 料 在 发 生 失 稳 前 所 能 达 到 的 最 大 变 形 程 度。板 料 在 成 形 过 程 中 可 能 出 现 以 下 两 种 失 稳 现 象。拉 伸 失 稳：即 在 拉 应 力 作 用 下 局 部 出 现 颈 缩 或 拉 裂。压
50、 缩 失 稳：即 在 压 应 力 作 用 下 起 皱。下一页返回学习单元三 材料的冲压成形性能及加工硬化现象 对 于 不 同 的 成 形 工 序，成 形 极 限 是 采 用 不 同 的 极 限 变 形 系 数 来 表 示 的。在 变 形 坯 料 的 内 部，凡 是 受 到 过 大 拉 应 力 作 用 的 区 域，就 会 使 坯 料 局 部 严 重 变 薄，甚 至拉 裂 而 使 冲 件 报 废；凡 是 受 到 过 大 压 应 力 作 用 的 区 域，若 超 过 了 临 界 应 力 就 会 使 坯 料 失 稳 而起 皱。成 形 质 量：指 尺 寸 和 形 状 精 度、厚 度 变 化、表 面 质 量
