1、第二章 冲压变形理论基础本章学习要求：1.掌握金属塑性变形的基本概念；2.掌握板料冲压性能和常见的冲压材料；3.了解塑性变形的力学基础和冲压成形方法的力学特点。2.1塑性变形的基本概念2.2塑性力学基础2.3金属塑性变形的基本特点2.4冲压成形性能与冲压材料一、塑性变形的物理概念 2.1塑性变形的基本概念塑性变形的基本概念图2-1 晶体变形a-无变形 b-弹性变形 c-弹性变形+塑性变形 d-塑性变形二、塑性及塑性指标 1.塑性 塑性指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力。表2-1 影响金属塑性的因素影响因素影响规律化学成分及组织金属塑性随其纯度的增加而提高。合金元素对金属塑性
2、的影响，取决于加入元素的特性、数量、元素之间的相互作用及分布等。一般情况下，单向组织比多向组织的塑性好，固溶体比化合物的塑性好。变形温度就大多数金属和合金而言，总的趋势是：随着温度的增加，塑性增加。但在升温过程中的某些区间内，塑性会降低，出现脆性区。应力状态主应力状态中的压应力个数越多，数值越大，金属塑性越好；反之，拉应力个数越多，数值越大，其塑性越低。尺寸因素同一种材料，在其他条件相同的情况下，尺寸越大，塑性越差。变形速度变形速度的增大使金属的真实流动应力提高，导致金属的塑性降低；同时，变形速度的增大，温度效应显著，会提高金属的塑性。二、塑性及塑性指标 2.塑性指标%100LLL00K%10
3、000AAAK延伸率：延伸率：断面收缩率：断面收缩率：变形力塑性变形时，使金属产生变形的外力称为变形力。变形抗力金属抵抗变形的力。它反映材料产生塑性变形的难易程度，一般用金属材料产生塑性变形的单位变形力表示其大小。2.2塑性力学基础塑性力学基础模具模具外力外力毛坯毛坯内力内力零件零件一、点的应力和与应变状态 图2-2 点的应力状态a 任意坐标系 b 主轴坐标系2.2塑性力学基础塑性力学基础图2-3 9种主应力状态 图2-4 3种主应变状态 2.2塑性力学基础塑性力学基础二、屈服条件 在多向应力状态时，只有当各个应力分量之间符合一定的关系时，该点才开始屈服，这种关系就称为塑性条件，或称屈服条件。
4、13s0.1155.1式中：、最大、最小主应力、坯料的屈服应力；应力状态系数，其值在1.01.155范围内。单向应力状态及轴对称应力状态（双向等拉、双向等压）时，取 ；平面变形状态时，取 。在应力分量未知情况下，一般近似取1.1。、三、金属塑性变形时的应力应变关系 增量理论：2.2塑性力学基础塑性力学基础全量理论：式中：主应力 主应变 非负比例系数，是一个与材料性质和变形程度有关的函数，而与变形体所处的应力状态无关。结论：1.应力分量与应变分量符号不一定一致，即拉应力不一定对应拉应变，压应力不一定对应压应变；2.某方向应力为零其应变不一定为零；2.2塑性力学基础塑性力学基础3.在任何一种应力状
5、态下，应力分量的大小与应变分量的大小次序是相对应的，即 ，则有 。4.若有两个应力分量相等，则对应的应变分量也相等，即若 ，则有 。2.3金属塑性变形的基本特点金属塑性变形的基本特点 一、硬化规律 1.加工硬化 sb材料的强度指标（屈服强度与抗拉强度）随变形程度的增加而增与断面收缩率）随之降低。加；塑性指标（伸长率实际应力曲线与假象应力曲线实际应力曲线与假象应力曲线2.硬化曲线硬化曲线图2-5 金属的应力应变图1-实际应力曲线 2-假象应力曲线硬化曲线用数学函数式表示：硬化曲线用数学函数式表示：An式中：材料常数；材料的硬化指数；应力；应变。几种常用冲压板料的硬化曲线几种常用冲压板料的硬化曲线
6、图2-6 几种常用冲压板材的硬化曲线二、卸载弹性恢复和反载软化现象二、卸载弹性恢复和反载软化现象 弹性恢复的应变量为：图2-7 硬化曲线 图2-8 反载软化曲线 三、冲压成形的力学特点与分类 图2-9 冲压毛坯分析a 拉深 b 再次拉深 c 翻边 d 缩口(a)(b)(c)(d)图2-10冲压应力图 图2-11 冲压变形图 0,00,0trtr且且1.冲压毛坯变形区受两向拉应力作用 0,00,0trtr且且2.冲压毛坯变形区受两向压应力的作用 3.冲压毛坯变形区受异号应力的作用，且拉应力的绝对值大于压应力的绝对值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于拉应力的绝对值 综上所述：
7、冲压变形可分为伸长类变形和压缩类变形表表2-3 伸长类变形和压缩类变形伸长类变形和压缩类变形工艺项目伸长类变形压缩类变形变形区的板厚减薄增厚变形区的质量问题变形程度过大引起变形区破坏压应力作用下失稳起皱成形极限主要取决于板材的塑性与板材厚度无关，可用断后伸长率及成形极限线判断主要取决于传力区的承载能力与板材抗失稳能力密切相关；与板材厚度有关提高成形极限的措施改变板材塑性使变形均化，降低局部变形程度工序间热处理采用多道工序成形，改变传力区与变形区的力学关系，采用防起皱措施四、冲压变形趋向性及其控制 1.冲压变形趋向性 弱区必先变形，变形区应为弱区弱区必先变形，变形区应为弱区图2-12 变形趋向性
8、对冲压工艺的影响A 变形区 B 传力区 C已变形区传力区不致产生镦粗变形的条件是：变形区产生缩口变形的条件是：在保证传力区不致产生塑性变形下能够进行缩口的条件为：综上所述，在工艺过程设计和模具设计时，除要保证变形区为弱区外，还要保证变形区必须实现的变形方式要求最小的变形力。2.变形趋向性的控制 1)理地确定初始毛坯的尺寸和中间毛坯的尺寸 2)改变模具工作部分的几何形状和尺寸 3)改变毛坯与模具之间的摩擦阻力 4)降低变形区的变形抗力或提高传力区的强度 表2-4 平面毛坯的变形趋势尺寸关系变形方式dT/D00.50.66；d0/DT 0.15拉深dT/D00.4；d0/DT 0.20.3翻边dT
9、/D00.4；d0/DT 0.15胀形图2-13 变形趋向性的控制2.4冲压成形性能与冲压材料冲压成形性能与冲压材料一、材料的冲压成形性能 材料的冲压成形性能：材料对各种冲压加工方法的适应能力。冲压成形性能是一个综合性的概念成形极限成形质量1.成形极限 成形极限：在冲压成形过程中，材料能达到的最大变形程度。2.成形质量 冲压件的质量指标主要是指尺寸精度、厚度变化、表面质量以及成形后材料的物理机械性能等。二、板材冲压成形性能的试验方法 间接试验：拉伸试验、剪切试验、硬度试验、金相试验等。直接试验：反复弯曲试验、胀形性能试验、拉深性能试验等。图2-14 拉伸试验用的标准试样图 2-15 拉伸曲线
10、1.试验方法2.板料的力学性能与冲压成形性能的关系b（1）总延伸率与均匀延伸率：是在拉伸试验中试样破坏时的延伸率，称为总延伸率，简称延伸率。b：是在拉伸试验中开始产生局部集中变形时（刚出现细颈时）的延伸率，叫做均匀延伸率。（2）屈强比（）屈强比小,说明 值小而 值大，即容易产生塑性变形而不易产生拉裂。sb（3）弹性模量 E弹性模量愈大，在成形过程中抗压失稳能力愈强，卸载后弹性恢复愈小，有利于提高零件的尺寸精度。（4）硬化指数n硬化指数n愈高，材料均匀变形的能力愈强。值越大的材料，硬化效应就大，这对于伸长类变形来说是有利的。n（5）板料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变之比,即：宽度方向、厚度方向的应变。值大时，有助于提高拉深变形程度。（6）板平面各向异性指数 纵向试样、横向试样和与轧制方向成45试样厚向异性指数。越大，表示板平面内各向异性越严重，拉深时在零件端部出现不平整的凸耳现象。三、冲压材料 1.对冲压材料的要求a对冲压成形性能的要求b对材料厚度公差的要求c对表面质量的要求2.常用冲压材料黑色金属、有色金属、非金属材料
