华理冲压期末复习要点.doc

塑性变形的基本方式: 单晶体：滑移、孪生。多晶体的塑性变形: 晶内、晶间。变形后形成的组织改变：纤维组织、变形织构。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。塑性指标：常用的塑性指标有：延伸率、断面收缩率。变形抗力：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。塑性：反映变形的能力。变形抗力：是塑性变形的难易程度。影响金属的塑性与变形抗力: 化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响 变形温度对塑性和变形抗力的影响 变形速度对塑性和变形抗力的影响 应力应变状态应力状态对塑性变形的影响: 单向压缩塑性远大于单向拉伸 三向压应力（挤压）塑性大于两向压缩一向拉伸 强化三向压应力有利于提高塑性 应力状态中的压应力个数多、压力大，则塑性好，反之，则塑性差。体积不变：塑性变形前后，变形体体积不变；1+2+3=0；弹塑性变形共存规律：材料进入塑性变形阶段时，同时存在弹性变形和塑性变形。硬化：材料强度指标随变形程度增加而增加,塑性随之降低。硬化指数：表明材料冷变形硬化的重要参数，对板料的冲压性能以及冲压件的质量都有较大的影响。屈雷斯加屈服准则：当材料（质点）中的最大剪应力达到一定值时，材料就开始屈服。max =（1-3）/2= s /2或1-3= s 密席斯屈服准则：当材料中的等效应力达到材料的屈服点s 时，材料就开始屈服。13 = s应力应变关系增量理论（流动理论）：用于描述材料处于塑性变形状态时，应力与应变增量或应变速率之间的关系。 塑性变形时，每一瞬间的应力只与该瞬间的应变增量有关，而与该瞬间的应变值（全量应变）无关。全量理论（变形理论）：塑性变形的全量应变与应力之间的关系，主应力差与主应变差成比例（比值为正）。弹塑性变形特点比较弹性变形 塑性变形1、应力与应变成线性关系 非线性的2、变形可逆，加载与卸载规律相同 不可逆 规律不同3、应力求张量使体积有变化 体积不变4、应力主轴与应变主轴重合 一般不重合冲压应用分析判断毛坯变形区在哪个方向伸长，哪个方向缩短，不是单纯根据应力的性质，而是根据主应力的差值才能判定。拉应力方向不一定是伸长变形，压应力方向不一定是压缩变拉应力的绝对值最大时，变形为伸长变形，如胀形、圆孔翻边、扩口，变形特征板材变薄。压应力的绝对值最大时，变形为压缩变形，如拉深和缩口，变形特征板材变厚。伸长类变形和压缩类变形有本质区别：伸长类变形在拉应力作用下导致板材过度变薄而破裂。压缩类变形在压应力作用下导致板材过度变厚而失稳起皱冲压变形的基本形式板材冲压成形工艺区的应力状态可分为：拉伸类：胀形、扩孔、孔翻边 压缩类：缩口、拉深 剪切类：冲裁、剪切各类冲压工艺与厚度变化及破坏形式关系拉深变形：（压缩类）圆筒形工件拉深时的变形区或非轴对称制件拉深时的变形区内局部。胀形变形：（伸长类）平板毛坯或中控毛坯胀形时的变形区，翻边成形时的变形区。缩口变形：（压缩类）空心毛坯缩口时的变形区。剪切变形:（接近压缩类）非轴对称制件成型时的变形区内部某局部。弯曲变形：（应力与应变在厚度方向上分布不均）各种弯曲工序和各种成型工序中毛坯与模具曲面或圆角接触的部位。冲压变形趋向及模具控制1、冲压成形过程中具有不同的变形倾向性。 2、冲压成形过程中弱区必先变形，变形区应为弱区。 变形区和传力区互相转化： 改变毛坯各部分的相对尺寸。 改变模具工作部分的几何形状和尺寸。 改变毛坯和模具之间的摩擦阻力。 改变毛坯局部区域的温度冲裁变形过程 弹性变形阶段：在凸模压力下，材料产生弹性压缩、拉伸和弯曲变形，凹模上的板料则向上翘曲，间隙越大，弯曲和上翘越严重。同时，凸模稍许挤入板料上部，板料的下部则略挤入凹模洞口，但材料内的应力未超过材料的弹性极限。 塑性变形阶段：凸模挤入板料上部，同时板料下部挤入凹模洞口，形成光亮的塑性剪切面。随凸模挤入板料深度的增大，塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段便告终。此时冲裁变形抗力达到最大值。由于凸、凹模间存在有间隙，故在这个阶段中板料还伴随着弯曲和拉伸变形。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。 断裂分离阶段：材料内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。已形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大切应力方向不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离。随后，凸模将分离的材料推人凹模洞口。冲裁变形区及受力：在以凸、凹模刃口连线为中心而形成的纺锤区冲裁变形程度最大。变形性质以塑性剪切变形为主，伴随拉伸、弯曲与横向挤压变形。F1、F2凸、凹模端面与板料间的摩，方向与间隙大小有关，从模具刃口指向外。冲裁断面4个特征区：塌角带：塑性变形阶段，刃口进入材料，材料被塑性拉入，断面出现边缘塑性圆角带（约5%）； 光亮带 ：刃口深入材料，材料产生塑性剪切变形，在凸、凹模侧面压力挤压下，出现塑性光亮带（约1/3）；断裂带：裂纹扩展，上、下裂纹会合，板材分离，断面出现断裂带（约60%）；毛刺：由于上、下裂纹不一定正对，断裂后往往被拉出毛刺。裂纹的产生点和刃口尖的距离成为毛刺的高度。影响冲裁件质量的因素：凸、凹模间隙的大小及分布的均匀性，材料性质，刃口锋利程度，模具制造精度和冲裁条件。冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模之间的双面间隙。冲裁间隙对模具寿命的影响：分为刃磨寿命和模具总寿命。它失效的原因一般有：磨损、崩刃、折断、啃坏和涨裂。小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。大间隙同样会产生磨损和崩刃现象。间隙对冲裁力的影响：当间隙减小时，凸模压入板料的情况接近挤压状态，板料所受拉应力减小，压应力增大，最大冲裁力增大。随着间隙的增大，冲裁力呈减小的趋势。间隙对卸料力的影响：当间隙增大时，冲裁件光亮带变窄，因此卸料力迅速减小；间隙继续增大时，制件产生较大拉断毛刺，卸料力又会增大。合理冲裁间隙选用：合理的冲裁间隙可时冲裁件断面质量好、尺寸精度高、模具寿命长、冲裁力小。生产实际中，一般通过观察冲裁件断面状况来判定冲裁间隙是否合理。确定合理冲裁间隙方法：理论计算法、查表法、经验记忆法板料愈厚，塑性愈差或硬度愈高，则合理冲裁间隙就愈大；板料愈薄，塑性愈好或硬度愈低，则合理冲裁间隙愈小。 一般，取较小的间隙有利于提高冲裁的断面质量和尺寸精度，而取较大的间隙值则有利于提高模具寿命、降低冲裁力。取向原则：落料：以凹模为基准，间隙取在凸模上；冲孔：以凸模为基准，间隙取在凹模上。尺寸偏差应按“入体”原则标注单向公差。冲模的磨损规律：落料模：凹模基本尺寸应取最小极限尺寸；冲孔模：凸模基本尺寸应取最大极限尺寸。分别加工法：分别规定了凸模和凹模的尺寸及公差，使之可分别进行加工制造。优点：具有互换性、制造周期短；缺点： 最小间隙Zmin不易保证。单配加工法：先按设计尺寸制出一个基准件，然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。优点：最小间隙Zmin容易保证；缺点：无互换性、制造周期长。弯曲变形的特点： 圆角部分正方形网格变成扇形，紧邻区略受影响，远处网格几乎不变。 变形区外侧(凹模）纵向金属纤维受拉伸长，内侧（凸模）受压缩短。 弯曲变形区有变薄现象。弯曲回弹：当弯曲变形结束卸载后，由于弹性恢复，使工件弯曲半径与模具尺寸不同。原因卸载后，工件变形区产生相反的弹性应力：外侧压应力，内侧拉应力。在外侧压应力、内侧拉应力作用下，工件产生回弹。表现形式：弯曲半径增大，制件角增大。影响因素：材料的力学性能；相对弯曲半径；制件角；弯曲方式；模具间隙。窄板、宽板弯曲时的应力应变状态不同？ 外侧:受拉应力而伸长变形导致开裂弯曲的主要失效 内侧:受压应力而收缩变形导致起皱 窄板：特点内、外区应变状态不同，并导致应力状态也不同。变是立体应变状态，平面应力状态。宽板：切向和厚向的应变和应力状态与窄板相同。平面应变状态，立体应力状态。弯曲质量问题：弯裂、回弹、偏移、翘曲及截面畸变。应变中性层：内、外层间长度不变的纤维层，其半径：=+t（:中性层位移系数0.3-0.5)弯曲件的凸模圆角半径：当r/t较小时，先弯曲成较大的圆角半径，再通过整形工序进行整形，还可增加中间退货工序。较大时，精度要求高，凸模圆角半径应根据回弹值作相应的修正。凹模圆角半径：不能过小，否则弯矩的力臂减小，坯料沿凹模圆角滑进时阻力增大，从而增加弯曲率，并使坯料表面擦伤。对称弯曲件两边的半径应一致，否则会产生偏移。凸模凹模之间的间隙：对于V型件，间隙是由调节压力机的装模高度来控制的。对于U型件，间隙值对弯曲件的回弹，表面质量和弯曲力有很大影响。间隙越大，回弹愈大，制件的误差愈大；过小，会使制件边部壁厚减薄，降低凹模寿命。拉深变形过程可归纳为：由于外力的作用，坯料凸缘区内部的各个小单元之间产生了内应力，其中径向产生拉应力，切向产生压应力，在这两种应力作用下，凸缘区的材料发生塑性变形并不断拉入凹模，成为筒形件。根据应力应变不同，拉深坯料分为： 平面凸缘区：为拉深变形的主要区域。材料在+1、-3作用下，发生塑性变形而逐渐进入凹模。材料的应变主要是-3和+1，板厚方向产生不大的2。由于愈靠外缘需要转移的材料愈多，故愈到外缘材料变得愈厚，硬化也愈严重。 凹模圆角区：这是材料由凸缘进入筒壁的过渡变形区，除有与平面凸缘区相同的特点外，还由于承受凹模圆角的压力和弯曲作用而产生较大的-2，板料厚度因此减薄。 筒壁区：材料已完成变形，基本不再发生大的变形。但它是传力区，在继续拉深时，凸模作用的拉深力要经过筒壁传递到凸缘部分，故它承受单向拉应力+1的作用，发生少量径向伸长+1和厚度方向变薄-2。 凸模圆角区：筒壁与筒底的过渡变形区，材料除承受+1、+3外，还由于凸模圆角的压力和弯曲作用，在厚度方向承受-2。其应变状态与筒壁部分相同，但-2引起的变薄现象比筒壁部分严重得多。 筒底区：材料基本不变形，但由于作用于凸模圆角区的拉深力，使材料承受双向拉应力+1、+3，其应变为平面方向的+1和+3以及厚度方向的-2.由于凸模圆角处摩擦制约，该区域的应力与应变均不大，-2可忽略不计。凸缘变形区的应力分布：就整个凸缘变形区来说，以压缩变形为主的区域比以拉伸为主的区域要大得多，因此拉深变形属于压缩类变形。1max和3max的变化规律：由于Rt是不断由R0r0变化的，在不同的时刻，1max和3max的值也不相同。筒壁部分所受的最大拉应力： 凸缘材料的变形抗力 1max； 压边力PQ在凸缘表面产生的摩擦所引起的应力m； 由坯料与凹模圆角处摩擦引起的应力； 坯料经过凹模时的弯曲和绕过凹模圆角后的变直引起的应力。拉深系数：每次拉深后的筒形件直径与拉深前坯料的直径之比。总拉深系数（工件所需要的拉深系数）：工件直径与毛坯直径之比。极限拉深系数：在极限变形状态下的拉深系数表示了拉深前后坯料直径的最大变化，mmin愈小，拉深极限变形程度愈大，拉深所需的次数越少，经济性越好。影响因素：1、材料性能方面2、制件设计方面3、工艺与模具设计。拉深的主要质量问题：起皱：凸缘部分材料的失稳而造成的。区域为坯料凸缘。起皱不仅取决于切向压应力3的大小，而且与凸缘的相对厚度t/(Dt-d)有关。3越大，t/(Dt-d)越小，越易起皱。两因素相互作用使凸缘失稳起皱趋势最为强烈的瞬间落在Rt=(0.8-0.9)R0时刻。影响因素： 凸缘部分材料的相对厚度 ：t/(Dt-d)越小则越容易起皱。 切向压应力的大小：3越大越容易起皱 材料的力学性能：板料的屈强比小，弹性模量大，变形区内的切向压应力也相对减小，板料不容易起皱。防止措施：采用压边装置 改善凸缘部分的润滑，选用屈强比s/b小，屈服点s低的材料，尽量使板料相对厚度t/D大些 在模具设计中选择合理的压边形式和适当的拉深筋 采用反拉深。拉裂：当筒壁传力区的应力大于筒壁处材料的有效抗拉强度时，拉深件即被拉裂。发生在筒壁与筒底过度部位的圆角与侧壁相切处。原理：经拉深后，筒壁上部和下部的厚度和材料硬度是不一样，上部材料是由凸缘外边缘转移而来，其切向压缩变形量大，厚度有增厚趋势，加工硬化现象显著，因此有效抗拉强度较高。而下部靠近凸缘圆角处的材料是由凸缘部分的内边缘转移而来的，情况正好与上部相反，由于受单向拉应力1的影响，厚度有变薄的趋向，加之此外材料受凸模圆角弯曲时产生的弯曲应力影响，会进一步降低它的有效抗拉强度，所以此处成为拉深时最易拉裂的危险断面。防止措施： 控制合理的变形程度 选用合理的凸、凹模间隙及圆角半径 采用中间退火，消除加工硬化 合理润滑。拉深凸耳：筒形件拉深，在制件口端出现有规律的高低不平现象。只有进行修边才能消除凸耳获得口部平齐的拉深件。时效开裂：制件拉深成形后，由于经受到撞击或振动，甚至存放一段时间后出现的口部开裂现象。拉深件的质量问题的的影响因素凹模圆角半径：大的r凹可以降低极限拉深系数，提高拉深件的质量，所以r凹尽可能大些。但r凹太大会削弱压边圈的作用，可能引起起皱现象。首次拉深时r凹=C1C2t确定：后续各次拉深凹模圆角半径可逐步缩小，但不能小于2t。凸模圆角半径：r凸对拉深变形的影响不像r凹那样显著，它的取值除最后一次应该取与制件底部圆角半径相等的数值外，中间各次可取略小于r凹的值，r凸=(0.71.0)r凹。拉深间隙（单边间隙）：过小会增加摩擦阻力，使拉深件容易拉裂，且易擦伤工件表面，降低模具寿命；过大则对坯料的校直作用小，影响制件的尺寸精度。确定间隙原则：考虑板料厚度公差，考虑筒形件口部的增厚现象，根据拉深时是否采用压边圈和制件尺寸精度、表面粗糙度要求合理制定。宽凸缘筒形件：多次拉深除首次外，以后各次拉深与筒形件后续各次拉深在本质上是一样的。但其凸缘直径dt是在首次拉深中拉成的，后续各次拉深中dt不再变化。方法： 减小圆筒直径并增加圆筒高度；（中小型制件的拉深） 减小凸模和凹模圆角半径并减小圆筒直径。（大型制件的拉深）胀形变形：利用模具使坯料局部塑性变形,材料变薄,表面积增大的冲压方法。特点：坯料在外环部分的足够大的压力下不发生流动，仅在直径为d的区域内坯料产生变形，变形的结果是板料变薄、表面积增大。翻边：在模具的作用下，将坯料的孔边缘或外边缘冲制成竖立边的成形方法。主要用于制出与其他零件装配的部位。分类（工艺特点）内孔翻边、外缘翻边（变形性质）伸长翻边、压缩翻边（坯料状况）平面翻边、曲面翻边。扩口（扩径）：将管状坯料或空心坯料的口部通过模具加以扩大的一种成形方法。缩口（缩径）：将管状坯料或圆筒形工序件/半成品通过模具使其口部直径缩小的一种成形工序。多工位级进模的卸料板：在冲裁 压料；在弯曲 成形；在拉深中 压边圈；对于小凸模还 导向与保护。多采用弹性卸料，只有在工位数较少，料厚较大时才采用固定卸料。级进模用于支撑的零件有哪些？通常选用何种材料？热处理有何要求？上、下模座：HT400、ZG310-570、Q235、45，调质，模柄：Q234， 凸、凹模固定板：垫板 45钢，限制器。固定卸料板和弹性的特点，运用范围：将条料或废料从凸模上卸去（45或Q235钢），卸料板厚度一般620mm。固定卸料板： 卸料力大；无压料作用。用于t1mm的条料落料，安装在下模的落料凹模上。 与凸模间间隙为0.20.6mm。弹性卸料板：卸料力较小；有压料用。用于t1mm的材料，一般配合安装在落料凸模侧。与凸模间间隙为0.10.3mm。弹性卸料机构：1-上模座 2、10、15- 垫板 3- 小导柱 4- 导正销 5- 凸模6- 卸料螺钉 7- 弹性元件 8- 衬套 9-凹模 11、14-小导套 12-凹模座 13- 卸料板 16-固定板落料拉深复合模：工作时，上模下行先将坯料落下，经压边圈压紧后进入凹模拉深，上模回程，推件板将制件推出。拉深凸模的上端面一定要低于落料凹模的上平面，以保证能先落料再拉深。需要较大的设备，因为落料已消耗了能量。1-顶杆 2-压边圈 3-凸凹模 4-推杆 5-推件板 6-卸料板 7-落料凹模 8-拉深凸模再次拉深，冲孔，切边复合模：为了有利于本次拉深，减小本次拉深时的阻力，在工序件底部角上已拉出45度的锥角，本次拉深模的压边圈与工序件的内行完全吻合。模具在开启状态时，压边圈与拉深凸模处在同一水平位置。加工时，将工序件套在压边圈上。随着上模下行，先进行拉深。采用了限位螺栓以防止压边圈将工序件压得过紧。行程快终了时，模具上部的推件板与冲孔凸模对制件底部完成压凹与冲孔，模具下部也同时完成了切边。冲压结束，由安装在下模座下的弹顶装置通过压边圈将制件（由于外径有回弹）及切边废料顶出，制件若卡在凹模中，可由上模部分的推荐装置推出。1-压边圈 2-凹模固定板 3-冲孔凹模 4-推件板 5-冲孔凸模固定板 6-垫板 7-冲孔凸模 8-拉深凸模 9-限位螺钉 10螺母 11垫柱 12-拉深，切边凹模 13-切边凸模 14-固定板冲模零件：工作零件：直接完成冲压工序的零件。主要指凸模、凹模、凸凹模。支撑零件：冲模的基础件，通过它将冲模的各类零件组合到适当的位置或将冲模与压力机连接；定位零件：确定条料或坯料在模具中的位置。有挡料销、导尺、側刃、导料销、定位销；压料、卸料及出件零件：将工件或废料从模具的凸模上和凹模中脱卸。有卸料、推件、顶件零件；导向零件：保证上、下模之间的精确导向和凸、凹模间隙的均匀。有导尺、导套、导板；紧固零件：将模具各零件固定联结在上、下模座上，并固定在压力机上。有模座、模柄、固定板、垫板及螺钉、销钉；其他零件：确定冲压工序的性质、数目与顺序的原则是什么?性质：取决于冲压件的结构形状、尺寸精度，同时需要考虑工件的变形性质和具体的生产条件。在一般的情况下，