板料成形学及工程应用——考试1.doc

一、 简述反映板料成形性能（极限）的各种物理量定义及物理意义。反映板料成形性能（极限）的各种物理量有：屈服强度、抗拉强度、屈强比、极限延伸率、厚向异性指数（塑性应变比）、加工硬化指数，断面收缩率。（1） 加工硬化指数硬化指数n是板材在塑性变形过程中变形强化能力的一种量度，在双对数坐标平面上，硬化指数n是材料真实应力应变关系曲线的斜率。硬化指数的物理意义是材料在塑性变形时的硬化强度。n值是评价板材冲压拉伸类成形性的有效实验参数。n数值大时，能推迟拉伸失稳点的到来，因此对胀形、扩孔、翻边及拉深壁部和底部圆角半径处等拉伸类工艺均有好的影响，且影响较大。（2） 厚向异性指数（塑性应变比）由于板料轧制时出现的纤维组织等因素,板料的塑性会因方向不同而出现差异,这种现象称为板料的塑性各向异性。厚向异性指数,又称厚向异性系数、 塑性应变比。r是评价板料性能，特别是评价板材拉深成形性能的重要材料参数。r值反映了板材在板平面方向和板厚方向由于各向异性而引起的应变能力不一致的情况，它反映了板材在板平面内承受拉力或压力时抵抗变薄或变厚的能力。塑性应变比r是在做板料拉伸试验时,当试样均匀伸长为15 %左右情况下, 将宽度方向的应变b 与厚度方向的应变t 相比得到的，即r=b0 、b 分别为拉伸前后板料宽度, t0 、t 分别为拉伸前后板料厚度l0 、l 分别为拉伸前后板料长度,l 为长度方向应变值。厚向异性指数表明在同样受力条件下板料厚度方向上的变形性能。如果当材料r = 1 时，为厚向同性材料；当r 1 时， 板料宽度比厚度方向变形容易。r 值越大，表示板料越不易在厚度方向变形， 也就是越不易变薄或增厚； 反之， r 值越小， 越易在厚度方向变薄或增厚。因此， 若增大r 值， 使板料易于在宽度方向变形，则可减少起皱，有利于拉延进行和产品质量的提高。同样，材料r 值大，板料受拉时，厚度不易变薄，因而也不易产生拉裂。r 值越大，筒形件的拉延极限变形程度增大。因此，板料的拉延性能越好。r数值大主要对压缩类工艺的成形有良好作用，且影响较大。，而对胀形等拉伸类工艺的成形虽有一定好处，但影响不大。（3） 屈服强度使金属屈服所需的外应力称为金属的屈服强度。因此，金属屈服强度是金属抵抗塑性形变的能力的量度。屈服强度小，材料容易屈服，则变形抗力小，所需变形力小，并且屈服强度小，在压缩类变形时，因易于变形而不易出现起皱，弯曲变形后回弹也小，即贴模性和定形性也好。如果板料拉伸曲线不具有明显的屈服点(屈服平台)，可以取残余应变0002时的名义应力。屈服强度一般与拉伸类成形性能成反比关系，且愈低其成形形状的稳定性愈高。（4） 抗拉强度抗拉强度也叫强度极限指材料在拉断前承受最大应力值。在拉伸过程中，当拉伸力达到最大值时，试样的拉伸变形由均匀变形阶段进入局部变形阶段，称这种状态为塑性拉伸失稳。在塑性拉伸失稳时，出现缩颈。抗拉强度较高者另冲压成形性能较高，但冲压成形力更大。（5） 屈强比=它对冲压成形性能影响较大。屈强比小，说明小而大，允许的塑性变形区间大，即易于产生塑性变形而不易破裂，对所有冲压成形都是有利的。拉深时若板料的屈服极限低，则变形区的切向压应力小，材料的起皱趋势也小，因而防止起皱的压边力和摩擦损失都相应降低，故对提高极限变形程度是有利的。（6） 延伸率单向拉伸时延伸率ll 定义为：l=（l-l0）/l0= eEl-1式中: l0、l试件标距拉伸前后长度；l试件长度方向真实应变, l = r =l（l，r ，l分别为纵向，横向和厚向的应变。将细颈时l = n 代入上式得极限延伸率l，则l = en 1双向等拉时, 最大主应变是厚向应变。延伸率l可定义为l =（t0-t）/t0= 1 e延伸率值越大，对成形越有利。（7）断面收缩率断面收缩率：=,值越大，对成形越有利。二、 简述（1）各种因素是怎样影响冲裁模间隙大小的？（2）冲裁间隙对制件质量的影响。(一) 影响冲裁模间隙大小的因素有：模具安装精度、模具加工精度、导向零件的选择、滑动比滚动的低。（1） 模具加工、安装精度不高，才会直接影响到冲裁模间隙的大小。（2） 模具和冲压设备使用时间。随着模具和冲压设备使用，模具的磨损，设备的各种变形等都会影响到模具的间隙。（3） 选择导向性好的零件，则冲裁模具间隙较为合理。（4） 闭模与开模过程中的滑动摩擦比滚动摩擦对冲裁模间隙的影响小。（5） 材料的选择。硬材料选择较大的间隙，软材料选择较小的间隙。(二) 间隙对冲裁件质量的影响包括对断面质量、尺寸精度、形状即弯曲度的影响。（1）间隙对断面质量的影响（如右图所示）aZ过小，断面平直，双光亮带，挤长毛刺薄，易去除。bZ合理，有一定的斜度，比较平直，光洁，光亮带1/2-1/3。间隙对断面质量的影响cZ过大，斜度大，粗糙，光亮带小，拉长毛刺厚，难去除。从工件的断面可以判断间隙合理否。（2）间隙对尺寸精度的影响 模具制造精度一定时：Z过小：材料受挤压成分提高，弹性恢复。落料件尺寸增大；冲孔件尺寸减小；模具磨损严重；易胀裂。Z过大：受拉作用大，径向拉伸变形大，工件穹弯大，弹性恢复。落料件尺寸减小；冲孔件尺寸增大；但由于工件穹弯恢复，落料件尺寸增大，冲压件尺寸减小；尺寸误差是两者的综合结果。 模具制造精度低，工件的尺寸精度无法保证。冲裁件内外形能达到的经济精度IT1114，尺寸越大，精度越高，不同的冲裁件尺寸精度所对应的模具制造精度不同。（3）间隙对弯曲度的影响（如左图所示）Z增大，h增大，为提高制件的平整度，可加压料板或反向压板，要求太高可以加整形工序。三、 简述筒形件拉深过程中破裂和起皱出现的时机，以及多次拉深较单次拉深在防止破裂方面具有优势的原因。(一) 筒形件拉深过程中破裂和起皱出现的时机1. 平面凸缘部分（变形区）在毛坯的最外缘部分，变形程度也大，易起皱。起皱主要是由于凸缘的切向压应力3超过了板材临界压应力所引起的。2. 底部圆角稍上处直壁下部的材料最薄，该处易拉薄或拉裂现象。圆筒形件拉深时产生拉裂的原因，可能是由于凸缘起皱，毛坯不能通过凸、凹模间隙，使筒壁总拉应力p增大；或者由于压边力过大，使p增大；或者是变形程度太大，即拉深比大于极限值；总之，当拉深的变形抗力超过筒壁的材料抗拉强度时，拉深件就要破裂。(二) 多次拉深较单次拉深在防止破裂方面具有优势的原因多次拉深时，加工、变形程度在最大变形程度之内。此时的将材料总的变形分到几次拉深中，使得每次拉深时都不至于变形程度太大，而超过材料的最大变形程度，各次拉深时的拉应力也不至于很大，这就使得拉深比小于极限值，防止了破裂的产生。四、 分析带凸缘筒形件成形极限指标的内涵。带凸缘筒形件成形极限指标包括：相对凸缘直径dt/d或Bt/B，相对拉深高度h/d，以及毛坯相对厚度t/d。相对凸缘直径dt/d或Bt/B决定了其属于宽凸缘拉深还是窄凸缘拉深。利用凸缘直径dt或Bt和相对凸缘直径dt/d或Bt/B可以确定有凸缘零件修边余量。利用相对凸缘直径dt/d和毛坯相对厚度t/d，通过查表“有凸缘件第一次拉深的最大相对高度h1/d1”,将查到的数值与零件的相对高度h/d比较，借此来判断能否一次拉深成形。利用相对凸缘直径dt/d和毛坯相对厚度t/d可以通过查表的到其第一次拉深的拉深系数。用毛坯相对厚度t/d还可以查表得到以后各次拉深的拉深系数。五、 简述汽车覆盖件成形的工艺设计要点和各工艺措施的实质。汽车覆盖件成形的工艺设计要点：冲压方向、压料面、工艺补充面、工艺切口、拉深肋。（1）冲压方向（影响工艺补充面的多少或压料面的形状）的确定原则：A、凸模能顺利地进入凹模保证凸模能够将工件上需成形的部位在一次冲压中完成，不允许有凸模接触不到的死角或死区。B、使冲压开始时凸模与毛坯有良好的接触状态凸模两侧的包容角尽可能的做到基本一致，是从两侧拉入凹模的材料保持均匀；凸模同时接触毛坯的点多而分散，并尽可能分布均匀，防止毛坯窜动；应注意适当增加凸模与毛坯接触面积，防止局部应力集中造成开裂，但也要避免大面积接触的情况，否则会因变形不足影响零件的刚度，而且还容易起皱。C、使冲压深度尽量相同，并保证压料面各部位进料阻力大小均匀。（2）压料面是指处于压边圈下面的毛坯凸缘部分，可以是零件本体，也可以是工艺补充部分。可以是平面、单曲面或曲率半径很小的双曲面。A、压边面作用：拉深时，压边圈将压边面压在凹模上，以保证在凸模作用下，毛坯不起皱。B、确定压边形状、位置a.压边形状 为平面，单曲面，曲率很小的双曲面。不允许有局部的起伏或折棱，当毛坯被压紧时，不产生褶皱，而且要求塑性流动阻力小，向凹模内顺利流动。b. 压边面形状和位置应有利于凹模内材料产生一定的伸长变形，使其平稳、渐次地紧贴凸模，同时还要考虑毛坯定位的稳定性、可靠和送料取件方便。c.合理选择压边面与拉深方向的相对位置。水平位置最好 4050o 不正确金属流动差。（3）工艺补充面工艺补充面作用：保证凹模孔口内四周的变形阻力均匀，并使零件获得一定程度的胀形变形，为后续工序创造良好的条件。确定工艺补充面的原则a.工艺补充面尽量小在保证产品可成形性的同时，提高材料利用率。b.使拉深深度浅，并尽量使水平修边变为垂直修边深度浅不易裂；垂直修边产品定位方便，可一次修边完成，模具结构简单。（4）工艺切口和工艺孔作用：在局部突起变形区的适合位置冲出工艺孔或工艺切口使容易破裂的区域，从变形区内部得到材料的补充而不破裂。设置工艺孔或切口的条件：必需在容易破裂的区域设置工艺切口或工艺孔，而切口或孔又必须在修边线以外，以便在修边工序中切除而不影响零件整体。（5）拉深筋、拉深槛1.作用：（a）增加进料阻力，反复弯曲，加大径向拉应力，使毛坯塑性变形量增加，从而增加零件刚度，减少回弹。（b）调节材料流动量，使材料流入模腔的量适合工件各处的需要。（c）降低了对压边面接触的要求。如平面压边，压边面大，要求平行，粗糙度低，压边面与凹模面间隙一致。且磨损大。采用拉深筋，主要考虑拉深筋来调节进料阻力，相应降低了压边面加工要求。（d）辅助调节压边力（e）纠正材料不整的缺陷，当于辊压校平。2.拉深筋的分布原则根据外形，起伏特点及拉深件深度来定。拉深深度大的零件在直线部位设拉深筋，而在圆弧部位不设拉深筋控制材料进入阻力。同一零件拉深厚度相差大时，在深的部位不设拉深筋，在浅的部位设拉深筋。拉深筋的位置要保证与拉深毛坯材料流动方向垂直。（6）定位必须满足成形表面不破坏，为后续工序设计定位。用工件外表面定位，送料简单。用工件内表面定位，操作简单，送料、出件都要提升一段高度。在倾斜表面上或水平面上用冲孔定位（工艺孔）。压料槛形状定位，用于中间曲面变化小，浅拉深件。六、计算如下：1. 有关工艺计算1) 拉深工艺（1） 修边余量：零件的相对高度h/d=26/14=1.853，h=26，查得修边余量=3.3mm。（2） 计算毛坯直径：D= 42mm（3） 确定是否需要压边圈：毛坯相对厚度t/D100=1/42100=2.38 查得可以不采用压边圈。（4） 确定拉深次数：当毛坯相对厚度t/D100=1/42100=2.38，相对高度h/d=29.3/14=2.1时，查表的拉深次数n=3。（5） 确定各次拉深直径：查表的各次拉深的极限拉深系数为m1=0.55，m2=0.75，m3=0.8。因此各次拉深的直径为：d1=0.5542=23.1mm；d2=0.7523.1=17.325mm；d3=17.3250.8=13.86mm。d3=13.8615mm（工件直径），说明对目前选用的各次拉深的极限拉深系数可以适当的放大一点，先调整如下：m1=0.56，m2=0.76，m3=0.84。各次拉深直径为：d1=0.5642=23.52mm；d2=0.7623.52=17.875mm；d3=17.8750.84=15mm。2) 落料工艺：经上述拉深工艺的计算得，落料件是一个直径为42的圆形件。查表得：Zmax=0.06mm，Zmin=0.04mm。因此，Zmax- Zmin=（0.06-0.04）mm=0.02mm。查表得凸、凹模制造公差：p=0.02mm，d=0.03mm。则p+d =（0.02+0.03）mm=0.05mm。因此该落料工艺采用凸、凹模配合加工的方式。经分析，落料凹模磨损后，该尺寸变大。查表得x=0.5。则d=mm=mm。落料凸模刃口各部分尺寸按上述凹模的相应部分尺寸配制，保证双面间隙值Zmin Z