2冷冲压变形基础

,湖南工业大学机械工程学院精品课程建设项目冲压模具与设计,主讲：胡成武,冲压模具与设计,材料成型及控制工程专业主干专业课程,复习上次课内容,1.怎样选择冲压设备,2.公称压力、压力机的装模高度、封闭高度调节量,3.冲模闭合高度与压力机装模高度的关系,塑性：金属在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力。,一、影响金属塑性和变形抗力的因素,1、变形温度：一般随温度升高，塑性增加，变形抗力下降。,第二章冷冲压变形基础,变形抗力：引起塑性变形的单位变形力。塑性与变形抗力都是金属的重要加工性能。,2、应变速率：应变速率是指单位时间内应变的变化量。应变速率太大变形抗力增加，塑性降低。,一、影响金属塑性和变形抗力的因素（续）,3、应力、应变状态：在主应力状态中，静水压力越大，塑性越好；静水应力的绝对值越大，变形抗力越大。,4、尺寸因素：对同一材料，在其他条件相同时，尺寸越大，塑性越差，变形抗力越小。,静水应力：,第二章冷冲压变形基础,弹性变形时，物体体积的变化与平均应力成正比。塑性变形的物体的体积保持不变，塑性变形前的体积等于其变形后的体积。,二、塑性变形体积不变条件,第二章冷冲压变形基础,塑性条件是指受力物体内不同应力状态下的质点进入塑性状态并使塑性变形继续进行所需遵守的条件，也称屈服准则。,三、塑性条件（屈服准则）,1、屈雷斯加（H.Tresca）准则,第二章冷冲压变形基础,三、塑性条件（续）,2、米塞斯（Von.Mises）准则,工程上一般用：,第二章冷冲压变形基础,四、金属塑性变形时的应力应变关系,弹性变形阶段：应力与应变之间的关系是线性的、可逆的，与加载历史无关；,塑性变形阶段：应力与应变之间的关系则是非线性的、不可逆的，与加载历史有关。,第二章冷冲压变形基础,四、金属塑性变形时的应力应变关系（续）,1、增量理论（流动理论）,增量理论仅适用于理想刚塑性材料，虽比较严密，但在解决实际问题时颇为不便。专业学者又提出了全量理论。,第二章冷冲压变形基础,四、金属塑性变形时的应力应变关系（续）,2、全量理论（形变理论）,全量理论仅表示塑性变形终了时的主应变与主应力之间的关系，它不能反映出变形过程中应力与应变的变化过程所产生的影响。,第二章冷冲压变形基础,四、金属塑性变形时的应力应变关系（续）,在不进行详细的理论与计算的条件下，利用全量理论,并结合塑性变形体积不变定律，可以对塑性变形中某些特定的、有代表性的应变和应力的性质作出大致的分析和判断。,假如塑性变形过程中的主应力方向不变，而且各应力之间的比例也保持不变，全量理论与增量理论的计算结果是一致的。所以在这种情况下完全可以应用全量理论。,如：,第二章冷冲压变形基础,（1）平面应变时，必定有,如宽板弯曲时，宽度方向的变形为零，即属于这种情况。,（2）当,时，毛坯受三向等拉或三向等压,应力状态作用。毛坯不产生塑性变形，仅有弹性变形。,（3）当,而且,毛坯受单向拉伸，有,而且,毛坯受单向压缩，有,如翻边工艺。,如缩口工艺。,第二章冷冲压变形基础,（4）当毛坯受两向等拉时,（5）当,在最大拉应力方向为伸长变形，,在最小拉应力方向为压缩变形。,（6）当,而且,如胀形工艺，两向受拉，在,拉应力作用方向上为伸长变形，在没有主应力作用的厚度方向的变形为压缩变形。,在最小压应力方向为压缩变形，,在最大压应力方向为伸长变形。,如平板毛坯胀形时中心部位的变形,第二章冷冲压变形基础,1硬化规律,五、金属塑性变形的一些基本规律,加工硬化：,硬化曲线：,=An,塑性降低，变形抗力提高。能提高变形均匀性。,实际应力曲线或真实应力曲线。表示硬化规律。,这种变化规律可近似用指数曲线表示。,A-强化系数,n-硬化指数,A、n与材料种类和性能有关,第二章冷冲压变形基础,2最小阻力定律,五、金属塑性变形的一些基本规律（续）,在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，当金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小的方向移动。,在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方向发展。这就是塑性变形中的最小阻力定律。,弱区先变形，变形区为弱区,第二章冷冲压变形基础,3最小阻力定律（续）,五、金属塑性变形的一些基本规律（续）,控制变形的趋向性：,措施：,（1）材料本身的特性,开流和限流,冲压工序的性质,（2）板料的应力状态,工艺参数,模具结构参数（如凸模、凹模工作部分的圆角半径，摩擦和间隙等。,第二章冷冲压变形基础,1冲压成形性能,六、冲压材料及其冲压成形性能,材料的冲压成形性能：,材料的冲压性能好,成形极限高,成形质量好,便于冲压加工,冲压成形性能是一个综合性的概念,成形极限高,成形质量好,材料对各种冲压加工方法的适应能力。冲压加工的依据。,第二章冷冲压变形基础,2冲压成形性能的试验方法,六、冲压材料及其冲压成形性能（续）,间接试验和直接试验,3板料的机械性能与冲压成形性能的关系,板料的强度指标越高，产生相同变形量的力就越大；,塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大；,刚度指标越高，成形时抵抗失稳起皱的能力就越大。,不同冲压工序对板料的机械性能的具体要求有所不同。,直接试验又称模拟试验，是直接模拟某种冲压方式进行的，能可靠地鉴定板料的冲压性能。如弯曲试验。胀形试验。,间接试验有拉伸、剪切、硬度和金相试验等。,第二章冷冲压变形基础,六、冲压材料及其冲压成形性能（续）,3板料的机械性能与冲压成形性能的关系（续）,（1）伸长率,在翻边、扩口、弯曲、胀形等工序中，均匀伸长率越大，则极限变形程度越大。,或均匀伸长率,（2）屈服极限,屈服极限小，材料容易屈服，成形后回弹小，贴模性和定形性好。,第二章冷冲压变形基础,六、冲压材料及其冲压成形性能（续）,（3）屈强比,屈强比小，材料易进入塑性变形，而又不容易产生破裂。这对所有冲压成形都有利。,（4）应变硬化指数,硬化指数表示材料在冷塑变形中材料硬化的程度。,数值越大，硬化效应就大。变形抗力越大。可以弥补截面积减小而引起的承载能力的减弱。,其他指标，如塑性应变比，板平面方向系数，应变速率敏感系数等对冲压成形也有影响。,第二章冷冲压变形基础,4冲压材料,六、冲压材料及其冲压成形性能（续）,（1）对冲压材料的要求,对于分离工序，只要求材料有一定的塑性，而对材料的其他成形性能指标没有严格的要求。,a对冲压成形性能的要求：对成形工序，材料应具有良好的塑性，屈强比和屈弹比小，板厚方向性系数r大，板平面方向性系数r小。,第二章冷冲压变形基础,六、冲压材料及其冲压成形性能（续）,b对材料厚度公差的要求：因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，若材料的厚度公差太大，不仅直接影响冲件的质量，还可能导致模具或压力机的损坏。,c对表面质量的要求：材料的表面应光洁平整，无氧化皮、裂纹、锈斑、划伤、分层等缺陷。因为表面质量好的材料，成形时不易破裂，也不易擦伤模具，冲件的表面质量也好。,第二章冷冲压变形基础,六、冲压材料及其冲压成形性能（续）,（2）常用冲压材料及选用,1）黑色金属、有色金属、非金属材料,冲压用金属材料的供应状态一般是各种规格的板料和带料。,板料的尺寸较大，可用于大型零件的冲压，也可将板料按排样尺寸剪裁成条料后用于中小型零件的冲压；,带料（又称卷料）有各种规格的宽度，展开长度可达几十米，成卷状供应，适应于大批量生产的自动送料。,第二章冷冲压变形基础,GB/T708一1991规定，钢板厚度的精度分为A（高级精度）B（较高级精度）C（普通精度）。,六、冲压材料及其冲压成形性能（续）,GB/T710一1991规定，钢板的表面质量可分为：（特别高级的精整表面）（高级的精整表面）（较高级的精整表面）（普通的精整表面）。,第二章冷冲压变形基础,六、冲压材料及其冲压成形性能（续）,GB/T710一1991规定，按拉深级别又分为：Z（最深拉深）S(深拉深)P（普通拉深）,在冲压工艺资料和图样上，对材料的表示方法有特殊的规定。,第二章冷冲压变形基础,2）冲压材料的合理选用,六、冲压材料及其冲压成形性能（续）,冲压材料的选用主要考虑冲压件的使用要求、冲压工艺要求及经济性等。,按冲压件的使用要求合理选材所选材料应能使冲压件在机器或部件中正常工作，并具有一定的使用寿命。即满足相应强度、刚度、韧性及耐蚀性和耐热性等方面的要求。,第二章冷冲压变形基础,(2)按冲压工艺要求合理选材对于任何一种冲压件，所选的材料应能按照其冲压工艺的要求，稳定地成形出不致于开裂或起皱的合格产品。,六、冲压材料及其冲压成形性能（续）,(3)按经济性要求合理选材材料的价格低廉，来源方便，经济性好，以降低冲压件的成本。,第二章冷冲压变形基础,点的应力状态a）任意坐标系b）主轴坐标系,第二章冷冲压变形基础