冲压工艺及模具－设计与实践ppt课件

1、出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页第第2 2章章 冲压成形工艺及模冲压成形工艺及模具设计的根本实际根底具设计的根本实际根底出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页2.1 2.1 金属塑性变形及其对金属性能的影响金属塑性变形及其对金属性能的影响2.1.1 2.1.1 金属塑性与塑性变形根本概念金属塑性与塑性变形根本概念在金属资料中，原子之间作用着相当大的力，足以抵抗重力的作用。当物体在金属资料中，原子之间作用着相当大的力，足以抵抗重力的作用。当物体遭到其他外力作用后，物体的外形和尺寸将发生变化，称为变形。遭到其他外力作用后，物体的外形和尺寸将发生变化，称为变形。假设作用于物体的外力卸载

2、后，由外力引起的变形随之消逝，能完全恢复到假设作用于物体的外力卸载后，由外力引起的变形随之消逝，能完全恢复到原有的外形和尺寸，变称为弹性变形。假设作用于物体的外力卸载后，不能原有的外形和尺寸，变称为弹性变形。假设作用于物体的外力卸载后，不能完全恢复到原有外形和尺寸，称为塑性变形。完全恢复到原有外形和尺寸，称为塑性变形。金属塑性，是指金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完好性的才干。金属塑性，是指金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完好性的才干。金属塑性的大小通常用塑性目的来衡量。对应于拉伸实验的塑性目的通常用金属塑性的大小通常用塑性目的来衡量。对应于拉伸实验的塑性目的通常用延伸长率延伸长率

3、和断面收缩率和断面收缩率表示。表示。2.1.2 2.1.2 影响金属塑性的要素影响金属塑性的要素金属的塑性主要包括金属本身的内在要素和变形时的外部条件。金属的塑性主要包括金属本身的内在要素和变形时的外部条件。出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页1. 金属的成分和组织构造。组成金属的晶格类型，杂质的性质、数量及分布情况，晶粒大小、外形及晶界强度等不同，金属的塑性就不同。2. 变形温度。变形温度的趋势是：温度升高，塑性添加，变形抗力降低。使金属加热软化，以添加板料的变形程度，降低板料的变形抗力。碳钢加热到200400之间时，由于时效作用(夹杂物以沉淀的方式在晶界滑移面上析出)使塑性降低，变形

4、抗力添加，脆性增大，这个温度范围称为蓝脆区。而在800950范围内，会出现热脆，使塑性降低，缘由是铁与硫构成的化合物FeS几乎不溶丁固体铁中，构成低熔点的共晶体(Fe + FeS+FeO)，假设处在晶粒边境的共晶体熔化，就会破坏晶粒间的结合。3. 变形速度。所谓变形速度是指单位时间内应变的变化量，塑性成形设备的加载速度在一定程度上反映了金属的变形速度。4. 应力形状。压应力有利封锁裂纹阻止继续扩展，减小或阻止晶间变形。出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页2.1.3 2.1.3 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响1. 1. 组织变化组织变化1 1显微组织发生变化，

5、产生了纤维组织。当变形量很大时，晶粒呈现出一显微组织发生变化，产生了纤维组织。当变形量很大时，晶粒呈现出一片如纤维状得条纹，称为纤维组织。片如纤维状得条纹，称为纤维组织。2 2亚构造细化。金属塑性变形过程中，当变形很小时，晶粒内部位错分布亚构造细化。金属塑性变形过程中，当变形很小时，晶粒内部位错分布相对比较均匀。相对比较均匀。3 3出现变形织构。塑性变形使晶粒具有优取向的组织称为出现变形织构。塑性变形使晶粒具有优取向的组织称为“变形织构。变形织构。2. 2. 性能变化性能变化1 1出现加工硬化景象。随着变形程度的添加，金属的强度、硬度添加，而出现加工硬化景象。随着变形程度的添加，金属的强度、硬

6、度添加，而塑性和韧性降低，这种景象称为加工硬化或形变强化。塑性和韧性降低，这种景象称为加工硬化或形变强化。如图如图2.12.1所示，金属薄板在冲压过程，弯角处变形最严重。所示，金属薄板在冲压过程，弯角处变形最严重。出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页 图2.1 冲压表示图2物理性能和化学性能发生变化。金属资料经塑性变形后，物理性能和化学性能也发生明显变化。如使金属及合金的比电阻添加，导电性能和电阻温度系数下降，导热系数也略为下降。塑性变形还使导磁率、磁饱和度下降，但磁滞和矫顽力添加。出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页3. 剩余应力金属在塑性变形时，每个晶粒都有不同程度的变形，即附

7、加应力。变形终止后，附加应力残留在金属内部构成剩余应力。剩余应力的存在对金属资料的性能来说是有害的，它导致金属资料及工件的变形、开裂和应力腐蚀。对于接受单向改动载荷的零件如某些汽车中的扭力轴沿载荷方向进展适量的超载预扭，可以使工件外表层产生相当数量的与载荷方向相反的剩余应力。2.2 金属塑性变形时的应力应变形状及其对金属变形的影响2.2.1 金属塑性变形时的应力应变形状在冲压加工过程中，外力经过模具作用于资料，使之产生塑性变形，同时在资料内部引起对抗变形的内力。出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页1. 点的应力形状资料在外力的作用下，各部各个质点间就会产生相互作用的力，称为内力。单位面积

8、上内力称为应力。一点的应力形状是经过在该点沿某种坐标系所取的单元体上各个相互垂直外表上的应力来表示的，如图2.2a所示。应力可沿坐标方向分解为九个应力分量，包括三个正应力和六个剪应力，如图2.2b所示。写成矩阵方式为： 图2.2点的应力形状出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页其中，3个正应力和6个剪应力互等，即 因此，只需知道3个正应力和3个剪应力，该点的应力形状就可确定。写成矩阵方式为出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页需求留意的是图2.2a和图2.2b中的坐标系XYZ是恣意的。使得单元体各外表上只出现正应力，而没有剪应力，如图2.2c所示，1、2、3三个坐标轴称为主轴；三个坐标

9、轴的方向就称为主方向；三个正应力就称为主应力，普通按其代数值大小依次用 和 表示，即 。值可正可负，正值表示拉应力，负值表示压应力。三个主应力的作用面称为主平面。3个主应力大小都相等，即 ，那么称为球应力形状。这种应力形状不产生剪应力，故一切方向都可看做是主方向，而且一切方向的主应力都一样。单元体上三个正应力的平均值称为平均应力，用 表示。平均应力的大小取决于该点的应力形状，而与坐标系的选取无关，平均应力为出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页如图2.3所示，任何一种应力形状都可以看成是球应力形状和偏应力形状两种应力形状的叠加。 图2.3 应力形状的分解主切应力的作用面称为主切应力面。主切

10、应力及其作用面共有三组，如图2.4所示，其主切应力值分别为出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页 图2.4 主切应力及主切应力面阴影部分出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页2. 点的应变形状变形体内存在应力必伴随有应变，点的应变形状也是经过单元体的变形来表示的。与点的应力形状一样，当采用主轴坐标系时，单元体就只需三个主应变分量 ，而没有切应变分量，如图2.5所示。其中绝对值最大的主切剪应力称为该点的最大切应力，用 表示。假设 图2.5 点的应变形状出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页任何一种主应变形状与应力形状一样，分解成平均主应变 为 应变值的三向等应变形状和以各向主应变与应

11、变的平均主应变差值为应变值构成的偏应变形状，如图2.6所示。 图2.6 应变形状的分解经过实际证明，塑性变形时，变形体主要发生了外形和尺寸的改动，而无体积大小的变化，即：出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页根据体积不变定律，可以得出如下结论:1塑性变形时，物体只需外形和尺寸发生变化，而体积坚持不变。2不论应变形状如何，其中必有一个主应变的符号与其他两个主应变的符号相反，这个主应变的绝对值最大，称为最大主应变。3当知两个主应变数值时，便可求出第三个主应变。4任何一种物体的塑性变形方式只需三种，与此相应的主应变形状图也只需三种，如图2.7所示。 图2.7 三种主应变图出版社 理工分社冲压工艺

12、及模具设计与实践页3.应力和应变之间的关系由单向拉伸实验可知，金属在弹性变形阶段，应力与应变之间的关系是线性的、可逆的，与加载历史无关。目前常用的塑性变形应力与应变关系的实际主要有两类：一类简称增量实际；另一类简称全量实际，它以为在简单加载即在塑性变形开展的过程中，只加载，不卸载。全量实际以为在简单加载条件下，塑性变形的每一瞬间，主应力差与主应变差成比例，比例系数为一常量，称为非负比例系数，用C来表示，有：式中：出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页C非负比例系数，是一个与资料性质和变形程度有关的函数，与变形体所处的应力形状无关，由单向拉伸实验求出。经过塑性变形时应力应变关系的分析，可得出

13、以下结论：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；3在任何一种应力形状下，应力分量的大小与应变分量的大小次序是相对应的，即 ；4两个应力分量相等，对应的应变分量相等，即假设 。2.2.2 应力应变形状对金属塑性变形的影响大理石是脆性资料，在单向紧缩时缩短率不到1%就会破坏，但在7 650个大气压力lat=98.066kPa静水压力下紧缩时，缩短率可达9%左右才破坏。静水压力越小，那么塑性就越差。出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页2.3 2.3 冲压成形中的变形趋向性及其控制冲压成形中的变形趋向性及其控制在冲

14、压成形过程中，板料的各个部分在模具的作用下，能够发生不同方式的在冲压成形过程中，板料的各个部分在模具的作用下，能够发生不同方式的变形，即具有不同的变形趋向性。变形，即具有不同的变形趋向性。2.3.1 2.3.1 工件冲压成形时区域划分工件冲压成形时区域划分变形区是正在进展特定变形的部分。非变形区又包含几种情况：已变形区、变形区是正在进展特定变形的部分。非变形区又包含几种情况：已变形区、待变形区、不变形区和传力区。图待变形区、不变形区和传力区。图2.82.8为冲压成形时板料各区域划分举例，为冲压成形时板料各区域划分举例，详细划分情况如表详细划分情况如表2.12.1所示。所示。 图图2.8 2.8

15、 冲压成形时板料各区域划分举例冲压成形时板料各区域划分举例出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页 表2.1 冲压成形时板料各区域划分情况在同一个变形力作用下，变形区己屈服，开场塑性变形，非变形区那么没有屈服变形，因此变形区通常被称为弱区，非变形区称为强区。2.3.2 冲压成形时的变形趋向性在冲压过程中，弱区所需塑性变形力最小，所以弱区普通先进展塑性变形。得出一个非常重要的结论：在冲压成形过程中，需求最小变形力的区是个相对的弱区，变形区应为弱区，即为冲压成形时的变形趋向性。出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页如图2.9所示，毛坯在同一个模具中加工，当改动其外径D0、内孔d0及凸模直径d

16、凸的相互比例时，就能够出现多种互不一样的变形方式，即具有不同的变形趋向性。1. 拉深图2.9b：当D0/d凸和d0/d凸都较小时，外环凸缘宽度不大，成为弱区，于是出现拉深变形。2. 翻边图2.9c：当D0/d凸和d0/d凸都较大时，外环凸缘宽度较大，成为强区，而内环底孔周围宽度较小，成为弱区，于是出现翻边变形。3. 胀形图2.9d：当D0/d凸较大而d0/d凸很小，甚至等于零没有底孔时，外环拉深和底孔翻边的变形阻力都较大，而凸、凹模圆角附近的变形阻力较小，于是出现胀形变形。出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页2.3.3 2.3.3 冲压成形时变形趋向性的控制冲压成形时变形趋向性的控制冲压

17、过程中，毛坯上的弱区、强区以及变形方式都是由应力形状和资料性能冲压过程中，毛坯上的弱区、强区以及变形方式都是由应力形状和资料性能决议的。而应力形状和资料性能又与很多要素有关，改动上述这些要素，就决议的。而应力形状和资料性能又与很多要素有关，改动上述这些要素，就可以实现对变形趋向性的控制。可以实现对变形趋向性的控制。1.1.改动毛坯各部分的相对尺寸改动毛坯各部分的相对尺寸如图如图2.92.9所示带底孔的圆形板坯，当所示带底孔的圆形板坯，当D0/dD0/d凸凸1.521.52，d0/dd0/d凸凸0.150.15时环形部时环形部分产生塑性变形所需的力最小而成为弱区，因此产生外径收缩的拉深变形，分产

18、生塑性变形所需的力最小而成为弱区，因此产生外径收缩的拉深变形，得到拉伸件，如图得到拉伸件，如图2.9b2.9b所示；当所示；当D0/dD0/d凸凸2.52.5，d0/dd0/d凸凸0.20.30.20.3时，内环形时，内环形部分产生塑性变形所需的力最小而成为弱区，因此产生内孔扩展的翻孔变形部分产生塑性变形所需的力最小而成为弱区，因此产生内孔扩展的翻孔变形，得到翻孔件，如图，得到翻孔件，如图2.9c2.9c所示；当所示；当D0/dD0/d凸凸2.52.5，d0/dd0/d凸凸0.150.15时，外环的时，外环的拉深变形和内环的翻孔变形阻力都很大，结果使凸、凹模圆角及附近的金属拉深变形和内环的翻孔变形阻力都很大，结果使凸、凹模圆角及附近的金属成为弱区而产生厚度变薄的胀形变形，得到胀形件成为弱区而产生厚度变薄的胀形变形，得到胀形件, , 如图如图2.9d2.9d所示。所示。 出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页图2.9 环形毛坯的变形趋势出版社 理工分社冲压工艺及模具设计与实践页2. 改动模具任