金属塑性成形原理指导书

1、金属塑性成形原理实验指导书广东工业大学材料与能源学院2005 年 9 月目录实验一金属力学性能分析与真实应力应变曲线 ,3实验二确定金属薄板塑性应变比实验 ,8实验三镦粗不均匀变形和变形力试验 ,13实验四板料塑性成形的应变测定试验 ,15实验一 金属力学性能分析与真实应力应变曲线一、目的通过拉伸试验确定金属薄板的力学性能，如弹性模量（E）、屈服应力（Z s）、抗拉强度（Zb）、屈强比（Z s/Z b），均匀延伸率（S u）、总延伸 率（S k）、应变硬化指数（n）、并绘制硬化曲线。二、设备及工具LJ 1000拉力试验机、千分尺、游标卡尺、直尺、标示工具等。三、试验步骤和实验数据记录1、查找相

2、关书籍，了解金属材料在拉伸时载荷一一伸长曲线变化的 规律，了解反映金属材料机械性质的相关参数的含义。2、准备试样，做好标记可以使用图1、图2中所示两种形状试样中的任一种。应在金属薄板 平面上与轧制方向成 0°、45°和90°三个方向切取试样。试样厚度应当均匀，在标距长度内厚度变化不应大于0.01mm时，应不大于公称厚度的 1%。切取样坯和机加工试样时，应防止因加工硬化或热影响而改变材料的 性能。可用维氏金刚石压头或其它工具刻划标距点。标距点应位于试样的轴 线上，并对称于平行长度部分的中心。0.02C0.2A-R:闕-©200图12号样表参数第1次第2次第

3、3次tbLoaLuLk3、测量试样拉伸前的相关参数的实验数据，填入表一。4、按“回退”按钮，移动平台，调整上下夹头间的距离。5、将试样放入试验机上下夹头内，并将其夹紧，调整好测力刻度和载荷伸长曲线记录装置。夹头的移动速度应在 0.520mm/min范围内,并应保持加载速度恒定。按“拉伸”按钮加载，对金属试样进行拉伸，测量并记录拉伸过程中 的相关参数的实验数据，填入对应表格。注意测量并记录产生屈服时的载 荷Fs或 Fo.2、 禾口最大载荷 F max。6、从试验机上取出上下夹头，将其松开并拿出试件，测量并记录相 关实验数据，填入对应表格。表二:a Lafa LaFa LaFa LaF四、数据处理

4、根据测得的实验数据并参考实验绘制的载荷一一伸长曲线，进行数据 处理，便可确定板材的 E、Zs、Z b、Zs/Z b、S u、S k1、确定板材 E、Z s、Z b、Z s/ Z b、S u、S k1.1 E由下列式子确定在金属薄板拉伸过程中的弹性变形阶段的某一时刻，读取的F和厶L代入下列式子：FZ =Ao_ 丄£ =L0E= Z / £式中L0试样原始标距长度，mm;Ao 试样原始横截面积，mm21.2 Z s、Z b及Z s/ Z b由下式确定：Z s= -S 或 Z 0.2= -02 , N / mm2 (MPa)Fmax2Z b=,N / mm ( MPa)Ao式中F

5、s屈服时的载荷，N ;Fo.2相对伸长为0.2%时的载荷，N ;Fmax拉伸最大载荷，N ；Ao 试样原始横截面积，mm2。1.3 S u及S k由下式确定:I I cS u= u 0100%Los k=Lk Lo 100%Lo式中Lo 试样原始标距长度，mm；Lu 试样产生细颈时的标距长度，mm;Lk 试样断裂时的标距长度，mm。2、绘制加工硬化曲线根据实验测得数据，在坐标网格纸上，以L为横坐标，F为纵坐标，为一一对应的 L和F的值进行描点，拟合绘制金属板料拉伸时的F-A L曲线。比较拟合绘制拉伸 F-A L曲线与试验时载荷一一伸长曲线记录装置绘 制的拉伸曲线异同。对试验得到的拉伸曲线(图

6、3)进行坐标变换：图3 拉伸F- L (b - & )曲线 横坐标变换为对数应变LK +AL =ln = In -0In(1+ £ )(1)LoLo纵坐标变换为真实应力S(1=；o(1 ；)A A式中 对数应变(真实应变)；£相对应变，£ = L/Lo； L试样标距的伸长，mm ;S真实应力，N/mm2； b o 名义应力， N/mm2；绘制方法如下：在拉伸曲线的横坐标取若干个 L,再找到相应的载 荷F值，亦可取表二中的成对的 F和AL,根据式（1）和式（2）计算出 相应的S和值，即可绘制出加工硬化曲线 （产生细颈前的均匀拉伸阶段）3、求硬化指数n值多数金

7、属材料的真实应力一一真实应变关系为幕指数函数形式：S=B n（3）式中 S真实应力，N/mm2；真实应变；B与材料有关的系数，N/mm2;n应变硬化指数。将式（3）两边取对数，有lg S =lg B nig （4）根据硬化曲线，用线性回归方法便可计算其斜率，即n值。下面介绍一种确定 n值的简便方法。可从表二中取出的两对的 F和AL, 或在拉伸曲线上取两点（LJ和（F2,A L2）,按式（1）和（2）换 算得（Si, !）和（S2, 2）,分别代入到式（4）中，消去lgB项，便得(5)五、试验报告1、本试验的目的。2、设备及工具。3、试验用试样条件，试样材料、形状及尺寸。4、试验步骤和实验记录的

8、数据。5、 拟合绘制金属板料拉伸时F-A L曲线。并将其与试验时载荷伸长 曲线记录装置绘制的拉伸曲线，分析两曲线异同点，并说明原因。6、绘制加工硬化曲线。7、 按公式计算出材料的性能：E、z S、z b、z s/ z b、3 u、s k、n。实验二确定金属薄板塑性应变比试验、目的通过拉伸试验确定金属薄板的塑性应变比（及一）、凸耳参数（厶）。二、设备及工具LJ 1000拉力试验机、千分尺、游标卡尺、直尺、标示工具等。三、实验原理塑性应变比r （也叫厚向异性系数 r,简称r值）是评定板料压缩类成形性能的一个重要参数。r值是板料试件单向拉伸试验中宽度应变wb与厚度应变-t之比，即b。bIntt。板料

9、r值的大小，反映板平面方向与厚度方向应变能力的差异。r=1时，为各向同性；r工1时，为各向异性。当r > 1,说明板平面方向较厚度 方向更容易变形，或者说板料不易变薄。r值与板料中晶粒的择优取向有关，本质上是属于板料各向异性的一个量度。r值与冲压成形性能有密切的关系，尤其是与拉深成形性能直接相关。 板料的r值大，拉深成形时，有利于凸缘的切向收缩变形和提高拉深件底 部的承载能力。图 1示出拉深时的应力状态。r值增加，会同时使底部的 强度增加和凸缘的变形抗力减小，这对拉深是非常有利的。大型覆盖件成 形，基本上是拉深与胀形相结合的复合成形，当拉深变形的成分占主导地 位时，板材r值大，成形性能好

10、。板平面中最主要的三个方向是与轧制方向呈0°、45。和90°,相应地用r°、尿和So表示。由于不同方向上测得的数值是变化的（图2）,板料的厚向异性系数常用平均值1蔦(090)板平面内各向异性的差别用 r表示。h 0 * 90) - 452 I 090 丿 45图1拉深时的应力状态O图2r值在板平面内的变化a)A r> 0 b) rv 0用圆形坯料拉深筒形件，当 r> 0时，凸耳出现在0。和90。方向； 当厶rv 0时，凸耳出现在土 45°方向； r=0时，不产生凸耳。由于凸耳 的位置与大小和厶r有关，所以 r也叫凸耳参数。四、试验步骤和实验数

11、据记录1、准备试样，做好标记可以使用实验一中的图1、图2所示两种形状试样中的任一种。应在金属薄板平面上与轧制方向成0 °、45°和90°三个方向切取试样。试样厚度应当均匀，在标距长度内厚度变化不应大于0.01mm时，应不大于公称厚度的 1%。切取样坯和机加工试样时，应防止因加工硬化或热影响而改变材料的 性能。可用维氏金刚石压头或其它工具刻划标距点。标距点应位于试样的轴 线上，并对称于平行长度部分的中心。2、测量试样拉伸前的相关参数的实验数据，填入对应表格。3、按“回退”按钮，移动平台，调整上下夹头间的距离。4、将试样放入试验机上下夹头内，并将其夹紧，夹头的移动速度

12、应 在0.520mm/min范围内，并应保持加载速度恒定，按“拉伸”按钮，对 试样进行加载拉伸。表试样的轧制方向与受力 方向的夹角，测量次数t0 (mm)探b° (mm) %t (mm)b(mm)0 °第一次第二次第三次45°第一次第二次:第三次90°第一次第二次第三次5、当试样标距从50 mm伸长至60 mm ,即标距内金属材料伸长到约 20%时，按“停止”按钮，接着按“慢速回退”按钮，向上移动平台，卸载后，再从试验机上取出上下夹头，将其松开并拿出试件，测量并记录相 关实验数据，填入对应表格。五、确定塑性应变比及凸耳参数塑性应变比 亦称厚向异性指数，用

13、板料单向拉伸试样的宽度应变和 厚度应变的比值表示。当试样伸长到约 20% （注意：应在屈服之后，产生细颈之前）时停止加载，卸下试样。用千分尺测得试样变形后的宽度b及厚度t。代入下式中便可求得值：-tbo(1)Int0式中-b 试样的宽度应变，b = ln2 ；bot 试样的厚向应变，t = l nt ；t0bo、to试样的原始宽度与厚度， mm； b、t 变形后试样的宽度与厚度， mm。由于在不同方向上不同的值，一般按下式计算平均塑性应变比:_ 102 45 90)( 2)4凸耳参数又称塑性平面各向异性指数，表示板料平面内的塑性各向异性，厶表示，可按下式计算：厶0 90）一 45（ 3）2式（

14、2 ）、（ 3 ）中0、45、90表示在板表面内与轧制方向分别0 °、45°和90°的试样。式（1）的-t根据体积不变条件，亦可由下式确定：弓=-（弓+為）（4）式中-i 试样标距长度应变。本试验中，测量试样的原始宽度b0时允许测量偏差为土 0.01mm，至少应在标距长度内等间隔地测量三处宽度，并取其平均值。测量试样的 原始宽度L0时允许测量偏差为土 0.05mm，以同样的方式和精度测量变形 后的试样宽度b1和标距长度L1O若拉伸变形后，在宽度方向发生明显弯曲（图1）,当凸度h>0.3mm时，应按下式修正测得的宽度:bi=(hb'2 +4h4b

15、9;h五、实验报告1、本实验的目的。2、设备及工具。3、实验原理4、实验用试样条件，试样材料、形状及尺寸。5、实验步骤和实验记录的数据。6、 按公式计算出材料的性能：、一及。圆规。半园形坯料低熔点合金外套040图1零件毛坯示意图1所示的试件。实验三镦粗不均匀变形和变形力试验一、实验目的通过对圆柱形坯料进行平板间镦粗，了解摩擦对镦粗变形过程和成形 试件形状的影响，了解镦粗变形时的3个变形区和不均匀变形。二、设备与工具油压机，游标卡尺，直尺三、试样试样采用如图1所示 的坯料，由外套、半圆坯料 和低熔点合金组成，基本材 料为纯铝。具体制作过程 为：选定或加工去直径为 $ 40、高度为 40、壁后为

16、2 的外套；根据外套的内径， 加工出圆柱形内坯料，并保 证内坯料与外套过渡配合； 将圆柱坯料用线切割或其 它方法平分成2半；在半圆 形坯料的平面上，刻画上如 图1上所示的网格；将2半 用低熔点合金焊合后，装配 入外套，并最终制作成如图四、实验步骤1、 将1试件在油压机上进行镦粗，试件最终高度控制在为25；2、 改善端面的润滑条件后，将另1试件在油压机上进行镦粗，试件最终 高度也控制在为25；3、在成形时，记录成形的压力与位移的曲线；成形后测量试件的形状尺 寸；4、将两试件沿焊合面剖开，并将低熔点合金去除；5、测量试样上网格的尺寸变化，并计算各位置真实应变的大小，具体过 程为：设变形前圆形网格的

17、直径为do；变形后网格形状改变，一般变成椭圆形。取椭圆长轴方向为 1方向和短轴为2方向，量取相应的长度di和d2；则do=Ind2do6、根据椭圆的长轴与试件 r方向夹角B的大小（有方向性）计算出；r、；z、rz和了，具体过程为:22cos2 二2 2 ；2；1 ；2cos22 2富討-；2rzSin 2 J2庞I1可彳（引+名2 2 + （2知+名2 2 +（知+2名2五、实验报告1、本实验的目的，实验用的设备及成形工艺，试样的材料、形状尺寸, 变形后的试样形状和尺寸；2、计算试样变形后典型位置的应变，同时根据外形说明摩擦对变形的影 响以及镦粗变形的特点；3、记录成形的压力与位移的曲线。实验四 板料塑性成形的应变测定试验、实验目的通过测量板料液压成形后试样上相关形状尺寸的变化，计算试样上典 型部位的应变大小以及零件的壁后改变；并由此理解真实应变和塑性变形 体积不变条件等相关内容等。、设备与工具板料实验机，游标卡尺，直尺、圆规。三、试样采用如图1所示的零件坯料，要求试样的厚度均匀为t°=0.51.5mm ,在成形区域其厚度变化不应大于0.05mm, D= $ 200mm,材料为低碳钢。四、实验步骤1、 在毛坯上表面相应位置刻画上如图1所示的圆形网格，圆形网格形状 应均匀、