模具设计—第1次课

1、模具设计主讲人：李文俐联系电话共48个学时，24节课 ; 期末成绩=笔试成绩*80%+平时成绩*20% 考试方式：闭卷课程的安排与模具有关的成形机械设备与模具有关的成形机械设备:压力机、液压压力机、液压机、注塑机等机、注塑机等定义：模具定义：模具 用以限定生产对象的形状和用以限定生产对象的形状和尺寸的装置尺寸的装置。或者说是一种特殊的模型，用。或者说是一种特殊的模型，用来塑造来塑造(制造制造)产品；从工艺的角度，模具是产品；从工艺的角度，模具是一种成形制品的特殊工艺装备。一种成形制品的特殊工艺装备。（一）什么是模具？（一）什么是模具？模具成型零件的模具成型零件的优点优

2、点：高精度、高复杂性、：高精度、高复杂性、高一致性、高生产率、低消耗（四高一低）高一致性、高生产率、低消耗（四高一低） 美美 国：模具工业是美国工业的基石国：模具工业是美国工业的基石 日日 本：模具是进入富裕社会的原动力本：模具是进入富裕社会的原动力 德德 国：模具是金属加工业中的帝王国：模具是金属加工业中的帝王 罗马尼亚：模具就是黄金罗马尼亚：模具就是黄金 中中 国：模具是效益放大器国：模具是效益放大器 模具是工业之母模具是工业之母 模具技术是衡量一模具技术是衡量一个国家产品个国家产品制造水平的制造水平的重要标志重要标志（二）关于模具的说法（二）关于模具的说法现代模塑产品举例：现代模塑产品举

3、例： 汽车用品系列汽车用品系列 家用产品系列家用产品系列 军工用品系列军工用品系列 工业产品系列工业产品系列一一 模具在现代制造业中的地位模具在现代制造业中的地位第三节：模具的分类与应用特点第三节：模具的分类与应用特点第一章 冲压变形基本原理本章将介绍如下内容：本章将介绍如下内容： 第一节第一节 金属塑性变形的基本概念金属塑性变形的基本概念第二节第二节 金属塑性变形的力学基础金属塑性变形的力学基础第三节第三节 冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类第四节第四节 板料冲压成形性能及冲压材料板料冲压成形性能及冲压材料第一节 金属塑性变形的基本概念 金属是一种多晶体。金

4、属是一种多晶体。一、物理概念一、物理概念 弹性变形：指作用于物体的外力去除后，物体能完全恢复自弹性变形：指作用于物体的外力去除后，物体能完全恢复自己原始形状和尺寸的变形。己原始形状和尺寸的变形。 塑性变形：指作用于物体的外力去除后，物体不能恢复自己塑性变形：指作用于物体的外力去除后，物体不能恢复自己原始形状和尺寸的变形。原始形状和尺寸的变形。 总变形：实际冲压成形的情形，是二者兼而有之。总变形：实际冲压成形的情形，是二者兼而有之。 冲压成形即是利用材料的塑性变形的加工工艺。冲压成形即是利用材料的塑性变形的加工工艺。二、塑性变形的基本形式二、塑性变形的基本形式 二、塑性变形的基本形式 1、滑移：

5、作用在晶体上的剪切应力达到一定数值后，晶、滑移：作用在晶体上的剪切应力达到一定数值后，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对另一部分产生移动。体的一部分沿一定的晶面和晶向相对另一部分产生移动。 2、孪动：作用、孪动：作用在晶体上的剪切应在晶体上的剪切应力达到一定数值后，力达到一定数值后，晶体的一部分相对晶体的一部分相对另一部分产生移动，另一部分产生移动，而已变形部分的晶而已变形部分的晶体位向发生变化，体位向发生变化，与未变形部分以孪与未变形部分以孪动面对称。动面对称。 3、滑移和孪动的差别：、滑移和孪动的差别： 滑移是渐进的；滑移是渐进的； 孪动导致金属的破环；孪动导致金属的破环； 孪动所需切应力

6、大得多。孪动所需切应力大得多。 4、晶间变形：指晶粒间、晶间变形：指晶粒间发生的移动和转动。发生的移动和转动。 5、塑性变形与晶间变形、塑性变形与晶间变形的关系的关系 1）加强晶间结合力、减）加强晶间结合力、减少晶间变形、有利于晶内变少晶间变形、有利于晶内变形的因素均可提高材料的塑形的因素均可提高材料的塑性变形能力；性变形能力； 2）晶粒间的杂质使晶界结合）晶粒间的杂质使晶界结合力降低，晶界变脆，不利于材料力降低，晶界变脆，不利于材料的塑性变形；的塑性变形； nano 3）多晶体受三向压应力时，）多晶体受三向压应力时，晶界变位困难，增加了材料的可晶界变位困难，增加了材料的可塑性。塑性。三、 金

7、属的塑性与变形抗力（一）塑性（一）塑性 指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。能力。 材料的塑性与材料的性质、变形方式、变形条件有关。材料的塑性与材料的性质、变形方式、变形条件有关。（二）塑性指标（二）塑性指标 常用的塑性指标有延伸率常用的塑性指标有延伸率和断面收缩率和断面收缩率，均是指材料因受，均是指材料因受力变形开始破坏时的塑性变形量。力变形开始破坏时的塑性变形量。 该指标由拉伸试验获得。该指标由拉伸试验获得。（三）变形抗力（三）变形抗力 100%FF-F100%LL-L0k000k 1三、 金属的塑性与变形抗力（三）

8、变形抗力（三）变形抗力 1、含义：即金属抵抗变形而对外力施加者的反作用力。、含义：即金属抵抗变形而对外力施加者的反作用力。 2、影响变形抗力的因素：、影响变形抗力的因素： 材料的性质（如流动应力）、材料塑性成形时的状态、摩材料的性质（如流动应力）、材料塑性成形时的状态、摩擦条件、变形体的几何尺寸、温度、变形速度、变形程度等。擦条件、变形体的几何尺寸、温度、变形速度、变形程度等。 塑性和变形抗力是两个独立指标。塑性和变形抗力是两个独立指标。四、四、 影响金属塑性和变形抗力的主要因素影响金属塑性和变形抗力的主要因素四、 影响金属塑性和变形抗力的主要因素 含内、外两个大的因素。含内、外两个大的因素。

9、（一）化学成分的影响（一）化学成分的影响 影响碳钢和合金钢的物质影响碳钢和合金钢的物质 碳含量、有益杂质含量碳含量、有益杂质含量（硅（硅0.5% 、锰、锰0.7% ） 合金元素含量合金元素含量 杂质含量（磷、硫、氮、氢、氧）杂质含量（磷、硫、氮、氢、氧）（二）组织形式的影响（二）组织形式的影响 单相与多相、晶粒的细化、钢的处理工艺（冶炼、浇铸、锻单相与多相、晶粒的细化、钢的处理工艺（冶炼、浇铸、锻轧、热处理）轧、热处理） （三）变形温度对塑性和变形抗力的影响（三）变形温度对塑性和变形抗力的影响 钢中的杂质钢中的杂质钢中的杂质 1、有益杂质、有益杂质 硅（硅（ 0.5% ）、锰（）、锰（ 0.7

10、% ） 2、有害杂质、有害杂质 有害杂质均导致材料的塑性、韧性下降。有害杂质均导致材料的塑性、韧性下降。其中：其中： a) 硫：在晶界形成硫：在晶界形成 FeS-Fe二元低熔点共晶混合体二元低熔点共晶混合体（950），），导致热脆性；导致热脆性； b) 磷：在晶界形成磷：在晶界形成Fe2P，具冷脆性；，具冷脆性； c) 氢、氧、氮：溶解度小，偏析严重。氢、氧、氮：溶解度小，偏析严重。 返回返回四、 影响金属塑性和变形抗力的主要因素（三）变形温度对塑性和变形抗力的影响（三）变形温度对塑性和变形抗力的影响 一般，若温度一般，若温度，则，则 ， ，因为：，因为： 回复与再结晶回复与再结晶 原子动能加

11、大出现新的滑移系原子动能加大出现新的滑移系 热塑性热塑性 晶界强度晶界强度 变形温度对塑性和变形抗力的影响图变形温度对塑性和变形抗力的影响图四、 影响金属塑性和变形抗力的主要因素（四）变形速度对塑性和变形抗力的影响（四）变形速度对塑性和变形抗力的影响 变形速度含义。变形速度含义。 1、速度大时，同时驱动的位错增多，临界剪应力提高，变形、速度大时，同时驱动的位错增多，临界剪应力提高，变形抗力增大；此时主要为弹性变形。抗力增大；此时主要为弹性变形。 2、速度大时，回复与再结晶时间少，增抗力，减少塑性；、速度大时，回复与再结晶时间少，增抗力，减少塑性； 3、速度大时，变形能转化为热能，有利于塑性。、

12、速度大时，变形能转化为热能，有利于塑性。 在中小型冲压机上，变形速度主要影响工作效率，而非材料在中小型冲压机上，变形速度主要影响工作效率，而非材料性能。性能。第二节 金属塑性变形的力学基础 概念：应力、应变概念：应力、应变一、一点的应力应变状一、一点的应力应变状态态 1、任意微分体上的每、任意微分体上的每个微分面上有个微分面上有 ：1个正应个正应力力+2个剪应力个剪应力 2、主应力状态下每个、主应力状态下每个微分面（主平面）上只微分面（主平面）上只有有1个正应力（主应力）个正应力（主应力） 主应力状态下的微元主应力状态下的微元受力情况共受力情况共9种情形。种情形。 321 一、一点的应力应变状

13、态（续）（）（321zyxm3131 3、一点的应力分析、一点的应力分析 1）球应力状态（三向等压、静水压力）球应力状态（三向等压、静水压力） 2）平均应力）平均应力 平均应力与坐标的选取无关。平均应力与坐标的选取无关。 3）应力的叠加）应力的叠加 3、应力的叠加（续）、应力的叠加（续） 应力球张量：三向等应力状态，不产生剪应力，故不改变应力球张量：三向等应力状态，不产生剪应力，故不改变物体形状，体积略变；物体形状，体积略变； 应力偏张量：三应力的平均值为零，不引起物体体积的变应力偏张量：三应力的平均值为零，不引起物体体积的变化，但产生的剪应力与原应力张量完全相同。化，但产生的剪应力与原应力张

14、量完全相同。 4、主剪应力和主剪应力面、主剪应力和主剪应力面2-2-2-2-31max321133132232112 ，则，则若若5、等效应力（广义应力、应力强度）max31i213232221i1.7322-231)()()(21 ）（）（）（明：明：在三向应力状态，可证在三向应力状态，可证 特例：单向应力、球应力、一般等状态特例：单向应力、球应力、一般等状态 等效应力作用：描述偏张量的合成效果，用一个指标描述等效应力作用：描述偏张量的合成效果，用一个指标描述了对塑性变形有效的应力部分。了对塑性变形有效的应力部分。6、一点的主应变状态 三个主应变关系说明：三个主应变关系说明： （1）形状尺寸

15、变化而体积不变；）形状尺寸变化而体积不变； （2）必有一个最大的应变与另）必有一个最大的应变与另2个符号相反；个符号相反； （3）状态图仅）状态图仅3种。种。0321321 ，则，则规定：规定： 与应力对应，任何单元上均有正应变和剪应变；与应力对应，任何单元上均有正应变和剪应变； 任何单元上，可找出应变主轴，则其上的应变为主应变。任何单元上，可找出应变主轴，则其上的应变为主应变。推导7、塑性应变的表示方法1、相对应变（工程应变）、相对应变（工程应变）001lllll 0lnll 2、真实应变（对数应变）、真实应变（对数应变）3、二者比较、二者比较 1）变形较小时，二者基本相同；）变形较小时，二

16、者基本相同； 2）真实应变可分阶段叠加，如长）真实应变可分阶段叠加，如长50拉伸至拉伸至70，再到，再到80，相对应变相对应变2阶段之和与总应变不等，而真实应变相等。阶段之和与总应变不等，而真实应变相等。二、屈服准则和应力应变关系（一）屈服准则（一）屈服准则 即塑性方程，指材料进入塑性状态的力学条件。即塑性方程，指材料进入塑性状态的力学条件。 材料质点进入屈服的影响因素：材料性能、受力状态等。材料质点进入屈服的影响因素：材料性能、受力状态等。 材料进入塑性状态，是个复杂的过程，如何判断，前人提出了材料进入塑性状态，是个复杂的过程，如何判断，前人提出了一些方法。一些方法。1、Tresca准则准则

17、 当材料中的最大剪应力达到某临界值时，该材料即进入屈服状当材料中的最大剪应力达到某临界值时，该材料即进入屈服状态。态。KK )21)2131max321minmaxmax （则则，一般地，一般地，（当为单向拉伸时，可进一步化简。当为单向拉伸时，可进一步化简。 2、Mises准则22132322212132322212)()()()()()(21ssi 或：或： Von Mises提出，当材料中的等效应力达到某一临界值时，提出，当材料中的等效应力达到某一临界值时，材料开始屈服。即：材料开始屈服。即： Mises准则比准则比Tresca准则多考虑了中间应力，故比之更接近准则多考虑了中间应力，故比之

18、更接近实验数据。实验数据。 写成与Tresca准则类似的方程形式，可为：s31 其中，其中，=11.155，值的具体取值如下：值的具体取值如下： （1）单向拉伸、单向压缩、双向等拉、双向等压时：）单向拉伸、单向压缩、双向等拉、双向等压时：=1 （2）纯剪（）纯剪（1=-3，2=0）、）、 平面应变平面应变2=（1+3）/2 ：=1.155 （3）其它（应力分量未知）时：）其它（应力分量未知）时：=1.1 值的具体取值中中 间间 应应 力力应应 力力 状状 态态应应 用用 举举 例例2 2= =1 1或或2 2= =3 31.01.0单向应力叠加三向单向应力叠加三向等应力等应力软凸模胀形、外缘翻

19、软凸模胀形、外缘翻边边2 2=(=(1 1+ +3 3)/2)/21.1551.155平面应变状态平面应变状态宽板弯曲宽板弯曲1 1不属于上面两不属于上面两种情况种情况1.11.1其他应力状态其他应力状态( (如平如平面应力状态等面应力状态等) )缩口、拉深缩口、拉深1、Tresca准则的图形表示准则的图形表示 平面应力状态，平面应力状态，2=0，见图。，见图。2、Mises准则的图形表示准则的图形表示 2=0时，准则变成如下形式：时，准则变成如下形式：3、二者的比较、二者的比较（二）屈服准则的几何表示2s312321- （三）塑性变形时应力应变的关系1、弹性材料的加载、弹性材料的加载 线性、

20、可逆。线性、可逆。2、塑性材料的加载、塑性材料的加载 非线性、不可逆，如图。非线性、不可逆，如图。 在塑性变形阶段，硬化曲线上每一点的应力值都可理解为材料在在塑性变形阶段，硬化曲线上每一点的应力值都可理解为材料在相应变形程度下的屈服点。相应变形程度下的屈服点。 3、塑性变形的分析理论、塑性变形的分析理论3、塑性变形的分析理论（1）增量理论）增量理论 塑性变形时，材料的应变增量正比于应力偏量。塑性变形时，材料的应变增量正比于应力偏量。 据此可写出瞬态形变方程，通过积分可得出整个变形过程。据此可写出瞬态形变方程，通过积分可得出整个变形过程。 该模型与实际状态相近，但计算复杂，尤其是冷作硬化问题。该

21、模型与实际状态相近，但计算复杂，尤其是冷作硬化问题。（2）全量理论）全量理论 常数常数或或常数常数 131332322121332211 dddddddddmmm3、塑性变形的分析理论（2）全量理论）全量理论 认为主应力差与主应变差成比例。反映变形终了状态。认为主应力差与主应变差成比例。反映变形终了状态。即：即： 该式是增量理论的一个简化，通常用于研究小变形问题。即在简该式是增量理论的一个简化，通常用于研究小变形问题。即在简单加载的情况下，各应力分量都按相同的比例增加。单加载的情况下，各应力分量都按相同的比例增加。 因全量理论较简单，是冲压成形中各种工艺参数计算的基础，对因全量理论较简单，是冲

22、压成形中各种工艺参数计算的基础，对很多问题的解决不会引起大的误差，故得到较多的应用。很多问题的解决不会引起大的误差，故得到较多的应用。（3）根据全量理论得出的一些简单结论）根据全量理论得出的一些简单结论常数常数或或常数常数 131332322121332211 mmm（3）根据全量理论得出的一些简单结论 1）球应力状态下，）球应力状态下，1=2=3=m，则，则1= 2=3=0，此时仅有弹，此时仅有弹性变形存在；性变形存在； 2）平面变形）平面变形 此时，此时，2=0，则有，则有1=-3 。根据全量理论，可得。根据全量理论，可得2-m=0或或2=m。故在平面变形时，在主应力与平均应力相等的方向上

23、不产生塑性故在平面变形时，在主应力与平均应力相等的方向上不产生塑性变形，且该方向的主应力为中间主应力（变形，且该方向的主应力为中间主应力（ =1和和2的平均值）。的平均值）。 如宽板弯曲，宽度方向变形为如宽板弯曲，宽度方向变形为0。 3）平板毛坯胀形时，胀形区变薄显著）平板毛坯胀形时，胀形区变薄显著 中心部位的应力状态的两向等拉，厚向应力很小。中心部位的应力状态的两向等拉，厚向应力很小。1=2，3 =0，为平面应力状态。，为平面应力状态。 由全量理论判断变形区的变形情况，由全量理论判断变形区的变形情况，1= 2=-3/2，在拉应力方，在拉应力方向上为伸长变形，而厚度方向为压缩，且数值为伸长方向

24、的向上为伸长变形，而厚度方向为压缩，且数值为伸长方向的2倍；倍；（3）根据全量理论得出的一些简单结论 4）三向受压（）三向受压（0123）时，由全量理论可知，最大压应）时，由全量理论可知，最大压应力力3方向上的变形一定是压缩变形，而最小压应力方向上的变形一定是压缩变形，而最小压应力1方向上的变方向上的变形必为伸长变形。形必为伸长变形。 5）拉应力方向不一定为伸长变形，压应力方向不一定为压缩）拉应力方向不一定为伸长变形，压应力方向不一定为压缩变形，应根据与主应力的差距来判定；变形，应根据与主应力的差距来判定； 6）某方向的拉应力最大，则该方向必为伸长，同理，某方向）某方向的拉应力最大，则该方向必

25、为伸长，同理，某方向压应力的绝对值最大，则该方向必为压缩变形。压应力的绝对值最大，则该方向必为压缩变形。三、硬化与硬化曲线（一）硬化概念（一）硬化概念 即材料冷冲压过程中其性能指标发生变化的一种现象。即材料冷冲压过程中其性能指标发生变化的一种现象。1、硬化的结果、硬化的结果 （1）强度指标发生变化：）强度指标发生变化：s和和b一般增大；一般增大； （2）塑性指标降低：）塑性指标降低：和和 2、影响硬化的因素、影响硬化的因素 （1）材料本身的性能）材料本身的性能 （2）材料的变形条件，或加载过程）材料的变形条件，或加载过程3、冷作硬化的利弊、冷作硬化的利弊 硬化致变形转向未变化或少变化部分而均化

26、，如拉深、胀形等；硬化致变形转向未变化或少变化部分而均化，如拉深、胀形等； 塑性降低而变形困难，如翻孔的预孔冲制时导致的硬化，不利于翻边的完成。塑性降低而变形困难，如翻孔的预孔冲制时导致的硬化，不利于翻边的完成。（二）硬化曲线1、应力曲线、应力曲线 实际应力曲线实际应力曲线 假象应力曲线假象应力曲线硬化曲线：即实际应力曲线硬化曲线：即实际应力曲线硬化强度硬化强度d/d2、硬化曲线的化简（1）直线硬化曲线）直线硬化曲线 =0+D（2）指数硬化曲线）指数硬化曲线 =Cn 常见冲压用材的常见冲压用材的C、n值见下页。值见下页。第三节 冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类一、变形毛坯的分区一、变形毛坯的

27、分区 变形区变形区 不变形区：已变形区、待变形区、单纯不变形区、传力区不变形区：已变形区、待变形区、单纯不变形区、传力区变形区的应力应变特点总结变形可分二大类：变形可分二大类：1、伸长类变形、伸长类变形指作用于毛坯变形区内的应力其绝对值最大者为拉应力时，指作用于毛坯变形区内的应力其绝对值最大者为拉应力时，在这个方向上的变形后一定是伸长变形。在这个方向上的变形后一定是伸长变形。变形图中的变形图中的MON、NOA、AOB、BOC、COD五区。五区。2、压缩类变形、压缩类变形指作用于毛坯变形区内的应力其绝对值最大者为压应力时，指作用于毛坯变形区内的应力其绝对值最大者为压应力时，在这个方向上的变形后一

28、定是伸长变形。在这个方向上的变形后一定是伸长变形。变形中的变形中的MOL、LOH、HOG、GOE、EOD等五区。等五区。三、冲压成形中的变形趋向性及其控制（一）变形趋向性（一）变形趋向性1、概念、概念 冲压过程中，成形毛坯的各个部分在同一模具作用下所具有的变冲压过程中，成形毛坯的各个部分在同一模具作用下所具有的变形趋势。形趋势。2、研究变形趋向性的意义、研究变形趋向性的意义 通过研究毛坯变形的力学规律，可以正确地设计冲压工艺和模具，通过研究毛坯变形的力学规律，可以正确地设计冲压工艺和模具，使毛坯完成预期变形的同时，排除其它一切不必要的和有害的变形，使毛坯完成预期变形的同时，排除其它一切不必要的

29、和有害的变形，从而从根本上保证获得冲压件的高质量。从而从根本上保证获得冲压件的高质量。3、内力传递与弱区、内力传递与弱区 变形区与弱区的内力变形区与弱区的内力 需要最小变形力的需要最小变形力的区是个相对弱区，弱区区是个相对弱区，弱区必先变形。必先变形。（二）趋向性控制措施（二）趋向性控制措施（二）变形趋向性的控制措施1、合理地确定毛坯尺寸、合理地确定毛坯尺寸 实例：右图中实例：右图中D0、d0 D0/dp、d0/dp均小时：拉深均小时：拉深 D0/dp、d0/dp均大时：翻边均大时：翻边 D0/dp大、大、d0/dp小时：胀形小时：胀形 应用实例。应用实例。 钢球活座套钢球活座套2、正确设计模

30、具工作部分形状、正确设计模具工作部分形状和尺寸和尺寸（二）变形趋向性的控制措施2、正确设计模具工作部分形状、正确设计模具工作部分形状和尺寸和尺寸 如：如： 凸模的圆角半径凸模的圆角半径rp 凹模的圆角半径凹模的圆角半径rd3、改变毛坯与模具表面的摩擦、改变毛坯与模具表面的摩擦条件条件 如：如： 压边力压边力 拉深毛坯的单面润滑拉深毛坯的单面润滑4、其它工艺措施、其它工艺措施 局部加热、局部深冷局部加热、局部深冷第四节 板料冲压成形性能及冲压材料一、板料的冲压成形性能一、板料的冲压成形性能1、板料的冲压成形性能概念、板料的冲压成形性能概念 为综合概念，衡量板料对各类冲压加工方法的适应能力。为综合

31、概念，衡量板料对各类冲压加工方法的适应能力。 具体包括：成形极限、贴模性、形状冻结性等具体包括：成形极限、贴模性、形状冻结性等2、成形极限、成形极限 即材料的抗破裂性，指材料成形过程中能达到的最大变形程即材料的抗破裂性，指材料成形过程中能达到的最大变形程度。度。3、贴模性、贴模性 指板料在冲压成形过程中取得模具形状的能力。指板料在冲压成形过程中取得模具形状的能力。4、形状冻结性、形状冻结性 指零件脱模后保持其在模具内获得的形状的能力。指零件脱模后保持其在模具内获得的形状的能力。 成形极限关系到制件的存废、贴模性和形状冻结性影响制件成形极限关系到制件的存废、贴模性和形状冻结性影响制件的质量；所以

32、，材料的评判至关重要。冲压成形试验是必要的质量；所以，材料的评判至关重要。冲压成形试验是必要的的二、板材冲压成形的试验方法直 接 试 验间 接 试 验实 际 成 型 试 验模 拟 成 型 试 验力 学 试 验金 属 学 试 验金 属 成 型 性 能 试 验1、板材的冲压成形试验方法概述、板材的冲压成形试验方法概述 （1）直接试验：通过特定的压力设备，让试样所受到的应力状态）直接试验：通过特定的压力设备，让试样所受到的应力状态和所产生的变形过程都与在实际加工中试样所受的负荷和产生的变形和所产生的变形过程都与在实际加工中试样所受的负荷和产生的变形过程相似，从而测定特定的负荷或变形量，当作判定金属成

33、型性能尺过程相似，从而测定特定的负荷或变形量，当作判定金属成型性能尺度的一种工艺性试验度的一种工艺性试验 。 （2）间接试验（基础试）间接试验（基础试验），是使材料进行单纯的验），是使材料进行单纯的变形过程，通过测定各种与变形过程，通过测定各种与材料成型性能相关的各种参材料成型性能相关的各种参数，把握其物理意义，掌握数，把握其物理意义，掌握强度及变形特性。强度及变形特性。 具体的试验方法具体的试验方法板材冲压成形性能试验方法翻边成型性能试验板材拉伸试验成型极限图试验弯曲成型性能试验胀形成型性能试验拉深成型性能试验冲压成型性能试验方法板材对角拉伸试验锥杯试验硬度试验胀形成形性能试验（1）试验方法

34、）试验方法 杯突试验（杯突试验（Erichsen试验）试验）（2）试验目的）试验目的 衡量材料的胀形成形性能。衡量材料的胀形成形性能。（3）试验原理）试验原理 如图。如图。（4）试验标准）试验标准 GB4156-84（5）试验指标）试验指标 IE：杯突试验值，即凸包：杯突试验值，即凸包破裂时的凸包高度值。破裂时的凸包高度值。 在在ErichsenErichsen胀形试验条胀形试验条件下，试样法兰边或多或少件下，试样法兰边或多或少总会有某种变形，即法兰边总会有某种变形，即法兰边金属会有少许流向凹模内。金属会有少许流向凹模内。于是，中间部分材料的胀形于是，中间部分材料的胀形成分就不十分纯。成分就不

35、十分纯。瑞典式纯瑞典式纯胀形试验胀形试验 瑞典式纯胀形试验在凹瑞典式纯胀形试验在凹模与压边圈相应位置上设置模与压边圈相应位置上设置了三角形肋槽，以阻止法兰了三角形肋槽，以阻止法兰部分材料流入凹模，使球形部分材料流入凹模，使球形冲头下面所对材料产生纯胀冲头下面所对材料产生纯胀形。形。 同同ErichsenErichsen试验相对应，纯胀形试验结果得到最大胀形深试验相对应，纯胀形试验结果得到最大胀形深度度h hmaxmax，h hmaxmax越大，表明板材的胀形性能越好。这个试验和越大，表明板材的胀形性能越好。这个试验和richsenrichsen胀形试验相比，只是模具结构发生了一点变化，其试胀形

36、试验相比，只是模具结构发生了一点变化，其试验方法、步骤和验方法、步骤和ErichsenErichsen胀形试验是一致的。胀形试验是一致的。 但是，这种工试验方法尚未普及。其主要原因是，各种因但是，这种工试验方法尚未普及。其主要原因是，各种因素仍然会对试验结果产生影响，它不能从根本上取代素仍然会对试验结果产生影响，它不能从根本上取代ErichsenErichsen胀形试验。胀形试验。瑞典瑞典式纯胀形试验同式纯胀形试验同ErichsenErichsen试验对比试验对比扩孔成形性能试验（1）试验方法）试验方法 圆柱形平底凸模扩孔试验（圆柱形平底凸模扩孔试验（KWI）（2）试验目的）试验目的 衡量材料

37、的扩孔、翻边成形性能。衡量材料的扩孔、翻边成形性能。（3）试验原理）试验原理 用有预加工小孔（小孔直径规定为扩孔冲头直径的用有预加工小孔（小孔直径规定为扩孔冲头直径的30）的）的平板坯料进行扩孔，如图。平板坯料进行扩孔，如图。 试验时，将试样放在凹模与压边圈之间压死，凸模运动，直试验时，将试样放在凹模与压边圈之间压死，凸模运动，直至孔口边缘因孔径扩大而出现裂纹为止。至孔口边缘因孔径扩大而出现裂纹为止。（4）试验标准）试验标准 JB4409.4-88（5）试验指标）试验指标 扩孔率扩孔率(KWI值值)：当孔边缘发生破裂时的孔径相对初始孔径：当孔边缘发生破裂时的孔径相对初始孔径的增长率，作为鉴定板

38、材翻边成型性能的一个材料特性值。的增长率，作为鉴定板材翻边成型性能的一个材料特性值。%10000 dddf 拉深成形性能试验（1）试验方法）试验方法 圆柱形平底凸模冲杯试验（圆柱形平底凸模冲杯试验（Swift拉拉深试验）深试验）（2）试验目的）试验目的 测试材料拉深成形时的极限性能。测试材料拉深成形时的极限性能。（3）试验原理）试验原理 如图。如图。（4）试验标准）试验标准 JB4409.3-88（5）试验指标）试验指标 LDR：极限拉深比，即杯体底壁：极限拉深比，即杯体底壁附近不被拉破时的最大试样直径与凸附近不被拉破时的最大试样直径与凸模直径的比率。模直径的比率。（6）说明）说明 该试验要求

39、多次拉深，试件毛坯直该试验要求多次拉深，试件毛坯直径逐渐加大，最后得到结果。径逐渐加大，最后得到结果。 拉深潜力试验，也叫拉深潜力试验，也叫TZPTZP试验或拉深力对试验或拉深力对比试验。这种试验方法是由比试验。这种试验方法是由WEngelhardtWEngelhardt和和HGrossHGross开发的。开发的。 在一定的拉深变形程度在一定的拉深变形程度下（下（TZPTZP试验时取毛坯直径试验时取毛坯直径D D0 052mm52mm，冲头直径冲头直径d dp p30mm30mm）最大拉深力与试验中最大拉深力与试验中已经成型的试样侧壁的拉断已经成型的试样侧壁的拉断力之间的关系作为判断拉深力之间

40、的关系作为判断拉深成型性能的依据。成型性能的依据。拉深潜力试验拉深潜力试验 左图示出了拉深力左图示出了拉深力P Pmaxmax与试样最与试样最终被拉断的力终被拉断的力P P，可得到一个表示板可得到一个表示板材拉深性能的材料特性值材拉深性能的材料特性值T T。 这种方法特点之一是可一次试验成功。当这种方法特点之一是可一次试验成功。当试验进行到拉深力达到峰值试验进行到拉深力达到峰值P Pmaxmax时，随即加大压时，随即加大压边力，使试样的法兰边固定，消除在以后拉深边力，使试样的法兰边固定，消除在以后拉深程中继续变形和被拉入凹模的可能。然后，再程中继续变形和被拉入凹模的可能。然后，再加大冲头压力直

41、到试样被拉断，并测出拉断时加大冲头压力直到试样被拉断，并测出拉断时的力的力P P。 本试验按本试验按JB4409.2JB4409.28888标准来执行。标准来执行。方法特点方法特点%100max PPPTT值越大，板材的拉深性能越好。拉深-胀形复合成形性能试验（1）试验方法）试验方法 锥杯试验（福井试验）锥杯试验（福井试验）（2）试验目的）试验目的 测试材料（薄钢板）拉深测试材料（薄钢板）拉深-胀形复合胀形复合成形性能，如汽车覆盖件的成形。成形性能，如汽车覆盖件的成形。（3）试验原理）试验原理 试验时，试样平放在锥角试验时，试样平放在锥角为为60的锥的锥形凹模孔内，并取冲头直径形凹模孔内，并取

42、冲头直径dp与试样与试样外径外径D0的比值为的比值为dp/D0=0.35。 通过钢球把试样冲成锥杯（锥杯上通过钢球把试样冲成锥杯（锥杯上部侧壁为拉深成型，底部球面为胀形部侧壁为拉深成型，底部球面为胀形成型），直至锥杯底或附近发生破裂成型），直至锥杯底或附近发生破裂时停止试验。时停止试验。三、板料的基本性能与冲压成形性能的关系（一）板材的单向拉伸试验（一）板材的单向拉伸试验1、试验方法、试验方法 依据依据GB228-87进行的，旨在测试板料基本性能的试验方法。进行的，旨在测试板料基本性能的试验方法。2、标准试样图和拉伸曲线、标准试样图和拉伸曲线（二）板料的基本性能指标1、屈服极限、屈服极限s 小

43、，则抗力小、回弹小、贴模性和形状冻结性好、易失稳。小，则抗力小、回弹小、贴模性和形状冻结性好、易失稳。2、屈强比、屈强比s / b 小，则冲压成形性能好（屈服到破裂的塑性阶段长）。小，则冲压成形性能好（屈服到破裂的塑性阶段长）。3、总延伸率与均匀延伸率、总延伸率与均匀延伸率和和u 是试样破环时的延伸率，而是试样破环时的延伸率，而u是开始产生局部集中变形是开始产生局部集中变形（细颈出现）时的延伸率。（细颈出现）时的延伸率。 该指标影响翻边、扩孔成形。该指标影响翻边、扩孔成形。4、硬化指数、硬化指数n 指板材硬化的近似规律指板材硬化的近似规律=Cn中的系数值中的系数值n。 n大，则硬化严重。不利点：真实应力增大；有利点（伸长大，则硬化严重。不利点：真实应力增大；有利点（伸长类变形和胀形）：变形均化、扩展变形区、局部变薄现象减轻、类变形和胀形）：变形均化、扩展变形区、局部变薄现象减轻、增大极限拉深比。增大极限拉深比。5、板厚方向性系数、板厚方向性系数 r 或塑性应变比（或塑性应变比（r值），指板料试样拉伸试验中宽度应变与值），指板料试样拉伸试验中宽度应变与厚度应变之比。即：厚度应变之比。即： r值大，则厚度方向不易变形、拉深时切向易于收缩不起皱。值大，则厚度方向不易变形、拉深时切向易于收缩不起皱。 各向异性时，应取平均值，即：各向异性时，应取平均