冲压成形原理

1、冲压成形原理冷冲压工艺与模具设计第1页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计第一章 冲压成形原理1.1 金属塑性变形的概念1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素1.3 金属塑性变形的力学条件1.4 冲压成形中的变形趋向性及其控制1.5 板料的冲压成形性能和试验方法第2页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计变形：外力作用下，形状和尺寸发生变化的现象叫变形。分为弹性变形和塑性变形。弹性变形：在外力作用，金属的形状和尺寸发生变化，当外力去除时，金属完全恢复了原始的形状和尺寸，这样的变形称为弹性变形。塑性变形：在外力作用，产生不可

2、恢复的永久变形，称为塑性变形。单晶体一般有滑移和孪生两种形式，多晶体则有晶内变形(滑移和孪生)、晶间变形。(单晶体)滑移：晶体一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分作相对移动。孪生：晶体一部分相对另一部分，对应于一定的晶面沿一定方向发生转动。晶间变形：在外力作用下，多晶体中各晶粒之间相对移动(滑动或转动)而产生变形。1.1 金属塑性变形的概念第3页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计1.1 金属塑性变形的概念塑性变形对金属性能和组织的变化： 纤维组织：各晶粒沿最大的变形方向伸长，形成纤维状的晶粒组织，即纤维组织。 加工硬化： 残余应力： 织构现象：各向异性

3、第4页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素塑性：产生永久变形而不被破坏的能力。影响因素：金属本身的晶格类型、化学成份和金相组织等。变形时的外部条件：变形温度、变形速度、变形方式等。变形抗力：抵抗塑性变形的能力。影响因素：金属的内部性质：金属的变形条件：塑性和变形抗力是两个不同的概念。塑性反映材料破坏前的变形程度大小，变形抗力是从力的角度反映塑性变形的难易程度。第5页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素一、金属成分与组织对塑性变形的影响二、变形温度对

4、塑性变形的影响三、变形速度对塑性变形的影响四、应力应变状态对塑性变形的影响第6页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素一、金属成分与组织对塑性变形的影响1、化学成分(以碳钢为例)碳含量增加，塑性下降。杂质元素含量增加，一般对塑性变形不利。(如P、S)合金元素：塑性降低，变形抗力提高。2、组织塑性：“面心立方”好于“体心立方”好于“密排六方”；晶粒细化：塑性和变形抗力均提高；塑性：“单晶组织”好于“多相组织”(如散强化)。第7页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计1.2 影响塑性和变形抗

5、力的主要因素二、变形温度对塑性变形的影响温度升高，发生了回复与再结晶，塑性显著提高，变形抗力显著降低。温度升高，临界剪应力降低，滑移系增加，大大提高了金属的塑性。温度升高，产生新的塑性变形方式热塑性。热塑性：温度升高时，原子的热运动加剧，晶格中原子处于一种不稳定的状态，若晶体受到外力作用，原子就会沿着应力梯度方向，由一个平衡位置转移到另一个平衡位置(不是沿着一定的晶面和晶向)，使金属产生塑性变形，称热塑性。温度升高，导致晶界的切变抗力显著降低，晶界易于滑动；又由于 扩散作用的加强，及时消除了晶界滑动所引起的微裂纹。故金属在高温下具有良好的塑性和低的变形抗力。蓝脆(200-400)、热脆(800

6、-950) 为了提高材料的变形程度，减小变形力，确定变形温度时，必须根据材料的力学性能曲线，以及加热对于材料产生的不利影响(如晶间腐蚀、氢脆、氧化、脱碳等)合理选用，避免盲目性。第8页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素三、变形速度对塑性变形的影响变形速度：指单位时间内应变的变化量。影响： 变形速度大时，临界切应力升高，变形抗力增加，塑性降低。 变形速度大时，温升高，金属软化。选择： 对于大型复杂零件的成形，宜用低速，以免变形不均匀，引起局部拉裂和起皱。 对于不锈钢、耐热合金、钛合金等对变形速度敏感的材料，宜用低速。目前

7、常规冲压使用的压力机工作速度较低，对金属塑性变形性能的影响不大。第9页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素四、应力应变状态对塑性变形的影响1、塑性变形时的应力应变状态点的应力状态：9种主应力图(1、2、3拉、压，1(2)拉1(2)压)点的应变状态：3种主应变图(1伸1缩，1伸2缩，2伸1缩)2、应力状态对塑性变形的影响静水压力：三向等压应力状态。影响：应力状态中压应力个数越多，压应力越大，即静水压力大，材料的塑性越好；反之，压应力个数少，压应力小，甚至存在拉应力，则塑性差。原因：1)压应力阻止或减少晶间变形，提高塑性；2

8、)压应力会消除或抑制晶体塑性变形引起的微观变化(破坏)；3)压应力能抑制或消除原有的晶格缺陷；4)三向压缩作用能抵消由于不均匀变形所引起的附加拉应力，防止表面裂纹的产生。第10页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计1.3 金属塑性变形的力学条件一、弹塑性变形共存规律二、硬化曲线（真实应力应变曲线）真实应力：塑变过程中，屈服应力在变化，即为真实应力。真实应变：冲压塑性成形通常属于大变形，物体塑性变形是一个逐渐积累的结果。在这种情况下，要反映真实的应变，就只能取变形过程中的某一微小时间间隔内的变形来考察，是谓真实应变。1、硬化曲线：多数近似于抛物线。立方晶格金

9、属：硬化指数是表明材料冷变形硬化的重要参数，对板料的冲压性能以及冲压件的质量都有较大影响。大时，冷作硬化显著，对后续变形工序不利，有时需增加中间退火工序。但值大对于以伸长变形为特点的成形工艺（如胀形、翻边等），由硬化引起的变形抗力的显著增加，可以抵消毛坯变形处局部变薄而引进的承载能力的减弱，制止变薄处的进一步的发展，使之转移到别的尚未变形的部位，提高了变形均匀性，使变形后的零件壁厚均匀，刚性好，精度高。2、屈服条件屈雷斯加准则：材料中的最大切应力达到某一定值时，材料就开始屈服。密赛斯准则：材料中的等效应力达到某一定值时，材料开始屈服。三、塑性变形的应力应变关系第11页，共15页，2022年，5

10、月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计1.3 金属塑性变形的力学条件三、塑性变形的应力应变关系1、塑性变形的体积不变规律塑性变形的结果，物体主要发生形状的改变，而体积的变化很微小，一般可以忽略不计，即：1230（三个主应变之和等于零）2、塑性变形的全量理论：主应力差与主应变差成比例应用：1）球应力状态时，毛坯不产生塑变，仅有弹变2）平面变形时，主应力与平均应力相等的方向上不产生塑变，且此主应力即为中间主应力。如宽板弯曲时的宽度方向。3）平板毛坯胀形时，中心部位为双向拉伸一向压缩，产生变薄，且厚度方向的应变对另两方向的应变之和。4）毛坯三向受压状态时，最大压应力方向上的变形一定是压缩变

11、形，最小压应力方向上一定是伸长变形。第12页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计1.4 冲压成形中的变形趋向性及其控制一、结论：在冲压成形过程中，需要最小的变形力的区是个相对的弱区，弱区必先变形，即，变形区为弱区。二、控制1、改变毛坯各部分的相对尺寸原则：相对尺寸不同，弱区位置不同。2、改变模具工作部分的几何形状和尺寸。原则：圆角半径增大，变形阻力减小。（如增大凸模圆角半径，减小凹模圆角半径，即为翻边变形；如反之，则为拉深变形）3、改变毛坯与模具之间的摩擦阻力。原则：摩擦阻力大则变形较难，反之亦然。4、改变毛坯局部区域的温度。局部加热，使金属软化，易于变形

12、而成为变形区；局部冷却，增大承载能力，使难于变形而成为非变形区。第13页，共15页，2022年，5月20日，8点29分，星期一冷冲压工艺与模具设计1.5 板料的冲压性能和试验方法一、冲压成形性能：定义：材料对各种冲压成形方法的适应能力称为冲压成形性能。冲压成形性能好，就是指其便于冲压加工，单个冲压工序的极限变形程度和总的极限变形程度大，生产率高，成本低，容易得到高质量的冲压件。1、抗破裂性：成形极限（极限拉深系数，极限胀形系数，极限翻边系数等）2、贴模性：取得模具形状的能力。（内皱，翘曲，塌陷和鼓起等几何面缺陷）3、定形性：脱模后保持既得形状的能力。（回弹）二、试验方法1、间接试验：拉伸、硬度、金相等。原