冲压变形理论基础课件

冲压变形理论基础课件第二章冲压变形理论基础本章学习要求：1.掌握金属塑性变形的基本概念；2.掌握板料冲压性能和常见的冲压材料；3.了解塑性变形的力学基础和冲压成形方法的力学特点。第二章冲压变形理论基础本章学习要求：第二章冲压变形理论基础2.1塑性变形的基本概念2.2塑性力学基础2.3金属塑性变形的基本特点2.4冲压成形性能与冲压材料第二章冲压变形理论基础2.1塑性变形的基本概念第二章冲压变形理论基础一、塑性变形的物理概念2.1塑性变形的基本概念图2-1晶体变形a-无变形b-弹性变形c-弹性变形+塑性变形d-塑性变形第二章冲压变形理论基础一、塑性变形的物理概念2.1塑性第二章冲压变形理论基础二、塑性及塑性指标1.塑性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能力。表2-1影响金属塑性的因素影响因素影响规律化学成分及组织金属塑性随其纯度的增加而提高。合金元素对金属塑性的影响，取决于加入元素的特性、数量、元素之间的相互作用及分布等。一般情况下，单向组织比多向组织的塑性好，固溶体比化合物的塑性好。变形温度就大多数金属和合金而言，总的趋势是：随着温度的增加，塑性增加。但在升温过程中的某些区间内，塑性会降低，出现脆性区。应力状态主应力状态中的压应力个数越多，数值越大，金属塑性越好；反之，拉应力个数越多，数值越大，其塑性越低。尺寸因素同一种材料，在其他条件相同的情况下，尺寸越大，塑性越差。变形速度变形速度的增大使金属的真实流动应力提高，导致金属的塑性降低；同时，变形速度的增大，温度效应显著，会提高金属的塑性。第二章冲压变形理论基础二、塑性及塑性指标1.塑性塑第二章冲压变形理论基础二、塑性及塑性指标2.塑性指标延伸率：断面收缩率：变形力——塑性变形时，使金属产生变形的外力称为变形力。变形抗力——金属抵抗变形的力。它反映材料产生塑性变形的难易程度，一般用金属材料产生塑性变形的单位变形力表示其大小。第二章冲压变形理论基础二、塑性及塑性指标2.塑性指标第二章冲压变形理论基础2.2塑性力学基础模具外力毛坯内力零件一、点的应力和与应变状态图2-2点的应力状态a任意坐标系b主轴坐标系第二章冲压变形理论基础2.2塑性力学基础模具外力毛坯内力第二章冲压变形理论基础2.2塑性力学基础图2-39种主应力状态

图2-43种主应变状态

第二章冲压变形理论基础2.2塑性力学基础图2-39种第二章冲压变形理论基础2.2塑性力学基础二、屈服条件在多向应力状态时，只有当各个应力分量之间符合一定的关系时，该点才开始屈服，这种关系就称为塑性条件，或称屈服条件。式中：

、——最大、最小主应力、坯料的屈服应力；——应力状态系数，其值在1.0～1.155范围内。单向应力状态及轴对称应力状态（双向等拉、双向等压）时，取；平面变形状态时，取。在应力分量未知情况下，一般近似取1.1。、三、金属塑性变形时的应力应变关系增量理论：第二章冲压变形理论基础2.2塑性力学基础二、屈服条件在第二章冲压变形理论基础2.2塑性力学基础全量理论：式中：——主应力——主应变——非负比例系数，是一个与材料性质和变形程度有关的函数，而与变形体所处的应力状态无关。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；第二章冲压变形理论基础2.2塑性力学基础全量理论：式中：第二章冲压变形理论基础2.2塑性力学基础3.在任何一种应力状态下，应力分量的大小与应变分量的大小次序是相对应的，即，则有。

4.若有两个应力分量相等，则对应的应变分量也相等，即若，则有。第二章冲压变形理论基础2.2塑性力学基础3.在任何一种应第二章冲压变形理论基础2.3金属塑性变形的基本特点

一、硬化规律1.加工硬化材料的强度指标（屈服强度与抗拉强度）随变形程度的增加而增与断面收缩率）随之降低。

加；塑性指标（伸长率实际应力曲线与假象应力曲线2.硬化曲线图2-5金属的应力—应变图1-实际应力曲线2-假象应力曲线硬化曲线用数学函数式表示：

式中：——材料常数；——材料的硬化指数；——应力；——应变。第二章冲压变形理论基础2.3金属塑性变形的基本特点一、第二章冲压变形理论基础几种常用冲压板料的硬化曲线图2-6几种常用冲压板材的硬化曲线二、卸载弹性恢复和反载软化现象

弹性恢复的应变量为：第二章冲压变形理论基础几种常用冲压板料的硬化曲线图2-6第二章冲压变形理论基础图2-7硬化曲线

图2-8反载软化曲线

第二章冲压变形理论基础图2-7硬化曲线图2-8第二章冲压变形理论基础三、冲压成形的力学特点与分类图2-9冲压毛坯分析a拉深b再次拉深c翻边d缩口(a)(b)(c)(d)第二章冲压变形理论基础三、冲压成形的力学特点与分类图2第二章冲压变形理论基础图2-10冲压应力图

图2-11冲压变形图

第二章冲压变形理论基础图2-10冲压应力图图2-11第二章冲压变形理论基础1.冲压毛坯变形区受两向拉应力作用2.冲压毛坯变形区受两向压应力的作用3.冲压毛坯变形区受异号应力的作用，且拉应力的绝对值大于压应力的绝对值第二章冲压变形理论基础1.冲压毛坯变形区受两向拉应力作第二章冲压变形理论基础4.冲压毛坯变形区受异号应力的作用而且压应力的绝对值大于拉应力的绝对值综上所述：冲压变形可分为伸长类变形和压缩类变形表2-3伸长类变形和压缩类变形工艺项目伸长类变形压缩类变形变形区的板厚减薄增厚变形区的质量问题变形程度过大引起变形区破坏压应力作用下失稳起皱成形极限主要取决于板材的塑性与板材厚度无关，可用断后伸长率及成形极限线判断主要取决于传力区的承载能力与板材抗失稳能力密切相关；与板材厚度有关提高成形极限的措施改变板材塑性使变形均化，降低局部变形程度工序间热处理采用多道工序成形，改变传力区与变形区的力学关系，采用防起皱措施第二章冲压变形理论基础4.冲压毛坯变形区受异号应力的作第二章冲压变形理论基础四、冲压变形趋向性及其控制1.冲压变形趋向性弱区必先变形，变形区应为弱区图2-12变形趋向性对冲压工艺的影响A变形区B传力区C已变形区传力区不致产生镦粗变形的条件是：

变形区产生缩口变形的条件是：

在保证传力区不致产生塑性变形下能够进行缩口的条件为：

综上所述，在工艺过程设计和模具设计时，除要保证变形区为弱区外，还要保证变形区必须实现的变形方式要求最小的变形力。第二章冲压变形理论基础四、冲压变形趋向性及其控制1.第二章冲压变形理论基础2.变形趋向性的控制1)理地确定初始毛坯的尺寸和中间毛坯的尺寸2)改变模具工作部分的几何形状和尺寸3)改变毛坯与模具之间的摩擦阻力4)降低变形区的变形抗力或提高传力区的强度表2-4平面毛坯的变形趋势尺寸关系变形方式dT/D0＞0.5～0.66；d0/DT

＜0.15拉深dT/D0＜＞0.4；d0/DT

＞0.2～0.3翻边dT/D0＜0.4；d0/DT

＜0.15胀形第二章冲压变形理论基础2.变形趋向性的控制1)理地第二章冲压变形理论基础图2-13变形趋向性的控制第二章冲压变形理论基础图2-13变形趋向性的控制第二章冲压变形理论基础2.4冲压成形性能与冲压材料一、材料的冲压成形性能材料的冲压成形性能：材料对各种冲压加工方法的适应能力。冲压成形性能是一个综合性的概念成形极限成形质量1.成形极限成形极限：在冲压成形过程中，材料能达到的最大变形程度。2.成形质量冲压件的质量指标主要是指尺寸精度、厚度变化、表面质量以及成形后材料的物理机械性能等。第二章冲压变形理论基础2.4冲压成形性能与冲压材料一、材第二章冲压变形理论基础二、板材冲压成形性能的试验方法间接试验：拉伸试验、剪切试验、硬度试验、金相试验等。直接试验：反复弯曲试验、胀形性能试验、拉深性能试验等。图2-14拉伸试验用的标准试样图

2-15拉伸曲线

1.试验方法第二章冲压变形理论基础二、板材冲压成形性能的试验方法间第二章冲压变形理论基础2.板料的力学性能与冲压成形性能的关系（1）总延伸率与均匀延伸率：是在拉伸试验中试样破坏时的延伸率，称为总延伸率，简称延伸率。：是在拉伸试验中开始产生局部集中变形时（刚出现细颈时）的延伸率，叫做均匀延伸率。（2）屈强比（）屈强比小,说明值小而值大，即容易产生塑性变形而不易产生拉裂。

第二章冲压变形理论基础2.板料的力学性能与冲压成形性能的第二章冲压变形理论基础（3）弹性模量弹性模量愈大，在成形过程中抗压失稳能力愈强，卸载后弹性恢复愈小，有利于提高零件的尺寸精度。（4）硬化指数硬化指数愈高，材料均匀变形的能力愈强。值越大的材料，硬化效应就大，这对于伸长类变形来说是有利的。

第二章冲压变形理论基础（3）弹性模量弹性模量愈大，在成第二章冲压变形理论基础（5）板料厚向异性指数厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应变之比,即：——宽度方向、厚度方向的应变。

值大时，有助于提高拉深变形程度。（6）板平面各向异性指数