第2章 冲压成形的特点与基本规律

模具 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 原理及工艺(一)武汉科技大学材控系熊九郎*第2章冲压变形的基本原理2.1金属塑性变形的基本概念2.2金属塑性变形的力学基础2.3冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类2.4板料冲压成形性能及冲压材料变形的概念——在外力的作用下，金属产生的形状和尺寸变化。2.1金属塑性变形的基本概念变形的分类弹性变形——卸载后可以恢复的变形， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为可逆性。塑性变形——卸载后不能恢复的变形，表现为不可逆性。2.1.1塑性变形的物理概念2.1.2塑性变形的基本方式2.1.3金属的塑性与变形抗力2.1.4影响金属塑性和变形抗力的主要因素2.1金属塑性变形的基本概念2.2金属塑性变形的力学基础　　外力　　　内力　　模具毛坯零件毛坯的变形都是模具对毛坯施加外力所引起内力或由内力直接作用的结果。应力就是毛坯内单位面积上作用的内力。应力应理解为一极小面积上的内力与该面积比值的极限，即：2.2金属塑性变形的力学基础2.2.1一点的应力应变状态2.2.2屈服准则2.2.3塑性变形时应力与应变关系2.2.4硬化与硬化曲线2.3变形毛坯的力学特点与分类2.3.1冲压成形中毛坯的分析2.3.2变形区的应力应变特点2.3.3冲压成形中的变形趋向性及其控制2.4板料冲压成形性能及冲压材料2.4.1板料的冲压成形性能2.4.2板料冲压成形试验方法2.4.3金属板料的力学性能与冲压成形性能的关系2.4.4常用的冲压材料及其性能2.1.1塑性变形的物理概念外力破坏原子间原有的平衡状态，造成原子排列的畸变，引起金属形状和尺寸的变化。塑性变形：金属形状和尺寸产生永久改变，这种改变不可恢复，该变形称为塑性变形。金属塑性变形的微观机理2.1.2塑性变形的基本方式单晶体：滑移：作用于晶体上的切应力达一定值时，晶体一部分沿一定晶面的一定方向与另一部分作相对移动。孪动：作用于晶体上的切应力达一定值时，晶体一部分沿一定晶面的一定方向与另一部分作相对转动。多晶体：晶内变形：单个晶粒内部由于滑移或孪动产生的变形。晶间变形：在外力作用下由于晶粒间发生的相对移动或转动而生的的变形。变形后形成的组织改变纤维组织、变形织构2.1.3金属的塑性与变形抗力塑性的概念——指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而不破坏其完整性的能力。——反映变形的能力。塑性指标：延伸率断面收缩率变形抗力——金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为变形抗力。塑性：反映变形的能力。变形抗力：是塑性变形的难易程度。2.1.4影响金属塑性和变形抗力的主要因素1.化学成份和组织的影响化学成分：铁、碳、合金元素、杂质元素。组织：单相组织、多相组织。组织的不同塑性和变形抗力会有很大的差别。钢的制造工艺：冶炼、浇注、锻造、轧制、热处理2.变形温度的影响温度升高，回复与再结晶；温度升高，原子热运动加剧；温度升高，原子热振动加剧（热塑性）；温度升高，晶界强度下降；3.变形速度的影响速度大时，塑性变形来不及扩展。没有足够时间回复、再结晶，塑性降低变形抗力增大。速度大时，热效应显著，变形体有温度效应对塑性增加有利。2.2.1一点的应力应变状态一点的应力状态一点的应变状态冲压变形的应力应变特点2.2.1一点的应力状态一点的应力状态——过一点有无数的截面，这一点的各个截面上应力情况的集合，称为这点的应力状态应力状态的表示——单元体：——构件内点的代表物，是包围被研究点的无限小的几何体，常用的是正六面体。单元体应力——应力张量应力的维数三向应力状态——三个主应力都不为零的应力状态。二向应力状态——一个主应力为零的应力状态。单向应力状态——一个主应力不为零的应力状态。sxsxtzxsxsxtxz一维应变与位移的关系位移：MM'NN'ss+u线变形：u平均线应变：线应变：MNLM'N'L'角应变（切应变）：应变与位移的关系—几何方程xyoPABdxdyuvP'A'B'A''abxy＝a+bxy几何方程单元体上的应力张量xxyyxzyxzzxzyyzyzyyxxyz正应力：剪应力：xyyxyzzyzxxzxyz剪应力互等定理过一点的两个正交面上，如果有与相交边垂直的剪应力分量，则两个面上的这两个剪应力分量一定等值、方向相对或相离。三、冲压成形的应力应变特点平面应力状态多——垂直于板面方向上的单位压力数值远小于板面方向上的内应力。伸长类变形多——冲压毛坯的厚度很小，压应力作用下的抗失稳能力也很差。静水压力影响小——冲压成形基本不发生体积的变化；主应变之和等于零。模具的约束作用轻——板料毛坯存在一定的自由度，只有一侧表面与模具接触，而另一侧为自由表面。2.2.2屈服准则屈服准则：——材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某点的应力满足屈服准则，该点就进入塑性状态。屈服准则的确定方法根据不同的应力路径进行实验，可确定从弹性阶段进入塑性阶段的分界面。分界面：区分弹性区和塑性区的界面。屈服准则：描述分界面的数学表达式。（屈服函数）两个常用的屈服准则1.屈雷斯加(H·Tresca)屈服准则2.密席斯(VonMises)屈服准则两种屈服准则的比较1.屈雷斯加(H·Tresca)屈服准则屈雷斯加于1864年提出——当材料中的最大剪应力达到某一定值时，材料即行屈服。因此，该准则又称为最大剪应力屈服准则。表达式：几何表示：正六棱柱面s1s2s30平面应力时的屈服轨迹s1s20屈雷斯加屈服准则特点：在主应力次序已知时使用方便。当主应力次序未知时，数学表达式不连续，使用不便。2.密席斯(VonMises)屈服准则密席斯于1913年提出了另一屈服准则：——当材料中的等效应力达到某一定值时，材料就开始屈服。由单向拉伸试验可确定该值，该值为材料的屈服点σs。表达式几何表示：圆柱形两种屈服准则的比较（1）单向拉伸时重合：s1s2s30xyTresca六边形内接于Mises圆（2）纯剪切时重合：Tresca六边形外切于Mises圆15.5%13.4%2.2.3塑性变形时应力与应变关系物体受力→变形→→应力与应变之间一定存在着某种关系。弹性变形——应力与应变之间的关系是线性的、可逆的，变形是可以恢复的。（虎克定律）塑性变形——应力应变关系是非线性的、不可逆的。2.2.3塑性变形时应力与应变关系增量理论：瞬间的应变增量与相应应力的关系全量理论：主应力差与主应变差成比例冲压成形基本不发生体积2.2.4硬化与硬化曲线硬化的概念——材料的强度指标随变形程度的增加而增加，塑性随之降低。硬化曲线实际应力曲线与假象应力曲线几种常用冲压板料的硬化曲线硬化指数表明材料冷变形硬化的重要参数。图1.2.6实际应力曲线与假象应力曲线图1.2.7硬化曲线2.3.1冲压成形中毛坯的分析板料冲压成形时，毛坯不同位置的应力状态和应变状态并不相同。塑性变形区：——应力状态满足屈服准则从而产生塑性变形的区域。不变形区：——应力状态不满足屈服准则从而不会产生塑性变形的区域。冲压毛坯各区的划分(a)拉深(b)再次拉深(c)翻边(d)缩口A为塑性变形区；B不变形区、已变形区；C不变形区、始终不变形区；D为不变形区；暂不变形区。(a)(b)(c)的B区和(d)图的C、D区为传力区。变形区与不变形区的判断准则：形状是否改变。（不准确，(b)中的A区）任意两点间是否有相对位移。2.3.2变形区的应力应变特点平面应力状态多——垂直于板面方向上的单位压力数值远小于板面方向上的内应力。伸长类变形多——冲压毛坯的厚度很小，压应力作用下的抗失稳能力也很差。静水压力影响小——冲压成形基本不发生体积的变化；主应变之和等于零。模具的约束作用轻——板料毛坯存在一定的自由度，只有一侧表面与模具接触，而另一侧为自由表面。冲压应力图六角形和椭圆形的力学意义?屈雷斯加、密席斯屈服准则。冲压变形的分类两向拉应力（）12两向压应力（）34两向异号应力5678变形等效，仅仅是最大应力的方向不同。变形等效，仅仅是最大应力的方向不同。 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 冲压成形方法与冲压应力图和应变图中的不同区域存在一一对应关系。冲压应力图与应变图的相应区域也存在着一一对应关系。全部的冲压变形概括为伸长与压缩两大类。伸长类成形：——毛坯变形区拉应力的绝对值最大时，在该方向上的变形为伸长变形。压缩类成形：——毛坯变形区压应力的绝对值最大时，在该方向上的变形为压缩变形。表2-1伸长类变形和压缩类变形的比较1时的应力状态，，——经向、纬向和厚度方向上的主应变，，——经向、纬向与厚度方向上的主应力——平均应力k——正常数因为，则，所以一定有——两向拉应力的平面应力状态时，如果绝对值最大的拉应力是，则在这个方向上的主应变一定是正应变，即是伸长变形。因为，则，由式可知——板料厚度方向上的应变为负值，是压缩变形，厚度变薄。在方向上的变形决定于和的数值：当时，当时，当时，双向等拉应力状态()时，有；单向拉应力状态()时，有。冲压应力图冲压变形图2时的应力状态因为，则，所以一定有——两向拉应力的平面应力状态时，如果绝对值最大的拉应力是，则在这个方向上的主应变一定是正应变，即是伸长变形。因为，则，由式可知——板料厚度方向上的应变为负值，是压缩变形，厚度变薄。在方向上的变形决定于和的数值：当时，当时，当时，双向等拉应力状态()时，有；单向拉应力状态()时，有。冲压应力图冲压变形图3时的应力状态因为，则，所以——在两向压应力作用的平面应力状态时，如果绝对值最大的应力是，则在这个方向上的应变一定是负的，即压缩类变形。因为，则，所以——板料厚度方向上的应变为正值，是伸长类变形，厚度变厚。在方向上的变形决定于和的数值：当时，当时，当时，双向等压应力状态()时，有；单向拉应力状态()时，有。冲压应力图冲压变形图4时的应力状态因为，则，所以——在两向压应力作用的平面应力状态时，如果绝对值最大的应力是，则在这个方向上的应变一定是负的，即压缩类变形。因为，则，所以——板料厚度方向上的应变为正值，是伸长类变形，厚度变厚。在方向上的变形决定于和的数值：当时，当时，当时，双向等压应力状态()时，有；单向拉应力状态()时，有。冲压应力图冲压变形图5时的应力状态因为，，则，所以——两平面应力为异号应力时，如果绝对值最大的应力是压应力，则在这个绝对值最大的压应力方向上的应变是负的，即为压缩类变形。因为，则，——板料厚度方向上的应变为正值，是伸长类变形，厚度变厚。因为，则，——径向应力为拉应力，其方向上的应变也正值，即是伸长类变形。由于，当时，有；单向压应力()时，有。冲压应力图冲压变形图6时的应力状态因为，，则，所以——两平面应力为异号应力时，如果绝对值最大的应力是压应力，则在这个绝对值最大的压应力方向上的应变是负的，即为压缩类变形。因为，，则，所以——两平面应力为异号应力时，如果绝对值最大的应力是压应力，则在这个绝对值最大的压应力方向上的应变是负的，即为压缩类变形。因为，，则，所以——两平面应力为异号应力时，如果绝对值最大的应力是压应力，则在这个绝对值最大的压应力方向上的应变是负的，即为压缩变形。因为，则，——板料厚度方向上的应变为正值，是伸长变形，厚度变厚。因为，则，——轴向应力为拉应力，其方向上的应变也正值，即是伸长变形。由于，当时，有；单向压应力()时，有。冲压应力图冲压变形图因为，则，——两平面应力为异号应力，如果绝对值最大的应力是拉应力，则在这个绝对值最大的拉应力方向上的应变是正的，即为伸长变形。7时的应力状态因为，则，——板料厚度方向上的应变为负值，是压缩变形，厚度变薄。由于，当时，有；单向压应力()时，有。因为，则，——径向应力为拉应力，其方向上的应变也负值，即是压缩变形。冲压应力图冲压变形图8时的应力状态因为，则，——两平面应力为异号应力，如果绝对值最大的应力是拉应力，则在这个绝对值最大的拉应力方向上的应变是正的，即为伸长变形。因为，则，——板料厚度方向上的应变为负值，是压缩变形，厚度变薄。因为，则，——轴向应力为压应力，其方向上的应变也负值，即是压缩变形。由于，当时，有；单向压应力()时，有。冲压应力图冲压变形图冲压变形趋向性的主要内容冲压变形趋向性的控制措施2.3.3冲压变形趋向性及其控制冲压变形趋向性——变形的趋势；——冲压毛坯各部分是否发生变形，以什么方式变形，以及变形的程度。二、冲压变形趋向性的主要内容弱区先变形变形区与其相邻区相互影响变形区尺寸与加工硬化影响三、冲压变形趋向性的控制措施合理确定毛坯各部分的相对尺寸改变模具工作部分的几何形状和尺寸改变毛坯和模具之间的摩擦阻力降低变形区的变形抗力或提高传力区的强度制件几何结构模具结构模具与制件工艺 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 1弱区先变形冲压成形的变形原则：弱区先变形，变形区应为弱区。在冲压模具的作用下，毛坯的各个部分都可能产生塑性变形。毛坯各部分受模具外力作用方式不同、几何形状与尺寸的不同，因而其内应力不同。因而毛坯中变形力最大、所需变形力最小的部分(弱区)首先变形。(a)开始缩口状态(b)缩口中间状态A区、C区均受作用力F的作用A区变形方式可能为：切向收缩或失稳起皱；C区变形方式可能为：镦粗和纵向失稳。缩口时的变形趋向性缩口时的变形趋向性：A区应为弱区、C区应为强区；同时切向收缩的变形应力最小。冲压过程中，弱区与强区在一定条件下可相互转化。弱区先变形的实际意义变形趋向性对冲压工艺的影响成型方式：翻边或拉深后切底。当D与d较大、h较小时——工艺方案为可用带孔的环形毛坯用翻边变形加工；当D与d较小、h较大时——工艺方案为拉深后切底或加大环形毛坯外径后翻边成形、再冲切外圆至尺寸D。弱区先变形的意义：——工艺设计、工艺方案的选择、工序和工序尺寸的确定等。弱区先变形的实际意义工艺设计的目的——工艺设计、工艺方案、工序和工序尺寸控制是为了控制弱区与强区，即控制变形趋向性。2变形区与相邻区相互影响(a)开始缩口状态(b)缩口中间状态冲压过程中，弱区与强区在一定条件下可相互转化。2变形区与相邻区相互影响冲压毛坯变形区产生与外力方向一致的内应力，并产生相应的变形与位移。诱发应力越大、屈服极限越低的相邻区将可能转变成弱区，首先发生塑性变形。变形区的变形与位移受到相邻区域的影响或牵制，从而在邻近区域产生诱发应力。相邻区形状与尺寸不同→诱发应力大小、相邻区变形方式不同（屈服极限）→变形趋向性不同。2变形区与相邻区相互影响曲面翻边时的诱发应力底面起皱变形毛坯两侧直壁受拉应力，在两侧翼曲面部位上产生诱发拉应力，在底面上产生诱发压应力。变形缺陷：——在底面上产生压应力作用下的失稳起皱；——在两侧翼面上产生因拉应力过度的开裂。3变形区尺寸与加工硬化影响板料是连续的，且厚度和性能均匀一致，变形性质相同时，由于加工硬化现象，使得变形区内应变分布也趋于均匀。并且板料材料的加工硬化性能越强，变形区内应变的分布更趋均匀。弱区先变形以及加工硬化——使得变形区应变分布均匀，可提高板料的冲压成形性能。1合理确定毛坯各部分的相对尺寸外径D0、内孔d0及凸模直径dp环形毛坯具有的三种变形趋向性：拉深翻边胀形外径D0、内孔d0都比较小，且D0/dp<1.5～2，d0/dp<0.15，宽度为D0－dp的外环部分成为弱区，为外径收缩的拉深变形。外径D0、内孔d0都比较大，且D0/dp>2.5，d0/dp>0.2~0.3，宽度为dp－d0的内环部分成为弱区，得到外径不变，内孔扩大的翻边变形。外径D0比较大、内孔d0比较小或为零，且D0/dp>2.5，d0/dp<0.15，中间部分材料为弱区，得到外径不变，中间部分变薄的胀形变形。弱区弱区弱区2改变模具工作部分的几何形状和尺寸凸模圆角半径↑、凹模圆角半径↓→翻边阻力↓、拉深阻力↑→有利于翻边变形。凸模圆角半径↓、凹模圆角半径↑→拉深变形阻尼↓、翻边阻力↑→有利于拉深变形。生产中常采用修磨圆角的方法来控制毛坯的变形趋向性。3改变毛坯和模具之间的摩擦阻力增大压边力Q，使毛坯与压边圈和凹模表面间的摩擦力增大，将有利于实现翻边或胀形而不利于拉深变形。减小压边力Q，在毛坯和凹模之间加润滑油，可以减小毛坯与压边圈和凹模表面间的摩擦阻力，有利于拉深变形。4降低变形区的变形抗力或提高传力区的强度采用局部加热或局部深冷的方法，可以降低变形区的变形抗力或提高传力区的强度，两者都能达到控制变形趋向的目的，可以使一次成形时的成形极限增大。如在拉深或缩口时对变形区局部加热，在不锈钢毛坯拉深时对传力区局部深冷，都能增大一次成形的成形极限。首次拉深再次拉深