(1-3)冲压变形理论基础

1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3 1
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
第三节 冲压变形理论基础
三、塑性力学基础（续）
3．金属塑性变形时的应力应变关系（续） 几点讨论结论： （1）应力分量与应变分量符号不一定一致，• 拉应力不一定对 即 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； （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б1＞б2＞б3，则有ε1＞ε2＞ε3。 （4）若有两个应力分量相等，• 对应的应变分量也相等，即若 则 б1＝б2，则有ε1＝ε2。
方板拉深试验——最小阻力定律试验
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
a)
b)
缩口加工中制件各区的划分 A-传力区；B-变形区；C-已变形区。
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
1.当D-d较大，h较小，翻边。 2.当D-d较小，h较大时：
a. 拉深后切底切边缘；
b. 将D0增大，翻边后再切 边缘。
变形趋向性对冲压工艺的影响
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
4．最小阻力定律（续） 控制变形的趋向性： 开流 和 限流 开流：在需要金属流动的地方减少阻力，使其顺利流动。 如加大圆角半径和间隙、减小摩擦等。 限流： 在不需要金属流动的地方增大阻力，限制金属流动。 如减小圆角半径和间隙、增大摩擦等。 板料各区的划分： 变形区，传力区， 不变形区，已变形区 弱区先变形，变形区为弱区
S S
一般应力状态：σ 1-σ 3=β σ
式中 σ1、σ3 、σS——最大主应 力、最小主应力和屈服应力； β——应力状态系数 ，一般近 似取1.1。
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第三节 冲压变形理论基础
三、塑性力学基础（续）
3．金属塑性变形时的应力应变关系 弹性变形阶段：应力与应变之间的关系是线性的、可逆的， 与加载历史无关； 塑性变形阶段：应力与应变之间的关系则是非线性的、 不可逆的，与加载历史有关。
（2）常用冲压材料 黑色金属、有色金属、非金属材料
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第三节 冲压变形理论基础 本节小结：
1、塑性变形的基本概念； 2、塑性变形对金属组织和性能的影响； 3、塑性力学基础； 4、金属塑性变形的一些基本规律； 5、冲压材料及其冲压成形性能。
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
1）D0/dT小，d0/dT小，拉深 2）D0/dT大，d0/dT大，翻边 3）D0/dT大，d0/dT小，胀形
环形毛坯的变形趋向 （ａ）变形前的模具与毛坯 （ｂ）拉深 （ｃ）翻边 （ｄ）胀形
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
五、冲压材料及其冲压成形性能（续）
2．冲压成形性能的试验 间接试验，直接试验（模拟试验） （1）伸长率： 其数值大，塑性好。 （2）屈强比： s / b 其值小，允许的塑性
变形空间大。
（3）弹性模量E：刚性系数，其值越大，抗失稳能力强，弹性恢复小。 （4）硬化指数n：其值越大，硬化效应越大，材料均匀变形能力越高。
Lk L0 100 % L0 F0 Fk 100 % F0
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第三节 冲压变形理论基础
二、塑性变形对金属组织和性能的影响
金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化， 而且其内部的组织和性能也将发生变化。一般会产生加工硬化 或应变刚现象： 金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐 增加，而塑性和韧性逐渐降低； 晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生各向 异性； 由于变形不均匀，会在材料内部产生内应力，变形后作为 残余应力保留在材料内部。
五、冲压材料及其冲压成形性能
1．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。 冲压加工的依据。 成形极限高 材料的冲压性能好 成形质量好 便于冲压加工
伸长类变形： 当作用在坯料变形区的拉应力的绝对值最大时， 在此方向上发生的变形一定是伸长变形，如胀 形、扩口、内孔翻边。 压缩类变形： 当作用在坯料变形区的压应力的绝对值最大时， 在此方向上发生的变形一定是压缩变形，如拉 深、缩口。
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复习上次课内容
如何选择冲压设备？
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第三节 冲压变形理论基础
一、塑性变形的基本概念
变形：弹性变形、塑性变形。
塑性：表示材料塑性变形能力。它是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。 塑性指标：衡量金属塑性高低的参数。常用塑性指标为延伸率 δ 和断面收缩率ψ 。
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第三节 冲压变形理论基础
三、塑性力学基础
1．点的应力与应变状态 为了全面、完整地描述变形区内各点的受力和变形情况。 应力——正应力、剪应力 应力状态： 通常是围绕该点取出一个微小（正）六面体（即所 谓单元体），用该单元体上三个相互垂直面上的九 个应力分量来表示。已知该九个应力分量，则过此 点任意切面上的应力都可求得。 主应力状态： 塑性变形可能出现九种主应力状态。
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4．最小阻力定律（续）
限制变形的趋向性措施：
（1）材料本身的特性 冲压工序的性质 工艺参数 （2）板料的应力状态 模具结构参数（如凸模、凹模工作 部分的圆角半径，摩擦和间隙等。 局部加热或深冷：降低变形区的变 形抗力，提高传力区强度。
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
类似有应变状态的概念。一般认为金属材料在塑性变形时体积 不变， 因此主应变状态图只有三种。
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第三节 冲压变形理论基础
三、塑性力学基础（续）
2．金属的屈服条件
屈服——塑性状态，主要取决于两方面的因素： （1）在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理 机械性质——转变的根据； （2）材料所处的应力状态——转变的条件。 单向应力状态： σ =σ
点的应力状态 a）任意坐标系 b）主轴坐标系
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9种主应力状态图
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3种主应变状态图
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
金属的应力-应变图 1-实际应力曲线 2-假象应力曲线
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硬化曲线
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
（5）板厚方向性系数： b / t 值大些较好
（6）板平面方向性：△r小一些好，各向异性不明显。
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3．板料的机械性能与冲压成形性能的关系
板料的强度指标越高，产生相同变形量的力就越大；
塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大； 刚度指标越高，• 形时抵抗失稳起皱的能力就越大。 成
一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，可证明满足：
ε
1
+ε
2
&#冷冲压模具设计与制造基础
第三节 冲压变形理论基础
四、金属塑性变形的一些基本规律（续）
4．最小阻力定律
在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，当 金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小的方向移动。 在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方向发 展。这就是塑性变形中的最小阻力定律。
五、冲压材料及其冲压成形性能（续）
4．冲压材料 （1）对冲压材料的要求
a．对冲压成形性能的要求：良好的塑性，屈强比小，• 性模量 弹 高，板厚方向性系数大，板平面方向性系数小。• b．对材料厚度公差的要求：材料的厚度公差应符合国家规定标准。 因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，• 料厚度公差太大，不仅直 材 接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。 c．对表面质量的要求：材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质 的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。• 面质量好的材料，冲压时不易 表 破裂，不易擦伤模具，工件表面质量好。
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第三节 冲压变形理论基础
四、金属塑性变形的一些基本规律
1．硬化规律 加工硬化： 塑性降低，变形抗力提高。能提高变形均匀性。 硬化曲线： 实际应力曲线或真实应力曲线。表示硬化规律。 这种变化规律可近似用指数曲线表示。
σ =Aε
n
n—硬化指数，n越大，表示在冷变形过程中，材料的变形抗 力随变形程度的增加而迅速的增大，同时材料的均匀变形能力 增强。
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第三节 冲压变形理论基础
四、金属塑性变形的一些基本规律（续）
2．卸载弹性恢复规律和反载软化现象
反载软化曲线
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第三节 冲压变形理论基础
四、金属塑性变形的一些基本规律（续）
3．体积不变条件 金属材料在塑性变形时，体积变化很小，可以忽略不计。
不同冲压工序对板料的机械性能的具体要求有所不同。
工序名称 性能要求
具有足够的塑性，在进行冲裁时材料不开裂；材料的硬度一 般应低于冲模工作部分的硬度。
具有足够的塑性、较低的屈服极限和较高的弹性模量 具有高塑性、屈服极限低和板厚方向性系数大，板料的屈强 比小，板平面方向性系数小。
冲裁 弯曲
拉深
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