板料的冲压成形性能与成形极限
车身工艺制造工艺学冲压330
《汽车车身制造工艺学（冲压工艺）》复习要点第一章冲压工艺概论一、学习内容1冲压工艺的特点及冲压工序的分类2金属塑性变形的力学规律3板料的冲压成形性能和成形极限图4车身冲压材料5汽车冲压技术概论二、学习目的1．通过本章学习要求学员了解冲压工序的分类（分离工序和成形工序）、塑性应力应变关系、板料性能指标对冲压成形性能的影响；2．掌握成形极限图的概念及应用三、自我测试1．名词解释冲压成形工艺分离工序成形工序主应力三向应力状态屈斯加准则米塞斯准则增量理论全量理论板料的冲压成形性能成形极限图板料的各项异性2．简述题汽车车身分为哪五部分?冲压生产线有哪两种类型?冲压加工的优点有?冲压生产三大要素?常用的分离成形工序 ( 至少三种 )?冲压成形性能包括哪几方面?材料的力学性能指标都有哪些？冲压用钢板的几种类型？常用的钢板冲压成形性能模拟试验方法有哪些？3．案例汽车车门内板的冲压工艺过程?4.选择题杯突试验结果能反映哪种冲压工艺的成形性能（）A.缩孔B.弯曲C.胀形D外凸外缘翻边塑性变形时应力应变关系是（）A. .非线性的、不可逆的B.线性的 C 可逆的 D.可叠加的冲压工序按照加工性质的不同，可以分为两大类型，即（）A.分离工序B.冲孔工序C. 成形工序D.拉深工序E. 翻边工序5.课本思考题 1 ， 3 ，5第二章冲裁工艺一、学习内容1冲裁的变形过程2冲裁间隙3冲裁模刃口尺寸4冲裁力和冲模压力中心5冲模及冲裁模6冲裁件缺陷原因及分析二、学习目的1．通过本章学习，掌握冲裁间隙的确定方法、冲裁力及其计算方法2.通过本章学习，掌握冲裁力及其计算方法3.了解冲裁件缺陷原因及分析三、自我测试1．名词冲裁光亮带冲裁间隙卸料力模具的压力中心复合模闭合高度2．简述题简述冲裁变形过程。
冲裁模刃口尺寸确定原则有哪些？影响冲裁力的主要因素有哪些？降低冲裁力的措施？冲模的种类？毛刺产生的原因有哪些？3. 选择题计算冲裁力的目的是为了合理选用压力机和设计模具，压力机的公称压力必须（）所计算的冲裁力A. 小于B.等于C.大于D. 无所谓模具的闭合高度H、压力机的最大装模高度、最小装模高度之间的关系为（）A. 无所谓B.H ≤C.≤H≤D. H≥下列哪种部件不属于模具的定位部件（）A. 定位销B. 定位侧刃C. 顶料销 D导正销冲裁的工件断面明显的分为哪几个特征区（）A. 圆角带B.起皱带C. 断裂带D. 减薄带E.光亮带模具的导向部件包括（）A.导块B. 导套C. 定位销D. 导板E. 导柱冲裁间隙对下列哪些因素有影响（）A. 冲裁件断面质量B.滑块平度C.冲裁力的大小D. 模具寿命E.冲裁件的尺寸精度按照工艺性质分类，冲模可分为哪几种（）A.拉深模B. 弯曲模C.胀形模D.翻边模E.冲裁模冲裁工序包括（）A. 修边B.落料C.扩孔D.切口E.冲孔4.综合应用题冲压工艺都有哪些特点5.课本思考题 1 , 6第三章弯曲工艺一、学习内容1弯曲的变形过程2弯曲的变形特点（应力应变分析）3弯曲力的计算4弯曲件毛坯尺寸的确定5弯曲件质量分析与控制6 弯曲模具二、学习目的1．通过本章学习，掌握弯曲变形的过程、特点2.通过本章学习，掌握弯曲件质量分析与控制3.了解弯曲模具制造过程三、自我测试1．名词解释弯曲弯曲中性层回弹2．简述题简述弯曲变形过程。
第一章 冲压变形的基本原理 复习题答案
第一章冲压变形的基本原理复习题答案一、填空题1.塑性变形的物体体积保持不变，其表达式可写成ε1+ε2+ε3=0。
2.冷冲压生产常用的材料有黑色金属、有色金属、非金属材料。
3.物体在外力的作用下会产生变形，如果外力取消后，物体不能恢复到原来的形状和尺寸，这种变形称为塑性变形。
4.影响金属塑性的因素有金属的组织、变形温度、变形速度、变形的应力与应变状态、金属的尺寸因素。
5.在冲压工艺中，有时也采用加热冲压成形方法，加热的目的是提高塑性，降低变形抗力。
6.材料的冲压成形性能包括成形极限和成形质量两部分内容。
7.压应力的数目及数值愈大，拉应力数目及数值愈小，金属的塑性愈好。
8.在同号主应力图下引起的变形，所需的变形抗力之值较大，而在异号主应力图下引起的变形，所需的变形抗力之值就比较小。
9.在材料的应力状态中，压应力的成分愈多，拉应力的成分愈少，愈有利于材料塑性的发挥。
10.一般常用的金属材料在冷塑性变形时，随变形程度的增加，所有强度指标均增加，硬度也增加，塑性指标降低，这种现象称为加工硬化。
11.用间接试验方法得到的板料冲压性能指标有总伸长率、均匀伸长率、屈强比、硬化指数、板厚方向性系数γ和板平面方向性系数△γ。
12.在筒形件拉深中如果材料的板平面方向性系数△γ越大，则凸耳的高度越大。
13.硬化指数n值大，硬化效应就大，这对于伸长类变形来说就是有利的。
14.当作用于坯料变形区的拉应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是伸长变形，故称这种变形为伸长类变形。
15. 当作用于坯料变形区的压应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是压缩变形，故称这种变形为压缩类变形。
16. 材料对各种冲压加工方法的适应能力称为材料的冲压成形性能。
17. 材料的冲压性能好，就是说其便于冲压加工，一次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，容易得到高质量的冲压件，模具寿命长等。
18. 材料的屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比。
板料的冲压成形性能与成形极限
§6.1 概述
成形极限图（FLD）就是由不同应变路径下的局部极限 应变构成的曲线或条带形区域，它全面反映了板料在单向和 双向拉应作用下抵抗颈缩或破裂的能力，经常被用来分析解 决成形时的破裂问题。
§6.1 概述
全面地讲，板料的冲压成形性能包括抗破裂性、贴模性 （fitability）和定形性（shape fixability），故影响因素很多， 如材料性能、零件和冲模的几何形状与尺寸、变形条件（变 形速度、压边力、摩擦和温度等）以及冲压设备性能和操作 水平等。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
一、各种冲压成形方法的力学特点与分类
正确的板料冲压成形工艺的分类方法，应该能够明确地 反映出每一种类型成形工艺的共性，并在此基础上提供可能 用共同的观点和方法分析、研究和解决每一类成形之艺中的 各种实际问题的条件。在各种冲压成形工艺中毛坯变形区的 应力状态和变形特点是制订工艺过程、设计模具和确定极限 变形参数的主要依据，所以只有能够充分地反映出变形毛坯 的受力与变形特点的分类方法，才可能真正具有实用的意义。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
1、变形毛坯的分区
冲压成形时，在应力状态满足屈服准则的区域将产生塑 性变形，称为塑性变形区（A区）。不同工序，随着外力作 用方式和毛坯及模具的形状、尺寸的不同，变形区所处的部 位也不相同。应力状态不满足屈服准则的区域，不会产生塑 性变形，称为非变形区。根据变形情况，非变形区又可进一 步分为已变形区(B)、待变形区(C)和不变形区(D)。有时已变 形区和不变形区还起传力的作用，可称其为传力区(B 、C)。 图所示为拉深、翻边、缩口变形过程中毛坯各区的分布。
贴模性（fittability）：板料在冲压过程中取得模具形状 的能力。
定形形（shape fixability）：零件脱模后保持其在模内 既得形状的能力。
冲压性能及成形极限
五、冲压成形性能试验方法与指标
1、胀形成形性能试验（杯突试验）（Eriohsen试验）
指标：用破裂时凸包高度IE值评价。IE值越大，胀形成形性能越好。
2、扩孔成形性能试验（KWI扩孔试验）
指标：用破裂时极限扩孔率值评价。
d f d0 d0
100%
d f d f max d f min / 2
最小相对弯曲半径=
rmin / t
5、“拉—胀”复合成形性能试验 （福井杯锥试验）
指标：用杯底破裂时杯口平均直径 评价，称为CCV值。
CCV
1 ( Dmax Dmin ) 2
六、塑性拉伸失稳理论
1、拉深失稳的概念和类型
1）分散性颈缩（Diffuse necking)： 载荷开始随变形增大而减小，由 于应变硬化，这种颈缩在一定尺寸范 围内可以转移，使材料在这个范围内 产生亚稳定的塑性流动，故载荷下降 比较缓慢。肉眼观察不到。 2）集中性颈缩（Localized necking)： 应变硬化不足以使颈缩转移，应 力增长率远小于承载面积的减小速度， 故载荷随变形程度的增大而急剧下降。 肉眼可以观察到。
3、拉深成形性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ试验
（1）圆柱形平底凸模冲杯试验（Swift平底冲杯试验）
指标：用拉破时极限拉深比LDR评价。 LDR Dmax / d p （2）TZP试验 Ff Fmax 指标：用拉深潜力T值评价。 T 100% Ff
4、弯曲成形性能试验
指标：用外表面破裂时的最小相对弯曲半径值评价。
二、冲压成形区域划分
四种典型工艺： 拉深 刚性凸模胀形 伸长类翻边 弯曲 复杂零件的成形经 常可视为两个或两 个以上的复合
变形趋向性：拉深、平底凸模胀形、圆孔翻边及扩孔所用模具相同，但毛 坯直径不同，或预制孔直径不同，则拉深和胀形可相互转变， 胀形和扩孔翻边可相互转变，或两种变形复合。
板材成形理论知识要点
第二章 冲裁工艺与模具设计
1冲裁变形分离过程大致可分为3个阶段。 弹性变形阶段, 塑性变形阶段,断裂分离阶段 2冲裁断面可明显地分成4个特征区， 即圆角带、光亮带、断裂带和毛刺 3降低冲裁力的方法:阶梯凸模冲裁, 斜刃口冲裁 4凸模侧面的磨损最大，是因为从凸模上卸料，长 距离摩擦加剧了侧面的磨损. 5确定合理间隙的理论计算法依据主要是：在合理 间隙情况下冲裁时，材料在凸、凹模刃口产生 的裂纹成直线会合.
第四章
拉深工艺与模具设计
1.拉深 是利用模具使平板毛坯变成为开口的空心零件的 冲压加工方法。 2.拉深件各部分的厚度是不一致的。一般是： 底部略为变薄，但基本上等于原毛坯的厚度； 壁部上段增厚，越靠上缘增厚越大； 壁部下段变薄，越靠下部变薄越多； 壁部向底部转角稍上处，则出现严重变薄，甚至断裂。 3.毛坯划分为5个区域： ⑴．平面凸缘区(｜σ 1｜＝｜σ 3｜，有R＝0．61Rt), ⑵. 凸缘圆角区, ⑶．筒壁区, ⑷．底部圆角区, ⑸．筒底部分
2.冲模零件的分类:分成五个类型的零件。
⑴.工作零件 是完成冲压工作的零件 ⑵.定位零件 这些零件的作用是保证送料时有良好的导 向和控制送料的进距. ⑶.卸料、推件零件 这些零件的作用是保证在冲压工序 完毕后将制件和废料排除，以保证下一次冲压工序顺 利进行。 ⑷.导向零件 这些零件的作用是保证上模与下模相对运 动时有精确的导向，使凸模、凹模间有均匀的间隙， 提高冲压件的质量。 ⑸.安装、固定零件 这些零件的作用是使上述四部分 零件联结成“整体”，保证各零件间的相对位置，并 使模具能安装在压力机上。
10.结构废料――由于工件结构形状的需要，如工 件内孔的存在而产生的废料，称为结构废料， 它决定于工件的形状，一般不能改变。 11.工艺废料―― 工件之间和工件与条料边缘之 间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔， 不可避免的料头和料尾废料，称为工艺废料， 它决定于冲压方式和排样方式。 12.冲裁间隙对产品质量和模具寿命的影响
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板料的冲压成形性能板料对各种冲压成形加工的适应能力称为板料的冲压成形性能。
具体地说，就是指能否用简便地工艺方法，高效率地用坯料生产出优质冲压件。
冲压成形性能是个综合性的概念，它涉及到的因素很多，其中有两个主要方面：一方面是成形极限，希望尽可能减少成形工序；另一方面是要保证冲压件质量符合设计要求。
下面分别讨论。
(一)成形极限在冲压成形中，材料的最大变形极限称为成形极限。
对不同的成形工序，成形极限应采用不同的极限变形系数来表示。
例如弯曲工序的最小相对弯曲半径、拉深工序的极限拉深系数等等。
这些极限变形系数可以在各种冲压手册中查到，也可通过实验求得。
依据什么来确定极限变形系数呢？这要看影响成形过程正常进行的因素是哪些。
冲压成形时外力可以直接作用在毛坯的变形区（例如胀形），也可以通过非变形区，包括已变形区（例如拉深）和待变形区（例如缩口、扩口等），将变形力传给变形区。
因此，影响成形过程正常进行的因素，可能发生在变形区，也可能发生在非变形区。
归纳起来，大致有下述几种情况：1.属于变形区的问题伸长类变形一般是因为拉应力过大，材料过度变薄，局部失稳而产生断裂，如胀形、翻孔、扩口和弯曲外区等的拉裂。
压缩类变形一般是因为压应力过大，超过了板材的临界应力，使板材丧失稳定性而产生起皱，如缩口、无压边圈拉深等的起皱。
2.属于非变形区的问题传力区承载能力不够：非变形区作为传力区时，往往由于变形力超过了该传力区的承载能力而使变形过程无法继续进行。
也分为两种情况：1)拉裂或过度变薄；例如拉深是利用已变形区作为拉力的传力区，若变形力超过已变形区的抗拉能力，就会在该区内发生拉裂或局部严重变薄而使工件报废。
2)失稳或塑性镦粗：例如扩口和缩口工序是利用待变形区作为压力的传力区，若变形力超过了管坯的承载能力，待变形区就会因失稳而压屈，或者发生塑性镦粗变形。
非传力区在内应力作用下破坏：非变形区不是传力区时，由于变形过程中金属流动的不均匀性，也可能产生过大的内应力而使之破坏。
冲压模具设计
dε2 σ2-σm
=
dε3 σ3-σm
=ｄλ
式中 dλ——瞬时常数，在加载的不同瞬时是变
σm——平均主应力（静水应力）。
四、塑性变形时应力与应变的关系
全量理论认为，在比例加载（也称简单加 载，是指在加载过程中所有外力从一开始起就 按同一比例增加）的条件下，无论变形体所处 的应力状态如何，应变偏张量各分量与应力偏
b／B越小，拉深性能越
图2-12 拉楔试验
二、板料冲压成形性能的测定 （3）拉深性能试验
2）冲杯试验
也叫Swift拉深试验、LDR试验，是采用φ50mm的平底 凸模将试样拉深成形，图是GB／T 15825.3-1995“金属薄 板成形性能与试验方法拉深与拉深载荷试验”的示意图。
图2-13 冲杯试验
图是GB／T 15825.5-1995“金属薄板成形性能 与试验方法 弯曲试验”示意图。
二、板料冲压成形性能的测定 （5）锥杯试验
图是GB／T 15825.6— 1995“金属薄板成形性能与试 验方法锥杯试验”的示意图，
取冲头直径Dp与试样直径D0的
比值为0.35。
图2-17 锥杯试验
三、板料的基本性能与冲压成形性能的关系
三、板料的基本性能与冲压成形性能的关系
4.应变硬化指数n
硬化指数n表示材料在冷塑性变形中材料硬化 的程度。n值大的材料，硬化效应就大，这意味着 在变形过程中材料局部变形程度的增加会使该处 变形抗力较快增大，这样就可以补偿该处因截面 积减小而引起的承载能力的减弱，制止了局部集 中变形的进一步发展，致使变形区扩展，从而使 应变分布趋于均匀化。也就是提高了板料的局部 抗失稳能力和板料成形时的总体成形极限。
成形极限图Forming Limit Diagrams，缩写为 FLD）或成形极限曲线（Forming Limit Curves， 缩写为FLC）着眼于复杂零件的每一变形局部，它
板材成形性实验(课程实验)-新
I. 基本知识概述一、成形极限图冲压成形性能：板料对冲压成形工艺的适应能力。
全面地讲，板料的冲压成形性能包括抗破裂性、贴模性和定形性，故影响因素很多，如材料性能、零件和冲模的几何形状与尺寸，变形条件（变形速度、压边力、摩擦和温度等）以及冲压设备性能和操作水平等。
板料的贴模性指板料在冲压过程中取得模具形状的能力，定形性指零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。
影响贴模性的因素很多，成形过程中发生的内皱、翘曲、塌陷和鼓起等几何面缺陷会使贴模性降低。
影响定形性的诸因素中，回弹是最主要的因素，零件脱模后，常因回弹大而产生较大的形状误差。
板料的贴模和定形性好坏与否，是决定零件形状尺寸精确度的重要因素。
目前的冲压生产和板料生产中，仍主要用抗破裂性作为评定板料冲压成形性能的指标。
失稳：板料在成形过程中会出现两种失稳现象，即拉伸失稳和压缩失稳。
拉伸失稳是板料在拉应力作用下局部出现颈缩或破裂；压缩失稳是板料在压应力作用下出现皱纹。
成形极限：板料在失稳前可以达到的最大变形程度。
成形极限分为总体成形极限和局部成形极限。
总体成形极限反映板料失稳前某些特定的总体尺寸可以达到的最大变形程度，如极限拉深系数、极限胀形高度和极限翻边系数等均属于总体成形极限。
总体成形极限常用作工艺设计参数。
局部成形极限反映板料失稳前局部尺寸可以达到的最大变形程度，如成形时的局部极限应变即属于局部成形极限。
成形极限图（Forming Limit Diagrams,缩写FLD ）是60年代中期由Keeler 和Goodwin 等人提出的。
成形极限图（FLD ）是板料在不同应变路径下的局部失稳极限1e 和2e （工程应变）或1ε和2ε（真实应变）构成的条带形区域或曲线，它全面反映了板料在单向和双向拉应力作用下的局部成形极限。
成形极限图（FLD ）的提出，为定性和定量研究板料的局部成形性能奠定了基础。
在此之前，板料的各种成形性能指标或成形极限大多以试样的某些总体尺寸变化到某种程度（如发生破裂）而确定。
成形极限图试验
成形极限图试验成形极限图（FLD）或成形极限曲线（FLC）是板料冲压成形性能发展过程中的较新成果.成形极限图的试验方法如下所述：1）在试验用坯料上制备好坐标网格；2）以一定的加载方式使坯料产生胀形变形，测出试件破裂或失稳时的应变ε1、ε2（长、短轴方向）；3）改变坯料尺寸或加载条件，重复2）项试验，测得另一状态下的ε1、ε2；4）取得一定量的数值后，在平面坐标图上描绘出各试验点，然后圆滑连线，作出FLD.成形极限曲线将整个图形分成如1所示的三部分：安全区、破裂区及临界区.图1 成形极限图及其用法于大型复杂薄板冲压件成形时,凹模内毛坯产生破裂的情况较多.这一部分毛坯一般是在拉应力作用下成形的，变形区内产生的断裂是延性断裂.掌握板材拉伸失稳理论，利用成形极限图，可以对这种破坏问题较快地作出判断，找出原因，提出相应的解决办法.拉伸失稳理论是计算建立成形极限图的基础.拉伸失稳是指在拉应力作用下，材料在板平面方向内失去了塑性变形稳定性而产生缩颈，并随这发生破裂.拉伸失稳可分为分散失稳和集中失稳两种.分散性失稳是指板料的塑性变形达到一定程度后，变形开始出现在材料内某些性能不均匀或厚度不均匀的部位，载荷开始随变形程度增大而减小，由于应变硬化，这些缩颈能在一定的尺寸范围内转移，使材料在这个范围内产生一种亚稳定的塑性流动，故载荷下降比较缓慢.但由于材料的硬化增强，变形抗力又有所提高，最后，最薄弱的环节逐渐显示出来，缩颈就逐步集中到某一狭窄区段，这样就逐渐形成了集中失稳.产生集中失稳时，缩颈点也不能再转移出去，此时金属产生不稳定流动，由于这时承载面急剧减小，变形；力也就急剧下降，很快就异致破坏.成形极限是指材料不发生塑性失稳破坏时的极限应变值.但由于目前失稳理论的计算值还不能准确反映实际冲压成形中毛坯的变形极限，在实际生产中普遍应用由实验得到的成形极限图.成形极限图（FLD），也称成形极限线（FLC）是对板材成形性能的一种定量描述，同时也是对冲压工艺成败性的一种判断曲线.它比用总体成形极限参数，如胀形系数、翻边系数等来判断是否能成形更为方便而准确. 成形极限图（FLD）是板材在不同应变路径下的局部失稳极限应变和（相对应变）或和（真实应变）构成的条带形区域或曲线（图1-14）.它全面反映了板材在单向和双向拉应力作用下的局部成形极限.在板材成形中，板平面内的两主应变的任意组合，只要落在成形极限图中的成形极限曲线上，板材变形时就会产生破裂；反之则是安全.图1-14中的条带形区域称为界区，变形如位于临界区，表明此处板材有濒临于破裂的危险.由此可见，FLD是判断和评定板材成形性能的最为简便和直观的方法，是解决板材冲压成形问题的一个非常有效的工具.图1-14 成形极限图(FLD)一、成形极限图（FLD）的制作目前，试验确定板材成形极限图的方法是：在毛坯（试样）表面预先作出一定形状的风格.冲压成形后，观察、测定网格尺寸的变化量，经过计算，即可得到网格所在位置的应变.对变形区内各点网格尺寸的变化进行测量与计算，可得到应变的分布.网格图形如图1-15所示.图1-16是采用圆形网格，在变形网格变成椭圆形状，椭圆的长、短轴方向就是主轴方向，主应变数值为相应应变：长轴应变：短轴应变：真实应变：长轴应变：短轴应变：图1-15 常用网络形式a) 圆形网络b) 组合网络c) 叠加网络图1-16 网络的变形二、FLD在生产中的应用成形极限图与应变分析网格法结合在一起.可以分析解决许多生产实际问题.这种方法用于分析解决问题的原理是：首先通过试验方法获得研究零件所用板材的成形极限图.再将网格系统制作在研究零件的毛坯表面划变形危险区，坯料成形为零件后，测定其网格的变化量，计算出应变值.将应变值标注在所用材料的成形极限图上.这时零件的变形危险区域便可准确加以判断.成形极限图的应用大致有以下几方面：1）解决冲模调试中的破裂问题：2）判断所设计工艺过程的安全裕度，选用合适的冲压材料；3）可用于冲压成形过程的监视和寻找故障.FLD应用举例：为消除破裂指出应采取的工艺措施.将汽车覆盖件上某一危险部位的应变值标注到所用材料的成形极限图上（图1-17）.如果覆盖件上危险部位的应变位于B处，要增加其安全，由图中看出：应减小或增大，最好兼而有之.减小需降低椭圆长轴方向的流动阻力，还可以采用在方向减小坯料尺寸，增大模具圆角半径，改善其润滑条件等方法来实现.如要增加，需增加椭圆短轴方向的流动阻力，实现的方法是在这一方向上增加坯料尺寸，减小模具圆角，在垂直于短轴方向设置拉深肋等.若覆盖件危险部位的应变位于D处，要增加其安全性，可以减小或减小的代数着手，应注意的是，减小的代数值应减小短轴方向的流动阻力.通过上述分析可见，汽车覆盖件成形中，对其成形质量影响较大的工艺参数是：模具圆角半径、坯料形状和尺寸、压边力、润滑状态等，成形工艺设计的优劣，在很大程度上取决于合理选择这些工艺参数，成形极限图提供了合理选择和优化工艺参数的途径.图1-17 用FLD预见危险性图 3.0.1 各种常见弯曲件3.1 弯曲变形过程及变形特点< 弯曲变形过程>在压力机上采用压弯模具对板料进行压弯是弯曲工艺中运用最多的方法.弯曲变形的过程一般经历弹性弯曲变形、弹-塑性弯曲变形、塑性弯曲变形三个阶段.现以常见的V 形件弯曲为例，如图3.1.1 所示.板料从平面弯曲成一定角度和形状，其变形过程是围绕着弯曲圆角区域展开的，弯曲圆角区域为主要变形区.弯曲开始时，模具的凸、凹模分别与板料在 A 、B 处相接触. 设凸模在 A 处施加的弯曲力为 2F （见图 3.1.1 a ）.这时在 B 处（凹模与板料的接触支点则产生反作用力并与弯曲力构成弯曲力矩M = F·（L 1 /2），使板料产生弯曲.在弯曲的开始阶段，弯曲圆角半径r很大，弯曲力矩很小,仅引起材料的弹性弯曲变形.图3.1.1 弯曲过程随着凸模进入凹模深度的增大，凹模与板料的接触处位置发生变化，支点 B 沿凹模斜面不断下移，弯曲力臂 L 逐渐减小，即 L n < L 3 < L 2 < L 1 . 同时弯曲圆角半径 r 亦逐渐减小，即 r n < r 3 < r 2 < r 1 ，板料的弯曲变形程度进一步加大.弯曲变形程度可以用相对弯曲半径 r/t表示，t为板料的厚度. r/t 越小，表明弯曲变形程度越大.一般认为当相对弯曲半径r/t>200时，弯曲区材料即开始进入弹-塑性弯曲阶段，毛坯变形区内（弯曲半径发生变化的部分）料厚的内外表面首先开始出现塑性变形，随后塑性变形向毛坯内部扩展.在弹-塑性弯曲变形过程中，促使材料变形的弯曲力矩逐渐增大，弯曲力臂L继续减小，弯曲力则不断加大.凸模继续下行，当相对弯曲半径 r/t<200时，变形由弹 -塑性弯曲逐渐过渡到塑性变形.这时弯曲圆角变形区内弹性变形部分所占比例已经很小，可以忽略不计，视板料截面都已进入塑性变形状态.最终，B 点以上部分在与凸模的V形斜面接触后被反向弯曲，再与凹模斜面逐渐靠紧，直至板料与凸、凹模完全贴紧.若弯曲终了时，凸模与板料、凹模三者贴合后凸模不再下压，称为自由弯曲.若凸模再下压，对板料再增加一定的压力，则称为校正弯曲,这时弯曲力将急剧上升. 校正弯曲与自由弯曲的凸模下止点位置是不同的，校正弯曲使弯曲件在下止点受到刚性镦压，减小了工件的回弹（进一步论述见本章第 3.2.2节）.< 板料弯曲的塑性变形特点>为了观察板料弯曲时的金属流动情况，便于分析材料的变形特点，可以采用在弯曲前的板料侧表面设置正方形网格的方法.通常用机械刻线或照相腐蚀制作网格，然后用工具显微镜观察测量弯曲前后网格的尺寸和形状变化情况，如图 3.1.2a〕所示.弯曲前，材料侧面线条均为直线 , 组成大小一致的正方形小格，纵向网格线长度aa =bb.弯曲后，通过观察网格形状的变化，（如图 3.1.2b 所示）可以看出弯曲变形具有以下特点：图3.1.2 弯曲变形分析一．弯曲圆角部分是弯曲变形的主要区域可以观察到位于弯曲圆角部分的网格发生了显著的变化，原来的正方形网格变成了扇形.靠近圆角部分的直边有少量变形，而其余直边部分的网格仍保持原状，没有变形.说明弯曲变形的区域主要发生在弯曲圆角部分.二．弯曲变形区内的中性层在弯曲圆角变形区内，板料内侧（靠近凸模一侧）的纵向网格线长度缩短，愈靠近内侧愈短.比较弯曲前后相应位置的网格线长度，可以看出圆弧为最短，远小于弯曲前的直线长度，说明内侧材料受压缩.而板料外侧（靠近凹模一侧）的纵向网格线长度伸长，愈靠近外侧愈长.最外侧的圆弧长度为最长，明显大于弯曲前的直线长度，说明外侧材料受到拉伸.从板料弯曲外侧纵向网格线长度的伸长过渡到内侧长度的缩短，长度是逐渐改变的.由于材料的连续性，在伸长和缩短两个变形区域之间，其中必定有一层金属纤维材料的长度在弯曲前后保持不变，这一金属层称为应变中性层（见图 3-3 中的 O-O 层）. 应变中性层长度的确定是今后进行弯曲件毛坯展开尺寸计算的重要依据.当弯曲变形程度很小时，应变中性层的位置基本上处于材料厚度的中心，但当弯曲变形程度较大时，可以发现应变中性层向材料内侧移动，变形量愈大，内移量愈大 .三．变形区材料厚度变薄的现象弯曲变形程度较大时，变形区外侧材料受拉伸长，使得厚度方向的材料减薄；变形区内侧材料受压，使得厚度方向的材料增厚.由于应变中性层位置的内移，外侧的减薄区域随之扩大，内侧的增厚区域逐渐缩小，外侧的减薄量大于内侧的增厚量，因此使弯曲变形区的材料厚度变薄. 变形程度愈大，变薄现象愈严重.变薄后的厚度t′ =ηt,（η是变薄系数，根据实验测定，η值总是小于 1 ）.四．变形区横断面的变形板料的相对宽度 b/t （ b 是板料的宽度， t 是板料的厚度）对弯曲变形区的材料变形有很大影响.一般将相对宽度 b/t >3 的板料称为宽板，相对宽度b/t ≤ 3 的称为窄板.窄板弯曲时，宽度方向的变形不受约束.由于弯曲变形区外侧材料受拉引起板料宽度方向收缩，内侧材料受压引起板料宽度方向增厚，其横断面形状变成了外窄内宽的扇形（见图 3-4a ）.变形区横断面形状尺寸发生改变称为畸变.宽板弯曲时，在宽度方向的变形会受到相邻部分材料的制约，材料不易流动，因此其横断面形状变化较小，仅在两端会出现少量变形（见图 3-4b ），由于相对于宽度尺寸而言数值较小，横断面形状基本保持为矩形. 虽然宽板弯曲仅存在少量畸变，但是在某些弯曲件生产场合，如铰链加工制造，需要两个宽板弯曲件的配合时，这种畸变可能会影响产品的质量.当弯曲件质量要求高时，上述畸变可以采取在变形部位预做圆弧切口的方法加以防止.<>板料塑性弯曲时，变形区内的应力和应变状态取决于弯曲变形程度以及弯曲毛坯的相对宽度 b/t.如图3-5所示，取材料的微小立方单元体表述弯曲变形区的应力和应变状态, σθ、εθ表示切向 (纵向、长度方向) 应力、应变，σ r 、ε r 表示径向（厚度方向）的应力、应变，σ b 、ε b 表示宽度方向的应力、应变.从图中可以看出，对于宽板弯曲或窄板弯曲，变形区的应力和应变状态在切向和径向是完全相同的，仅在宽度方向有所不同.图 3.1.3 自由弯曲时的应力应变状态一. 应力状态在切向：外侧材料受拉，切向应力σθ为正；内侧材料受压，切向应力σθ为负. 切向应力为绝对值最大的主应力.外侧拉应力与内侧压应力间的分界层称为应力中性层，当弯曲变形程度很大时也有向内侧移动的特性.应变中性层的内移总是滞后于应力中性层，这是由于应力中性层的内移，使外侧拉应力区域不断向内侧压应力区域扩展，原中性层内侧附近的材料层由压缩变形转变为拉伸变形，从而造成了应变中性层的内移.在径向：由于变形区各层金属间的相互挤压作用，内侧、外侧同为受压，径向应力σr 均为负值. 在径向压应力σr 的作用下，切向应力σθ的分布性质产生了显著的变化，外侧拉应力的数值小于内侧区域的压应力.只有使拉应力区域扩大，压应力区域减小，才能重新保持弯曲时的静力平衡条件，因此应力中性层必将内移相对弯曲半径 r/t越小，径向压应力σ r 对应力中性层内移的作用越显著.在宽度方向：窄板弯曲时，由于材料在宽度方向的变形不受约束，因此内、外侧的应力均接近于零. 宽板弯曲时，在宽度方向材料流动受阻、变形困难，结果在弯曲变形区外侧产生阻止材料沿宽度方向收缩的拉应力，σ b 为正，而在变形区内侧产生阻止材料沿宽度方向增宽的压应力，σ b 为负.由于窄板弯曲和宽板弯曲在板宽方向变形的不同，所以窄板弯曲的应力状态是平面的，宽板弯曲的应力状态是立体的.二．应变状态在切向：外侧材料受拉，切向应变εθ为正，内侧材料受压缩，切向应变εθ为负，切向应变εθ为绝对值最大的主应变.在径向：根据塑性变形体积不变条件条件：εθ + εr + ε b = 0 ，εr 、ε b 必定和最大的切向应变εθ符号相反.因为弯曲变形区外侧的切向主应变εθ为拉应变，所以外侧的径向应变εr为压应变；而变形区内侧的切向主应变εθ为压应变，所以内侧的径向应变ε r为拉应变.在宽度方向：窄板弯曲时，由于材料在宽度方向上可自由变形，所以变形区外侧应变ε b 为压应变；而变形区内侧应变ε b 为拉应变.宽板弯曲时，因材料流动受阻，弯曲后板宽基本不变.故内外侧沿宽度方向的应变几乎为零（ε b ≈ 0），仅在两端有少量应变.综上所述，可以认为窄板弯曲的应变状态是立体的，而宽板弯曲的应变状态是平面的.图3.1.4 板料弯曲后的翘曲由于宽板弯曲时，沿宽度方向上的变形区外侧为拉应力（σ b 为正）；内侧为压应力（σ b 为负），在弯曲过程中，这两个拉压相反的应力在弯曲件宽度方向（即横断面方向）会形成力矩 MB.弯曲结束后外加力去除，在宽度方向将引起与力矩 MB方向相反的弯曲形变，即弓形翘曲（如图3-6所示）.对于弯曲宽度相对很大的细长件或宽度在板厚10倍以下的弯曲件，横断面上的翘曲十分明显，应采用工艺措施予以解决（见本章第 3.4.1节图3-48） .。
金属板材不同变形方式下冲压成形极限减薄率测试及评价方法
金属板材不同变形方式下冲压成形极限减薄率测试及评价方法1适用范围本规范规定了金属板材不同变形方式下成形极限减薄率测试的相关术语和定义、试验原理、参数定义、符号和说明、试验方法、试验环境、试验装备、试验过程、数据处理和试验报告要求等。
适用于金属板材，包括金属钢板、铝合金、镁合金等冲压用板材的成形极限减薄率评价，适用金属板材厚度区间0.35-3.0mm。
2规范性引用文件下列文件对于本技术规范的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本文件。
1）GB/T 1.1 规范化工作导则第1部分：规范的结构和编写；2）GBT 15825.1-2008 金属薄板成形性能与试验方法第1部分：成形性能和指标；3）GBT 15825.2-2008 金属薄板成形性能与试验方法第2部分：通用试验规程；4）GBT 15825.3-2008 金属薄板成形性能与试验方法第3部分：拉深与拉深载荷试验；5）GBT 24524-2009 金属材料薄板和薄带扩孔试验方法；6）GBT 232-2010 金属材料弯曲试验方法(2011-6-1实施)；7）GBT 24171.1-2009 金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定第1部分：冲压车间成形极限图的测量及应用；8）GBT 24171.2-2009 金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定第2部分：实验室成形极限曲线的测定；9）GBT 228-2008 金属材料拉伸试验方法；注：执行引用标准的最新版本，当引用标准与本标准发生不一致值，需要对本标准进行更新。
3参数定义，符号和说明1）21εε，：主真实应变（Major strain ）、次真实应变（Minor strain ），单位：-。
2）lim -t e ：极限减薄率（limit thinning rate ），单位：-。
3）PS ：平面应变状态对应的试样宽度，单位：mm 。
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§6.2 现代冲压成形的分类理论
1、变形毛坯的分区
a)拉深 b)内缘翻边 c)缩口 冲压成形时毛坯各区划分举例
冲压方法
拉深 翻孔 缩口
变形区
A A A
已变形区 B B B
不变形区 待变形区
无 无 C
传力区 B B C
变形区的主应力状态图和主应变状态图不仅从力学方 面决定了冲压工序的性质，而且与成形极限、成形质量以 及所需的变形力与变形功有密切的关系。它是制定成形工 艺、设计模具和确定极限参数的主要依据。研究冲压成形 过程，必须全面、清晰地了解整个变形区内的应力应变状 态特征以及在应力、应变场中连续变化的规律。这样才能 从本质上揭示各成形方式之间的力学特点，并根据这些特 点对各种成形方法分类。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
2、变形区的应力与应变特点
从本质上看各种冲压成形过程就是毛坯变形区在力的作 用下产生变形的过程，所以毛坯变形区的受力情况和变形特 点是决定各种冲压变形性质的主要依据。绝大多数冲压变形 都是平面应力状态。一般在板料表面上不受力或受数值不大 的力，所以可以认为在板厚方向上的应力数值为零。使毛坯 变形区产生塑性变形均是在板料平面内相互垂直的两个主应 力。除弯曲变形外，大多数情况下都可认为这两个主应力在 厚度方向上的数值是不变的。因此，可以把所有冲压变形方 式按毛坯变形区的受力情况和变形特点从变形力学理论的角 度归纳为以下四种情况，并分别研究它们的变形特点。
a）提高材料的塑性 成形前退火、多次成形的中间退火，都是为了消除材料硬化，提高材料塑性，
从而提高极限变形程度。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
3、冲压成形力学分类的意义及作用
1）提高伸长类成形极限的措施
b）减小变形不均匀的程度 使变形趋向均匀，减小局部的集中变形，可以使总的变形程度加大。例如，
胀形时均匀而有效的润滑可使变形更均匀，有利于提高总的变形程度。另外， 与硬化指数n关系密切，原材料n值大，能够防止产生过分集中的局部变形，使 胀形、翻边、扩口等的极限变形程度得到提高。
变形区应力、应变关 拉应力绝对值最大方向对应
系
的变形一定是伸长变形
变形区料厚变化
减薄
压应力绝对值最大方向对应的 变形一定是压缩变形
增厚
质量问题表现形式 变形区因受拉过度而破裂
变形区受压严重而失稳起皱； 传力区拉破或受压失稳皱褶
成形极限影响因素 提高成形极限方法 典型工序
主要受材料塑性（δ、ψ） 限制，与γ、n值关系密切
形性能的指标。
方板对角拉伸试验 a)单向对角拉伸 b)双向对角拉伸
§6.1 概述
冲压成形性是介于材料科学和冲压成形技术之间的一个 边缘问题。
冲压成形性的影响因素： • 板料的材质； • 组织结构； • 性能； • 冲压技术的改善。
冲压用新材料及其性能 • 高强度钢板； • 耐腐蚀钢板； • 双相钢板； • 涂层板； • 复合板材。
主要目的的退火之间有很大的差别，进行退火的意义和方法也不相同。例如以极 限拉深系数进行一次拉深工序之后，如不退火，仍然可以继续进行下次变形程度 较小的拉深工序；但以极限胀形系数进行一次胀形加工后，如不经恢复塑性的退 火，再继续进行胀形是不可能的。
伸长类成形与压缩类成形的对比
项目
伸长类成形
压缩类成形
（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
r 0 ，且t 0及 r 0 r，且t 0及 r
这两种情况在应力分区图中处于GOF和AOB范围， 在应变分区图中处于MON和COD范围，相对应的工序 有扩口等。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
（4）冲压毛坯变形区受异号应力的作用，且压应力的绝 对值大于拉应力的绝对值
§6.2 现代冲压成形的分类理论
（2）冲压毛坯变形区受两向压应力的作用 在轴对称变形时，可以分为以下两种情祝： r 0，且t 0 r 0，且t 0 在应力分区图中处于DOE和COD范围内，在应变分区图 中处于GOE和GOL范围内，与此相对应的工序有缩口等。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
§6.2 现代冲压成形的分类理论
3、冲压成形力学分类的意义及作用
1）提高伸长类成形极限的措施
c）消除局部硬化层或引起应力集中的因素 用整修或切屑方法去除冲裁断面的硬化层、粗糙的断裂面及毛刺，或
者将毛刺侧贴靠弯曲凸模、翻边凸模一边，可防止伸长类成形的开裂， 提高成形极限。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
受材料力学性能影响（σs、 σs /σb），毛坯相对厚度、模 具参数（rp、rd）影响大
提高板料塑性；使变形均匀； 一般少用多次成形方法
提高传力区的承载能力；提高 变形区抗压缩失稳能力；常用 多次成形方法
胀形、翻边、扩口、弯曲 （外层）等
拉深、缩口、弯曲（内层）等
§6.2 冲压成形区域与成形性能的划分
第六章 板料的冲压成形性能与成形极限
§6.1 概述 §6.2 冲压成形区域与成形性能的划分 §6.3 冲压成形性能试验方法与指标 §6.4 冲压成形性能试验方法与指标 §6.5 板料的基本性能与冲压成形性能的关系 §6.6 成形极限图及其应用 §6.7 方角对角拉伸试验及其应用 §6.8 高强度钢板
§6.1 概述
成形极限图（FLD）就是由不同应变路径下的局部极限 应变构成的曲线或条带形区域，它全面反映了板料在单向和 双向拉应作用下抵抗颈缩或破裂的能力，经常被用来分析解 决成形时的破裂问题。
§6.1 概述
全面地讲，板料的冲压成形性能包括抗破裂性、贴模性 （fitability）和定形性（shape fixability），故影响因素很多， 如材料性能、零件和冲模的几何形状与尺寸、变形条件（变 形速度、压边力、摩擦和温度等）以及冲压设备性能和操作 水平等。
平面应力状态屈服轨迹上的应力分类图
平面应力状态屈服轨迹上的应变分类图
§6.2 现代冲压成形的分类理论
2、变形区的应力与应变特点
（1）冲压毛坯两向受拉应力的作用 在轴对称变形时，可以分为以下两种情祝：
r 0，且 t 0 r 0，且t 0 在平面应力状态屈服轨迹上的应力分区图中处于 AOH和HOG范围内，在应变分区图中处于AOC和AON范 围内，与此相对应的工序是内孔翻边和胀形等。
3、冲压成形力学分类的意义及作用 2）提高压缩类成形极限的措施
a）降低变形区变形抗力、摩擦阻力和提高传力区承载能力 如减小压边力、加大凹模圆角半径、改善润滑条件或采用降低变形区变形
抗力的特种拉深方法：例如差温拉深、径向加压液压拉深等。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
3、冲压成形力学分类的意义及作用
贴模性（fittability）：板料在冲压过程中取得模具形状 的能力。
定形形（shape fixability）：零件脱模后保持其在模内 既得形状的能力。
§6.1 概述
影响贴模性的因素： • 内皱； • 翘曲； • 塌陷； • 鼓起。
原因： • 工艺条件； • 材料性能。
表示：贴模性特性图。
贴模性特性图：冲压 成形过程中影响毛坯 贴模的成形缺陷与冲 压行程的关系曲线。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
一、各种冲压成形方法的力学特点与分类
正确的板料冲压成形工艺的分类方法，应该能够明确地 反映出每一种类型成形工艺的共性，并在此基础上提供可能 用共同的观点和方法分析、研究和解决每一类成形之艺中的 各种实际问题的条件。在各种冲压成形工艺中毛坯变形区的 应力状态和变形特点是制订工艺过程、设计模具和确定极限 变形参数的主要依据，所以只有能够充分地反映出变形毛坯 的受力与变形特点的分类方法，才可能真正具有实用的意义。
r 0 ，且t 0及 r 0 r，且t 0及 r
这两种情况在应力分布区图中处于EOF和BOC范围，在 应变分区图中处于MOL和DOE范围，相对应的工序有拉深 等。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
3、冲压成形力学分类的意义及作用
综上所述，可以把冲压变形概括为两大类：伸长类变形与 压缩类变形。当作用于毛坯变形区内的绝对值最大应力、应 变为正值时，称这种冲压变形为伸长类变形，如胀形翻孔 与 弯曲外侧变形等。成形主要是靠材料的伸长和厚度的减薄来 实现。这时，拉应力的成分越多，数值越大，材料的伸长与 厚度减薄越严重。当作用于毛坯变形区内的绝对值最大应力、 应变为负值时，称这种冲压变形为压缩类变形，如拉深较外 区和弯曲内侧变形等。成形主要是靠材料的压缩与增厚来实 现，压应力的成分越多，数值越大，板料的缩短与增厚就越 严重。
4、吉田分类图
生产中将弯曲、拉深、胀形和翻边称为四种最典型、最常用的板料成形 工序。为了分析、认识这些基本成形工序之间的关系，以及板料几何尺寸 与形状对成形工序性质的影响，日本吉田清太等人通过试验得到了图所示 的冲压成形分类图。
§6.1 概述
板料对各种冲压成形加工的适应能力称为板料的冲压成 形性能。具体地说，就是指能否用简便地工艺方法，高效率 地用坯料生产出优质冲压件。冲压成形性能是个综合性的概 念，它涉及到的因素很多，其中有两个主要方面：一方面是 成形极限，希望尽可能减少成形工序；另一方面是要保证冲 压件质量符合设计要求。 板料在成形过程中可能出现两种失稳现象： A、拉伸失稳 表现：板料在拉应力作用下局部出现颈缩或破裂。 B、压缩失稳 表现：板料在压应力作用下出现皱曲。
§6.1 概述
板料发生失稳之前可以达到的最大变形程度叫做成形极限。
成形极限分为：总体成形极限；局部成形极限。
总体成形极限反映板料失稳前某些特定的总体尺寸可以 达到的最大变形程度，如极限拉深系数、极限胀形高度和极 限翻边系数等均属于总体成形极限，它们常被用作工艺设计 参数。
局部成形极限反映板料失稳前局部尺寸可达到的最大变 化程度，如成形时的局部极限应变即属局部成形极限。
2）提高压缩类成形极限的措施