沖壓模具設(shè)計-沖壓模具設(shè)計

第二章冷沖壓變形基礎(chǔ)第一節(jié)冷沖壓變形的基本原理概述第二節(jié)冷沖壓材料及其沖壓成形性能第一節(jié)冷沖壓變形的基本原理概述一、影響金屬塑性和變形抗力的因素

對于大多數(shù)金屬，總的影響趨勢是：隨著溫度的升高，塑性增加，變形抗力下降。所以在沖壓工藝中，有時也采用加熱成形的方法，提高材料的塑性，增加在一次成形中所能達(dá)到的變形程度；降低材料的變形抗力，減輕設(shè)備和工裝的負(fù)擔(dān)。1.變形溫度第一節(jié)冷沖壓變形的基本原理概述一、影響金屬塑性和變形抗力的因素1.變形溫度圖2-1碳鋼塑性隨溫度變化曲線

應(yīng)變速率是指單位時間內(nèi)應(yīng)變的變化量。一般來說，由于塑性變形需要一定的時間來進(jìn)行，因此應(yīng)變速率太大，塑性變形來不及在塑性變形體中充分?jǐn)U展和完成，而是更多地表現(xiàn)為彈性變形，致使變形抗力增大。又由于斷裂抗力基本不受應(yīng)變速率的影響，所以變形抗力的增大就意味著塑性的下降，如圖所示，高速下的極限變形程度δ1顯然小于低速時的δ2。2.應(yīng)變速率一、影響金屬塑性和變形抗力的因素2.應(yīng)變速率一、影響金屬塑性和變形抗力的因素圖2-2應(yīng)變速率對變形抗力和塑性的影響示意圖1—高速２—低速

塑性變形是在力的作用下產(chǎn)生的，宏觀上是力與塑性變形的關(guān)系，實(shí)際上是變形體微觀質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)關(guān)系的表現(xiàn)。施加不同形式的力，在變形體中就有不同的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)變狀態(tài)，從而表現(xiàn)出不同的塑性變形行為。3.應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)一、影響金屬塑性和變形抗力的因素

同一種材料，在其他條件相同時，尺寸越大，塑性越差，變形抗力越小。這是因?yàn)椴牧铣叽缭酱?，組織和化學(xué)成分越不均勻，且內(nèi)部缺陷也越多，應(yīng)力分布也不均勻。例如厚板沖裁，產(chǎn)生剪裂紋時凸模擠入板料的深度與板料厚度的比值比薄板沖裁時小。4.尺寸因素一、影響金屬塑性和變形抗力的因素

彈性變形時，物體體積的變化與平均應(yīng)力成正比。實(shí)踐證明，塑性變形的物體之體積保持不變，塑性變形以前的體積等于其變形后的體積，可表示為二、塑性變形體積不變條件ε1＋ε2＋ε3＝0式中ε1、ε2、ε3——塑性變形時的三個主應(yīng)變分量。

由體積不變條件可看出，主應(yīng)變圖只可能有三類：①具有一個正應(yīng)變及兩個負(fù)應(yīng)變；②具有一個負(fù)應(yīng)變及兩個正應(yīng)變；③一個主應(yīng)變?yōu)榱?，另兩個應(yīng)變之大小相等符號相反。二、塑性變形體積不變條件圖2-3主應(yīng)變圖2三、塑性條件(屈服準(zhǔn)則)屈雷斯加屈服準(zhǔn)則的數(shù)學(xué)表達(dá)式是τmax＝＝σmax－σminσs2式中τmax——質(zhì)點(diǎn)的最大切應(yīng)力；

σmax、σmin——代數(shù)值最大、最小的主應(yīng)力；

σs——金屬在一定的變形溫度、變形速度下的屈服點(diǎn)。式中σ1、σ2、σ3——質(zhì)點(diǎn)的三個主應(yīng)力。三、塑性條件(屈服準(zhǔn)則)米塞斯屈服準(zhǔn)則的數(shù)學(xué)表達(dá)式是（σ1－σ2）2＋（σ2－σ3）2＋（σ3－σ1）2＝２σ２ｓ或σ＝(σ１－σ２)２＋(σ２－σ３)２＋(σ３－σ１)２＝σｓ√21√

增量理論又稱流動理論，它可表述如下：在每一加載瞬間，應(yīng)變增量主軸與應(yīng)力主軸重合，應(yīng)變增量與應(yīng)力偏量成正比，即四、塑性變形時應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系dε1σ1-σm===ｄλdε2σ2-σmdε3σ3-σm式中dλ——瞬時常數(shù)，在加載的不同瞬時是變化的；

σm——平均主應(yīng)力（靜水應(yīng)力）。

全量理論認(rèn)為，在比例加載（也稱簡單加載，是指在加載過程中所有外力從一開始起就按同一比例增加）的條件下，無論變形體所處的應(yīng)力狀態(tài)如何，應(yīng)變偏張量各分量與應(yīng)力偏張量各分量成正比，即四、塑性變形時應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系ε1-εmσ1-σmε2-εmσ2-σmε3-εmσ3-σm＝＝＝λε1σ1-σmε2σ2-σmε3σ3-σm＝＝＝λ

由于塑性變形時體積不變，即εm＝0，所以上式可寫成式中λ——比例系數(shù)，它與材料性質(zhì)和加載歷程有關(guān)，而與物體所處的應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。五、冷沖壓成形中的硬化現(xiàn)象圖2-4幾種材料的硬化曲線五、冷沖壓成形中的硬化現(xiàn)象

為了實(shí)用上的需要，在塑性力學(xué)中經(jīng)常采用直線和指數(shù)曲線來近似代替實(shí)際硬化曲線，如圖所示為四種簡化類型。

圖2-5硬化曲線的簡化類型ａ）冪指數(shù)硬化曲線ｂ）剛塑性硬化曲線ｃ）剛塑性硬化直線ｄ）理想剛塑性水平直線

一般來說，材料的塑性是有限的。當(dāng)拉伸變形達(dá)到某一量之后，便開始失去穩(wěn)定，產(chǎn)生縮頸，繼而發(fā)生破裂，這就是所謂的塑性拉伸失穩(wěn)。六、塑性拉伸失穩(wěn)及極限應(yīng)變1.塑性拉伸失穩(wěn)的概念圖2-6單向拉伸試驗(yàn)ａ）拉斷后的試樣ｂ）試驗(yàn)曲線六、塑性拉伸失穩(wěn)及極限應(yīng)變2.單向拉伸縮頸的條件及極限應(yīng)變（1）分散性縮頸板料單向拉伸時，瞬時載荷為

F＝σ1A

式中σ1——

實(shí)際應(yīng)力；

A——

板料的瞬時斷面積。六、塑性拉伸失穩(wěn)及極限應(yīng)變2.單向拉伸縮頸的條件及極限應(yīng)變

（2）集中性縮頸條件根據(jù)Hill理論，當(dāng)板料的應(yīng)力變化率等于厚度的減薄率時，此處的變形不能向外轉(zhuǎn)移，便開始產(chǎn)生集中性縮頸。這就是產(chǎn)生集中性縮頸的條件，可表達(dá)為＝＝dσ1σ1－dtt－dε3六、塑性拉伸失穩(wěn)及極限應(yīng)變3.雙向拉伸縮頸的條件及極限應(yīng)變圖2-7板料雙向拉伸六、塑性拉伸失穩(wěn)及極限應(yīng)變3.雙向拉伸縮頸的條件及極限應(yīng)變

（1）縮頸條件板料開始產(chǎn)生分散性頸縮失穩(wěn)時，dF1＝0，dF2＝0，類似于單向拉伸時的情況，求導(dǎo)可得到雙向拉伸時的分散性失穩(wěn)條件為dσ1ｄε1＝σ1dσ2ｄε2＝σ2｝與單向拉蒸伸一樣，串產(chǎn)生集中越性縮頸的農(nóng)條件是：袋板料的應(yīng)界力變化率誤與厚度的昨減薄率相廈等，表達(dá)環(huán)式為六、塑性耗拉伸失穩(wěn)寧及極限應(yīng)禿變3.雙向拉級伸縮頸放的條件梅及極限摘應(yīng)變｝dσ1σ1＝-

＝-dε3dttdσ2σ2＝-

＝-dε3dtt（2）失穩(wěn)極賊限應(yīng)變六、塑后性拉伸注失穩(wěn)及棗極限應(yīng)翁變3.雙向拉獨(dú)伸縮頸狼的條件爪及極限仗應(yīng)變板料沖喉壓成形拳時，坯遭料內(nèi)部猜的應(yīng)力勢和應(yīng)變伙狀態(tài)一昆般都不丟均勻且串不斷變年化的，憐因此，蔥研究板品料塑性叛拉伸失滑穩(wěn)條件失及極限稱應(yīng)變，慈對分析略解決沖桃壓成形齒工藝問屠題有直蘆接的指景導(dǎo)意義鎖。在沖壓稠成形過博程中，協(xié)材料的本最大變扛形限度窄稱為成腥形極限哈。第二節(jié)復(fù)冷沖壓材論料及其沖遭壓成形性玻能一、板忌料的沖爽壓成形壘性能1.成形極號限沖壓成氧形失效勾實(shí)際上語是塑性唱變形失嚇穩(wěn)在沖摩壓工序觸中的具注體表現(xiàn)覺，其形述式可歸屋結(jié)為兩瞞大類，醫(yī)一類拉徒伸失效克，表現(xiàn)策為坯料另局部出痰現(xiàn)過度謎變薄或旬破裂；可一類是序受壓失要效，表脊現(xiàn)為板灰料產(chǎn)生倍失穩(wěn)起瓶皺。第二節(jié)閣冷沖壓材者料及其沖疲壓成形性順能一、板料尸的沖壓成仍形性能1.成形極限圖2-8起皺與省破裂的病實(shí)例１）板料妄的貼模性法，指板料蛛在沖壓過華程中取得雅模具形狀靠的能力，躺成形過程設(shè)中發(fā)生的退內(nèi)皺、翹微曲、塌陷羨和鼓起等荒幾何面缺碰陷均會使悟貼模性降煙低。２）板蹈料的定吵形性（汽也叫凍吹結(jié)性）掩，指零嗚件脫模徒后保持需其在模婆內(nèi)既得些形狀的墊能力。３）板債料性能蘋的各向陰異性，農(nóng)特別是支板平面蔥方向與咳板厚方容向的性池能差異忽的大小總，是影俊響沖壓唐成形后鬧板厚變蕉化的重炸要因素妨。一、板喬料的沖任壓成形帝性能2.成形質(zhì)青量４）板料勾表面的原濕始狀態(tài)、飼晶粒大小呼、沖壓時凝材料粘模吃的情況等撿都將是影減響工件的鍬表面質(zhì)量稅。５）板料紙的加工硬木化性能，嫌以及變形宿的均勻性突，直接影第響成形后丈材料的物曲理力學(xué)性踩能。一、板希料的沖苗壓成形遼性能2.成形質(zhì)量脹形試驗(yàn)捐也稱杯突掩試驗(yàn)Eric涼hsen試驗(yàn)）庫，圖是GB／T4156—1984“金屬杯突當(dāng)試驗(yàn)方法”的示意圖云。二、板料礙沖壓成形冷性能的測蛛定（1）脹形電試驗(yàn)圖2-10杯突試否驗(yàn)測定或評房誠價板料擴(kuò)淘孔成形性借能時，常鬼采用圓柱蛋形平底凸健模擴(kuò)孔試棉驗(yàn)（KWI擴(kuò)孔試詞驗(yàn)）。二、板膀料沖壓協(xié)成形性敬能的測休定（2）擴(kuò)孔崗試驗(yàn)圖2-11擴(kuò)孔試驗(yàn)這是模識擬拉深弄變形區(qū)豆的應(yīng)力悔和變形掃狀態(tài)，救將楔形前板料試嚼樣拉過逆模口，甩在模壁鐵壓縮下訓(xùn)使之成顛為等寬嚷的矩形汽板條，畜在試樣雞不斷裂江的條件白下，b／B越小，絕拉深性黎能越好壁。二、板螞料沖壓冒成形性掛能的測遇定（3）拉深性勁能試驗(yàn)1）拉楔試鬧驗(yàn)圖2-12拉楔試驗(yàn)二、板料協(xié)沖壓成形委性能的測伯定（3）拉深性萄能試驗(yàn)也叫Swi辮ft拉深試戲驗(yàn)、LDR試驗(yàn)，是秤采用φ50mm的平底凸腫模將試樣廈拉深成形珠，圖是GB／T158獨(dú)25.嗎3-1半995“金屬薄片板成形衛(wèi)性能與誘試驗(yàn)方抽法拉深關(guān)與拉深冷載荷試遠(yuǎn)驗(yàn)”的示意圖擠。圖2-13沖杯試忍驗(yàn)2）沖杯試能驗(yàn)也叫TZP法，圖法是GB／T1582莫5.2—199房誠5“金屬薄板筍成形性能拿與試驗(yàn)方券法通用事試驗(yàn)規(guī)程”的示意圖批。二、板料卡沖壓成形倆性能的測籃定（3）拉深店性能試玻驗(yàn)3）拉深目力對比徐試驗(yàn)圖2-14逮TZP試驗(yàn)ａ)落料ｂ權(quán)）拉深騎ｃ）夾緊喘ｄ）破聲裂二、板料員沖壓成形穗性能的測叉定（4）彎抱曲試驗(yàn)圖是GB／T1582吹5.5-交1995“金屬薄板紗成形性能皇與試驗(yàn)方驅(qū)法彎夜曲試驗(yàn)”示意圖仁。圖2-1饅6彎曲試驗(yàn)圖是GB／T1582搞5.6—199榴5“金屬薄板圓成形性能苦與試驗(yàn)方挨法錐杯試漂驗(yàn)”的示意犧圖，取鼠沖頭直舌徑Dp與試樣符直徑D0的比值攪為0.3遵5。二、板料畝沖壓成形腦性能的測釋定（5）錐杯體試驗(yàn)圖2-1傳7錐杯試驗(yàn)在單向暢拉伸試乘驗(yàn)中試科樣開始椅產(chǎn)生局笑部集中批變形（叉剛出現(xiàn)累頸縮時船）的伸役長率，廚稱為均環(huán)勻伸長桐率，記恨作δb。三、板慈料的基向本性能泉與沖壓濁成形性悲能的關(guān)乎系1.伸長率δ圖2-18單向拉蠢伸試驗(yàn)谷曲線屈服極限σｓ小，材料蘿容易屈服因，成形后鑰回彈小，茄貼模性和遭定形性較傾好。如在吐彎曲工序腥中，若材環(huán)料的σs低，則σs／E小，卸載扯時的回彈捉變形也小美，這有利椅于提高彎迫曲件的精雞度。三、板料踩的基本性擋能與沖壓母成形性能頓的關(guān)系2.屈服極生限σs圖2-18單向拉伸當(dāng)試驗(yàn)曲線屈強(qiáng)比σs/σb對板料尺沖壓成昂形性能滔影響較既大。σs/σb小，即挖材料易孫進(jìn)入塑司性變形用（需要米較小的追力），僵而又不乳容易產(chǎn)角生破裂沖（需要書較大的謠力），毅這對所推有沖壓霧成形都誦是有利桐的。三、板覺料的基黨本性能旬與沖壓霉成形性江能的關(guān)劑系3.屈強(qiáng)比σs/σb硬化指數(shù)n表示材料笨在冷塑性壩變形中材席料硬化的厭程度。n值大的脈材料，我硬化效揚(yáng)應(yīng)就大猛，這意猴味著在虛變形過歲程中材涉料局部窯變形程牧度的增距加會使烤該處變?nèi)π慰沽ε屋^快增杜大，這朽樣就可活以補(bǔ)償揪該處因遠(yuǎn)截面積摘減小而溫引起的葵承載能追力的減跳弱，制赴止了局及部集中行變形的衛(wèi)進(jìn)一步星發(fā)展，喚致使變葬形區(qū)擴(kuò)亦展，從驚而使應(yīng)乒變分布炒趨于均瓶勻化。旱也就是擦提高了服板料的遮局部抗澡失穩(wěn)能她力和板而料成形煙時的總牙體成形三極限。三、板料避的基本性勸能與沖壓俘成形性能漢的關(guān)系4.應(yīng)變硬化抓指數(shù)n三、板諸料的基暫本性能妻與沖壓槍成形性魚能的關(guān)宮系5.塑性應(yīng)變似比ｒ－塑性應(yīng)變喇比是指板桶料試樣單改向拉伸時乞，寬向應(yīng)西變εb與厚向應(yīng)冰變εt之比（又廚稱板厚方哈向性系數(shù)野），即ｒ＝

＝εtεblnln式中b0、b、t0與t分別為變患形前后試帳樣的寬度強(qiáng)與厚度。三、板料股的基本性觀能與沖壓演成形性能橡的關(guān)系6.板平面方泛向性系數(shù)(凸耳參數(shù))Δr板料經(jīng)軋鋪制后其力漢學(xué)、物理撓性能在板扣平面內(nèi)出司現(xiàn)各向異蠶性，稱為貿(mào)板平面方延向性。在爆表示板材常力學(xué)性能盞的各項(xiàng)指蜻標(biāo)中，板糾厚方向性駕系數(shù)對沖侮壓性能的魂影響比較畏明顯，故號板平面方訓(xùn)向性的大邊小一般用渣板厚方向路性系數(shù)r在幾個方隱向上的平管均差值Δr來衡量，甜規(guī)定為Δr＝應(yīng)變速蛙率敏感刻系數(shù)m是材料在掩單向拉伸犬過程中變慕形抗力的憂增長率和混應(yīng)變速率格的比值。臣如果m值大，釘則板料否變形抗四力的增仇長率高衰，局部奧應(yīng)變?nèi)萘乓紫蛑茯渿D(zhuǎn)移壘擴(kuò)散，暢有利于害抑制成探形時的究頸縮或晴破裂。遺常溫下般普通低傻碳鋼的m值很小辰，對沖龜壓成形拖性能影嗓響不十框分明顯械，但m值對某雕些合金爽板料和隆高強(qiáng)鋼窮板的沖朽壓成形蛛性能影秧響較大仔。三、板警料的基謠本性能片與沖壓枯成形性纖能的關(guān)義系7.應(yīng)變速輔率敏感朽系數(shù)m四、成形編極限圖及都其應(yīng)用1.成形極限豎圖的概念物和試驗(yàn)方當(dāng)法成形極限堪圖For叛min胞gL喜imi欠tD棉iag薯ram牙s，縮寫遺為FLD）或成集形極限濕曲線（Form馬ing校Limi奴tCu秒rves，縮寫桐為FLC）著眼剛于復(fù)雜祝零件的消每一變摟形局部卡，它是朗板料在垃不同應(yīng)辜變路徑咳（即不落同的應(yīng)繳變比β）下的局也部失穩(wěn)極黨限應(yīng)變ε1和ε2構(gòu)成的條掠帶形區(qū)域蓋或曲線，騎如圖所示映，F(xiàn)LD全面、取直觀地粉反映了卻不同應(yīng)暈變狀態(tài)促下板料綢的成形膜性能，倘是對板迎料成形楚性能的饑一種定粱量描述喂，它是劍定性和舞定量研籃究板料者的局部監(jiān)成形性勺能的有炕效手段想。四、成形垮極限圖及帝其應(yīng)用1.成形極限田圖的概念玩和試驗(yàn)方隱法圖2-19成形極幸限圖實(shí)際應(yīng)故用的成尿形極限磚圖（圖2-2振0）通常采塞用剛性半虜球頭凸模掠脹形實(shí)驗(yàn)袍的方法來左制作，參逮見GB／T182峰5.8—199疼5“金屬薄私板成形給性能與纏試驗(yàn)方叨法貌成形極辨限圖試共驗(yàn)”。四、成酬形極限遼圖及其直應(yīng)用1.成形極限烘圖的概念遍和試驗(yàn)方舞法圖2-20理論成炭形極限顫圖FLD的應(yīng)用狹是采用砍等量比專較的方請法進(jìn)行貍的。在鏡被分析款對象的墊零件板疑坯上復(fù)曉制上述沉網(wǎng)格，討用待分爹析的工倒藝方法列對板坯栗進(jìn)行成慣形，測賄量并計趴算成形狀零件中血需分析隙的若干授點(diǎn)的應(yīng)遲變值，毛將它們趟標(biāo)注在棍相應(yīng)的格成形極準(zhǔn)限圖上椒，便可蒜直觀地伍得到所份分析點(diǎn)煩的變形撲情況優(yōu)耳劣的結(jié)鋪論。四、成屠形極限泛圖及其方應(yīng)用2.成形極限板圖的應(yīng)用圖2-2城2用成形極吸限圖進(jìn)行請分析的方聾法五、冷錄沖壓材峰料及其鄙在圖樣殿上表示順方法1.沖壓加工它常用的板慮料種類沖壓加凳工常用壇的板料千種類金屬材料鐵金屬薄鋼板碳素結(jié)構(gòu)禽鋼、優(yōu)質(zhì)咬碳素鋼、竄低合金高竟強(qiáng)度鋼等不銹鋼浩板鉻鋼、謊鉻鎳基熟鋼非鐵金躬屬鋁及其燙合金板純鋁、防洋銹鋁、硬狐鋁銅及其合練金板鈦及其合勒金板純銅、黃宏銅、青銅鈦合金非金屬時材料紙板、晨布、皮鞭革、膠色木板、旺橡膠板泰、塑料撕板、纖夸維板、忠云母板茶、復(fù)合別