沖壓變形理論基礎(chǔ)課件

沖壓變形理論基礎(chǔ)課件第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)本章學習要求：1.掌握金屬塑性變形的基本概念；2.掌握板料沖壓性能和常見的沖壓材料；3.了解塑性變形的力學基礎(chǔ)和沖壓成形方法的力學特點。第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)本章學習要求：第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.1塑性變形的基本概念2.2塑性力學基礎(chǔ)2.3金屬塑性變形的基本特點2.4沖壓成形性能與沖壓材料第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.1塑性變形的基本概念第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)一、塑性變形的物理概念2.1塑性變形的基本概念圖2-1晶體變形a-無變形b-彈性變形c-彈性變形+塑性變形d-塑性變形第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)一、塑性變形的物理概念2.1塑性第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)二、塑性及塑性指標1.塑性塑性指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性能力。表2-1影響金屬塑性的因素影響因素影響規(guī)律化學成分及組織金屬塑性隨其純度的增加而提高。合金元素對金屬塑性的影響，取決于加入元素的特性、數(shù)量、元素之間的相互作用及分布等。一般情況下，單向組織比多向組織的塑性好，固溶體比化合物的塑性好。變形溫度就大多數(shù)金屬和合金而言，總的趨勢是：隨著溫度的增加，塑性增加。但在升溫過程中的某些區(qū)間內(nèi)，塑性會降低，出現(xiàn)脆性區(qū)。應(yīng)力狀態(tài)主應(yīng)力狀態(tài)中的壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，金屬塑性越好；反之，拉應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，其塑性越低。尺寸因素同一種材料，在其他條件相同的情況下，尺寸越大，塑性越差。變形速度變形速度的增大使金屬的真實流動應(yīng)力提高，導致金屬的塑性降低；同時，變形速度的增大，溫度效應(yīng)顯著，會提高金屬的塑性。第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)二、塑性及塑性指標1.塑性塑第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)二、塑性及塑性指標2.塑性指標延伸率：斷面收縮率：變形力——塑性變形時，使金屬產(chǎn)生變形的外力稱為變形力。變形抗力——金屬抵抗變形的力。它反映材料產(chǎn)生塑性變形的難易程度，一般用金屬材料產(chǎn)生塑性變形的單位變形力表示其大小。第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)二、塑性及塑性指標2.塑性指標第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.2塑性力學基礎(chǔ)模具外力毛坯內(nèi)力零件一、點的應(yīng)力和與應(yīng)變狀態(tài)圖2-2點的應(yīng)力狀態(tài)a任意坐標系b主軸坐標系第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.2塑性力學基礎(chǔ)模具外力毛坯內(nèi)力第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.2塑性力學基礎(chǔ)圖2-39種主應(yīng)力狀態(tài)

圖2-43種主應(yīng)變狀態(tài)

第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.2塑性力學基礎(chǔ)圖2-39種第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.2塑性力學基礎(chǔ)二、屈服條件在多向應(yīng)力狀態(tài)時，只有當各個應(yīng)力分量之間符合一定的關(guān)系時，該點才開始屈服，這種關(guān)系就稱為塑性條件，或稱屈服條件。式中：

、——最大、最小主應(yīng)力、坯料的屈服應(yīng)力；——應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)，其值在1.0～1.155范圍內(nèi)。單向應(yīng)力狀態(tài)及軸對稱應(yīng)力狀態(tài)（雙向等拉、雙向等壓）時，??；平面變形狀態(tài)時，取。在應(yīng)力分量未知情況下，一般近似取1.1。、三、金屬塑性變形時的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系增量理論：第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.2塑性力學基礎(chǔ)二、屈服條件在第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.2塑性力學基礎(chǔ)全量理論：式中：——主應(yīng)力——主應(yīng)變——非負比例系數(shù)，是一個與材料性質(zhì)和變形程度有關(guān)的函數(shù)，而與變形體所處的應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。結(jié)論：1.應(yīng)力分量與應(yīng)變分量符號不一定一致，即拉應(yīng)力不一定對應(yīng)拉應(yīng)變，壓應(yīng)力不一定對應(yīng)壓應(yīng)變；2.某方向應(yīng)力為零其應(yīng)變不一定為零；第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.2塑性力學基礎(chǔ)全量理論：式中：第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.2塑性力學基礎(chǔ)3.在任何一種應(yīng)力狀態(tài)下，應(yīng)力分量的大小與應(yīng)變分量的大小次序是相對應(yīng)的，即，則有。

4.若有兩個應(yīng)力分量相等，則對應(yīng)的應(yīng)變分量也相等，即若，則有。第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.2塑性力學基礎(chǔ)3.在任何一種應(yīng)第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.3金屬塑性變形的基本特點

一、硬化規(guī)律1.加工硬化材料的強度指標（屈服強度與抗拉強度）隨變形程度的增加而增與斷面收縮率）隨之降低。

加；塑性指標（伸長率實際應(yīng)力曲線與假象應(yīng)力曲線2.硬化曲線圖2-5金屬的應(yīng)力—應(yīng)變圖1-實際應(yīng)力曲線2-假象應(yīng)力曲線硬化曲線用數(shù)學函數(shù)式表示：

式中：——材料常數(shù)；——材料的硬化指數(shù)；——應(yīng)力；——應(yīng)變。第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.3金屬塑性變形的基本特點一、第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)幾種常用沖壓板料的硬化曲線圖2-6幾種常用沖壓板材的硬化曲線二、卸載彈性恢復和反載軟化現(xiàn)象

彈性恢復的應(yīng)變量為：第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)幾種常用沖壓板料的硬化曲線圖2-6第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)圖2-7硬化曲線

圖2-8反載軟化曲線

第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)圖2-7硬化曲線圖2-8第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)三、沖壓成形的力學特點與分類圖2-9沖壓毛坯分析a拉深b再次拉深c翻邊d縮口(a)(b)(c)(d)第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)三、沖壓成形的力學特點與分類圖2第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)圖2-10沖壓應(yīng)力圖

圖2-11沖壓變形圖

第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)圖2-10沖壓應(yīng)力圖圖2-11第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)1.沖壓毛坯變形區(qū)受兩向拉應(yīng)力作用2.沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應(yīng)力的作用3.沖壓毛坯變形區(qū)受異號應(yīng)力的作用，且拉應(yīng)力的絕對值大于壓應(yīng)力的絕對值第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)1.沖壓毛坯變形區(qū)受兩向拉應(yīng)力作第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)4.沖壓毛坯變形區(qū)受異號應(yīng)力的作用而且壓應(yīng)力的絕對值大于拉應(yīng)力的絕對值綜上所述：沖壓變形可分為伸長類變形和壓縮類變形表2-3伸長類變形和壓縮類變形工藝項目伸長類變形壓縮類變形變形區(qū)的板厚減薄增厚變形區(qū)的質(zhì)量問題變形程度過大引起變形區(qū)破壞壓應(yīng)力作用下失穩(wěn)起皺成形極限主要取決于板材的塑性與板材厚度無關(guān)，可用斷后伸長率及成形極限線判斷主要取決于傳力區(qū)的承載能力與板材抗失穩(wěn)能力密切相關(guān)；與板材厚度有關(guān)提高成形極限的措施改變板材塑性使變形均化，降低局部變形程度工序間熱處理采用多道工序成形，改變傳力區(qū)與變形區(qū)的力學關(guān)系，采用防起皺措施第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)4.沖壓毛坯變形區(qū)受異號應(yīng)力的作第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)四、沖壓變形趨向性及其控制1.沖壓變形趨向性弱區(qū)必先變形，變形區(qū)應(yīng)為弱區(qū)圖2-12變形趨向性對沖壓工藝的影響A變形區(qū)B傳力區(qū)C已變形區(qū)傳力區(qū)不致產(chǎn)生鐓粗變形的條件是：

變形區(qū)產(chǎn)生縮口變形的條件是：

在保證傳力區(qū)不致產(chǎn)生塑性變形下能夠進行縮口的條件為：

綜上所述，在工藝過程設(shè)計和模具設(shè)計時，除要保證變形區(qū)為弱區(qū)外，還要保證變形區(qū)必須實現(xiàn)的變形方式要求最小的變形力。第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)四、沖壓變形趨向性及其控制1.第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.變形趨向性的控制1)理地確定初始毛坯的尺寸和中間毛坯的尺寸2)改變模具工作部分的幾何形狀和尺寸3)改變毛坯與模具之間的摩擦阻力4)降低變形區(qū)的變形抗力或提高傳力區(qū)的強度表2-4平面毛坯的變形趨勢尺寸關(guān)系變形方式dT/D0＞0.5～0.66；d0/DT

＜0.15拉深dT/D0＜＞0.4；d0/DT

＞0.2～0.3翻邊dT/D0＜0.4；d0/DT

＜0.15脹形第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.變形趨向性的控制1)理地第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)圖2-13變形趨向性的控制第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)圖2-13變形趨向性的控制第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.4沖壓成形性能與沖壓材料一、材料的沖壓成形性能材料的沖壓成形性能：材料對各種沖壓加工方法的適應(yīng)能力。沖壓成形性能是一個綜合性的概念成形極限成形質(zhì)量1.成形極限成形極限：在沖壓成形過程中，材料能達到的最大變形程度。2.成形質(zhì)量沖壓件的質(zhì)量指標主要是指尺寸精度、厚度變化、表面質(zhì)量以及成形后材料的物理機械性能等。第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.4沖壓成形性能與沖壓材料一、材第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)二、板材沖壓成形性能的試驗方法間接試驗：拉伸試驗、剪切試驗、硬度試驗、金相試驗等。直接試驗：反復彎曲試驗、脹形性能試驗、拉深性能試驗等。圖2-14拉伸試驗用的標準試樣圖

2-15拉伸曲線

1.試驗方法第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)二、板材沖壓成形性能的試驗方法間第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.板料的力學性能與沖壓成形性能的關(guān)系（1）總延伸率與均勻延伸率：是在拉伸試驗中試樣破壞時的延伸率，稱為總延伸率，簡稱延伸率。：是在拉伸試驗中開始產(chǎn)生局部集中變形時（剛出現(xiàn)細頸時）的延伸率，叫做均勻延伸率。（2）屈強比（）屈強比小,說明值小而值大，即容易產(chǎn)生塑性變形而不易產(chǎn)生拉裂。

第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)2.板料的力學性能與沖壓成形性能的第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)（3）彈性模量彈性模量愈大，在成形過程中抗壓失穩(wěn)能力愈強，卸載后彈性恢復愈小，有利于提高零件的尺寸精度。（4）硬化指數(shù)硬化指數(shù)愈高，材料均勻變形的能力愈強。值越大的材料，硬化效應(yīng)就大，這對于伸長類變形來說是有利的。

第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)（3）彈性模量彈性模量愈大，在成第二章沖壓變形理論基礎(chǔ)（5）板料厚向異性指數(shù)厚向異性指數(shù)是指單向拉伸試樣寬度應(yīng)變和厚度應(yīng)變之比,即：——寬度方向、厚度方向的應(yīng)變。

值大時，有助于提高拉深變形程度。（6）板平面各向異性指數(shù)