板料的沖壓成形性能與成形極限

1、1會(huì)計(jì)學(xué)板料的沖壓成形性能與成形極限板料的沖壓成形性能與成形極限6.1 概述 板料對(duì)各種沖壓成形加工的適應(yīng)能力稱為板料的沖壓成形性能。具體地說(shuō)，就是指能否用簡(jiǎn)便地工藝方法，高效率地用坯料生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)沖壓件。沖壓成形性能是個(gè)綜合性的概念，它涉及到的因素很多，其中有兩個(gè)主要方面：一方面是成形極限，希望盡可能減少成形工序；另一方面是要保證沖壓件質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。 板料在成形過(guò)程中可能出現(xiàn)兩種失穩(wěn)現(xiàn)象：A、拉伸失穩(wěn)表現(xiàn)：板料在拉應(yīng)力作用下局部出現(xiàn)頸縮或破裂。B、壓縮失穩(wěn)表現(xiàn)：板料在壓應(yīng)力作用下出現(xiàn)皺曲。6.1 概述板料發(fā)生失穩(wěn)之前可以達(dá)到的最大變形程度叫做成形極限。成形極限分為：總體成形極限；局部成形極

2、限。 總體成形極限反映板料失穩(wěn)前某些特定的總體尺寸可以達(dá)到的最大變形程度，如極限拉深系數(shù)、極限脹形高度和極限翻邊系數(shù)等均屬于總體成形極限，它們常被用作工藝設(shè)計(jì)參數(shù)。 局部成形極限反映板料失穩(wěn)前局部尺寸可達(dá)到的最大變化程度，如成形時(shí)的局部極限應(yīng)變即屬局部成形極限。6.1 概述 成形極限圖（FLD）就是由不同應(yīng)變路徑下的局部極限應(yīng)變構(gòu)成的曲線或條帶形區(qū)域，它全面反映了板料在單向和雙向拉應(yīng)作用下抵抗頸縮或破裂的能力，經(jīng)常被用來(lái)分析解決成形時(shí)的破裂問(wèn)題。6.1 概述 全面地講，板料的沖壓成形性能包括抗破裂性、貼模性（fitability）和定形性（shape fixability），故影響因素很多，如

3、材料性能、零件和沖模的幾何形狀與尺寸、變形條件（變形速度、壓邊力、摩擦和溫度等）以及沖壓設(shè)備性能和操作水平等。 貼模性（fittability）：板料在沖壓過(guò)程中取得模具形狀的能力。 定形形（shape fixability）：零件脫模后保持其在模內(nèi)既得形狀的能力。6.1 概述影響貼模性的因素： 內(nèi)皺； 翹曲； 塌陷； 鼓起。原因： 工藝條件； 材料性能。表示：貼模性特性圖。貼模性特性圖：沖壓成形過(guò)程中影響毛坯貼模的成形缺陷與沖壓行程的關(guān)系曲線。行李蓋沖壓貼模特性圖6.1 概述 影響定形形的因素：回彈。零件脫模后，常因回彈過(guò)大而產(chǎn)生較大的誤差。 板料的的貼模性和定形性好壞與否，決定零件尺寸精確

4、度的重要因素。 日本學(xué)者吉田清太提出，用方板拉伸時(shí)的起皺特性可以估測(cè)和研究板料的貼模性和定性性。但目前的沖壓生產(chǎn)和板料生產(chǎn)中，主要用抗破裂性作為評(píng)定板料沖壓成形性能的指標(biāo)。方板對(duì)角拉伸試驗(yàn)a)單向?qū)抢?b)雙向?qū)抢?.1 概述 沖壓成形性是介于材料科學(xué)和沖壓成形技術(shù)之間的一個(gè)邊緣問(wèn)題。沖壓成形性的影響因素： 板料的材質(zhì)； 組織結(jié)構(gòu)； 性能； 沖壓技術(shù)的改善。沖壓用新材料及其性能 高強(qiáng)度鋼板； 耐腐蝕鋼板； 雙相鋼板； 涂層板； 復(fù)合板材。6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論 正確的板料沖壓成形工藝的分類方法，應(yīng)該能夠明確地反映出每一種類型成形工藝的共性，并在此基礎(chǔ)上提供可能用共同的觀點(diǎn)和方法

5、分析、研究和解決每一類成形之藝中的各種實(shí)際問(wèn)題的條件。在各種沖壓成形工藝中毛坯變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)是制訂工藝過(guò)程、設(shè)計(jì)模具和確定極限變形參數(shù)的主要依據(jù)，所以只有能夠充分地反映出變形毛坯的受力與變形特點(diǎn)的分類方法，才可能真正具有實(shí)用的意義。 一、各種沖壓成形方法的力學(xué)特點(diǎn)與分類 6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論1、變形毛坯的分區(qū) 沖壓成形時(shí)，在應(yīng)力狀態(tài)滿足屈服準(zhǔn)則的區(qū)域?qū)a(chǎn)生塑性變形，稱為塑性變形區(qū)（A區(qū)）。不同工序，隨著外力作用方式和毛坯及模具的形狀、尺寸的不同，變形區(qū)所處的部位也不相同。應(yīng)力狀態(tài)不滿足屈服準(zhǔn)則的區(qū)域，不會(huì)產(chǎn)生塑性變形，稱為非變形區(qū)。根據(jù)變形情況，非變形區(qū)又可進(jìn)一步分為已變

6、形區(qū)(B)、待變形區(qū)(C)和不變形區(qū)(D)。有時(shí)已變形區(qū)和不變形區(qū)還起傳力的作用，可稱其為傳力區(qū)(B 、C)。圖所示為拉深、翻邊、縮口變形過(guò)程中毛坯各區(qū)的分布。a)拉深 b)內(nèi)緣翻邊 c)縮口 沖壓成形時(shí)毛坯各區(qū)劃分舉例6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論1、變形毛坯的分區(qū) 沖壓方法變形區(qū)不變形區(qū)已變形區(qū)待變形區(qū)傳力區(qū)拉深A(yù)B無(wú)B翻孔AB無(wú)B縮口ABCC 變形區(qū)的主應(yīng)力狀態(tài)圖和主應(yīng)變狀態(tài)圖不僅從力學(xué)方面決定了沖壓工序的性質(zhì)，而且與成形極限、成形質(zhì)量以及所需的變形力與變形功有密切的關(guān)系。它是制定成形工藝、設(shè)計(jì)模具和確定極限參數(shù)的主要依據(jù)。研究沖壓成形過(guò)程，必須全面、清晰地了解整個(gè)變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)

7、特征以及在應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)中連續(xù)變化的規(guī)律。這樣才能從本質(zhì)上揭示各成形方式之間的力學(xué)特點(diǎn)，并根據(jù)這些特點(diǎn)對(duì)各種成形方法分類。6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論2、變形區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變特點(diǎn) 從本質(zhì)上看各種沖壓成形過(guò)程就是毛坯變形區(qū)在力的作用下產(chǎn)生變形的過(guò)程，所以毛坯變形區(qū)的受力情況和變形特點(diǎn)是決定各種沖壓變形性質(zhì)的主要依據(jù)。絕大多數(shù)沖壓變形都是平面應(yīng)力狀態(tài)。一般在板料表面上不受力或受數(shù)值不大的力，所以可以認(rèn)為在板厚方向上的應(yīng)力數(shù)值為零。使毛坯變形區(qū)產(chǎn)生塑性變形均是在板料平面內(nèi)相互垂直的兩個(gè)主應(yīng)力。除彎曲變形外，大多數(shù)情況下都可認(rèn)為這兩個(gè)主應(yīng)力在厚度方向上的數(shù)值是不變的。因此，可以把所有沖壓變形方式按毛坯變

8、形區(qū)的受力情況和變形特點(diǎn)從變形力學(xué)理論的角度歸納為以下四種情況，并分別研究它們的變形特點(diǎn)。平面應(yīng)力狀態(tài)屈服軌跡上的應(yīng)力分類圖平面應(yīng)力狀態(tài)屈服軌跡上的應(yīng)變分類圖 （1）沖壓毛坯兩向受拉應(yīng)力的作用6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論2、變形區(qū)的應(yīng)力與應(yīng)變特點(diǎn) 在軸對(duì)稱變形時(shí)，可以分為以下兩種情祝：00tr，且00rt，且 在平面應(yīng)力狀態(tài)屈服軌跡上的應(yīng)力分區(qū)圖中處于AOH和HOG范圍內(nèi)，在應(yīng)變分區(qū)圖中處于AOC和AON范圍內(nèi)，與此相對(duì)應(yīng)的工序是內(nèi)孔翻邊和脹形等。（2）沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應(yīng)力的作用6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論在軸對(duì)稱變形時(shí)，可以分為以下兩種情祝：00rt，且00rt，且 在應(yīng)力分區(qū)圖中

9、處于DOE和COD范圍內(nèi)，在應(yīng)變分區(qū)圖中處于GOE和GOL范圍內(nèi)，與此相對(duì)應(yīng)的工序有縮口等。（3）沖壓毛坯變形區(qū)受異號(hào)應(yīng)力的作用，且拉應(yīng)力的絕對(duì)值大于壓應(yīng)力的絕對(duì)值6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論00rtr，且及00rtr，且及 這兩種情況在應(yīng)力分區(qū)圖中處于GOF和AOB范圍，在應(yīng)變分區(qū)圖中處于MON和COD范圍，相對(duì)應(yīng)的工序有擴(kuò)口等。（4）沖壓毛坯變形區(qū)受異號(hào)應(yīng)力的作用，且壓應(yīng)力的絕對(duì)值大于拉應(yīng)力的絕對(duì)值6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論00rtr，且及00rtr，且及 這兩種情況在應(yīng)力分布區(qū)圖中處于EOF和BOC范圍，在應(yīng)變分區(qū)圖中處于MOL和DOE范圍，相對(duì)應(yīng)的工序有拉深等。 綜上所述，可以把

10、沖壓變形概括為兩大類：伸長(zhǎng)類變形與壓縮類變形。當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)內(nèi)的絕對(duì)值最大應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)檎禃r(shí)，稱這種沖壓變形為伸長(zhǎng)類變形，如脹形翻孔 與彎曲外側(cè)變形等。成形主要是靠材料的伸長(zhǎng)和厚度的減薄來(lái)實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，拉應(yīng)力的成分越多，數(shù)值越大，材料的伸長(zhǎng)與厚度減薄越嚴(yán)重。當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)內(nèi)的絕對(duì)值最大應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)樨?fù)值時(shí)，稱這種沖壓變形為壓縮類變形，如拉深較外區(qū)和彎曲內(nèi)側(cè)變形等。成形主要是靠材料的壓縮與增厚來(lái)實(shí)現(xiàn)，壓應(yīng)力的成分越多，數(shù)值越大，板料的縮短與增厚就越嚴(yán)重。6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論3、沖壓成形力學(xué)分類的意義及作用 由于伸長(zhǎng)類成形和壓縮類成形在變形力學(xué)上的本質(zhì)差別，它們?cè)跊_壓過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

11、和解決的方法也是完全不同的，但是，對(duì)同一類變形中的各種沖壓方法，卻可以用相同的觀點(diǎn)和方法去分析和解決沖壓中的各種問(wèn)題。以下舉例說(shuō)明。6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論 伸長(zhǎng)類成形的極限變形參數(shù)主要決定于材料的塑性，并且可以用板材的塑性指標(biāo)直接地或間接地表示。例如多數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：平板毛坯的局部脹形深度、圓柱體空心毛坯的脹形系數(shù)、圓孔翻邊系數(shù)、最小彎曲半徑等都與伸長(zhǎng)率有明顯的正比關(guān)系。6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論 壓縮類成形的極限變形參數(shù)（如拉深系數(shù)等），通常都是受毛坯傳力區(qū)的承載能力的限制，有時(shí)則受變形區(qū)或傳力區(qū)的失穩(wěn)起皺的限制。 由于兩類成形方法的極限變形參數(shù)的確定基礎(chǔ)不同，所以影響極限變形參

12、數(shù)的因素和提高極限變形參數(shù)的途徑和方法也不一樣。 6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論3、沖壓成形力學(xué)分類的意義及作用a）提高材料的塑性 成形前退火、多次成形的中間退火，都是為了消除材料硬化，提高材料塑性，從而提高極限變形程度。1）提高伸長(zhǎng)類成形極限的措施6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論3、沖壓成形力學(xué)分類的意義及作用1）提高伸長(zhǎng)類成形極限的措施b）減小變形不均勻的程度 使變形趨向均勻，減小局部的集中變形，可以使總的變形程度加大。例如，脹形時(shí)均勻而有效的潤(rùn)滑可使變形更均勻，有利于提高總的變形程度。另外，與硬化指數(shù)n關(guān)系密切，原材料n值大，能夠防止產(chǎn)生過(guò)分集中的局部變形，使脹形、翻邊、擴(kuò)口等的極限變形程

13、度得到提高。6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論3、沖壓成形力學(xué)分類的意義及作用1）提高伸長(zhǎng)類成形極限的措施c）消除局部硬化層或引起應(yīng)力集中的因素 用整修或切屑方法去除沖裁斷面的硬化層、粗糙的斷裂面及毛刺，或者將毛刺側(cè)貼靠彎曲凸模、翻邊凸模一邊，可防止伸長(zhǎng)類成形的開(kāi)裂，提高成形極限。6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論3、沖壓成形力學(xué)分類的意義及作用2）提高壓縮類成形極限的措施a）降低變形區(qū)變形抗力、摩擦阻力和提高傳力區(qū)承載能力 如減小壓邊力、加大凹模圓角半徑、改善潤(rùn)滑條件或采用降低變形區(qū)變形抗力的特種拉深方法：例如差溫拉深、徑向加壓液壓拉深等。6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論3、沖壓成形力學(xué)分類的意義及作

14、用2）提高壓縮類成形極限的措施b）防止毛坯變形區(qū)的失穩(wěn)起皺 如減小凹模圓角半徑、適當(dāng)增大壓邊力或采用合理的壓邊間隙。對(duì)易產(chǎn)生內(nèi)皺的拉深件（如錐形、球形或拋物線拉深件），可采用拉深筋、弧形壓邊圈或反拉深等。6.2 現(xiàn)代沖壓成形的分類理論3、沖壓成形力學(xué)分類的意義及作用2）提高壓縮類成形極限的措施c）以降低變形區(qū)的變形抗力為主要目的的退火。 如多次拉深時(shí)的中間退火，這時(shí)的退火與伸長(zhǎng)類成形時(shí)以恢復(fù)材料的塑性為主要目的的退火之間有很大的差別，進(jìn)行退火的意義和方法也不相同。例如以極限拉深系數(shù)進(jìn)行一次拉深工序之后，如不退火，仍然可以繼續(xù)進(jìn)行下次變形程度較小的拉深工序；但以極限脹形系數(shù)進(jìn)行一次脹形加工后，如

15、不經(jīng)恢復(fù)塑性的退火，再繼續(xù)進(jìn)行脹形是不可能的。 項(xiàng) 目伸長(zhǎng)類成形壓縮類成形變形區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系拉應(yīng)力絕對(duì)值最大方向?qū)?yīng)的變形一定是伸長(zhǎng)變形壓應(yīng)力絕對(duì)值最大方向?qū)?yīng)的變形一定是壓縮變形變形區(qū)料厚變化減薄增厚 質(zhì)量問(wèn)題表現(xiàn)形式變形區(qū)因受拉過(guò)度而破裂變形區(qū)受壓嚴(yán)重而失穩(wěn)起皺；傳力區(qū)拉破或受壓失穩(wěn)皺褶成形極限影響因素主要受材料塑性（、）限制，與、n值關(guān)系密切 受材料力學(xué)性能影響（s、s /b），毛坯相對(duì)厚度、模具參數(shù)（rp、rd）影響大提高成形極限方法提高板料塑性；使變形均勻；一般少用多次成形方法提高傳力區(qū)的承載能力；提高變形區(qū)抗壓縮失穩(wěn)能力；常用多次成形方法典型工序脹形、翻邊、擴(kuò)口、彎曲（外層）等拉

16、深、縮口、彎曲（內(nèi)層）等伸長(zhǎng)類成形與壓縮類成形的對(duì)比6.2 沖壓成形區(qū)域與成形性能的劃分4、吉田分類圖 生產(chǎn)中將彎曲、拉深、脹形和翻邊稱為四種最典型、最常用的板料成形工序。為了分析、認(rèn)識(shí)這些基本成形工序之間的關(guān)系，以及板料幾何尺寸與形狀對(duì)成形工序性質(zhì)的影響，日本吉田清太等人通過(guò)試驗(yàn)得到了圖所示的沖壓成形分類圖。沖壓成形區(qū)域圖 吉田分類圖6.2 沖壓成形區(qū)域與成形性能的劃分 由圖中可見(jiàn)，用圓柱形凸模沖壓成形時(shí)，成形方式與幾何參數(shù)dpD（拉深系數(shù)）和d0dp（翻邊系數(shù)）有關(guān)。用d0dp作橫坐標(biāo)，dpD作縱坐標(biāo)，便可得到圖中（I）區(qū)所示的回轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀成形時(shí)的沖壓成形區(qū)域圖。根據(jù)參數(shù)d0dp和dpD的

17、變化，該部分圖形劃分為：- 拉深成形區(qū)；- 脹形成形區(qū)；- 擴(kuò)孔區(qū)；- 圓孔翻邊區(qū)；其中 、和共同組成伸長(zhǎng)類翻邊區(qū)。 除回轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀零件外，更多是非對(duì)稱零件。沖壓非對(duì)稱零件時(shí)，變形最劇烈且最容易發(fā)生破裂部位是側(cè)壁轉(zhuǎn)角處。把這些轉(zhuǎn)角部位視為局部軸對(duì)稱區(qū)域，用該部位變形性質(zhì)代表零件成形方式，轉(zhuǎn)角成為又一個(gè)影響成形方式幾何參數(shù)。=0時(shí)，成形方式轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢?，可將四種典型成形方式用幾何參數(shù)d0dp、dpD和聯(lián)系在一起如圖所示。吉田圖的提出，有助于分析、認(rèn)識(shí)成形工序之間的關(guān)系，研究幾何條件對(duì)成形工藝的影響，也為劃分成形性能打下了基礎(chǔ)。6.2 沖壓成形區(qū)域與成形性能的劃分6.2 沖壓成形區(qū)域與成形性能的劃分

18、5、沖壓成形性能劃分 如前所述，目前主要用抗破裂性能作為評(píng)定板料成形性能的指標(biāo)。根據(jù)成形方式不同，可對(duì)沖壓成形性能作以下劃分。圖劃分了四種成形，而其中的分界線實(shí)質(zhì)上就是不同成形方式下的成形極限。由于成形極限需要根據(jù)破裂形式確定，所以板料在不同的沖壓成形區(qū)域，具有不同的抗破裂性。成形區(qū)域圖同時(shí)劃分了板料的成形性能。在四種成形方式中，破裂有三種典型形式： 6.2 沖壓成形區(qū)域與成形性能的劃分5、沖壓成形性能劃分破裂拉應(yīng)力超過(guò)材料抗拉強(qiáng)度（即拉b)引起的破裂。破裂伸長(zhǎng)率超過(guò)材料允許值（即)引起的破裂。彎曲破裂外層材料伸長(zhǎng)率超過(guò)材料允許值（即外)引起的破裂。 表列出了四種典型沖壓成形方式、變形區(qū)的應(yīng)變

19、方式、破裂形式和沖壓成形性能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 6.2 沖壓成形區(qū)域與成形性能的劃分5、沖壓成形性能劃分 變形區(qū)的應(yīng)變方式破裂形式伸長(zhǎng)類應(yīng)變壓縮類應(yīng)變彎曲脹形和脹形成形性能拉深和拉深成形性能擴(kuò)孔（或伸長(zhǎng)類翻邊）或擴(kuò)孔成形性能彎曲破裂彎曲和彎曲成形性能應(yīng)變方式、破裂形式和成形方法及成形性能的關(guān)系6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo) 測(cè)定或評(píng)價(jià)板料沖壓成形性能時(shí)，經(jīng)常采用模擬試驗(yàn)方法。所謂模擬試驗(yàn)，是指模擬某一類實(shí)際成形方式來(lái)成形小尺寸試樣的板料沖壓試驗(yàn)。在一定的模擬試驗(yàn)中，可以將試樣變形到這類成形方式允許的某種極限變形程度，然后把這種極限變形程度作為這類成形方式對(duì)應(yīng)的沖壓成形性能指標(biāo)。常用的模擬試驗(yàn)

20、方法如下。 板材的脹形性能試驗(yàn)又稱為杯突試驗(yàn)或壓穴試驗(yàn) 。一般包括Erichsen脹形試驗(yàn)和瑞典式純脹形試驗(yàn)。它是測(cè)定板材沖壓性能的一種工藝性試驗(yàn)。6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)1、脹形成形性能試驗(yàn)杯突試驗(yàn) 杯突機(jī)上用一定規(guī)格的鋼球或球狀沖頭向夾緊與規(guī)定的環(huán)形凹模內(nèi)的試樣施加壓力，直至式樣產(chǎn)生微細(xì)裂紋為止，此時(shí)沖頭的壓入深度稱為材料的杯突深度值。該值反映材料對(duì)脹形的適應(yīng)性，可作為衡量板料脹形、曲面零件拉深的沖壓性能指標(biāo)。 先將平板坯料試樣放在凹模平面上，用壓邊圈壓住試樣外圈，然后，用球形沖頭將試樣壓入凹模。由于坯料外徑比凹?？讖酱蠛芏?，所以，其外環(huán)不發(fā)生切向壓縮變形，而與沖頭接觸的試樣中間

21、部分坯料受到雙向拉應(yīng)力作用而實(shí)現(xiàn)脹形成型 。 在脹形成型中，把試樣出現(xiàn)裂紋時(shí)沖頭的壓入的深度稱為脹形深度或Erichsen試驗(yàn)深度，簡(jiǎn)計(jì)為IE值。 IE值越大，脹形性能及拉深類成型性能越好。 6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)1、脹形成形性能試驗(yàn)（續(xù)）6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)1、脹形成形性能試驗(yàn)（續(xù)）圖6-8 杯突試驗(yàn)（GB4156-84）KWI擴(kuò)孔試驗(yàn)原理:用有預(yù)加工小孔（小孔直徑規(guī)定為擴(kuò)孔沖頭直徑的30）的平板坯料進(jìn)行擴(kuò)孔。試驗(yàn)時(shí)，將試樣放在凹模與壓邊圈之間壓死，凸模運(yùn)動(dòng)，直至孔口邊緣因孔徑擴(kuò)大而出現(xiàn)裂紋為止。測(cè)量此時(shí)的最大孔徑dfmax和最小孔徑dfmin，用來(lái)計(jì)算極限擴(kuò)孔率。

22、極限擴(kuò)孔率值是作為鑒定板材翻邊成型性能的一個(gè)材料特性值，值越大，板材的翻邊性能越好。 6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)2、擴(kuò)孔成形性能試驗(yàn)%10000dddf6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)2、擴(kuò)孔成形性能試驗(yàn)（續(xù)）圖6-9 擴(kuò)孔試驗(yàn)（JB4409.4-88）6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)3、拉深成形性能試驗(yàn)Swift求極限拉深比的試驗(yàn)，也叫Swift拉深試驗(yàn) 試驗(yàn)方法使用不同直徑的圓形坯料，并按照逐級(jí)增大直徑的操作程序在圖示的裝置中進(jìn)行拉深成形試驗(yàn)，取試樣側(cè)壁不致破裂時(shí)可能拉深成功的最大坯料直徑Dmax與沖頭直徑dp之比值，稱為極限拉深比（LDR），即，LDR值越大，則板材的拉深成型

23、性能越好。1）圓柱形平底凸模沖杯試驗(yàn)圖6-10 沖杯試驗(yàn)1-凸模 2-壓邊圈 3-凹模 4-試樣6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)3、拉深成形性能試驗(yàn)(續(xù))1）圓柱形平底凸模沖杯試驗(yàn)（續(xù)）6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)3、拉深成形性能試驗(yàn)(續(xù))2）TZP試驗(yàn) 在一定的拉深變形程度下（TZP試驗(yàn)時(shí)取毛坯直徑D0 = 52mm，沖頭直徑dp= 30mm）最大拉深力與試驗(yàn)中已經(jīng)成型的試樣側(cè)壁的拉斷力之間的關(guān)系作為判斷拉深成型性能的依據(jù)。 這種方法特點(diǎn)之一是可一次試驗(yàn)成功。當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到拉深力達(dá)到峰值Pmax時(shí)，隨即加大壓邊力，使試樣的法欄邊固定，消除在以后拉深程中繼續(xù)變形和被拉入凹模的可能。然后，

24、再加大沖頭壓力直到試樣被拉斷，并測(cè)出拉斷時(shí)的力P。本試驗(yàn)按JB4409.288標(biāo)準(zhǔn)來(lái)執(zhí)行。6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)3、拉深成形性能試驗(yàn)(續(xù))2）TZP試驗(yàn)（續(xù)） 圖示出了拉深力Pmax與試樣最終被拉斷的力P，可得到一個(gè)表示板材拉深性能的材料特性值T，T值按下式計(jì)算：T值越大，板材的拉深性能越好。%100maxFPPT6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)3、拉深成形性能試驗(yàn)(續(xù))2）TZP試驗(yàn)（續(xù)）圖6-11 TZP試驗(yàn)6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)4、彎曲成形性能試驗(yàn) 一般用相對(duì)與板料厚度t的比值表示，即rmin/t0（rmin最小彎曲半徑，t0試樣基本厚度）。此比值越小，表明板材

25、的彎曲性能越好。實(shí)際上，有好幾種彎曲試驗(yàn)方法均是測(cè)出彎曲外表面不致產(chǎn)生破環(huán)情況下的最小相對(duì)彎曲半徑。 壓彎法6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)4、彎曲成形性能試驗(yàn)（續(xù)）模彎法：用彎曲模在沖床或液壓機(jī)上進(jìn)行彎曲試驗(yàn)，不僅可以測(cè)出最小相對(duì)彎曲半徑，而且可以測(cè)出彎曲力及彎曲彈復(fù)等試驗(yàn)數(shù)據(jù)。卷彎法6.3 沖壓成形性能試驗(yàn)方法與指標(biāo)5、錐杯試驗(yàn) minmax21ccDDCCV 圓片試樣放在錐形凹?？變?nèi)，通過(guò)鋼球?qū)υ嚇舆M(jìn)行復(fù)合成形，即錐杯成形，發(fā)生破裂時(shí)停機(jī)，測(cè)量錐杯口部最大外徑Dmax和最小外徑Dmin，用它們計(jì)算錐杯值CCV作為金屬薄板的“拉深+脹形”復(fù)合成形性能指標(biāo)。 直接或模擬試驗(yàn)?zāi)芊从嘲辶蠈?duì)某特

26、定工藝的成形性能。但是,它不具有一般性。此外,它只能反映材料宏觀平均性能,不能反映材料的局部性能。注意：注意：6.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變 塑性拉伸失穩(wěn)：板料沖壓成形時(shí)，受拉應(yīng)力部分容易產(chǎn)生頸縮和破裂的現(xiàn)象。大多數(shù)板料沖壓成形為平面應(yīng)力狀態(tài)。 大部分板料沖壓工藝的應(yīng)力和應(yīng)變可以在二維的沖壓主應(yīng)力圖和沖壓主應(yīng)變圖上反映出來(lái)。一般來(lái)講，塑性拉伸失穩(wěn)只發(fā)生在伸長(zhǎng)類應(yīng)變條件下，如果只考慮應(yīng)變的數(shù)值和順序，不考慮應(yīng)變?cè)诿骰蛄慵系膸缀畏较?，則伸長(zhǎng)類應(yīng)變的范圍可用圖6-14所示的沖壓主應(yīng)變圖表示。6.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變圖6-14 伸長(zhǎng)類應(yīng)變范圍圖6-14中和分別是應(yīng)力比和應(yīng)變比

27、。76128612板料的應(yīng)變路徑：應(yīng)變比。在簡(jiǎn)單加載條件下對(duì)于各向同性材料，和有以下關(guān)系：962126.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變1、塑性拉伸失穩(wěn)的概念和類型圖6-15 單向拉伸試驗(yàn)曲線圖6-16 塑性拉伸失穩(wěn)類型a)分散性頸縮 b)集中性頸縮6.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變1、塑性拉伸失穩(wěn)的概念和類型（續(xù)）Swift分散性頸縮（diffuse necking）失穩(wěn)理論： 板料的塑性變形達(dá)到一定程度后，變形開(kāi)始集中在材料內(nèi)某些性能較弱的部位（稱為分散性頸縮，圖6-16a）；載荷開(kāi)始隨變形程度增大而減小，由于應(yīng)變硬化，這些頸縮能在一定的尺寸范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移，使材料在這個(gè)范圍內(nèi)產(chǎn)生一種亞穩(wěn)

28、定的塑性流動(dòng)，故載荷下降比較緩慢，如圖6-15中的b-c所示。6.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變1、塑性拉伸失穩(wěn)的概念和類型（續(xù)）Hill集中性頸縮（localized necking）失穩(wěn)理論： 板料的塑性變形集中在一個(gè)狹窄的條帶區(qū)域（稱為集中性失穩(wěn)，圖6-16b），此時(shí)應(yīng)變硬化不足以使這種頸縮發(fā)生轉(zhuǎn)移，應(yīng)力增長(zhǎng)率遠(yuǎn)小于承載面積的減小速度，故載荷隨變形程度增大而急劇下降，如圖6-15中c-d，所示。 一般情況下，材料出現(xiàn)集中性失穩(wěn)頸縮之后很快就會(huì)破裂，故集中性頸縮表面呈粗糙顆粒狀，肉眼可以觀測(cè)到，但肉眼卻難以觀測(cè)到分散性失穩(wěn)。6.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變2、頸縮條件（1）分散性

29、頸縮條件 板料發(fā)生分散性頸縮失穩(wěn)的特征是拉力載荷達(dá)到最大值，即dF=0，分散性頸縮時(shí)的應(yīng)力和應(yīng)變條件。1）單向拉伸板料單向拉伸時(shí)，瞬時(shí)載荷為1061AF板料的瞬時(shí)斷面積。瞬時(shí)拉伸應(yīng)力；式中A16.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變2、頸縮條件（續(xù)）（1）分散性頸縮條件（續(xù)）1）單向拉伸（續(xù)）微分式（6-10），得dAdAdF11令dF = 0得：11611AdAd由塑性體積不變條件得：12600lAlA板料的原始長(zhǎng)度。板料的原始斷面積；板料的瞬時(shí)斷面積；板料的瞬時(shí)長(zhǎng)度；式中00lAAl6.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變2、頸縮條件（續(xù)）（1）分散性頸縮條件（續(xù)）1）單向拉伸（續(xù)）微分式（6

30、-12），得1361dldlAdA將式（6-13）代入式（611），可得單向拉伸時(shí)的分散性頸縮條件為146111111dddd或6.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變2、頸縮條件（續(xù)）（1）分散性頸縮條件（續(xù)）1）單向拉伸（續(xù)）為：的最大伸長(zhǎng)應(yīng)變板料出現(xiàn)分散性頸縮時(shí)，推出單向拉伸時(shí)，）和硬化曲線利用式（dnB11461561 nd板料的應(yīng)變硬化指數(shù)。式中n6.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變2、頸縮條件（續(xù)）（1）分散性頸縮條件（續(xù)）2）雙向拉伸圖6-17 板料雙向拉伸 若板料發(fā)生分散性頸縮，則dF1 = 0，dF2 =0，可推出雙向拉伸時(shí)的分散性頸縮條件為：166222111dddd6.4

31、 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變2、頸縮條件（續(xù)）（2）集中性頸縮條件圖6-18 集中性頸縮 圖6-18是集中性頸縮的模型。根據(jù)Hill理論，產(chǎn)生集中性頸縮的條件是：板料在頸縮部位的應(yīng)力變化率等于厚度減薄率時(shí)，變形不能向外轉(zhuǎn)移，其表達(dá)式為：176311dtdtd186322311dtdtddtdtd單向拉伸時(shí)：雙向拉伸時(shí)：6.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變2、頸縮條件（續(xù)） 對(duì)各向同性材料單向拉伸時(shí)（2）集中性頸縮條件（續(xù)）19622321ddd代入式（6-17）得20621111dd為：的最大伸長(zhǎng)應(yīng)變板料出現(xiàn)集中性頸縮時(shí)，推出單向拉伸時(shí)，）和硬化曲線利用式（lnB120621621 nl

32、6.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變3、集中性頸縮方位 根據(jù)集中性失穩(wěn)理論，圖6-18所示得頸縮沿長(zhǎng)度l方向不發(fā)生變形，所以：02d根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式，上式為：2260sincos2cos2coscos22212322212dddddd于是：2362121arctgarctg。，式中，1212dd6.4 塑性拉伸失穩(wěn)理論與失穩(wěn)極限應(yīng)變3、集中性頸縮方位（續(xù)），與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)接近；表示單向拉伸，時(shí)，當(dāng)時(shí)，）（445409044542101；和平面應(yīng)變狀態(tài)，平面應(yīng)力時(shí)，表示板料同時(shí)處在）（90212。本上與最大主應(yīng)力垂直在這類情況下，裂紋基）無(wú)意義，試驗(yàn)表明，式（）（2362136.5 板料的基本性能

33、與沖壓成形性能的關(guān)系 成形極限圖（FLD）或成形極限線（FLC）是評(píng)定金屬板料局部成形能力重要工具，在分析沖壓成形的破裂問(wèn)題時(shí)經(jīng)常使用。6.6 成形極限圖及其應(yīng)用6.6 成形極限圖及其應(yīng)用 沖壓成形時(shí)，金屬板料上縮頸或破裂區(qū)表面應(yīng)變量稱為表面極限應(yīng)變量。如圖,二維應(yīng)變坐標(biāo)系中，用不同應(yīng)變路徑下表面極限應(yīng)變量連成曲線或勾畫(huà)出條帶形區(qū)域稱為成形極限曲線(Forming Limit Curve，縮寫(xiě)FLC)，極限應(yīng)變量與極限曲線共同構(gòu)成成形極限圖(Forming Limit Diagram，縮寫(xiě)FLD) 。 1、FLD的涵義6.6 成形極限圖及其應(yīng)用1、FLD的涵義6.6 成形極限圖及其應(yīng)用2、成形

34、極限圖（FLD）試驗(yàn) 將一側(cè)表面制有網(wǎng)格的試樣置于凹模與壓邊圈之間，壓緊拉深筋以外的材料，試樣中部在外力作用下產(chǎn)生變形（見(jiàn)圖），其表面上的網(wǎng)格圓發(fā)生變形，當(dāng)某個(gè)局部產(chǎn)生縮頸或破裂時(shí)，停止試驗(yàn)，測(cè)量縮頸區(qū)或破裂區(qū)附近的網(wǎng)格圓長(zhǎng)軸和短軸尺寸，計(jì)算板料允許的局部表面極限主應(yīng)變量（e1、e2）或（1、2）。 6.6 成形極限圖及其應(yīng)用2、成形極限圖（FLD）試驗(yàn) 6.6 成形極限圖及其應(yīng)用2、成形極限圖（FLD）試驗(yàn) 下述兩種方法可獲得不同應(yīng)變路徑下表面極限主應(yīng)變。a.改變?cè)嚇优c凸模接觸面間潤(rùn)滑條件 測(cè)定FLD右半部分（雙拉變形區(qū)，即e10、e20或10、20）。b.采用不同寬度的試樣 用來(lái)測(cè)定成形極

35、限圖的左半部分（拉-壓變形區(qū)，即e10、e20或10、20）。 網(wǎng)格變形后形狀如圖所示，長(zhǎng)軸為d1、短軸為d2,將d1和d2近似視為試樣平面內(nèi)一點(diǎn)上的兩個(gè)主應(yīng)變方向。 6.6 成形極限圖及其應(yīng)用2、成形極限圖（FLD）試驗(yàn) 網(wǎng)格圓畸變6.6 成形極限圖及其應(yīng)用2、成形極限圖（FLD）試驗(yàn) 根據(jù)測(cè)量結(jié)果，計(jì)算試樣表面極限應(yīng)變。 %100%10000220011dddeddde)1ln(ln)1ln(ln20221011eddedd 如圖,以表面應(yīng)變e2(或2)為橫坐標(biāo)、表面應(yīng)變e1（或1）為縱坐標(biāo)，建立表面應(yīng)變坐標(biāo)系。在e1-e2坐標(biāo)系中，習(xí)慣將e1和e2分度比例為1：2，而在1-2坐標(biāo)系中兩者

36、分度一般相同。將試驗(yàn)測(cè)定表面極限應(yīng)變量（e1、e2）或（1、2）標(biāo)繪在表面應(yīng)變坐標(biāo)系中。 6.6 成形極限圖及其應(yīng)用2、成形極限圖（FLD）試驗(yàn) 6.6 成形極限圖及其應(yīng)用2、成形極限圖（FLD）試驗(yàn) 根據(jù)表面極限應(yīng)變量在坐標(biāo)系中的分布特征，將它們連成適當(dāng)?shù)那€（圖a）或構(gòu)成條帶形區(qū)域（圖b），即為成形極限曲線（FLC）。6.6 成形極限圖及其應(yīng)用2、成形極限圖（FLD）試驗(yàn) 6.6 成形極限圖及其應(yīng)用3、成形極限圖的應(yīng)用 將板料劃分為三個(gè)區(qū)域：安全區(qū)、破裂區(qū)和臨界區(qū)。不同工藝，不同工藝參數(shù)都會(huì)導(dǎo)致板料表面應(yīng)變量的不同，從而可以根據(jù)該工藝所處成形極限圖的位置，確定板材在沖壓成形過(guò)程中抵抗局部縮頸或破裂的能力。具體而言,成形極限圖有如下用途:a.分析危險(xiǎn)點(diǎn)的位置(見(jiàn)圖)b.分析破裂產(chǎn)生的原因,指導(dǎo)工藝或模具的改進(jìn)c.進(jìn)行沖壓(結(jié)構(gòu))件的極限設(shè)計(jì)d.保證大批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性e.板料成形計(jì)算機(jī)模擬的判據(jù)(見(jiàn)圖)6.6 成形極限圖及其應(yīng)用3、成形極限圖的應(yīng)用a）應(yīng)變狀態(tài)圖 b）板厚應(yīng)變分布筒形件拉深件的應(yīng)變狀態(tài)圖6.6 成形極限圖及其應(yīng)用3、成形極限圖的應(yīng)用6.6 成形極限圖及其應(yīng)用3、成形極限圖的應(yīng)用a）應(yīng)變分布 b）應(yīng)變狀態(tài)圖脹形件的應(yīng)變狀態(tài)圖6.6 成形極限圖及其應(yīng)用3、成形極限圖的應(yīng)用轎車(chē)翼子板成形過(guò)程數(shù)值模擬6.6 成形極限圖