《沖壓變形理論基礎(chǔ)》ppt課件

1、沖壓變形理論根底沖壓成形是金屬塑性成形加工方法之一，是建立在金屬塑性變形理論根底上的材料成形工程技術(shù)。要掌握冷沖壓成形加工技術(shù)，就必須具有金屬塑性變形理論的根底知識(shí)塑性變形的根本概念 在金屬材料中，原子之間作用著相當(dāng)大的力，足以抵抗重力的作用，所以在沒(méi)有其它外力作用的條件下，金屬物體將保持自有的形狀和尺寸。 彈性變形-當(dāng)物體受到外力作用之后，它的形狀和尺寸將發(fā)生變化即變形，變形的本質(zhì)就是原子間的間隔 產(chǎn)生變化。假設(shè)作用于物體的外力去除后，由外力引起的變形隨之消失，物體能完全恢復(fù)自己的原始形狀和尺寸，這樣的變形稱為彈性變形。 塑性變形-假如作用于物體的外力去除后，物體并不能完全恢復(fù)自己的原始形狀

2、和尺寸，這樣的變形稱為塑性變形。塑性變形和彈性變形都是在變形體不破壞的條件下進(jìn)展的即連續(xù)性不破壞通常用塑性表示材料塑性變形才能。 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好性才能。金屬的塑性不是固定不變的，影響它的因素很多，除了金屬本身的晶格類型、化學(xué)成分和金相組織等內(nèi)在因素之外，其外部因素變形方式機(jī)械因素即應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)變狀態(tài)、變形條件物理因素即變形溫度與變形速度的影響也很大。影響金屬塑性的主要因素如表1.3.1 所示。 衡量金屬塑性上下的參數(shù)稱為塑性指標(biāo)延伸率、斷面收縮率。 塑性指標(biāo)-是以材料開(kāi)場(chǎng)破壞時(shí)的塑性變形量來(lái)表示，它可借助于各種實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定。目前應(yīng)用比較廣泛的是拉伸試驗(yàn)，

3、對(duì)應(yīng)于拉伸試驗(yàn)的塑性指標(biāo)，用延伸率和斷面收縮率表示。和的數(shù)值由下式確定： 需要指出，各種試驗(yàn)方法都是相對(duì)于特定的受力狀況和變形條件的，由此所測(cè)定的塑性指標(biāo)，僅具有相對(duì)的比較意義。 變形力變形力-塑性變形時(shí)，使金屬產(chǎn)生變形的外力稱為變形力。 變形抗力變形抗力-金屬抵抗變形的力稱為變形抗力，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。 金屬受外力作用產(chǎn)生塑性變形后不僅形狀和尺寸發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的組織和性能也將發(fā)生變化。一般會(huì)產(chǎn)生加工硬化或應(yīng)變剛現(xiàn)象，即金屬的機(jī)械性能，隨著變形程度的增加，強(qiáng)度和硬度逐漸增加，而塑性和韌性逐漸降低；晶粒會(huì)沿變形方向伸長(zhǎng)排列形

4、成纖維組織使材料產(chǎn)生各向異性；由于變形不均，會(huì)在材料內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，變形后作為剩余應(yīng)力保存在材料內(nèi)部。塑性力學(xué)根底.點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)金屬?zèng)_壓成形時(shí)，外力通過(guò)模具作用在坯料上，使其內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，并且發(fā)生塑性變形。一定的力 的作用方式和大小都對(duì)應(yīng)著一定的變形，受力不同，變形就不同。 由于坯料變形區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的受力和變形情況不同，為了全面、完好地描繪變形區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的受力情況，引入點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)的概念。某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，通常是圍繞該點(diǎn)取出一個(gè)微小正六面體即所謂單元體，用該單元體上三個(gè)互相垂直面上的應(yīng)力來(lái)表示。一般可沿坐標(biāo)方向?qū)⑦@些應(yīng)力分解成9個(gè)應(yīng)力分量，即3個(gè)正應(yīng)力和6個(gè)剪應(yīng)力，如圖1.3.1 a所示。由于單

5、元體處于靜平衡狀態(tài)，根據(jù)剪應(yīng)力互等定理xy=yx ，xz=zx ，yz=zy，實(shí)際上只需要知道6個(gè)應(yīng)力分量，即3個(gè)正應(yīng)力和3個(gè)剪應(yīng)力，就可以確定該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。 對(duì)于任何一種應(yīng)力狀態(tài)，總是存在這樣一組坐標(biāo)系，使得單元體各外表只有正應(yīng)力而無(wú)剪應(yīng)力，如圖1.3.1b所示, 這樣，應(yīng)力狀態(tài)的表示將大大的簡(jiǎn)化。我們稱剪應(yīng)力為零的平面為主平面，與主平面垂直的各條軸線稱主軸，作用在主平面上的正應(yīng)力稱為主應(yīng)力一般用1、2、3表示，以主應(yīng)力表示的應(yīng)力狀態(tài)，稱為主應(yīng)力狀態(tài)，表示主應(yīng)力有無(wú)與方向的圖形，稱主應(yīng)力狀態(tài)圖。塑性變形過(guò)程中，可能出現(xiàn)的主應(yīng)力狀態(tài)圖共有九種，如圖1.3.2 所示。 變形體內(nèi)存在應(yīng)力必然產(chǎn)生

6、應(yīng)變。通常用應(yīng)變狀態(tài)來(lái)描繪點(diǎn)的變形情況，點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)與點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)類似。應(yīng)變也有正應(yīng)變和剪應(yīng)變之分，當(dāng)采用主軸坐標(biāo)系時(shí)，單元體上也只有三個(gè)主應(yīng)變分量:1 、2 、3金屬材料在塑性變形時(shí)，體積變化很小，可以忽略不計(jì)。因此，一般認(rèn)為金屬材料在塑性變形時(shí)體積不變，可證明滿足1 +2 +3=0 ，由此可見(jiàn)，塑性變形時(shí)，三個(gè)主應(yīng)變分量不可能全部同號(hào)，只可能有三向和二向應(yīng)變狀態(tài)，不可能有單向應(yīng)變狀態(tài)。其主應(yīng)變狀態(tài)圖只有三種，如圖1.3.3所示。 2金屬的屈從條件 眾所周知，在材料單向拉伸中，由于質(zhì)點(diǎn)處于單向應(yīng)力狀態(tài)，只要單向拉伸應(yīng)力到達(dá)材料的屈從極限，該質(zhì)點(diǎn)即行屈從，進(jìn)入塑性狀態(tài)。在多向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，顯然就

7、不能僅僅用某一應(yīng)力分量來(lái)判斷質(zhì)點(diǎn)是否進(jìn)入塑性狀態(tài)，必須同時(shí)考慮其它應(yīng)力分量。研究說(shuō)明，只有當(dāng)各應(yīng)力分量之間符合一定的關(guān)系時(shí)，質(zhì)點(diǎn)才進(jìn)入塑性狀態(tài)。這種關(guān)系叫做屈從條件，或屈從準(zhǔn)那么，也稱塑性條件或塑性方程。 滿足屈從條件說(shuō)明材料處于塑性狀態(tài)。材料要進(jìn)展塑性變形，必須始終滿足屈從條件。 對(duì)于應(yīng)變硬化材料，材料要由彈性變形轉(zhuǎn)為塑性變形，必須滿足的屈從條件叫初始屈從條件；而塑性變形要繼續(xù)開(kāi)展，必須滿足的屈從條件那么叫后繼屈從條件。在一般應(yīng)力狀態(tài)下，塑性變形過(guò)程的發(fā)生、開(kāi)展，本質(zhì)上可以理解為一系列的彈性極限狀態(tài)的打破初始屈從和后繼屈從。 材料是否屈從和進(jìn)入塑性狀態(tài)，主要取決于兩方面的因素： 1在一定的變

8、形條件變形溫度和變形速度下材料的物理機(jī)械性質(zhì)轉(zhuǎn)變的根據(jù)。 2材料所處的應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變的條件。 目前在工程上常用的屈從條件可表示如下： 1-3=S 式中 1、3 、S最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力和屈從應(yīng)力； 應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)，其值在11.155之間。當(dāng)21+3/2時(shí)，1.155；當(dāng)21或23時(shí)，=1。一般近似取1.1。3金屬塑性變形時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 彈性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是線性的、可逆的，與加載歷史無(wú)關(guān)；而塑性變形階段，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系那么是非線性的、不可逆的，與加載歷史有關(guān)。應(yīng)變不僅與應(yīng)力大小有關(guān)，而且還與加載歷史有著親密的關(guān)系。 目前常用的塑性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系主要有兩類：一類簡(jiǎn)稱增量

9、理論，它著眼于每一加載瞬間，認(rèn)為應(yīng)力狀態(tài)確定的不是塑性應(yīng)變分量的全量而是它的瞬時(shí)增量；另一類簡(jiǎn)稱全量理論，它認(rèn)為在簡(jiǎn)單加載即在塑性變形開(kāi)展的過(guò)程中，只加載，不卸載，各應(yīng)力分量一直按同一比例系數(shù)增長(zhǎng)，又稱比例加載條件下，應(yīng)力狀態(tài)可確定塑性應(yīng)變分量。為了便于理解和比較，在此僅介紹全量理論。 全量理論認(rèn)為在簡(jiǎn)單加載條件下，塑性變形的每一瞬間，主應(yīng)力差與主應(yīng)變差成比例 非負(fù)比例系數(shù)，是一個(gè)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(wú)關(guān)。 理解塑性變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有助于分析沖壓成形時(shí)板材的應(yīng)力與應(yīng)變。通過(guò)對(duì)塑性變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的分析，可得出以下結(jié)論： 1應(yīng)力分量與應(yīng)變分量符號(hào)不一定一致

10、，即拉應(yīng)力不一定對(duì)應(yīng)拉應(yīng)變，壓應(yīng)力不一定對(duì)應(yīng)壓應(yīng)變； 2某方向應(yīng)力為零其應(yīng)變不一定為零； 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(duì)應(yīng)的，即123，那么有123。 4假設(shè)有兩個(gè)應(yīng)力分量相等，那么對(duì)應(yīng)的應(yīng)變分量也相等，即假設(shè)12，那么有12。金屬塑性變形的一些根本規(guī)律1硬化規(guī)律 沖壓消費(fèi)一般都在常溫下進(jìn)展。對(duì)金屬材料來(lái)說(shuō)，在這種條件下進(jìn)展塑性變形，必然要引起加工硬化，塑性降低，變形抗力進(jìn)步。材料不同，變形條件不同，其加工硬化的程度也就不同。材料加工硬化對(duì)沖壓成形的影響既有有利的方面，也有不利的方面。有利的是板材的硬化可以減少過(guò)大的部分集中變形，使變形趨向均勻，增大成形極限，

11、尤其對(duì)伸長(zhǎng)類變形有利；不利的是變形抗力的增加，使變形變得困難，對(duì)后續(xù)變形工序不利，有時(shí)不得不增加中間退火工序以消除硬化。因此應(yīng)理解材料的硬化現(xiàn)象及其規(guī)律，并在實(shí)際消費(fèi)中應(yīng)用。 表示變形抗力隨變形程度增加而變化的曲線叫做硬化曲線，也稱實(shí)際應(yīng)力曲線或真實(shí)應(yīng)力曲線，它可以通過(guò)拉伸等實(shí)驗(yàn)方法求得。實(shí)際應(yīng)力曲線與材料力學(xué)中所學(xué)的工程應(yīng)力曲線也稱假象應(yīng)力曲線是有所區(qū)別的，假象應(yīng)力曲線的應(yīng)力指標(biāo)是采用假象應(yīng)力來(lái)表示的，即應(yīng)力是按各加載瞬間的載荷F除以變形前試樣的原始截面積A0計(jì)算，沒(méi)有考慮變形過(guò)程中試樣截面積的變化，顯然是不準(zhǔn)確的；而實(shí)際應(yīng)力曲線的應(yīng)力指標(biāo)是采用真實(shí)應(yīng)力來(lái)表示的，即應(yīng)力是按各加載瞬間的載荷F

12、除以該瞬間試樣的截面積A計(jì)算。實(shí)際應(yīng)力曲線與假象應(yīng)力曲線如圖1.3.4所示。從圖中可以看出，實(shí)際應(yīng)力曲線能真實(shí)反映變形材料的加工硬化現(xiàn)象。圖1.3.5是用實(shí)驗(yàn)方法求得的幾種金屬在室溫下的硬化曲線。從曲線的變化規(guī)律來(lái)看，幾乎所有的硬化曲線都具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即在塑性變形的開(kāi)場(chǎng)階段，隨變形程度的增大，實(shí)際應(yīng)力劇烈增加，當(dāng)變形程度到達(dá)某些值以后，變形的增加不再引起實(shí)際應(yīng)力值的顯著增加。這種變化規(guī)律可近似用指數(shù)曲線表示，其函數(shù)關(guān)系如下：和n決定于材料的種類和性能，可通過(guò)拉伸試驗(yàn)求得，不同材料的和n值列于表1.3.2中。 硬化指數(shù)是說(shuō)明材料冷變形硬化的重要參數(shù)，對(duì)板材的沖壓成形性能以及制件的質(zhì)量都有較

13、為重要的影響。n大表示在冷變形過(guò)程中，材料的變形抗力隨變形程度的增加而迅速地增大，材料均勻變形才能強(qiáng)。2卸載彈性恢復(fù)規(guī)律和反載軟化現(xiàn)象 由圖1.3.6所示的硬化曲線可知，在彈性變形范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系是直線函數(shù)關(guān)系。在彈性變形的范圍內(nèi)卸載，應(yīng)力、應(yīng)變?nèi)匀话凑胀恢本€回到原點(diǎn)，變形完全消失，沒(méi)有殘留的永久變形。假如變形進(jìn)入塑性變形范圍，超過(guò)屈從點(diǎn)A，到達(dá)某點(diǎn) B，再逐漸減小外載，應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系就按另一條直線逐漸降低，不再重復(fù)加載曲線所經(jīng)過(guò)的道路了。卸載直線正好與加載時(shí)彈性變形的直線段相平行，直至載荷為零。于是，加載時(shí)的總變形就分為兩部分：一部分t 因彈性恢復(fù)而消失，另一部分s仍然保存下來(lái)，成

14、為永久變形?？偟淖冃?t+s。彈性恢復(fù)的應(yīng)變量為:t=/E 式中E為材料的彈性模量Pa。 如卸載后再重新同向加載，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系將沿直線CB逐漸上升，到達(dá)B點(diǎn)應(yīng)力時(shí)，材料才又開(kāi)場(chǎng)屈從，隨后應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系繼續(xù)沿著加載曲線變化。所以又可以理解為材料在變形程度時(shí)的屈從點(diǎn)。推而廣之，在塑性變形階段，實(shí)際應(yīng)力曲線上每一點(diǎn)的應(yīng)力值，都可理解為材料在相應(yīng)的變形程度下的屈從點(diǎn)。 假如卸載后反向加載，由拉伸改為壓縮，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系又會(huì)產(chǎn)生什么樣的變化呢？試驗(yàn)說(shuō)明，反向加載時(shí)，材料的屈從應(yīng)力較拉伸時(shí)的屈從應(yīng)力有所降低，出現(xiàn)所謂反載軟化現(xiàn)象。反向加載時(shí)屈從應(yīng)力的降低量，視材料的種類及正向加載的變形程度不同而異。關(guān)于反

15、載軟化現(xiàn)象，有人認(rèn)為可能是因?yàn)檎蚣虞d時(shí)材料中的剩余應(yīng)力引起的。 反向加載，材料屈從后，應(yīng)力應(yīng)變之間根本上按照加載時(shí)的曲線規(guī)律變化見(jiàn)圖1.3.7。3最小阻力定律 在塑性變形中，破壞了金屬的整體平衡而強(qiáng)迫金屬流動(dòng)，當(dāng)金屬質(zhì)點(diǎn)有向幾個(gè)方向挪動(dòng)的可能時(shí)，它向阻力最小的方向挪動(dòng)。換句話說(shuō)，在沖壓加工中，板料在變形過(guò)程中總是沿著阻力最小的方向開(kāi)展，這就是塑性變形中的最小阻力定律。例如，將一塊方形板料拉深成圓筒形制件，當(dāng)凸模將板料拉入凹模時(shí)，距凸模中心愈遠(yuǎn)的地方即方形料的對(duì)角線處，流動(dòng)阻力愈大，愈不易向凹模洞口流動(dòng)，拉深變形后，凸緣形成弧狀而不是直線邊，如圖1.3.8所示。最小阻力定律說(shuō)明了在沖壓消費(fèi)中金

16、屬板料流動(dòng)的趨勢(shì)，控制金屬流動(dòng)就可控制變形的趨向性。影響金屬流動(dòng)的因素主要是材料本身的特性和應(yīng)力狀態(tài)，而應(yīng)力狀態(tài)與沖壓工序的性質(zhì)、工藝參數(shù)和模具構(gòu)造參數(shù)如凸模、凹模工作部分的圓角半徑，摩擦和間隙等。有關(guān)。 沖壓成形必須正確控制金屬流動(dòng)開(kāi)流和限流。開(kāi)流就是在需要金屬流動(dòng)的地方減少阻力，使其順利流動(dòng)，到達(dá)成形目的。當(dāng)某處需要金屬流入而不能流入時(shí)，該部分就會(huì)發(fā)生變薄，甚至板料斷裂。限流就是在不需要金屬流動(dòng)的地方增大阻力，限制金屬流入。當(dāng)某處不需要金屬流入而流入金屬時(shí)，多余的金屬就會(huì)使該處產(chǎn)生起皺。詳細(xì)控制金屬流動(dòng)的措施，有改變凸模與凹模工作部分的圓角半徑以及改變摩擦、間隙、應(yīng)力性質(zhì)等。加大圓角半徑和

17、間隙，減小摩擦，均能起到開(kāi)流作用；反之那么起限流作用。例如矩形件拉深，假設(shè)直邊與四角的間隙值一樣時(shí)，不是四角拉破就是直壁部分起皺。假設(shè)對(duì)四角部分采取開(kāi)流而對(duì)直邊部分采取限流措施，那么可消除上述問(wèn)題。方法是直邊采用小間隙，四角采用大間隙；或使凹模四角的圓角半徑大于直邊部分的圓角半徑。又如在大型覆蓋件拉深成形中采取調(diào)節(jié)壓邊力，增設(shè)拉深筋和開(kāi)切口等方法，均可調(diào)節(jié)金屬流動(dòng)阻力。 最小阻力定律是塑性加工中最重要的定性原理之一，它在沖壓加工中有非常靈敏和廣泛的應(yīng)用，能正確指導(dǎo)沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)，解決實(shí)際消費(fèi)過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。4最小阻力定律應(yīng)用沖壓成形中的變形趨向性分析及其控制律 研究各種沖壓成形工藝的

18、變形趨向性及其控制的目的，是為了合理確定沖壓工藝參數(shù)，編制工藝規(guī)程，設(shè)計(jì)模具，分析和解決消費(fèi)過(guò)程中出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。 板料在成形過(guò)程中，可以劃分為變形區(qū)、傳力區(qū)和不變形區(qū)。沖壓加工時(shí)，變形力是通過(guò)傳力區(qū)傳給變形區(qū)使其產(chǎn)生塑性變形的。在成形過(guò)程中，變形區(qū)和傳力區(qū)的范圍、尺寸不斷變化，而且互相轉(zhuǎn)化。如圖1.3.9所示，進(jìn)展縮口成形時(shí)，開(kāi)場(chǎng)隨著凹模下降變形區(qū)不斷擴(kuò)大，傳力區(qū)不斷減小，金屬不斷從傳力區(qū)轉(zhuǎn)移到變形區(qū)。當(dāng)變形開(kāi)展到一定階段后如圖，變形區(qū)的尺寸不再發(fā)生變化，從傳力區(qū)進(jìn)入變形區(qū)的金屬體積和從變形區(qū)轉(zhuǎn)移出去的金屬體積相等，即到達(dá)穩(wěn)定的變形過(guò)程。此時(shí)，傳力區(qū)不斷減小，已變形區(qū)不斷擴(kuò)大，變形區(qū)的尺寸及

19、其應(yīng)力分布的數(shù)值與規(guī)律不變。在變形區(qū)與傳力區(qū)之間的分界面上的內(nèi)力，其性質(zhì)與大小完全一樣。但在同一內(nèi)力作用下所產(chǎn)生的變形方式不同，因此必定有一個(gè)區(qū)所需的變形力較小而首先進(jìn)入塑性狀態(tài)產(chǎn)生變形。首先產(chǎn)生塑性變形即所需變形力較小的區(qū)稱為弱區(qū)。為了使沖壓消費(fèi)過(guò)程順利進(jìn)展，必須保證制件上首先變形的部分為弱區(qū)，以把塑性變形局限于變形區(qū)，并排除在傳力區(qū)產(chǎn)生塑性變形的可能性在設(shè)計(jì)工藝方案，確定工序和半成品尺寸時(shí)，必須遵循弱區(qū)先變形，變形區(qū)為弱區(qū)的條件。如圖1.3.10所示制件，當(dāng)D-d較大而較小時(shí)，其成形方法可采用帶孔的環(huán)形坯料通過(guò)翻邊制成；當(dāng)D-d較小而h較大時(shí)，此時(shí)進(jìn)展翻邊就不能保證外環(huán)為強(qiáng)區(qū)和內(nèi)環(huán)為弱區(qū)的

20、條件，成形過(guò)程中必然造成外徑收縮使翻邊難以成形。為此，沖壓工藝必然要改變?yōu)槔詈笄械缀颓羞吘?，或?qū)⑴髁螪0增大，進(jìn)展翻邊后再?zèng)_切外邊緣。當(dāng)變形區(qū)或傳力區(qū)存在兩種以上的變形方式時(shí)，首先發(fā)生變形的方式一定是所需的變形力為最小。在設(shè)計(jì)沖壓工藝和模具時(shí)，除要保證變形區(qū)為弱區(qū)外，還要保證所需的變形方式要求的變形力為最小。例如，沖載時(shí)在沖壓力的作用下，板料具有產(chǎn)生剪切別離和彎曲變形兩種趨向。當(dāng)沖載間隙小到一定程度時(shí)，建立起對(duì)彎曲變形不利而對(duì)剪切有利的條件，此時(shí)便可以在產(chǎn)生很小彎曲變形的情況下實(shí)現(xiàn)剪切。合理確定坯料和半成品的尺寸。如圖1.3.11所示，環(huán)形坯料尺寸D、d與dT 互相關(guān)系發(fā)生改變時(shí)，那么可產(chǎn)生

21、拉深、翻邊和脹形三種變形趨向，其尺寸關(guān)系如表1.3.3所示。當(dāng)D0dT 與d0dT 都小時(shí)，DdT 的外環(huán)部分為弱區(qū)，可得到外徑收縮的拉深變形；當(dāng)D0dT 與d0dT 都大時(shí)，dT d0的內(nèi)環(huán)為弱區(qū)，可得到內(nèi)孔擴(kuò)大的翻邊變形；當(dāng)D0dT 大而d0dT 小時(shí)，外環(huán)拉深或內(nèi)環(huán)翻邊變形均很困難，而內(nèi)外環(huán)中間部分為弱區(qū)，可得到中間部分板料變薄的脹形變形。改變模具工作部分的幾何形狀和尺寸。如增大凸模圓角半徑，減小凹模圓角半徑，可使拉深阻力增大，翻邊阻力減小，這樣那么有利于翻邊成形的進(jìn)展。 改變坯料與模具接觸外表間的摩擦阻力。假如采用光滑，減小壓邊力，那么有利于拉深成形。 采用部分加熱或深冷，降低變形區(qū)的

22、變形抗力，進(jìn)步傳力區(qū)的強(qiáng)度。如對(duì)不銹鋼板料進(jìn)展拉深時(shí)，對(duì)傳力區(qū)采取冷卻方法來(lái)阻止其產(chǎn)生變形，或?qū)ψ冃螀^(qū)進(jìn)展加熱來(lái)降低變形抗力，以進(jìn)步塑性。在塑性變形中，破壞了金屬的整體平衡而強(qiáng)迫金屬流動(dòng)，當(dāng)金屬質(zhì)點(diǎn)有向幾個(gè)方向挪動(dòng)的可能時(shí)，它向阻力最小的方向挪動(dòng)。換句話說(shuō)，在沖壓加工中，板料在變形過(guò)程中總是沿著阻力最小的方向開(kāi)展，這就是塑性變形中的最小阻力定律。例如，將一塊方形板料拉深成圓筒形制件，當(dāng)凸模將板料拉入凹模時(shí)，距凸模中心愈遠(yuǎn)的地方即方形料的對(duì)角線處，流動(dòng)阻力愈大，愈不易向凹模洞口流動(dòng)，拉深變形后，凸緣形成弧狀而不是直線邊，如圖1.3.8所示。最小阻力定律說(shuō)明了在沖壓消費(fèi)中金屬板料流動(dòng)的趨勢(shì)，控制金

23、屬流動(dòng)就可控制變形的趨向性。影響金屬流動(dòng)的因素主要是材料本身的特性和應(yīng)力狀態(tài)，而應(yīng)力狀態(tài)與沖壓工序的性質(zhì)、工藝參數(shù)和模具構(gòu)造參數(shù)如凸模、凹模工作部分的圓角半徑，摩擦和間隙等。有關(guān)沖壓材料及其成形性能 1.材料的沖壓成形性能 材料對(duì)各種沖壓加工方法的適應(yīng)才能稱為材料的沖壓成形性能。材料的沖壓性能好，就是指其便于沖壓加工，一次沖壓工序的極限變形程度和總的極限變形程度大，消費(fèi)率高，容易得到高質(zhì)量的沖壓件，模具壽命長(zhǎng)等。由此可見(jiàn)，沖壓成形性能是一個(gè)綜合性的概念，它涉及的因素很多，但就其主要內(nèi)容來(lái)看，有兩方面：一是成形極限，二是成形質(zhì)量。 1成形極限 在沖壓成形過(guò)程中，材料能到達(dá)的最大變形程度稱為成形極

24、限。對(duì)于不同的成形工藝，成形極限是采用不同的極限變形系數(shù)來(lái)表示的。由于大多數(shù)沖壓成形都是在板厚方向上的應(yīng)力數(shù)值近似為零的平面應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)展的，因此，不難分析：在變形坯料的內(nèi)部，但凡受到過(guò)大拉應(yīng)力作用的區(qū)域，就會(huì)使坯料部分嚴(yán)重變薄，甚至拉裂而使沖件報(bào)廢；但凡受到過(guò)大壓應(yīng)力作用的區(qū)域，假設(shè)超過(guò)了臨界應(yīng)力就會(huì)使坯料喪失穩(wěn)定而起皺。因此，從材料方面來(lái)看，為了進(jìn)步成形極限，就必須進(jìn)步材料的塑性指標(biāo)和增強(qiáng)抗拉、抗壓才能。 沖壓時(shí)，當(dāng)作用于坯料變形區(qū)內(nèi)的拉應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，在這個(gè)方向上的變形一定是伸長(zhǎng)變形，故稱這種沖壓變形為伸長(zhǎng)類變形如脹形、擴(kuò)口、內(nèi)孔翻邊等。當(dāng)作用于坯料變形區(qū)內(nèi)的壓應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，在

25、這個(gè)方向上的變形一定是壓縮變形，故稱這種沖壓變形為壓縮類變形如拉深、縮口等。伸長(zhǎng)類變形的極限變形系數(shù)主要決定于材料的塑性；壓縮類變形的極限變形系數(shù)通常是受坯料傳力區(qū)的承載才能的限制，有時(shí)那么受變形區(qū)或傳力區(qū)的失穩(wěn)起皺的限制。2成形質(zhì)量 沖壓件的質(zhì)量指標(biāo)主要是尺寸精度、厚度變化、外表質(zhì)量以及成形后材料的物理機(jī)械性能等。影響工件質(zhì)量的因素很多，不同的沖壓工序情況又各不一樣。 材料在塑性變形的同時(shí)總伴隨著彈性變形，當(dāng)載荷卸除后，由于材料的彈性回復(fù)，造成制件的尺寸和形狀偏離模具，影響制件的尺寸和形狀精度。因此，掌握回彈規(guī)律，控制回彈量是非常重要的。沖壓成形后，一般板厚都要發(fā)生變化，有的是變厚，有的是變

26、薄。厚度變薄直接影響沖壓件的強(qiáng)度和使用，對(duì)強(qiáng)度有要求時(shí)，往往要限制其最大變薄量。 材料經(jīng)過(guò)塑性變形后，除產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象外，還由于變形不均，造成剩余應(yīng)力，從而引起工件尺寸及形狀的變化，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起工件的自行開(kāi)裂。所有這些情況，在制定沖壓工藝時(shí)都應(yīng)予以考慮。 影響工件外表質(zhì)量的主要因素是原材料的外表狀態(tài)、晶粒大小、沖壓時(shí)材料粘模的情況以及模具對(duì)沖壓件外表的擦傷等。原材料的外表狀態(tài)直接影響工件的外表質(zhì)量；晶粒粗大的鋼板拉伸時(shí)產(chǎn)生所謂“桔子皮樣的缺陷外表粗糙；沖壓易于粘模的材料那么會(huì)擦傷沖壓件并降低模具壽命。此外，模具間隙不均，模具外表粗糙也會(huì)擦傷沖壓件。2板材沖壓成形性能的試驗(yàn)方法 板料的沖壓成

27、形性能是通過(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的。板料的沖壓性能試驗(yàn)方法很多，大致可分為間接試驗(yàn)和直接試驗(yàn)兩類。間接試驗(yàn)方法有拉伸試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)、金相試驗(yàn)等，由于試驗(yàn)時(shí)試件的受力情況與變形特點(diǎn)都與實(shí)際沖壓時(shí)有一定的差異，因此這些試驗(yàn)所得結(jié)果只能間接反映出板料的沖壓成形性能。但由于這些試驗(yàn)在通用試驗(yàn)設(shè)備上即可進(jìn)展，故常常采用。直接試驗(yàn)方法有反復(fù)彎曲試驗(yàn)、脹形性能試驗(yàn)、拉深性能試驗(yàn)等，這類試驗(yàn)方法試樣所處的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)根本上與實(shí)際的沖壓過(guò)程一樣，所以能直接可靠地鑒定板料某類沖壓成形的性能，但需要專用試驗(yàn)設(shè)備或工裝。下面僅就最常用的間接試驗(yàn)拉伸試驗(yàn)作介紹。 材料的拉伸試驗(yàn)：在待試驗(yàn)板料的不同部位和方向上截取

28、試樣，按標(biāo)準(zhǔn)制成如圖1.3.12所示的拉伸試樣，然后在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)展拉伸。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果或利用自動(dòng)記錄裝置，可得到如圖1.3.13所示應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系曲線，即拉伸曲線。 通過(guò)拉伸試驗(yàn)可測(cè)得板料的各項(xiàng)機(jī)械性能指標(biāo)。板料的機(jī)械性能與沖壓成形性能有很?chē)?yán)密的關(guān)系，可從不同角度反映板材的沖壓成形性能。一般而言，板料的強(qiáng)度指標(biāo)越高，產(chǎn)生一樣變形量的力就越大；塑性指標(biāo)越高，成形時(shí)所能承受的極限變形量就越大；剛度指標(biāo)越高，成形時(shí)抵抗失穩(wěn)起皺的才能就越大?，F(xiàn)就其中較為重要的幾項(xiàng)說(shuō)明如下：1總延伸率與均勻延伸率b 是在拉伸試驗(yàn)中試樣破壞時(shí)的延伸率，稱為總延伸率，簡(jiǎn)稱延伸率。b是在拉伸試驗(yàn)中開(kāi)場(chǎng)產(chǎn)生部分集中

29、變形時(shí)剛出現(xiàn)細(xì)頸時(shí)的延伸率，叫做均勻延伸率。b表示板料產(chǎn)生均勻變形或穩(wěn)定變形的才能。一般情況下，沖壓成形都在板材的均勻變形范圍內(nèi)進(jìn)展，故b對(duì)沖壓性能有較為直接的意義。在伸長(zhǎng)類變形工序中，例如圓孔翻邊、脹形等工序中，b愈大，那么極限變形程度愈大2屈強(qiáng)比sb 2屈強(qiáng)比sbs/b是材料的屈從極限與強(qiáng)度極限的比值，稱為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比小，即b與s之間的差值大，材料易塑性變形而不易斷裂，允許的塑性變形區(qū)間大，這對(duì)所有沖壓成形都是有利的。在壓縮類變形工藝中，例如拉深時(shí)，當(dāng)屈強(qiáng)比小，即材料的屈從點(diǎn)s低時(shí)， 那么變形區(qū)的切向壓應(yīng)力較小，板料失穩(wěn)起皺的趨勢(shì)小， 防止起皺所需的壓料力和需要抑制的摩擦力也相應(yīng)減小，從

30、而降低了總的變形力，也就減輕了傳力區(qū)的載荷。而強(qiáng)度極限b高， 那么傳力區(qū)的承載才能大，所以說(shuō)屈強(qiáng)比小有利于成形極限的進(jìn)步。 在伸長(zhǎng)類變形工藝中，例如脹形，當(dāng)屈強(qiáng)比小時(shí)，由于塑性成形所需拉力與坯料破壞時(shí)的拉斷力之差較大，因此塑性變形過(guò)程的穩(wěn)定性高，坯料拉破的可能性小，即不容易出廢品。 3彈性模量E 彈性模量是材料的剛度指標(biāo)。彈性模量愈大，在成形過(guò)程中抗壓失穩(wěn)才能愈強(qiáng)，卸載后彈性恢復(fù)愈小，有利于進(jìn)步零件的尺寸精度。 4硬化指數(shù)n 硬化指數(shù)n表示材料在冷塑性變形中材料硬化的強(qiáng)度。n值越大的材料，硬化效應(yīng)就大，這對(duì)于伸長(zhǎng)類變形來(lái)說(shuō)是有利的。因此n值增大，那么變形過(guò)程中材料部分變形程度的增加會(huì)使該處變形

31、抗力增大，這樣就可以補(bǔ)償該處因截面積減小而引起的承載才能的減弱，從而制止了部分集中變形的進(jìn)一步開(kāi)展，具有擴(kuò)展變形區(qū)、使變形均勻化和增大極限變形程度的作用?？梢宰C明，材料的硬化指數(shù)n，其值為細(xì)頸點(diǎn)應(yīng)變j，所以硬化指數(shù)n愈高，材料均勻變形的才能愈強(qiáng)。5板厚方向性系數(shù) 板厚方向系數(shù)是指板料試樣單向拉伸時(shí), 寬向應(yīng)變與厚向應(yīng)變之比又稱塑性應(yīng)變比，即式中b0，t0與分別為變形前后試樣的寬度與厚度。一般規(guī)定值按延伸率為20時(shí)試樣測(cè)量的結(jié)果進(jìn)展計(jì)算。 值的大小反映平面方向和厚度方向變形難易程度的比較，值愈大，那么板平面方向上愈容易變形，而厚度方向上較難變形，這對(duì)拉深成形是很有利的。例如，在曲面零件拉深成形時(shí)

32、，板料的中間部分在拉應(yīng)力作用下，厚度方向上變形比較困難，即變薄量小，而在板平面內(nèi)與拉應(yīng)力相垂直的方向上的壓縮變形比較容易，那么板料中間部分起皺的趨向低，有利于拉深的順利進(jìn)展和工件質(zhì)量的進(jìn)步；同樣，在用值大的板料進(jìn)展筒形件拉深時(shí)，筒壁在拉應(yīng)力作用下不易變薄，不易拉破，而凸緣區(qū)的切向壓縮變形容易，起皺趨勢(shì)降低，壓料力減小，反過(guò)來(lái)又使筒壁拉應(yīng)力減小，使筒形件的拉深極限變形程度增大。 沖壓加工所用板料，都是經(jīng)過(guò)軋制的材料。因纖維組織的影響，其縱向與橫向上性能有明顯差異，在不同方向上值也不一樣，因此通常取其平均值 。式中r0，r90，r45分別為板料在縱向、橫向和45方向上的板厚方向性系數(shù)。 6板平面方向性 板料經(jīng)軋制后其機(jī)械、物理性能在板平面內(nèi)出現(xiàn)各向異性，稱為板平面方向性。方向性越明顯，對(duì)沖壓成形性能的影響就越大。例如彎曲，當(dāng)彎曲件的折彎線與板料的纖維方向垂直時(shí)，允許的極限變形程度就越大，而折彎線平行于纖維方向時(shí)，允許的極限變形程度就小，方向性越明顯，降低量越大。又如筒形拉深件中，由于板平面方向性使拉深件口