固态成形原理讲义-板料汇总

1、1板材成形的基本变形方式板材成形的基本变形方式1.1 板材成形中的应力应变状态及其几何表示方法 工程应变，实际应变与工程应变关系：习=ln(l + q)s2= ln(l + e2) 匂=臥 1+勺)体积不变条件：6 + +6 =01）支形板料中一点，其应变或应力状态的几 何曩不方法采用主轴表示法，可将应变分量减少为 3个 主应变在塑性变形屮,般用对数应变(实际应变)：主应变为:分量 a、$。由塑性变形体积不变 条件，3 个主血变中只有两个是独立的。一般规 定把板而内代数值较大的那个主应变叫 5,较 小的叫勺，板厚方向的主应变叫&3。则在以可和 勺为坐标轴的直角坐标系上，变形板料内一点A

2、 矗应变状态，可用一点 A 来表示 c图1-1一点应力应变状态的儿何农示方法连线 OA 与 5 轴的夹角：e e = =空=tptp2 沧 1 为 A 点的应变状态参数：P =2/5。板料成形中，只要板而内两个主应力 6 （代数值较大的一 个）、6 就可描述（垂直于板面的主应力 a3=0）o 设 6/ 6 二 则称为该点的应力状态参数。在简单加载情況卞， a 值也为常数。变形板料中一点的应变状态和应力状态，是完全 对应的。线 段习惯称 呼应变状态特点p值应力状态特oc值0E平面等拉5 =勺；es=一2 01OF平面应e2=0： s1=-e3 00b2=b/20. 50G单向拉 伸叼0 ； e2

3、=e3=-e1/2 0： a2=00OH纯剪8l=82; e3=0-1SP-101单向压 缩e20；Ei =E3=-e2/2 0-2b=0：Q2o袖向压轴I ar,寸；惱向拉伸2板材成形过程中金属流动特点板材成形过程中金属流动特点2.1 冲裁变形机理(1)剪切区力态分析P1：、PR凸、凹模对板料 的垂直作用力；F?凸、凹模对板料的 侧压力；记,屮 2 凸、凹模端面与 板料间的摩擦力，其方向与 间隙大小有关，但一般指向 模具刃口；pF、宵 2凸、凹模侧面与 板料间的摩擦力。视频冲裁变形过程分为三个阶段： 第一阶段： 弹性变形阶段 弯矩 M 的作用，材料不仅产生 弹性压缩变形而且有穹弯，并 稍有压

4、入凹模腔口。第二阶段：塑性变形阶段在塑剪变形的同时还伴有纤维 的弯曲与拉伸。第三阶段：断裂阶段当刃口附近应力达到破坏应力 时，先后在凹、凸模刃口侧而 产生裂纹，裂纹产生后沿最大 剪应力方向向材料内层发展， 使材料分离。冲裁变形过程图3 5冲裁时作用于材料1二的力 凹模2材料3凸模图 17 变形区内等效应变分布图a） 凸模行程比 3%；b） 凸模行程比 17%；c） 凸模行程比 29%6图 36 冲裁应力状态图（2）冲裁过程裂纹的形成与发展冲裁时最大应变发生在刃口附近，凸、凹模刃 口侧面静水压应力低于端面静水压应力，且凹模 刃口侧面的静水压应力最低。a图 18 典型裂纹成长模型图a）产生第一微裂

5、纹 b）第一微裂纹成长停止 c）产生 2、3微 裂纹 d）主裂纹的成长（3）剪切断面分析由于冲裁变形的特点，使冲出的匚件断而明显地分成光亮带断裂带4）凸模与凹模之间的间隙a）间隙对冲裁件质量的影响 对切断面的要求： 对零件表面的要求：対尺寸精度的要求： 影响冲裁件质量的因素：间隙合理： 凸、 卩 I 模刃口沿最 大剪应力方向产生的裂纹将互 相重合。冲出的制件（或孔）断 面虽有一定斜度，但比较平直、 光洁，毛刺很小，且冲裁力小。即圆角带、光亮带与断裂带。三个特征区,圆角带间隙过小:Illi1!模刃口处产生的裂 纹进入凸模下而的压应力区后停止 发展。凸模继续下压，在上、下裂 纹中间的部分将产生二次

6、剪切，制 件断而的中部留下撕裂而，两头呈 光壳带，在端面出现挤长的毛刺。毛刺虽有所增长， 但易去除，且制 件穹弯小，断而垂直，故只耍中间撕裂不是很深，仍可应用。间隙过大：材料的弯曲与 拉伸增大，拉应力增大，材 料易被撕裂，且裂纹在离开 刃口稍远的侧面上产生， 致 使制件光亮带减小， 圆角与 断裂斜度都増大，毛刺大而 厚，难以去除。所以随着间 隙的增大,制件断裂面的倾 斜度增大，毛刺增高。b）间隙对尺寸梢度的影响间隙较大：落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于 凸模直径；间隙较小：落料件尺寸增大，冲孔孔径变小。图 110 弯曲变形过程1 凸模；2凹模变形特占.a）圆角雨近部分：远离圆角的直边部分：

7、靠近圆角处的直边：（b）在变形区内：纵向纤维 bb：纵向纤维 aa：应变中性层（图中 00 层）:（C）弯關变形区变薄因数：（d）变形区的横断面情况:1）宽板（板宽 B 与板 厚 t之比人于 3）弯曲时：2）窄板（B3t）弯曲时:AA-A剖面（2）弯曲时的应力和应变1）弹性弯曲在外加弯矩 M 的作川下，板料产生较小的弯曲变形。假 定应变中性层的曲率半径为 p,弯曲角为口， 则距中性层 为 y 处的纤维，其切向应变:图 112 各种弯曲的应力分布（a）弹性弯曲；（b）没有硬化的弹塑性弯曲；（c）没有硕化的线性纯塑性弯曲；（d）、（e）有硕化的弹塑性弯曲和纯塑性弯曲应力中性层匕：在弹性弯莒范围内，

8、应力中性层与应变中性层是重合 的，即0=尺+2。在变形区的内外表面边缘，应力与应变 最大。弹性弯曲的条件：06 说|5 0E E即再 5或R-弯曲件的内表而圆角半径；t-弯曲件厚度；E-弹性模量；6-屈服极限2）弹塑性弯曲和线性纯塑性弯曲切向应力与切向应变的函数关系为：弹性变形范围内（见图 1-12 （d）的0A部分） 切向应力值为b&b& = = EsEse e塑性变形范围内（AB 部分）切向应力值为 S =（匂-$）对丁线性纯塑性弯曲，硬化曲线取近似直线式， 切向应力 为（y y0 0yys s+ + DeDee e（J Js s+ + D D 3）立体纯塑性弯曲（a）应变

9、状态纵向：外区拉伸应变，内区压缩应变。纵向应变（）为 绝对值最大的主应变。厚向：板料的外区，纵向主应变（弘）为拉应变，厚度方向 的应变（.）为压应变。而板料的内区，纵向主应变（气） 为压应变，厚度方向的应变（丿为拉应变。宽向：对于窄板 B/t3,由于材料沿宽向流动受到阻碍，儿乎不 能变形，可以认为内区和外区在宽度方向的应变（eB）为零。（b）应力状态纵向：外区受拉应力，内区受压应力。纵 向应力为绝对值最大的主应力。厚向：表立体塑性弯曲时变形区的应力应变状态(3)宽板立体纯塑性弯曲时的应力分布与应力 11 性层位置1)外区的三个主应力(a)微分平衡方程在板料的纵向剖面内，微体只有、q 两个未知主

10、应力的作 用，微体切向应力()对称相等，半径为 r 处的径向应力 为心)。(b)塑性条件：(c)平面应变条件：中间主应力即宽度方向的 主应力(QB)为其余两个主应力和的一半。2) 内区的三个主应力3)弯曲时应力中性层位置(板书)当 R/t5 时应力中性层与毛坯中心层重合(d Q 尺 + 0.5/)当 R/t5时，和的大小和在毛坯厚度上的分 布的影响是显著的，而应力中性层从中心层向曲 率中心方向移动。应力中性层位置内移:(74）弯曲时应变中性层的位置 应变中性层：R/t5 时，应变中性层位于板厚的中央，即n = /?+-2R/1X5 时，应变中性层的位置,变的条件决定。弯曲前变形区的体积为V（）

11、=LBt = paBt弯曲后变形区的体积为V =兀（/?2 B2兀Q =（#+）於设卩=1，则可得应变中性层半径R + Rp =-Z7根据弯曲变形前后体积不L2应力中性层:应变屮性层半径 p 大于应为屮性层的半径爲。5） 弯曲区板料厚度的变薄R/t 的影响：6） 板料长度的增加7） 板料横截面的畸变、翘曲和拉裂图 116 板料弯曲后的畸变和拉裂（4） 窄板弯曲时的应力应变状态分析 应力状态：切向：径向：（5）弯曲件回弹现象的理论分析弯曲件的回弹： 原因： 影响回弹的因素：1）材料的机械性能板料的弹性模量越小，屈服极限和抗拉强度等与变形抗力有关的数值越人，则冋弹也越人。2）相对弯曲半径 R/仁3

12、）弯曲中心角：4）工件形状：U 形件的回弹V 形件的回弹。5）弯曲方式：自由弯曲时回弹角大，采取校 正弯曲时回弹角减小。校正力越大，回弹值越 小。负回弹:图 417 V 型弯曲过程及英弹复顶件力对回弹的影响U 形弯曲件，顶件力大，回弹角为正；顶件力小, 会(c)(a)出现负回弹。8）拉弯基本原理:最小的必要拉伸量为:中性层的拉伸应变量。弯曲时屮性层的半径为 P,距离中性层 y 处因为 弯曲产生的切向应变为 y/p,加上最小必要拉伸量 后，此处的切向总应变%刃:E E E E E E距中性层 y 处的切向应力为:设冋弹后的曲率半径为 Po，则哄化模数 I）并非定值，拉伸变形程度 T,【）的数值丄，所以在拉 弯过程屮加的拉力愈大，愈冇利于减少零件曲率的回弹量。E EF,2.3 拉深(1)拉深过程拉深结果： 一方面， 工件壁厚增加小，另一方面，更主 要的是工件高度增加Ah,使得所得的工件h0. 5 (D-dra)o(2)金属流动情况 变形结果：原来的同心圆变为筒壁 上的水平圆筒线，其间 距 8增大了，愈靠近筒的 上部增大愈