冲压变形的基本原理

冲压变形的基本原理第一页，共三十一页，2022年，8月28日

1.1金属塑性变形的基本概念1.2金属塑性变形的力学基础1.3冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类1.4板料冲压成形性能及冲压材料第二页，共三十一页，2022年，8月28日

1.1金属塑性变形的基本概念

在外力的作用下，金属产生形状和尺寸变化为变形，变形分为弹性变形与塑性变形。1.1.1塑性变形的物理概念

外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排列的畸变，引起金属形状和尺寸的变化。1.1.2塑性变形的基本方式

滑移\孪生\多晶体的塑性变形（变形后形成纤维组织、变形织构）(如图1.1.1)第三页，共三十一页，2022年，8月28日

1.1.3金属的塑性与变形抗力1.塑性及塑性指标

塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而不破坏其完整性的能力。塑性指标：常用的塑性指标有

延伸率

断面收缩率

2.变形抗力

金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为变形抗力。第四页，共三十一页，2022年，8月28日

1.1.4影响金属的塑性与变形抗力的主要因素1.化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响

2.变形温度对塑性和变形抗力的影响3.变形速度对塑性和变形抗力的影响

第五页，共三十一页，2022年，8月28日

1.2塑性变形的力学基础

外力内力

模具毛坯零件1.2.1一点的应力应变状态1.一点的应力状态(如图1.2.1)2.一点的主应变状态

体积不变定律：三个推论：﹡塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化；﹡无论什么应变状态，其中一个主应变的符号与另外两个主应变的符号相反；﹡已知两个应变就可求第三个应变。第六页，共三十一页，2022年，8月28日

1.2.2屈服准则（塑性条件）

屈服准则：材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某点的应力满足屈服准则，该点就进入塑性状态。

1.屈雷斯加(H·Tresca)屈服准则2.密席斯(VonMises)屈服准则3.屈服准则的几何表示

在平面应力状态时，屈服准则可用屈服轨迹来表示（如图1.2.4）。

第七页，共三十一页，2022年，8月28日

1.2.3塑性变形时应力与应变的关系

单向拉伸应力-应变曲线()增量理论

全量理论

例：全量理论分析应力应变关系

1)称平面应变(或称平面变形),由上式可得出:2)材料受单向拉应力,由上式可得:

第八页，共三十一页，2022年，8月28日

1.2.4硬化与硬化曲线1.硬化

材料的强度指标随变形程度的增加而增加,塑性随之降低。

2.硬化曲线

实际应力曲线与假象应力曲线（）

几种常用冲压板料的硬化曲线（）

硬化指数是表明材料冷变形硬化的重要参数，对板料的冲压性能以及冲压件的质量都有较大的影响。第九页，共三十一页，2022年，8月28日

1.3冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类

1.3.1变形毛坯的分区(如图)1.3.2变形区的应力应变特点1.冲压毛坯两向受拉应力的作用

(可分两种情况)：

Ⅰ象限）2.冲压毛坯变形区受两向压应力的作用

Ⅲ象限）第十页，共三十一页，2022年，8月28日

3.冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且拉应力的绝对值大于压应力的绝对值。(可以分为两种情况)

（如图1.3.2）4.冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且压应力的绝对值大于拉应力的绝对值。

(可以分为两种情况)

）。第十一页，共三十一页，2022年，8月28日

1.3.3冲压成形过程中变形趋向性及其控制1.变形趋向性(如图)

弱区必先变形，变形区应为弱区2.变形趋向性的控制

﹡合理地确定毛坯尺寸（图图

）﹡正确设计模具工作部分形状和尺寸﹡改变毛坯与模具表面的摩擦条件﹡其他工艺措施第十二页，共三十一页，2022年，8月28日

1.4板料冲压成形性能及冲压材料1.4.1板料的冲压成形性能

冲压成形性能:板料对各种冲压成形加工的适应能力。抗破裂性、贴模性、定形性成形极限冲压件形状尺寸精度1.4.2板材冲压成形试验的试验方法

板料冲压性能试验方法通常分为三种类型：力学试验、金属学试验（统称间接试验）和工艺试验（直接试验）。第十三页，共三十一页，2022年，8月28日

拉伸试验用的标准试样和拉伸曲线（图1.4.1）

1.屈服极限

屈服极限小,材料容易屈服,则变形抗力小.2.屈强比

屈强比小,说明值小而值大3.总延伸率与均匀延伸率

拉伸实验中,试样拉断时的伸长率称总伸长率

1.4.3板料的力学性能与冲压成形性能的关系第十四页，共三十一页，2022年，8月28日图1.4.1拉伸试验用的标准试样和拉伸曲线第十五页，共三十一页，2022年，8月28日4.硬化指数

单向拉伸硬化曲线可写成，其中为硬化指数。5.厚向异性指数

厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应变之比

6.板平面各向异性指数）第十六页，共三十一页，2022年，8月28日图1.4.2△γ对拉深件质量的影响第十七页，共三十一页，2022年，8月28日

1.4.4常用冲压材料及其力学性能1.冲压常用的材料黑色金属金属材料冲压材料有色金属非金属材料2.冲压用新材料及其性能

1）高强度钢板2）耐腐蚀钢板3）双相钢板4）涂层板5）复合板材

第十八页，共三十一页，2022年，8月28日图1.1.1晶格畸变

(a)无外力作用；(b)外力作用产生弹性畸变；

(c)晶格滑移或孪动；(d)外力卸去后的永久变形第十九页，共三十一页，2022年，8月28日图1.2.1一点的应力状态

（a）受力物体（b）任意坐标系（c）主轴坐标系第二十页，共三十一页，2022年，8月28日1.2.4屈服准则的几何表示 （a）平面上两屈服准则表达(b)主应力空间两屈服准则表达第二十一页，共三十一页，2022年，8月28日图1.2.5单向拉应力－应变曲线第二十二页，共三十一页，2022年，8月28日图1.2.6实际应力曲线与假象应力曲线第二十三页，共三十一页，2022年，8月28日图1.2.7几种常用冲压板料的硬化曲线第二十四页，共三十一页，2022年，8月28日第二十五页，共三十一页，2022年，8月28日图1.3.2冲压应力图第二十六页，共三十一页，2022年，8月28日图1.3.2冲压应力图第二十七页，共三十一页，2022年，8月28日1.3.3冲压变形图第二十八页，共三十一页，2022年，8