冲压模具设计-冲压模具设计

第二章冷冲压变形基础第一节冷冲压变形的基本原理概述第二节冷冲压材料及其冲压成形性能第一节冷冲压变形的基本原理概述一、影响金属塑性和变形抗力的因素

对于大多数金属，总的影响趋势是：随着温度的升高，塑性增加，变形抗力下降。所以在冲压工艺中，有时也采用加热成形的方法，提高材料的塑性，增加在一次成形中所能达到的变形程度；降低材料的变形抗力，减轻设备和工装的负担。1.变形温度第一节冷冲压变形的基本原理概述一、影响金属塑性和变形抗力的因素1.变形温度图2-1碳钢塑性随温度变化曲线

应变速率是指单位时间内应变的变化量。一般来说，由于塑性变形需要一定的时间来进行，因此应变速率太大，塑性变形来不及在塑性变形体中充分扩展和完成，而是更多地表现为弹性变形，致使变形抗力增大。又由于断裂抗力基本不受应变速率的影响，所以变形抗力的增大就意味着塑性的下降，如图所示，高速下的极限变形程度δ1显然小于低速时的δ2。2.应变速率一、影响金属塑性和变形抗力的因素2.应变速率一、影响金属塑性和变形抗力的因素图2-2应变速率对变形抗力和塑性的影响示意图1—高速２—低速

塑性变形是在力的作用下产生的，宏观上是力与塑性变形的关系，实际上是变形体微观质点应力和应变状态关系的表现。施加不同形式的力，在变形体中就有不同的应力状态和应变状态，从而表现出不同的塑性变形行为。3.应力、应变状态一、影响金属塑性和变形抗力的因素

同一种材料，在其他条件相同时，尺寸越大，塑性越差，变形抗力越小。这是因为材料尺寸越大，组织和化学成分越不均匀，且内部缺陷也越多，应力分布也不均匀。例如厚板冲裁，产生剪裂纹时凸模挤入板料的深度与板料厚度的比值比薄板冲裁时小。4.尺寸因素一、影响金属塑性和变形抗力的因素

弹性变形时，物体体积的变化与平均应力成正比。实践证明，塑性变形的物体之体积保持不变，塑性变形以前的体积等于其变形后的体积，可表示为二、塑性变形体积不变条件ε1＋ε2＋ε3＝0式中ε1、ε2、ε3——塑性变形时的三个主应变分量。

由体积不变条件可看出，主应变图只可能有三类：①具有一个正应变及两个负应变；②具有一个负应变及两个正应变；③一个主应变为零，另两个应变之大小相等符号相反。二、塑性变形体积不变条件图2-3主应变图2三、塑性条件(屈服准则)屈雷斯加屈服准则的数学表达式是τmax＝＝σmax－σminσs2式中τmax——质点的最大切应力；

σmax、σmin——代数值最大、最小的主应力；

σs——金属在一定的变形温度、变形速度下的屈服点。式中σ1、σ2、σ3——质点的三个主应力。三、塑性条件(屈服准则)米塞斯屈服准则的数学表达式是（σ1－σ2）2＋（σ2－σ3）2＋（σ3－σ1）2＝２σ２ｓ或σ＝(σ１－σ２)２＋(σ２－σ３)２＋(σ３－σ１)２＝σｓ√21√

增量理论又称流动理论，它可表述如下：在每一加载瞬间，应变增量主轴与应力主轴重合，应变增量与应力偏量成正比，即四、塑性变形时应力与应变的关系dε1σ1-σm===ｄλdε2σ2-σmdε3σ3-σm式中dλ——瞬时常数，在加载的不同瞬时是变化的；

σm——平均主应力（静水应力）。

全量理论认为，在比例加载（也称简单加载，是指在加载过程中所有外力从一开始起就按同一比例增加）的条件下，无论变形体所处的应力状态如何，应变偏张量各分量与应力偏张量各分量成正比，即四、塑性变形时应力与应变的关系ε1-εmσ1-σmε2-εmσ2-σmε3-εmσ3-σm＝＝＝λε1σ1-σmε2σ2-σmε3σ3-σm＝＝＝λ

由于塑性变形时体积不变，即εm＝0，所以上式可写成式中λ——比例系数，它与材料性质和加载历程有关，而与物体所处的应力状态无关。五、冷冲压成形中的硬化现象图2-4几种材料的硬化曲线五、冷冲压成形中的硬化现象

为了实用上的需要，在塑性力学中经常采用直线和指数曲线来近似代替实际硬化曲线，如图所示为四种简化类型。

图2-5硬化曲线的简化类型ａ）幂指数硬化曲线ｂ）刚塑性硬化曲线ｃ）刚塑性硬化直线ｄ）理想刚塑性水平直线

一般来说，材料的塑性是有限的。当拉伸变形达到某一量之后，便开始失去稳定，产生缩颈，继而发生破裂，这就是所谓的塑性拉伸失稳。六、塑性拉伸失稳及极限应变1.塑性拉伸失稳的概念图2-6单向拉伸试验ａ）拉断后的试样ｂ）试验曲线六、塑性拉伸失稳及极限应变2.单向拉伸缩颈的条件及极限应变（1）分散性缩颈板料单向拉伸时，瞬时载荷为

F＝σ1A

式中σ1——

实际应力；

A——

板料的瞬时断面积。六、塑性拉伸失稳及极限应变2.单向拉伸缩颈的条件及极限应变

（2）集中性缩颈条件根据Hill理论，当板料的应力变化率等于厚度的减薄率时，此处的变形不能向外转移，便开始产生集中性缩颈。这就是产生集中性缩颈的条件，可表达为＝＝dσ1σ1－dtt－dε3六、塑性拉伸失稳及极限应变3.双向拉伸缩颈的条件及极限应变图2-7板料双向拉伸六、塑性拉伸失稳及极限应变3.双向拉伸缩颈的条件及极限应变

（1）缩颈条件板料开始产生分散性颈缩失稳时，dF1＝0，dF2＝0，类似于单向拉伸时的情况，求导可得到双向拉伸时的分散性失稳条件为dσ1ｄε1＝σ1dσ2ｄε2＝σ2｝与单向拉蒸伸一样，串产生集中越性缩颈的农条件是：袋板料的应界力变化率误与厚度的昨减薄率相厦等，表达环式为六、塑性耗拉伸失稳宁及极限应秃变3.双向拉级伸缩颈放的条件梅及极限摘应变｝dσ1σ1＝-

＝-dε3dttdσ2σ2＝-

＝-dε3dtt（2）失稳极贼限应变六、塑后性拉伸注失稳及枣极限应翁变3.双向拉独伸缩颈狼的条件爪及极限仗应变板料冲喉压成形拳时，坯遭料内部猜的应力势和应变伙状态一昆般都不丢均匀且串不断变年化的，怜因此，葱研究板品料塑性叛拉伸失滑稳条件失及极限称应变，慈对分析略解决冲桃压成形齿工艺问屠题有直芦接的指景导意义锁。在冲压稠成形过博程中，协材料的本最大变扛形限度窄称为成腥形极限哈。第二节复冷冲压材论料及其冲遭压成形性玻能一、板忌料的冲爽压成形垒性能1.成形极号限冲压成氧形失效勾实际上语是塑性唱变形失吓稳在冲摩压工序触中的具注体表现觉，其形述式可归屋结为两瞒大类，医一类拉徒伸失效克，表现策为坯料另局部出痰现过度谜变薄或旬破裂；可一类是序受压失要效，表脊现为板灰料产生倍失稳起瓶皱。第二节阁冷冲压材者料及其冲疲压成形性顺能一、板料尸的冲压成仍形性能1.成形极限图2-8起皱与省破裂的病实例１）板料妄的贴模性法，指板料蛛在冲压过华程中取得雅模具形状靠的能力，躺成形过程设中发生的退内皱、翘微曲、塌陷羡和鼓起等荒几何面缺碰陷均会使悟贴模性降烟低。２）板蹈料的定吵形性（汽也叫冻吹结性）掩，指零呜件脱模徒后保持需其在模婆内既得些形状的垫能力。３）板债料性能苹的各向阴异性，农特别是支板平面葱方向与咳板厚方容向的性池能差异忽的大小总，是影俊响冲压唐成形后闹板厚变蕉化的重炸要因素妨。一、板乔料的冲任压成形帝性能2.成形质青量４）板料勾表面的原湿始状态、饲晶粒大小呼、冲压时凝材料粘模吃的情况等捡都将是影减响工件的锹表面质量税。５）板料纸的加工硬木化性能，嫌以及变形宿的均匀性突，直接影第响成形后丈材料的物曲理力学性踩能。一、板希料的冲苗压成形辽性能2.成形质量胀形试验捐也称杯突掩试验Eric凉hsen试验）库，图是GB／T4156—1984“金属杯突当试验方法”的示意图云。二、板料碍冲压成形冷性能的测蛛定（1）胀形电试验图2-10杯突试否验测定或评房诚价板料扩淘孔成形性借能时，常鬼采用圆柱蛋形平底凸健模扩孔试棉验（KWI扩孔试词验）。二、板膀料冲压协成形性敬能的测休定（2）扩孔岗试验图2-11扩孔试验这是模识拟拉深弄变形区豆的应力悔和变形扫状态，救将楔形前板料试嚼样拉过逆模口，甩在模壁铁压缩下训使之成颠为等宽嚷的矩形汽板条，畜在试样鸡不断裂江的条件白下，b／B越小，绝拉深性黎能越好壁。二、板蚂料冲压冒成形性挂能的测遇定（3）拉深性劲能试验1）拉楔试闹验图2-12拉楔试验二、板料协冲压成形委性能的测伯定（3）拉深性萄能试验也叫Swi辫ft拉深试戏验、LDR试验，是秤采用φ50mm的平底凸肿模将试样厦拉深成形珠，图是GB／T158独25.吗3-1半995“金属薄片板成形卫性能与诱试验方抽法拉深关与拉深冷载荷试远验”的示意图挤。图2-13冲杯试忍验2）冲杯试能验也叫TZP法，图法是GB／T1582莫5.2—199房诚5“金属薄板笋成形性能拿与试验方券法通用事试验规程”的示意图批。二、板料卡冲压成形俩性能的测篮定（3）拉深店性能试玻验3）拉深目力对比徐试验图2-14逮TZP试验ａ)落料ｂ权）拉深骑ｃ）夹紧喘ｄ）破声裂二、板料员冲压成形穗性能的测叉定（4）弯抱曲试验图是GB／T1582吹5.5-交1995“金属薄板纱成形性能皇与试验方驱法弯夜曲试验”示意图仁。图2-1馒6弯曲试验图是GB／T1582搞5.6—199榴5“金属薄板圆成形性能苦与试验方挨法锥杯试漂验”的示意牺图，取鼠冲头直舌径Dp与试样符直径D0的比值搅为0.3遵5。二、板料亩冲压成形脑性能的测释定（5）锥杯体试验图2-1传7锥杯试验在单向畅拉伸试乘验中试科样开始椅产生局笑部集中批变形（叉刚出现累颈缩时船）的伸役长率，厨称为均环匀伸长桐率，记恨作δb。三、板慈料的基向本性能泉与冲压浊成形性悲能的关乎系1.伸长率δ图2-18单向拉蠢伸试验谷曲线屈服极限σｓ小，材料萝容易屈服因，成形后钥回弹小，茄贴模性和遭定形性较倾好。如在吐弯曲工序腥中，若材环料的σs低，则σs／E小，卸载扯时的回弹捉变形也小美，这有利椅于提高弯迫曲件的精鸡度。三、板料踩的基本性挡能与冲压母成形性能顿的关系2.屈服极生限σs图2-18单向拉伸当试验曲线屈强比σs/σb对板料尺冲压成昂形性能滔影响较既大。σs/σb小，即挖材料易孙进入塑司性变形用（需要米较小的追力），僵而又不乳容易产角生破裂冲（需要书较大的谣力），毅这对所推有冲压雾成形都诵是有利桐的。三、板觉料的基党本性能旬与冲压霉成形性江能的关剂系3.屈强比σs/σb硬化指数n表示材料笨在冷塑性坝变形中材席料硬化的厌程度。n值大的脉材料，我硬化效扬应就大猛，这意猴味着在虚变形过岁程中材涉料局部窑变形程牧度的增距加会使烤该处变圈形抗力盼较快增杜大，这朽样就可活以补偿揪该处因远截面积摘减小而温引起的葵承载能追力的减跳弱，制赴止了局及部集中行变形的卫进一步星发展，唤致使变葬形区扩亦展，从惊而使应乒变分布炒趋于均瓶匀化。旱也就是擦提高了服板料的遮局部抗澡失稳能她力和板而料成形烟时的总牙体成形三极限。三、板料避的基本性劝能与冲压俘成形性能汉的关系4.应变硬化抓指数n三、板诸料的基暂本性能妻与冲压枪成形性鱼能的关宫系5.塑性应变似比ｒ－塑性应变喇比是指板桶料试样单改向拉伸时乞，宽向应西变εb与厚向应冰变εt之比（又厨称板厚方哈向性系数野），即ｒ＝

＝εtεblnln式中b0、b、t0与t分别为变患形前后试帐样的宽度强与厚度。三、板料股的基本性观能与冲压演成形性能橡的关系6.板平面方泛向性系数(凸耳参数)Δr板料经轧铺制后其力汉学、物理挠性能在板扣平面内出司现各向异蚕性，称为贸板平面方延向性。在爆表示板材常力学性能盏的各项指蜻标中，板纠厚方向性驾系数对冲侮压性能的魂影响比较畏明显，故号板平面方训向性的大边小一般用渣板厚方向路性系数r在几个方隐向上的平管均差值Δr来衡量，甜规定为Δr＝应变速蛙率敏感刻系数m是材料在掩单向拉伸犬过程中变慕形抗力的忧增长率和混应变速率格的比值。臣如果m值大，钉则板料否变形抗四力的增仇长率高衰，局部奥应变容僚易向周骄围转移垒扩散，畅有利于害抑制成探形时的究颈缩或晴破裂。遗常温下般普通低傻碳钢的m值很小辰，对冲龟压成形拖性能影嗓响不十框分明显械，但m值对某雕些合金爽板料和隆高强钢穷板的冲朽压成形蛛性能影秧响较大仔。三、板警料的基谣本性能片与冲压枯成形性纤能的关义系7.应变速辅率敏感朽系数m四、成形编极限图及都其应用1.成形极限竖图的概念物和试验方当法成形极限堪图For叛min胞gL喜imi欠tD棉iag薯ram牙s，缩写遗为FLD）或成集形极限湿曲线（Form马ing校Limi奴tCu秒rves，缩写桐为FLC）着眼刚于复杂祝零件的消每一变搂形局部卡，它是朗板料在垃不同应辜变路径咳（即不落同的应缴变比β）下的局也部失稳极党限应变ε1和ε2构成的条掠带形区域盖或曲线，骑如图所示映，FLD全面、取直观地粉反映了却不同应晕变状态促下板料绸的成形膜性能，倘是对板迎料成形楚性能的饥一种定粱量描述喂，它是剑定性和舞定量研篮究板料者的局部监成形性勺能的有炕效手段想。四、成形垮极限图及帝其应用1.成形极限田图的概念玩和试验方隐法图2-19成形极幸限图实际应故用的成尿形极限砖图（图2-2振0）通常采塞用刚性半虏球头凸模掠胀形实验袍的方法来左制作，参逮见GB／T182峰5.8—199疼5“金属薄私板成形给性能与缠试验方叨法貌成形极辨限图试共验”。四、成酬形极限辽图及其直应用1.成形极限烘图的概念遍和试验方舞法图2-20理论成炭形极限颤图FLD的应用狭是采用砍等量比专较的方请法进行狸的。在镜被分析款对象的垫零件板疑坯上复晓制上述沉网格，讨用待分爹析的工倒艺方法列对板坯栗进行成惯形，测贿量并计趴算成形状零件中血需分析隙的若干授点的应迟变值，毛将它们趟标注在棍相应的格成形极准限图上椒，便可蒜直观地伍得到所份分析点烦的变形扑情况优耳劣的结铺论。四、成屠形极限泛图及其方应用2.成形极限板图的应用图2-2城2用成形极吸限图进行请分析的方聋法五、冷录冲压材峰料及其鄙在图样殿上表示顺方法1.冲压加工它常用的板虑料种类冲压加凳工常用坛的板料千种类金属材料铁金属薄钢板碳素结构禽钢、优质咬碳素钢、窜低合金高竟强度钢等不锈钢浩板铬钢、谎铬镍基熟钢非铁金躬属铝及其烫合金板纯铝、防洋锈铝、硬狐铝铜及其合练金板钛及其合勒金板纯铜、黄宏铜、青铜钛合金非金属时材料纸板、晨布、皮鞭革、胶色木板、旺橡胶板泰、塑料撕板、纤夸维板、忠云母板茶、复合别