第十二章 金属塑性成型性能试验

1.1拉伸试验原理

利用板材的单向拉伸试验可以得到许多与板材冲压性能密 切相关的试验值
（1）屈服点
（2）抗拉强度
（3）屈强比
（4）均匀伸长率
（5）硬化指数
（6）各项异性指数
大多数金属板材的硬化规律接近于幂函数的关系，n值 大的板材，在冲压成型时加工硬化剧烈， 变形抗力增 加较快。拉伸试验确定n值的方法很多，例如
极限拉深试验方法 试验目的 通过试验测定板材的拉深成型性能参数， 即极限拉深比LDR和极限拉深系数mc。 学习和掌握板料拉深试验方法。
圆片状试样，按规定的直径级差分组，组数 不少于2，每组内有效试样数量为6。相邻两级 试验试样、 试样的直径级差为1.25mm，各级试样的外径偏 工具及设 差不大于0.05mm。按GB/T15825.2规定制备试 样，并记录试样实测厚度。 备 拉深性能试验模具；游标卡尺；千分尺等常 用工具。 BT－6型拉深性能试验机一台
表11－10 杯形件拉深试验记录表
序 号 材 料 种 类 材 料 厚 度
t(mm)
凹模尺寸
试样 直径
D(mm)
凸模尺寸
dp Rp
(mm)
Dd
(mm)
Rd
间 隙 Z
(mm)
拉 深 力
P(N)
最大 拉深 程度
LDR= Dmax/dp
最小 拉深 系数
mmin= dp/Dmax
(mm)
(mm)
1 ┆
试验报告 及要求
表11－9 拉深试样和模具尺寸的关系
板料基本厚 度t0 0.45～0.64 凸模圆角半径 rp 凹模圆角半 径rd 6.4±0.10
凸模直径dp
凹模内径Dd
>0.64～0.91 >0.91～1.30 >1.30～1.86 5.0±0.1
9.1±0.10 13.0±0.15 18.6±0.15
>1.86～2.50
瑞典式纯胀形试验同Erichsen试验对比
同Erichsen试验相对应，纯胀形试验 结果得到最大胀形深度hmax，hmax越大，表 明板材的胀形性能越好。这个试验和 richsen胀形试验相比，只是模具结构发生 了一点变化，其试验方法、步骤和 Erichsen胀形试验是一致的。
但是，这种工试验方法尚未普及。其 主要原因是，各种因素仍然会对试验结果 产生影响，它不能从根本上取代Erichsen 胀形试验。
方法特点
这种方法特点之一是可一次试验成功。当试验 进行到拉深力达到峰值Pmax时，随即加大压边力， 使试样的法栏边固定，消除在以后拉深程中继 续变形和被拉入凹模的可能。然后，再加大冲 头压力直到试样被拉断，并测出拉断时的力P。 本试验按JB4409.2－88标准来执行。 图11－12示出了拉深力Pmax与试样最 终被拉断的力P，可得到一个表示板 材拉深性能的材料特性值T，T值按 下式计算：
试验试样、 工具及设 备
试样是从待试验的板材上截取，加工按 GB2975标准，拉伸试验的试样长度按标准 （GB228－87）确定，试样的宽度，根据原材 料的厚度采用10、15、20和30mm四种，宽度 尺寸偏差不宜大于0.02mm。 拉力试验机（机械式或液压式） 游标卡尺和X－Y函数记录仪
Байду номын сангаас
试验步骤
08、A1、H62、板材。 试验试样、 胀形性能试验模具；游标卡尺；千分尺等 工具及设 常用工具。 备 BT－6型胀形性能试验机一台
试验步骤
先将手柄转到“反”和“慢”的位置上。 装好模具，将冲头装到冲头座中，再将冲头座 拧紧到活塞上。 在试样与冲头接触的一面和冲头球面上涂润滑 油。 夹紧试样，使压边力指示到10KN。 将手柄转到“正”并逐渐转动调速手柄向“快” 移动，速度在10mm/min左右，注意观察试样变形 情况，见有裂纹出现时即停车，记录杯突深度和 压力值。 手柄转到“反”启动按钮，取出式样。 重复步骤（3）～（6），每种材料应做两次以 上试验，将所得胀形深度的算术平均值，作为该 材料的胀形深度值。 试验完毕将模具拆下，并整理好各种工具
原始尺寸测量：测量板宽W0， 确定标距。 根据试样的负荷和变形水平，相应地设定 试验机的量程范围 快速（一般<50mm/min）调节上下夹头的距 离，安装试样并保持上下对中。 设定加载速度（一般<2mm/min）开机加载 观察试验现象 停机,卸下试样观察断口形貌 注明材料性能、取样部位纤维方向、试验 温度规范、速度规范、试样形状、尺寸、试 样断口形状、试样是否均匀变形。 试验结果的每一组数据，应至少来自五个 试样，包括最大值、最小值和平均值。 试验报告可根据试验内容自行设计。
Er值的影响因素很多，如板料的厚度、压边力大小、 润滑条件及模具的粗糙度等对他都有影响。此外，由于 试验设备不同、操作方法不同以及对裂缝判断之差异等 都会影响试验的结果。
2.2板材冲压性能胀形试验方法
试验目的
学习确定板料胀形性能的试验方法；操作 试验机，熟悉原理图并了解各手柄的作用。 了解胀形性能试验机的构造及操作
试验步骤
施加压边力后启动凸模，采用逐级增大试样直 径的方法测定拉深杯体底部圆角附近的壁部不产 生破裂时允许使用的最大试样直径(D0)max 。试验 时所用的初始试样直径可根据经验确定。当初始 试样直径难于估计时，允许使用单个试样进行快 速试验，一旦发现试样直径接近(D0)max，则应开 始对每组试样进行重复试验。 将手柄置“正”，调速手柄逐渐向“快”移与 中间位置，直至筒形件拉成。取出筒形件，依次 换大直径试样，重复步骤（5）～（8）。当拉深 某一直径毛坯，筒形件发生破裂时，再用相同直 径毛坯重做一次，仍然拉裂，则比该值稍小的毛 坯直径即为Dmax。计算LDR=Dmax/dp和Mmin=dp/Dmax 并计入表中。
25.0±0.25
试验步骤
对不同材料按试验要求制备试样，并按逐级增 大顺序依次把放好。 根据试样按表11－9选择模具，并将测得的参 数记录到表11－10中。 对模具、试验装置和试验机进行清理、检查和 润滑。 装好模具，进行预试验，确定合理的压边力。 将经过润滑处理的试样准确地放置在凹模与压 边圈之间。 夹紧试样，注意夹紧的压边力的大小对拉深时 的起皱与破裂有影响。
极限拉深系数与极限拉深比
我国习惯用极限拉深系数m0表示拉深 成型的极限变形程度，它是极限拉深比的 倒数，故有。显然，其意义是：m0越小， 表明拉深变形程度越大，板材拉深成型性 能越好。 Swift拉深试验能比较直接地反映板材 的拉深成型性能。但也受试验条件（如间 隙、压边力及润滑等）的影响，使试验结 果的可靠性有所降低。它的最大缺点是须 制备较多的试样、经过多次的试验。
试验步骤
换另一种材料的试样，依次从小到达，重复步 骤（4）～（8）。 每组试样必须进行6次有效重复试验，并记录 破裂与未破裂试样的个数。当试验出现下述任一 种情况时，试验无效： a.破裂位置不在杯体底部圆角附近； b.杯体出现纵向皱褶； c.杯体形状明显不对称，两个对向凸耳的峰高之 差大于2mm。 试验结束。卸下模具，并整理好各种试验工具。
1
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瑞典式纯 胀形试验
在Erichsen胀形试验条 件下，试样法兰边或多或少 总会有某种变形，即法兰边 金属会有少许流向凹模内。 于是，中间部分材料的胀形 成分就不十分纯。 瑞典式纯胀形试验在凹 模与压边圈相应位置上设置 了三角形肋槽，以阻止法兰 部分材料流入凹模，使球形 冲头下面所对材料产生纯胀 形。
1.2板材冲压性能拉伸试验方法
试验目的
测定试样的屈服点σs 、抗拉强度σb 、屈 服比σs/σb 、均匀伸长率δu 、硬化指数n以 及各向异性系数r。 观察材料在拉伸试验中的各种现象，并绘 出拉伸曲线和名义应力拉伸曲线。 注意观察端口形貌 学习和掌握万能材料试验机的构造和工作 原理，以及其使用方法。
金属成型性能试验
直接试验
间接试验
实际成型试验
模拟成型试验
力学试验
金属学试验
第三节
金属塑性成型性能试验方法
一.冲压成型性能试验的方法
板材拉伸试验 胀形成型性能试验
成型极限图试验 拉深成型性能试验 冲压成型性能试验方法 弯曲成型性能试验 板材对角拉伸试验 硬度试验
翻边成型性能试验
锥杯试验
1.板材拉伸试验
第十二章
金属塑性成型性能试验
第一节
金属塑性成型性能试验的内容
一.冲压成型性能试验的内容
板材对冲压成型加工的适应能力，
它取决于金属薄板的静态品质，还取 决于冲压过程中的应力应变条件，以 及薄板制件的几何特征
成型性能
贴膜性能
冻结性能
材料开始出现破裂的极限变
形程度，作为评定冲压性能的 材料特性
二.锻造成型性能试验的内容
试验报告格式自行设计。 如何确定材料的极限拉深系数？使用怎样 的计算方法。 注意观察并比较夹紧力对试验结果的影响。
拉深潜力 试验原理
拉深潜力试验也叫TZP试验或拉深力对比 试验。这种试验方法是由W· Engelhardt和 H· Gross开发的。
在一定的拉深变形程度下 （TZP试验时取毛坯直径D0 ＝52mm，冲头直径dp ＝30mm） 最大拉深力与试验中已经成 型的试样侧壁的拉断力之间 的关系作为判断拉深成型性 能的依据。
衡量金属原材料经受锻造成型的难
易程度的一项工艺性能。
贴膜性，定形性 拉深性能 胀形性能
扩孔性能
弯曲性能 复合成型性能（拉深＋胀形）
局部成型性能（FLD）
第二节
金属塑性成型性能试验的分类及目的
通过特定的压力设备，让试样所受 到的应力状态和所产生的变形过程都与 在实际加工中试样所受的负荷和产生的 变形过程相似，从而测定特定的负荷或 变形量，当作判定金属成型性能尺度的 一种工艺性试验 。 间接试验又称基础试验，是使材料 进行单纯的变形过程，通过测定各种与 材料成型性能相关的各种参数，把握其 物理意义，掌握强度及变形特性。
杯突试验
Erichsen 胀形试验
先将平板坯料试样放在 凹模平面上，用压边圈压住 试样外圈，然后，用球形冲 头将试样压入凹模。由于坯 料外径比凹模孔径大很多， 所以，其外环不发生切向压 缩变形，而与冲头接触的试 样中间部分坯料受到双向拉 应力作用而实现胀形成型 。 在胀形成型中，把试样 出现裂纹时冲头的压入的深 度称为胀形深度或Erichsen 试验深度，简计为Er值。 Er 值越大，胀形性能及拉深类 成型性能越好。
试验报告 及要求
2.板材胀形试验
2.1板材胀形试验原理
板材的胀形性能试验又称为杯突试验或压穴试验 。 一般包括Erichsen胀形试验和瑞典式纯胀形试验。它是 测定板材冲压性能的一种工艺性试验。
杯突机上用一定规格的钢球或球状 冲头向夹紧与规定的环形凹模内的试样 施加压力，直至式样产生微细裂纹为止， 此时冲头的压入深度称为材料的杯突深 度值。该值反映材料对胀形的适应性， 可作为衡量板料胀形、曲面零件拉深的 冲压性能指标。
两点法：计算出拉伸过程中某两点的真实应力σ与应 变ε，则可利用公式σ=Kεn ，计算出n与K的数值。
板厚方向性系数r值是在拉伸过程中板材试样的宽度 应变εb与厚度应变εl的比值。
r值大时，表明板材在厚度方向上的变形比较困难， 比板平面方向上的变形小，在伸长类成型中，板材的 变薄量小，有利于这类冲压成型。但试验与理论分析 都证明，当板料的r值较大时，它的拉深性能也好，板 材的极限拉伸系数Mc更小。 由于板材的r值常具有方向性，这时可以按平均值计 算：r0、r45与r90分别是与板材轧制方向成0°、45° 与90°的方向上截取的拉伸试样的测得r值。 板平面方向型系数
测量胀形性能试验模具尺寸，试样宽度、厚度 。
试样宽度 80 试样厚度 ≤2 冲头半径 R10 上模孔径 Φ 27 热模孔径 Φ 33
试验报告 及记录表 格
胀形性能试验记录表
序 号 材料 种类 试样 宽度 (mm) 厚 度 (m m) 胀形深度 h/mm 压力 (N) 1 2 3 平 均 值 备 注
3.板材拉深试验
3.1板材拉深试验原理
拉深极限 试验原理
Swift求极限拉深比的试验， 也叫Swift拉深试验
试验方法使用不同直径的圆 形坯料，并按照逐级增大直径的 操作程序在图示的装置中进行拉 深成型试验，取试样侧壁不致破 裂时可能拉深成功的最大坯料直 径D0max 与冲头直径dp 之比值，称 为极限拉深比（LDR），即，LDR 值越大，则板材的拉深成型性能 越好。