金属材料成形与加工_锻压工艺之板料成形ppt课件

考虑到板材方向性，可取 － r14r02r45r90
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2.3拉伸试验
（7）板平面方向性系数 r
r 大，板材方向性强，引起塑性变形分布不均， 拉深件出现突耳，因此，r 大对冲压成形不利。r
可用下式表示：
rrr902r45 2
r 值 大， r 亦大，而r 值大利于拉深变形，r
大不利于拉深变形，故选材时，对 r 值的影响要综合 考虑。
试验在拉伸试验机上进行，可得拉伸力与行程（试件伸长）的
拉伸曲线。由式 F(W0t0) l l ，可得到名义应力与延伸率表
示的拉伸曲线：
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2.3拉伸试验
由拉伸曲线得到的几个重要的参数： 1） s 屈服极限，开始发生塑性变形； 2） b 强度极限，开始产生不均匀变形，即塑性拉伸失稳。
3） s /b 屈强比，屈强比小，进行冲压变形的范围大，几乎对所有冲压 变形都有利。
Cn
式中，C ——与材料性能有关的系数，MPa； n ——硬化指数。
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2.1 金属材料的塑性与变形抗力
变形抗力的大小取决于该材料在一定变形温度、变形速度和变形 程度下的真实应力、塑性加工时的应力状态、接触摩擦及相对尺 寸因素等。
化学成分及组织对变形抗力的影响 变形温度对变形抗力的影响 变形速度对变形抗力的影响 变形程度对变形抗力的影响 应力状态对变形抗力的影响
5）n 值（硬化指数） 大多数金属的硬化规律可用下式表示： cn ， n值表示塑性变形材料硬化的强度。n大，可使伸长类变形均匀化，
具有扩展变形区、减小毛坯局部变薄和增大极限变形程度等作用。考 虑到板材方向性，可取：
n14(n2n45n90)
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2.3拉伸试验
（6） r 值 是拉伸试验中宽度应变与厚度应变之比（一般取变形量 20％），一般又称（板厚方向性系数、塑性应变比）。
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一 冲压工艺概述
冲压件—
冲压件—家用产品
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一 冲压工艺概述
冲压件—军工用品
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一 冲压工艺概述
冲压件—其它工业产品
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一 冲压工艺概述
3. 特点
应用范围广 金属材料－非金属材料（胶木、有机玻璃、纸板、皮革 …) 仪表零件（百分之几克）－汽车覆盖件、飞机蒙皮、锅炉封头
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5 冲压设备
➢设备规格的选择
①对于施力行程很小（如冲孔、落料等）的冲压 工序，可直接选用公称压力＞冲压所需工艺力 总和的1.3的倍压力机。
②对于施力行程较大的（如深拉深、深弯曲等） 冲压工序，应按照冲压所需工艺力总和≤公称 压力的５０～６０％的条件选择压力机，并须 对压力机的电机功率进行校核，使压力机电机 功率＞冲压所需的功率。
对压缩类成形： s —变形区切向应力小 —起皱趋势小
—压边力、摩擦损失小
—侧壁载荷低、提高变形程度
对伸长类成形： s —使零件冻结的拉力小 —工艺稳定性高
对弯曲成形： s —回弹低，利于提高精度
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2.3拉伸试验
4） u与 均匀延伸率与总延伸率
冲压成形一般都在板材的均匀变形范围内进行，所以对冲压变形 有较为直接的影响，它表示板材稳定的塑性变形能力，直接决定板材 在伸长类成形中的冲压性能，一般情况下成正的相关关系。
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吊钩采用弯曲工序成形时 , 就能使流线方向与吊钩受力 方向一致 (下图a), 从而可提高吊钩承受拉伸载荷的能 力。图b所示锻压成形的曲轴中,其流线的分布是合理的。 图c 是切削成形的曲轴 , 由于流线不连续 , 所以流线
分布不合理。
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一 冲压工艺概述
1. 定义 冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对板料
指滑块运动到离下死点前 某一特定距离Ｓp（即公称压力 行程，一般为10mm左右），滑 块上所允许承受的最大作用力。
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5 冲压设备
➢滑块行程（S）
指当滑块从上死点运动到下死点时所走过的距离。
➢行程次数（n/m）
指滑块空载时，每分钟往复运动的次数。 它决定了压力机生产效率的高低。n大，次数多， 效率高。
第四讲 锻压工艺之板料成形 Sheet forming
锻压之概念与分类
锻压是指利用模具使具有塑性成形性能的金属材 料被迫成形的一种工艺手段。
根据原料来源的不同，锻压可分为锻造和冲压二 大类。
锻造件
冲压件
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锻造工艺的优点
由于锻造是强迫成形，所以锻件的力学性能和使用性能 要比铸件更好，其主要原因如下： 1、冲压时原料本身经过多道次大变形轧制，其内部晶粒 细小，具有良好的变形能力； 2、锻造时由于高温和力学作用，使铸坯内部微孔或缩松 被焊合，降低出现裂纹的趋向，提高了其承载能力； 3、锻造过程进行或后序退火处理时，由于再结晶作用， 零件晶粒尺寸得到改善；
模具闭合高度： Ｈmax－５≥Ｈ模具闭合≥Ｈmin＋１０
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5 冲压设备
➢模柄孔尺寸 决定了安装模具的模柄尺寸大小。
模柄凸出上模座的高度 L=L1－（1～5）
模柄高出上模座的直径 d=D-0.1-0.2
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5 冲压设备
冲压设备的选择 ➢设备类型的选择
①中、小型冲压件生产主要选用开式压力机； ②大型件应选择刚性好的闭式压力机或液压压力机； ③较薄材料的冲裁，最好选用导向准确的精密压力机； ④对于大型拉深的冲压工序，最好选用双动拉深压力机； ⑤在大量生产时应选用高速压力机。
rB lnB/B0 t lnt/t0
rB t (BB l)(
lnB/B0
lnB/B0
lB n/B0lnl/l0) lnB0l0
Bl
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2.3拉伸试验
r 值的大小，表明板材在单向拉应力作用下，板平面 方向和板厚方向上变形难易程度的比较。
当 r>1 时，板材厚度方向上的变形比宽度方向上的 变形困难，起皱趋向性降低，利于拉深成形。r值与拉深系 数密切相关（如图）。
❖ 伸长类变形 成形主要是靠材料的伸长和厚度的减薄来实现如胀
形、翻边与弯曲外侧变形等 作用于毛坯变形区内的最大应力、应变为正值
压缩类变形 成形主要是靠材料的压缩与增厚来实现的 如拉深凸缘变形区和弯曲内侧变形等 作用于毛坯变形区内的最大应力、应变为负值
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2.3 拉伸试验
拉伸试件从待试验板材截取，试样长度按标准确定 （如GB228 －87），宽度可根据材料厚度不同取10 mm、15 mm、20 mm、及30 mm四种，尺寸偏差不大于0.02。
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5 冲压设备
➢压力机装模高度
压力机装 模高度指滑块 在下死点位置 时，滑块下端 面到下工作台 上表面的距离。
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5 冲压设备
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5 冲压设备
最大装模（闭合）高度（Hmax）： 当滑块在下死点位置时，将压力机的调节螺杆向 上调节，将滑块调整到最上位置时，滑块底面到下工 作台的距离，称为压力机的最大装模高度。 最小装模（闭合）高度（Hmin）： 当滑块在下死点位置时，将压力机的调节螺杆向 下调节，将滑块调整到最下位置时，滑块底面到下工 作台的距离，称为压力机的最小装模高度。
液压压力机：常用，速度慢，行程长
气动压力机：不常用
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5 冲压设备
➢按冲床滑块个数分：
单动压力机：只有一个滑块的压力机； 双动压力机：由内、外两个滑块，外滑块用于压边，
内滑块用于拉深，又称拉深压力机； 三动压力机：在双动拉深压力机的工作台上增加一个
气垫，气垫可进行局部拉深。
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5 冲压设备
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5 冲压设备
➢设备规格的选择
③模具闭合高度满足：Ｈmax－５≥Ｈ≥Ｈmin＋１０ ④压力机工作台面尺寸＞模具座板各边50～70mm；其孔
眼尺寸＞工件或废料尺寸，以便漏料。 ⑤压力机开模行程应满足冲压件高度尺寸要求，保证冲
压后深度拉深件、弯曲件能顺利从模具中取出。
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6 冲压技术的现状与发展
A、复合材料成形工艺； B、多种厚度激光拼焊板坯的冲压技术； C、内高压胀管技术； D、轻合金成形技术； E、数字化成形技术。
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二 冲压工艺力学基础
2.1 金属材料的塑性与变形抗力
1．塑性 塑性是指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性 的能力。 常用的塑性指标:伸长率δ 和断面收缩率ψ 。 材料的塑性是塑性加工的依据，冲压成形时总希望被冲压的材料 具有良好的塑性。
（2）轿车覆盖件冲压模具设计等关键代表性技术的自主开发能力薄弱；
（3）材料和能源利用率偏低，耗材耗能较严重；
（4）冲压企业集中度不足、设备陈旧、数字化水平低等。
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面临的挑战：
（1）产品集约化生产、个性化发展、节能性与环保性要求，将促使冲压行业 出现新一轮的技术革新和改造； （2）仿真技术的发展和应用是冲压发展必须借助的手段； （3）自动化和灵活性要求是冲压发展必须考虑的因素； （4）复合材料应用将推动冲压向前进步； （5）新工艺的出现带动行业进步，这些新工艺是：
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一 冲压工艺概述
4. 工序分类
冲压工序分类 落料
分离工序 （冲裁）
冲孔 切断等
成形工序
弯曲 拉深 起伏等
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一 冲压工艺概述
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一 冲压工艺概述
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一 冲压工艺概述 5 冲压设备
冲压设备分类 ➢按冲床驱动滑块力的种类分：
机械压力机：最常用，速度快， 行程短
施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件
的一种压力加工方法。又称为冷冲压或板料冲压。
冲压设备
冲压零件
冲压模具
工艺条件
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一 冲压工艺概述
2. 应用
冷冲压广泛用于汽车、电机、电器、仪表及日常生 活用品中，在国防工业中占有重要地位。
冲压件比例： 精密机械中80－85％； 仪器、仪表、电机60－70％ 汽车60－75%； 自行车、缝纫机、手表80％； 电视机、收录机、摄像机90％
生产率高、材料利用率高 一般可达几－几十件/分，高速冲床几百－几千件/分； 一般不需加热；材料利用率可达70－85％以上。
产品质量稳定 加工精度高，互换性好， 一般不需进一步加工。
便于操作、易于实现机械化、自动化
缺点
模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵，因而在小批量生产中 受到限制。生产中有噪音。
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2.3拉伸试验
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闭式压力机：床身左右封闭，只有前后 两面敞开，刚度好，精度 高，1000KN以上的大、中 型压力机多采用。
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5 冲压设备
曲柄压力机结构及工作原理
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5 冲压设备
冲压设备型号编号、代号及意义 以使用最多的曲柄压力机为例
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5 冲压设备
曲柄压力机基本技术参数
➢公称压力（KN）
➢按驱动滑块机构的种类分为 ：
曲柄式：电机通过带、齿轮带动曲轴旋转，曲轴通过 连杆带动滑块沿导轨作上下往复运动，带动 模具实施冲压。
摩擦式：从电机到飞轮通过摩擦传动幅来传递运动和 动力。
肘杆式：
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5 冲压设备
摩擦压力机
肘杆式压力机
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5 冲压设备
➢按床身结构形式可分为：
开式压力机：床身为C型，工作台三面敞 开，便于前后、左右送料。 刚性较差，用于1000KN以下的 小型压力机。
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2.2 冲压成形工艺的分类
在冲压成形时，把变形毛坯分成变形区和不变形区。
A—变形区 B－已变形区，传力区 C－待变形区
可以把冲压变形方式按毛坯变形区的受力情况（应力状态）和 变形特点从变形力学理论的角度归纳为以下几种情况，并分别研究它 们的变形特点。
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2.2 冲压成形工艺的分类
同一变形条件下不同的材料具有不同的塑性，同一种材料在不 同的变形条件下又会出现不同的塑性。
影响金属材料塑性变形的因素 ❖ 金属材料本身的性质:化学成分、金相组织； ❖ 外部条件:如变形温度、变形速度和应力状态等。
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2.1 金属材料的塑性与变形抗力
2．变形抗力
塑性变形时，使金属产生塑性变形的外力称为变形力，金属抵抗变 形的力称为变形抗力。变形抗力反映了使材料产生塑性变形的难易 程度。 ❖ 在冲压生产中常用真实应力-应变曲线来表示材料变形抗力与变形 程度的关系:
现状：
我国是冲压加工的大国（2004年，仅汽车、冰箱和空调的冲压件消耗 的钢材就超过七百万吨，占全国消耗钢材的1/10以上，占全国冷轧板材的 70％，可见我国的冲压有很大的市场需求和商机，发展前景广阔），冲压 产能有很大发展，但冲压行业的基础仍然薄弱，仍以传统型为主，国际竞 争力不足。主要表现在：
（1）工艺原始创新能力不足；