2冲压成形的特点与基本规律分析

2冲压成形的特色与基本规律
2.1冲压成形的特色
(1)平面应力状态多大部分的冲压变形都能够
近似作为平面应力状态办理。

(2)伸长类变形多以拉应力作用为主的伸长类
冲压成形多于以压应力为主的压缩类成形。

(3)静水压力影响小板料冲压成形时，毛坯中
的内应力数值靠近或等于资料的折服应力。

(4)模具的拘束作用小大部分状况下板料毛坯
都存在必定自由度，经常只有一侧表面与模具接触。

冲压技术的研究方向：
(1) 冲压成形理论研究模拟板料的塑性变形过程，实现优化设计。

(2) 冲压工艺研究精细冲压、软模成形、高能高
速成形、超塑性成形及无模多点成形等。

(3) 冲压模具研究资料技术、热办理、表面技术、加工技术、检测技术及模具 CAD/CAM 技术等。

(4) 资料性能研究板材成形性、形状冻结性。

2.2冲压成形中毛坯的剖析
·20 ·冲压工艺与模具设计
塑性变形区——应力状态知足折服准则的地区（正在产生塑性变形的地区）
不变形区——没有知足折服准则的地区（不会产生塑性变形）
已变形区——已经达成了塑性变形的地
区待变形区——暂不变形的地区
传力区——将冲模的作使劲传达给变形区的区
域
冲压成形过程是不停变化的连续过程，各个地区之间能够互相转变。

(a) 拉伸(b) 再次拉伸(c) 翻边(d) 缩口
图 2.1冲压毛坯剖析
2.3冲压变形的分类
·20 ·
第 2 章冲压成形的特色与基本规律·21·
·21·
·22 ·冲压工艺与模具设计
图 2.2冲压应力争图 2.3冲压应变图
吉田变形分类：拉深，胀形，翻孔，曲折
区分冲压工艺成形地区有三个基本参数，即
拉深系数 d/D0（纵坐标）；翻边系数d0/d(横坐标)；
轴对称冲压件的旋转角θ , θ <360o 时属不关闭冲压成形。

·22 ·
第 2 章冲压成形的特色与基本规律·23·
1.当拉深系数 d／ D0 从 0 增添到 1.0 时，
胀形、翻边和扩孔工艺均转变成拉深，2.
当翻边系数 d0／d 从 0 增添到 1.0 时，
成形工艺由胀形转变成扩孔，尔后又变成翻
边。

3.当冲压件旋转角θ从 360o渐渐减到 0o时，则胀形、拉深工艺或胀形、扩孔和翻边工艺从关闭成形转变成不关闭成形，最后均转变成曲折工艺
两向拉应力
r
0 ，
r 0 ，
t
t
0时的应力状态
0时的应力状态
两向压应力r0
，
r 0 ，
t
t
0时的应力状态
0时的应力状态
两向异号应力
r r 0，
0，
0，
0，
r
r
0，
0，
0，
0，
r时的应力状态
r时的应力状态
r时的应力状态
r时的应力状态
·23·
·24 ·冲压工艺与模具设计
伸长类变形：
作用于冲压毛坯变形区内的拉应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形必定是伸长变形，称为伸
长类变形。

压缩类变形：
作用于冲压毛坯变形区内的压应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形必定是压缩变形，称为压
缩类变形。

表 2-1伸长类变形和压缩类变形的比较工艺项目伸长类变形压缩类变形变形区的板厚减薄增厚
变形区的质量问题变形程度过大惹起
压应力作用下失稳起皱变形区损坏
主要取决于板材的主要取决于传力区的承塑性载能力
成形极限与板材厚度没关与板材抗失稳能力亲密可用断后伸长率及有关
成形极限线判断与板材厚度有关
改良板材塑性采纳多道工序成形提升成形极限的措使变形均化，降低局改变传力区与变形区的施部变形程度力学关系
工序间热办理采纳防起皱举措2.4冲压变形趋势性及其控制
·24 ·
第 2 章冲压成形的特色与基本规律·25·冲压变形趋势性
弱区先变形
“弱区先变形，变形区应为弱区” 原则对
全部冲压成形过程都合用。

(a) 开始缩口状态(b) 缩口中间状态
图 2.4缩口时的变形趋势性
图 2.5 变形趋势性对冲压工艺的影响
在冲压成形过程中，弱区和强区在必定条件下可以互相转变。

·25·
·26 ·冲压工艺与模具设计
变形区与相邻区互相影响·26 ·
第 2 章冲压成形的特色与基本规律·27·
图 2.6伸长类曲面翻边时的引发应力图 2.7引发
应
力
引
起
的
底面
起
皱
变
形变形区尺寸与加工硬化影响
往常变形大的部位，金属资料的加工硬化也严
重，即这部分的变形硬化也大于其相邻部分，结果使
·27·
·28 ·冲压工艺与模具设计
变形得以扩展。

因此
加工硬化性能较强的资料，可使变形区内应变的散布更趋平均。

变形趋势性的控制
合理确立毛坯各部分的相对尺寸
改变模具工作部分的几何形状和尺寸
改变毛坯和模具之间的摩擦阻力
2.4.2.4 降低变形区的变形抗力或提升传力区的强
度
局部加热或局部深冷
·28 ·
图 2.8环形毛坯的变形趋势
F—冲压力Q—压边力
凸
—凸模圆角半径R
凹
—凹模圆角半径R
2.5冲压变形中的应力
加载应力
加载应力——由模具作用于坯料上的外力或外
力矩直接惹起的内应力。

引发应力
(1) 毛坯形状刚度的阻挡惹起引发应力。

图 2.9
(2) 毛坯的不平均变形惹起引发应力。

图 2.10
图 2.9板料曲折时的应力图 2.10各向异性
圆筒件拉伸时的
引发应力剩余应力
剩余应力——外力完整消逝后仍存在于冲压件
中的一种内应力形式。

冲压件中的剩余应力必定是以互相均衡的拉应力和压应力的形式存在。

图 2.11剩余应力惹起纵向开裂
2.6冲压成形中的损坏
变形区损坏
传力区损坏
图 2.12变形区损坏图 2.13传力区损坏局部损坏
(a) 拉伸壁裂
b) (b) 拉伸筋处开裂
a)
局部损坏
图 2.14
剩余应力损坏
2.7冲压成形中的起皱
变形过程中在毛坯内部压应力、不平均拉力或剪力作用下简单产生失稳，表现为冲压件表面起皱。

压应力下起皱
图 2.15拉伸球面时法兰边起皱图 2.16拉伸锥
面时的内皱
不平均拉力下起皱
图 2.17方形板料对角拉伸时起皱
剪力下起皱
图 2.18 伸长类曲面翻边时起皱
剪力作用下的起皱主要发生在薄板大型非轴对
称曲面类部件 (如汽车覆盖件等 )的冲压成形过程。

在生产中，常用改变毛坯形状、冲压方向、压料面的形状、拉伸筋的部署等，改变拉力的作用形式，防备剪力的产生，除去起皱现象。

2.8板材成形性能与试验
2．8． 1 板材成形性能
2．8． 2 成形性能试验
2．8． 3板材拉伸试验
能够测出：折服强度，抗拉强度，颈缩应力，断裂应力，伸长率，断面缩短率，真切应变
2．8． 4 n值、r值与成形性能
硬化指数 n：
板材的硬化曲线能够采纳幂指数方程来表述
σ＝K εn，式中 K 为常数，n为硬化指数。

n 的意义：
（1）变形加强能力的一种量度
( 2 )在双对数坐标平面上，硬化指数n 是资料真切应
力应变关系曲线的
斜率
( 3 )缩颈点真切应变 ( 平均应变的极限值 )，即 n= εj n↑，εj ↑，极限变形程度↑，成形工序的道
数↓，对拉伸类工艺是有益的。

n关于评定冲压成形性能来说拥有极为重要的
实质意义
n 值的测定可按 GB5027-85 规定丈量
塑性应变比 r：
产生平均变形阶段的拉伸试样宽度与厚度上的
真切应变之比。

反应了板材因为各向异性，板平面方向与板厚方向的变形能力差别。

r=1 各向同性， r≠1 各向异性。

r＞1 平面方向易变形，r＜1 厚度方向易变形
r值大对压缩类成形拥有优秀的作用
n 值反应拉伸类工艺的成形性能， r 值反应压缩类工艺的成形性能
第 2 章冲压成形的特色与基本规律·39·2．8． 5板材成形极限
成形极限——板材不发生塑性失稳损坏时的极
限应变值。

拉伸失稳如颈缩，压缩失稳如起皱成
形极限曲线 (Forming Limit Curves)
－－板平面内两个主应变ε l 和ε 2 的极限值。

也称成形极限图 (Forming Limit Diagrams)，常用 FLC 或 FLD 表示。

成形极限曲线是对板材成形性能的一种定量描
绘，同时也是对冲压工艺成败性的一种判断曲线。

成立成形极限曲线的实验方法
－－临界基准网格圆在变形前后的直
径变化
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·40 ·冲压工艺与模具设计
习题
1.联合图
2.2 和图 2.3，说明圆形坯料拉伸时，若坯料厚度保持不变是何种变形种类？若板料厚度增添 (或减小 )是何种变形种类？并说明原因。

2.为何拉伸成形既可能属于伸长类变形，也可能属于压缩类变形？怎样区分？
3.从受力状态、资料厚度变化、损坏形式等方面比较伸长类变形和压缩类变形的特色。

4.用“弱区先变形，变形区应为弱区”的规律说明圆形坯料拉伸成形的条件。

5.怎样控制冲压过程中的变形趋势？
6.引发应力是怎样产生的？它对坯料的变形过程有何影响？
7.冲压过程中的损坏有哪几种形式？怎样防备损坏的产生？
8.起皱对冲压过程有什么影响？怎样减少或除去冲压过程中的起皱现象？
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