第六章+板料的冲压成形性能与成形极限

§6.2 现代冲压成形的分类理论
3、冲压成形力学分类的意义及作用
综上所述，可以把冲压变形概括为两大类：伸长类变形与 压缩类变形。当作用于毛坯变形区内的绝对值最大应力、应 变为正值时，称这种冲压变形为伸长类变形，如胀形翻孔 与 弯曲外侧变形等。成形主要是靠材料的伸长和厚度的减薄来 实现。这时，拉应力的成分越多，数值越大，材料的伸长与 厚度减薄越严重。当作用于毛坯变形区内的绝对值最大应力、 应变为负值时，称这种冲压变形为压缩类变形，如拉深较外 区和弯曲内侧变形等。成形主要是靠材料的压缩与增厚来实 现，压应力的成分越多，数值越大，板料的缩短与增厚就越 严重。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
1、变形毛坯的分区
冲压成形时，在应力状态满足屈服准则的区域将产生塑 性变形，称为塑性变形区（A区）。不同工序，随着外力作 用方式和毛坯及模具的形状、尺寸的不同，变形区所处的部 位也不相同。应力状态不满足屈服准则的区域，不会产生塑 性变形，称为非变形区。根据变形情况，非变形区又可进一 步分为已变形区(B)、待变形区(C)和不变形区(D)。有时已变 形区和不变形区还起传力的作用，可称其为传力区(B 、C)。 图所示为拉深、翻边、缩口变形过程中毛坯各区的分布。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
1、变形毛坯的分区
a)拉深 b)内缘翻边 c)缩口 冲压成形时毛坯各区划分举例
冲压方法
拉深 翻孔 缩口
变形区
A A A
已变形区 B B B
不变形区 待变形区
无 无 C
传力区 B B C
变形区的主应力状态图和主应变状态图不仅从力学方 面决定了冲压工序的性质，而且与成形极限、成形质量以 及所需的变形力与变形功有密切的关系。它是制定成形工 艺、设计模具和确定极限参数的主要依据。研究冲压成形 过程，必须全面、清晰地了解整个变形区内的应力应变状 态特征以及在应力、应变场中连续变化的规律。这样才能 从本质上揭示各成形方式之间的力学特点，并根据这些特 点对各种成形方法分类。
受材料力学性能影响（σs、 σs /σb），毛坯相对厚度、模 具参数（rp、rd）影响大
提高板料塑性；使变形均匀； 一般少用多次成形方法
提高传力区的承载能力；提高 变形区抗压缩失稳能力；常用 多次成形方法
胀形、翻边、扩口、弯曲 （外层）等
拉深、缩口、弯曲（内层）等
§6.2 冲压成形区域与成形性能的划分
形性能的指标。
方板对角拉伸试验 a)单向对角拉伸 b)双向对角拉伸
§6.1 概述
冲压成形性是介于材料科学和冲压成形技术之间的一个 边缘问题。
冲压成形性的影响因素： • 板料的材质； • 组织结构； • 性能； • 冲压技术的改善。
冲压用新材料及其性能 • 高强度钢板； • 耐腐蚀钢板； • 双相钢板； • 涂层板； • 复合板材。
§6.1 概述
板料对各种冲压成形加工的适应能力称为板料的冲压成 形性能。具体地说，就是指能否用简便地工艺方法，高效率 地用坯料生产出优质冲压件。冲压成形性能是个综合性的概 念，它涉及到的因素很多，其中有两个主要方面：一方面是 成形极限，希望尽可能减少成形工序；另一方面是要保证冲 压件质量符合设计要求。 板料在成形过程中可能出现两种失稳现象： A、拉伸失稳 表现：板料在拉应力作用下局部出现颈缩或破裂。 B、压缩失稳 表现：板料在压应力作用下出现皱曲。
a）提高材料的塑性 成形前退火、多次成形的中间退火，都是为了消
除材料硬化，提高材料塑性，从而提高极限变形程 度。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
3、冲压成形力学分类的意义及作用
1）提高伸长类成形极限的措施
b）减小变形不均匀的程度 使变形趋向均匀，减小局部的集中变形，可以使
总的变形程度加大。例如，胀形时均匀而有效的润 滑可使变形更均匀，有利于提高总的变形程度。另 外，与硬化指数n关系密切，原材料n值大，能够防 止产生过分集中的局部变形，使胀形、翻边、扩口 等的极限变形程度得到提高。
平面应力状态屈服轨迹上的应力分类图
平面应力状态屈服轨迹上的应变分类图
§6.2 现代冲压成形的分类理论
2、变形区的应力与应变特点
（1）冲压毛坯两向受拉应力的作用 在轴对称变形时，可以分为以下两种情祝：
r 0，且 t 0 r 0，且t 0 在平面应力状态屈服轨迹上的应力分区图中处于 AOH和HOG范围内，在应变分区图中处于AOC和AON范 围内，与此相对应的工序是内孔翻边和胀形等。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
（4）冲压毛坯变形区受异号应力的作用，且压应力的绝 对值大于拉应力的绝对值
r 0 ，且t 0及 r 0 r，且t 0及 r
这两种情况在应力分布区图中处于EOF和BOC范围，在 应变分区图中处于MOL和DOE范围，相对应的工序有拉深 等。
压缩类成形的极限变形参数（如拉深系数等），通常都 是受毛坯传力区的承载能力的限制，有时则受变形区或传 力区的失稳起皱的限制。
由于两类成形方法的极限变形参数的确定基础不同， 所以影响极限变形参数的因素和提高极限变形参数的途径 和方法也不一样。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
3、冲压成形力学分类的意义及作用 1）提高伸长类成形极限的措施
§6.2 现代冲压成形的分类理论
（3）冲压毛坯变形区受异号应力的作用，且拉应力的绝 对值大于压应力的绝对值
r 0 ，且t 0及 r 0 r，且t 0及 r
这两种情况在应力分区图中处于GOF和AOB范围， 在应变分区图中处于MON和COD范围，相对应的工序 有扩口等。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
一、各种冲压成形方法的力学特点与分类
正确的板料冲压成形工艺的分类方法，应该能够明确地 反映出每一种类型成形工艺的共性，并在此基础上提供可能 用共同的观点和方法分析、研究和解决每一类成形之艺中的 各种实际问题的条件。在各种冲压成形工艺中毛坯变形区的 应力状态和变形特点是制订工艺过程、设计模具和确定极限 变形参数的主要依据，所以只有能够充分地反映出变形毛坯 的受力与变形特点的分类方法，才可能真正具有实用的意义。
§6.1 概述
成形极限图（FLD）就是由不同应变路径下的局部极限 应变构成的曲线或条带形区域，它全面反映了板料在单向和 双向拉应作用下抵抗颈缩或破裂的能力，经常被用来分析解 决成形时的破裂问题。
§6.1 概述
全面地讲，板料的冲压成形性能包括抗破裂性、贴模性 （fitability）和定形性（shape fixability），故影响因素很多， 如材料性能、零件和冲模的几何形状与尺寸、变形条件（变 形速度、压边力、摩擦和温度等）以及冲压设备性能和操作 水平等。
3、冲压成形力学分类的意义及作用 2）提高压缩类成形极限的措施
a）降低变形区变形抗力、摩擦阻力和提高传力区 承载能力
如减小压边力、加大凹模圆角半径、改善润滑 条件或采用降低变形区变形抗力的特种拉深方法： 例如差温拉深、径向加压液压拉深等。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
3、冲压成形力学分类的意义及作用 2）提高压缩类成形极限的措施 b）防止毛坯变形区的失稳起皱
贴模性（fittability）：板料在冲压过程中取得模具形状 的能力。
定形形（shape fixability）：零件脱模后保持其在模内 既得形状的能力。
§6.1wk.baidu.com概述
影响贴模性的因素： • 内皱； • 翘曲； • 塌陷； • 鼓起。
原因： • 工艺条件； • 材料性能。
表示：贴模性特性图。
贴模性特性图：冲压 成形过程中影响毛坯 贴模的成形缺陷与冲 压行程的关系曲线。
如减小凹模圆角半径、适当增大压边力或采用 合理的压边间隙。对易产生内皱的拉深件（如锥 形、球形或抛物线拉深件），可采用拉深筋、弧 形压边圈或反拉深等。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
3、冲压成形力学分类的意义及作用 2）提高压缩类成形极限的措施
c）以降低变形区的变形抗力为主要目的的退火。 如多次拉深时的中间退火，这时的退火与伸长
第六章 板料的冲压成形性能与成形极限
§6.1 概述 §6.2 冲压成形区域与成形性能的划分 §6.3 冲压成形性能试验方法与指标 §6.4 冲压成形性能试验方法与指标 §6.5 板料的基本性能与冲压成形性能的关系 §6.6 成形极限图及其应用 §6.7 方角对角拉伸试验及其应用 §6.8 高强度钢板
§6.2 现代冲压成形的分类理论
2、变形区的应力与应变特点
从本质上看各种冲压成形过程就是毛坯变形区在力的作 用下产生变形的过程，所以毛坯变形区的受力情况和变形特 点是决定各种冲压变形性质的主要依据。绝大多数冲压变形 都是平面应力状态。一般在板料表面上不受力或受数值不大 的力，所以可以认为在板厚方向上的应力数值为零。使毛坯 变形区产生塑性变形均是在板料平面内相互垂直的两个主应 力。除弯曲变形外，大多数情况下都可认为这两个主应力在 厚度方向上的数值是不变的。因此，可以把所有冲压变形方 式按毛坯变形区的受力情况和变形特点从变形力学理论的角 度归纳为以下四种情况，并分别研究它们的变形特点。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
（2）冲压毛坯变形区受两向压应力的作用 在轴对称变形时，可以分为以下两种情祝： r 0，且t 0 r 0，且t 0 在应力分区图中处于DOE和COD范围内，在应变分区图 中处于GOE和GOL范围内，与此相对应的工序有缩口等。
项目
伸长类成形
压缩类成形
变形区应力、应变关 拉应力绝对值最大方向对应
系
的变形一定是伸长变形
变形区料厚变化
减薄
压应力绝对值最大方向对应的 变形一定是压缩变形
增厚
质量问题表现形式 变形区因受拉过度而破裂
变形区受压严重而失稳起皱； 传力区拉破或受压失稳皱褶
成形极限影响因素 提高成形极限方法 典型工序
主要受材料塑性（δ、ψ） 限制，与γ、n值关系密切
类成形时以恢复材料的塑性为主要目的的退火之间 有很大的差别，进行退火的意义和方法也不相同。 例如以极限拉深系数进行一次拉深工序之后，如不 退火，仍然可以继续进行下次变形程度较小的拉深 工序；但以极限胀形系数进行一次胀形加工后，如 不经恢复塑性的退火，再继续进行胀形是不可能的。
伸长类成形与压缩类成形的对比
§6.2 现代冲压成形的分类理论
由于伸长类成形和压缩类成形在变形力学上的本质差别， 它们在冲压过程中出现的问题和解决的方法也是完全不同的， 但是，对同一类变形中的各种冲压方法，却可以用相同的观 点和方法去分析和解决冲压中的各种问题。以下举例说明。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
伸长类成形的极限变形参数主要决定于材料的塑性，并且 可以用板材的塑性指标直接地或间接地表示。例如多数实验 结果证实：平板毛坯的局部胀形深度、圆柱体空心毛坯的胀 形系数、圆孔翻边系数、最小弯曲半径等都与伸长率有明显 的正比关系。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
3、冲压成形力学分类的意义及作用 1）提高伸长类成形极限的措施
c）消除局部硬化层或引起应力集中的因素 用整修或切屑方法去除冲裁断面的硬化层、
粗糙的断裂面及毛刺，或者将毛刺侧贴靠弯曲 凸模、翻边凸模一边，可防止伸长类成形的开 裂，提高成形极限。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
§6.1 概述
板料发生失稳之前可以达到的最大变形程度叫做成形极限。
成形极限分为：总体成形极限；局部成形极限。
总体成形极限反映板料失稳前某些特定的总体尺寸可以 达到的最大变形程度，如极限拉深系数、极限胀形高度和极 限翻边系数等均属于总体成形极限，它们常被用作工艺设计 参数。
局部成形极限反映板料失稳前局部尺寸可达到的最大变 化程度，如成形时的局部极限应变即属局部成形极限。
4、吉田分类图
行李盖冲压贴模特性图
§6.1 概述
影响定型形的因素：回弹。零件脱模后，常因回弹 过大而产生较大的误差。
板料的贴模性和定形性好坏与否，决定零件尺寸精确 度的重要因素。
日本学者吉田清太提出，
用方板拉伸时的起皱特性可
以估测和研究板料的贴模性
和定型性。但目前的冲压生
产和板料生产中，主要用抗
破裂性作为评定板料冲压成