成形分析理论与破坏分析1-1
大跨度结构施工中常见问题及对策分析
大跨度结构施工中常见问题及对策分析1大跨度结构施工存在的问题1.1结构施工方案与理论分析不符任意施工方案与理沦分析的算法和假定不符，都有可能导致发生结构形态极大的改变或者结构变得面目全非，并且可能导致支承结构负荷超载。
具体问题主要表现为以下两个方面：（l）大跨度结构体系在某些预应力钢索张拉以前，会出现瞬变现象并且整体刚度较差，因而大跨度结构的成形效果、成形过程以及成形过程中所需的预应力张拉值将在很大程度上受到不同的张拉顺序的影响。
对于具有联动效应的群索系统，张拉顺序的选择很是复杂。
对于索弯顶等非保守系统张拉顺序是必须对称的，将在内外环内产生破坏性的不均衡力，将导致结构形状难于生成。
（2）对于不同的施工过程，其形态分析过程不同，这个过程密切关系到施工方案的确定。
大跨度结构体系必须在结构初始平衡下找到预应力分布--支承条件--结构形状这一综合系统自身及其与使用要求之间的最佳优化组合。
1.2不等壁厚对接问题一般来说不等壁厚对接问题主要出现在大跨度变截面的空间管桁架下管对接口位置，如某工程主弦管管径为Φ610，而壁厚由10mm渐变为38mm，其中主管对接口位置最大壁厚差为12 mm（管径28 mm与40 mm对接）。
鉴于国内无此种管径的无缝管，需要卷管自制，现有的卷管工艺在圆度问题上很难达到要求；另外，在有限时间内采用成品直缝管上车床加工大量的加衬垫或内坡口难度较大，工期要求也难以保证。
1.3支撑系统支设难度大一般来说，大跨度工程结构构件较大，因而构件恒载与施工荷载均较大，对支撑体系高度要求较高，支设难度大。
支撑体系应满足经济合理、施工方便、安全可靠、易于操作等因素，综合比较现有的支撑系统中，满堂钢管脚手架支撑体系略优于其他体系。
1.4大跨度结构施工过程中的其他问题一些大跨度结构体系，过低发挥材料和结构体系的固有性能，或采用不合理的主承重结构或施工工藝去模拟高技术建筑的构造，使得工程空有高技术之虚名。
另外，这也在一定程度上掩盖了大跨度结构施工过程的技术含量与复杂性；大跨结构体系与一些传统结构相比，对施工人员的素质，以及设计与施工的相互配合要求更高、更迫切；大跨结构体系的整体刚度与结构形状严重依赖于施工方法和施工过程的，所有的理论分析和算法也是基于此的。
材料力学行为和破坏机理概述
材料力学行为和破坏机理概述材料力学是研究物质在外力作用下的行为和性能的一个重要分支学科。
在工程领域中，材料力学的研究对于材料的设计和应用具有重要意义。
本文将概述材料力学的基本概念以及与之相关的破坏机理。
材料力学行为是指材料在外力作用下的变形、应力和应变的规律。
材料的力学行为通常可以用应力-应变曲线来描述。
应力-应变曲线是一种反映材料力学性能的重要图像。
根据应力-应变曲线的形状，材料的力学性质可以分为弹性行为、塑性行为和粘弹行为。
弹性行为指材料在外力作用下发生变形后，当外力消失时恢复原状的性质。
在弹性阶段，应力-应变关系呈线性关系，即应力和应变成正比。
在这个阶段，材料的应变是完全可逆的，没有能量损失。
弹性行为在工程设计中非常重要，因为它决定了结构在受力后会不会出现永久变形。
塑性行为是指材料在外力作用下会发生永久变形的性质。
如果材料的应力-应变曲线呈现出一段完全可逆的弹性阶段后，随着应力的增加逐渐出现非线性关系，那么我们就可以认为材料是塑性的。
塑性行为是由于材料内部的晶体结构的滑移和位错运动引起的。
塑性行为的发生会导致材料的形状和尺寸发生永久改变，所以在工程设计中需要考虑材料的塑性行为。
粘弹行为是介于弹性行为和塑性行为之间的一种特殊力学行为。
粘弹行为表现为在应力施加后，材料会有一定的弹性变形和粘流变形。
粘弹性是许多聚合物材料的典型性质。
这种粘弹性行为是由于材料内部分子或聚合物链的断裂和位移引起的，它表现为材料在应力施加后会持续变化并会随时间逐渐恢复。
除了力学行为之外，材料破坏机理也是材料力学研究的重要内容。
材料的破坏可以是由不同的因素引起的，例如应力集中、缺陷存在、材料的微观结构等。
常见的破坏机理包括断裂、疲劳、蠕变和失效等。
断裂是指材料在受到较高的应力作用下发生断裂。
断裂可以是韧性断裂、脆性断裂或疲劳断裂。
韧性断裂是指材料在受到高应力时发生的大面积塑性变形，通常伴随着明显的能量吸收。
脆性断裂是指材料在受到高应力时几乎没有塑性变形，往往会发生迅速而剧烈的断裂，伴随着较少的能量吸收。
材料成形原理应力分析与应变分析课件
通过图形表示材料在不同方向上 的变形程度，包括正应变和剪应变。
主应变与应变主轴
主应变
在应变状态分析中，物体在三个方向上的主要变形程度，通常用主轴表示。
应变主轴
在应变状态中，相互垂直的三个主轴分别表示物体在三个方向上的主要变形程度。
应变莫尔圆与应变状态分析
应变莫尔圆
通过物体在不同方向上的应变与应力的关系，绘制出莫尔圆 以表示物体的应变状态。
材料成形原理应力分 析与应变分析课件
目录
• 材料成形原理应力分析 • 材料成形原理应变分析 • 材料成形原理应力分析与应变分析
在制造中的应用 • 材料成形原理应力分析与应变分析
在材料研究中的应用
目录Leabharlann • 材料成形原理应力分析与应变分析 的实验研究方法
• 材料成形原理应力分析与应变分析 的数值模拟方法
数值模拟方法的改进与发展趋势
要点一
改进
要点二
发展趋势
为了提高数值模拟的准确性和效率，研究者们正在不断改 进数值模拟方法。例如，开发更加精确的物理模型和算法， 引入人工智能和机器学习技术进行自动化和智能化分析， 以及利用高性能计算机和云计算资源进行大规模计算等。
未来，数值模拟方法将继续朝着更加精确、高效、智能化 的方向发展。同时，随着材料科学和制造技术的不断发展， 数值模拟的应用领域也将不断扩大，涉及更多的材料类型 和成形工艺过程。此外，随着计算机技术和云计算技术的 进步，数值模拟将能够处理更加复杂的大型模型，为材料 成形过程的优化和控制提供更准确的指导。
降低生产成本
通过应力分析与应变分析， 可以优化制造工艺和材料 使用，从而降低生产成本。
制造过程中应力与应变调控的重要性
确保生产安全
浅谈汽车车身覆盖件深拉成形开裂问题分析
浅谈汽车车身覆盖件深拉成形开裂问题分析摘要：汽车覆盖件的冲压质量对车身质量起着重要的影响，通过车身覆盖件模具工装的理论工艺分析同时结合冲压实际生产经验判定，提出生产过程中汽车车身覆盖件深拉成形开裂问题发生机理、步骤分析及解决方法。
关键词：冲压件、拉深成形、开裂、解决汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经冲压加工成形。
汽车覆盖件在冲压过程中最常见的几种失效形式包括起皱、开裂和回弹过大，在产品设计、模具制造和材料选择时，应当以不产生这些缺陷为前提。
开裂是拉伸失稳的最后阶段，主要产生在以拉应力为主的塑性变形过程中，是衡量冲压板材是否达到极限变形能力的标志，是冲压过程应该避免的首要缺陷。
汽车覆盖件冲压成型中，在不同部位、不同的应力状态下所产生的开裂，性质不同，解决开裂的措施必须根据问题产生的原因采取对应的措施。
一、车身覆盖件冲压开裂分类：根据冲压生产过程中产生的开裂性质，可分为强度开裂及塑性开裂。
（1）强度开裂又称为α开裂，是指冲压成形过程中，毛坯的传力区的强度不能满足变形区所需要的变形力要求时在传力区产生的开裂。
如拉深成形在凸模圆角处产生的开裂。
（2）塑性开裂又称为β开裂，是指在冲压成形过程中，毛坯的变形区的变形能力小于成形所需要的变形程度时变形区所产生的开裂。
如零件拉延底部产生的开裂就属于塑性开裂。
如下图所示。
二、开裂问题的理论控制技术分析解决开裂问题，要根据板材冲压变形对冲压件的形状尺寸特点进行详细的变形分析，判断开裂的性质和产生原因，采取针对性措施。
1.强度开裂控制分析强度开裂是传力区传力能力小于变形区毛坯产生的塑性变形和流动所需的力度而产生的，其根本原则就是要使传力区成为强区，变形区成为弱区，通过提高传力区的强度，同时或降低变形区的变形力等措施来解决。
2.塑性开裂理论控制技术分析解决塑性开裂的关键在于通过解决提高材料塑性变形能力，同时或降低变形区所需的变形量来解决塑性开裂问题。
上述是通过理论控制技术分析提出的改善车身覆盖件冲压成形解决方法，冲模设计加工装配后必须经过压力机批量生产对制件质量及模具性能进行综合检测。
材料成型计算机模拟分析(各种仿真软件介绍)课件
• 4） 塑性理论中关于塑性应力应变关系与硬化 模型有多种理论，材料属性有的与时间无关， 有的则是随时间变化的粘塑性问题；于是，采 用不同的理论本构关系不同，所得到的有限元 计算公式也不一样。
• 5） 对于一些大变形弹塑性问题，一般包含材 料和几何两个方面的非线性，进行有限元计算 时必需同时单元的形状和位置的变化，即需采 用有限变形理论。而对于一些弹性变形很小可 以忽略的情况，则必需考虑塑性变形体积不变 条件，采用刚塑性理论。
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• 结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应 力和力。静力分析很适合于求解惯性和阻尼对 结构的影响并不显著的问题。ANSYS 程序中的 静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以 进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变 形、大应变及接触分析。结构非线性导致结构 或部件的响应随外载荷不成比例变
• 化。ANSYS 程序可求解静态和瞬态非线性问题， 包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三 种。
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弹塑性有限元
• 在塑性变形过程中，如果弹性变形不能忽略并 对成形过程有较大的影响时，则为弹塑性变形 问题，如典型的板料成形。在弹塑性变形中， 变形体内质点的位移和转动较小，应变与位移 基本成线性关系时，可认为是小变形弹塑性问 题；而当质点的位移或转动较大，应变与位移 为非线性关系时，则属于大变形弹塑性问题； 相应地有小变形弹塑性有限元或大变形（有限 变形）弹塑性有限元。
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有限元软件ANSYS
• ANSYS 软件是由世界上最大的有限元分析软件公司之 一的美国ANSYS 开发，是集结构、流体、电场、
• 磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
• ANSYS 的前处理模块提供了一个强大的实体建模及网 格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。
第10章_锻造成形分析
第一节 塑性成形理论基础
三、冷变形、热变形、温变形
1.冷变形 金属在回复温度以下进行的塑性 变形称为冷变形。变形过程中会出现加工硬化。 2.热变形 在再结晶温度以上进行的塑性变 形称为热变形。金属在热变形过程中既有加工硬 化又有再结晶，但加工硬化会被回复和再结晶完 全消除 3.温变形 即金属在高于回复温度和低于再 结晶温度范围内进行的塑性成形过程，温变形过 程中有加工硬化及回复现象，但无再结晶，硬化 只得到部分消除。
第一节 塑性成形理论基础
二、加工硬化、回复和再结晶
1.加工硬化(Process Induration) 金属在冷变形（低于再结晶温度）加工时，随 着变形量的增加，金属材料的强度、硬度提高，但 塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。如图53所示。 2.回复(Revert)和再结晶(Recrystal) (1) 回复 将冷成形后的金属加热至一定温度 后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减 小的现象，称为回复，如图5-4c所示。回复温度约 为(0.25-0.3)T熔（K）。 (2) 再结晶 塑性变形后金属被拉长了的晶粒 出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒的现象，称为 再结晶，如图5-4d所示。再结晶温度一般为0.4T熔 (K)以上。
第二节 金属塑性成形方法
（一）自由锻基本工序 4 错移 错移是指将坯料的一部分相对于另一部分平移错开， 但仍保持轴线平行的锻造工序。
5 锻接
锻接是指将坯料在炉内加热至高温后用锤快击，使两 坯料在固相状态下结合的方法。
6 弯曲 弯曲是指采用一定的工模具将坯料弯成规定外形的锻 造工序。
第二节 金属塑性成形方法
第五章 塑性成形工艺
第十章 锻压成形
塑性成形 (Plasticity Forming) （锻压成形）是 金属材料成形方法之一。它是指对金属材料施加外力 作用，利用金属的塑性使其产生塑性变形，从而获得 具有一定的形状、尺寸、组织和性能的工件或毛坯的 加工方法，也称为塑性加工或压力加工。常见的塑性 成形方法有：锻造、冲压、挤压 (3) 、轧制、拉拔等 ( 图5-1)。
板料成形性能及CAE分析
第一节 板料成形性基本理论
二、板料成形应力、应变问题
• 从本质上看，板料成形就是在力的作用下使板料产生相应的塑性变 形，所以变形区内的应力状态和变形性质是决定板料成形性质的基本因 素。根据变形区应力状态和变形特点进行的板料成形分类方法，可以把 成形性质相同的成形方法概括成同一个类型并进行体系化的研究。 • 绝大多数板料成形过程中，变形区均处于平面应力状态。通常在板料 表面上不受外力的作用,可以认为垂直于板面方向上的应力为零。使板 料毛坯产生塑性变形的是作用于板面方向上相互垂直的两个主应力。由 于板厚较小，通常都近似地认为这两个主应力在厚度方向上是均匀分布 的：基于这样的分析,可以把所有各种形式的冲压成形中的毛坯变形区 的受力状态与变形特点，在平面应力坐标系中(板料变形应力图)与相应 的两向应变坐标系中(板料变形应变图)以应力与应变坐标决定的位置来 表示。图1-1和图1-2分别简要描述一下板料成形中的应力应变问题，表 示为板料成形应变图与板料成形应力图。把各种应力状态在板料成形应 力图和板料成形应变图中所处的位置以及两个图的对应关系列于表11，表（1-2）中列出了伸长类变形与压缩类变形在板料成形工艺方面的 特点。
第一节 板料成形性基本理论
• 1）弯曲变形的过程和特点 • 以V形件弯曲为例说明弯曲的变形过程，V形件弯曲是一种很普通的板 料弯曲，其弯曲过程如图1-3所示。
图1-3 弯曲过程 • 研究材料的冲压变形规律，常采用画网格的方法进行辅助分析。如图 1-4所示，先在板料毛坯侧面用机械刻线或照相腐蚀的方法画出网格， 观察弯曲变形后网格的变形情况，就可分析出板料的变形特点。
第一节 板料成形性基本理论
图1-1 板料成形应变图 图1-2 板料成形应力图
第一节 板料成形性基本理论
塑性成形力学 第一章 应力分析
X、Y、Z为体力矢量在坐标轴上的投影
单位： N/m3 kN/m3
z
Z
Q
k i
O j
X
V Y
y
(1) F 是坐标的连续分布函数； x 说明：(2) F 的加载方式是任意的 (如：重力，磁场力、惯性力等) (3) X、Y、Z 的正负号由坐标方向确定。
由外力引起的在 P点的某一面上内力分布集度 应力的法向分量 应力的切向分量
P ΔA
ΔQ
n
(法线)
应力分量 单位:
—— 正应力 —— 剪应力
与面力相同
MPa (兆帕)
应力关于坐标连续分布的
( x, y, z ) ( x, y , z )
是场量
沈阳航空工业学院
主讲人:韩志仁
Sz
Sx
Sy
S x l x m yx n zx S y m y n zy l xy S z n z l xz m yz
设三角形ABC上的正应力为 N ，则由投影可得
可以根据平衡方程 和几何关系推导
N lS x mS y nS z N l 2 x m 2 y n 2 z 2mn yz 2nl zx 2lm xy
沈阳航空工业学院
主讲人:韩志仁
塑性成形力学基础
例题：
ij
1 0 4
1 2
0 4 3 0 0 5
1 2 e3
求在 n e1 e 2 • 解
1 2
面上的法向正应力和切向剪应力
1 1 1 1 1 0 ( 4) 2 2 2 2 2 2
塑件成形工艺分析、模具结构分析与设计
圆形塑件盖塑料模具设计目录第一部分前言（1）第二部分设计任务书（2）第三部分塑件成形工艺分析（4）第四部分分型面的选择（6）第五部分注射机的初选（8）第六部分模具的结构分析与设计（9）第七部分成型零件的设计(12)第八部分浇注系统的设计(23) 第九部分成型设备的选择及校核(30)第十部分成型工艺参数的确定(32)第十一部分模具特点和工作原理(34)第十二部分设计小结(37) 第十三部分参考资料（38）前言一个学期的课程即将结束，为检验这一个学期以来对于塑料模设计的学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即我们将努力认真的完成此次课程设计，我们的课程设计题目为：手轮注塑模具设计。
本次课程设计课题来源于生产实际，应用广泛，但成型难度相对较难，模具结构相对复杂，对我们初学模具设计的学生是一个很好的考验。
它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。
本次设计以手轮注塑模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构分析，最后是模具的设计计算等一系列模具设计的所有过程。
能很好的达到学以致用的效果。
在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。
把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。
在设计中除使用传统方法外，同时使用了AutoCAD、SolidWorks等软件。
本次课程设计得到了廖秋慧老师和张效迅老师的关心指导。
正因为老师的悉心指导和帮助，我们才得以解决一个又一个难题，最后完成课程设计，在此谨代表小组全体同学向老师表示感谢。
由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师和同学批评指正。
一、设计任务书1.1课程设计目的本课程设计的目的是使我们在学完《塑料模具设计》课程之后，巩固和加深对塑料模有关理论的认识，提高设计计算、制图和查阅参考资料的能力。
机械材料的塑性变形与破坏行为分析
机械材料的塑性变形与破坏行为分析随着工业技术的不断发展与进步，机械材料的塑性变形与破坏行为分析成为了一个重要的研究领域。
机械材料广泛应用于各种工程领域，因此了解其塑性变形和破坏行为对于材料性能的提升和工程设计的优化至关重要。
塑性变形是机械材料在受到外力作用后，超过弹性极限而发生的形状改变现象。
这种变形常常伴随着原子层面的位移和变形应力的积累以及晶体结构的重排。
不同材料具有不同的变形行为，如金属材料往往以塑性变形为主，而陶瓷材料则以脆性断裂为主。
了解材料的塑性变形行为对于提高材料的加工性能和耐久性具有重要意义。
塑性变形涉及到材料的强度、韧性、硬度等方面的性能。
材料的强度指的是其在受力下抵抗变形和破坏的能力，韧性则是指材料在受力下能够吸收能量而不破裂的能力。
硬度则是指材料抵抗局部压力、划痕和磨损的能力。
通过对材料的这些性能进行详细分析，可以确定材料的塑性变形行为，并为工程设计提供依据。
材料的破坏行为是在塑性变形过程中，一旦受力超过其极限强度，材料将发生破坏。
破坏行为常常包括断裂、疲劳、塑性扭转等。
断裂是指材料在受力下产生裂纹并最终断裂的现象。
材料的断裂行为对于保证结构完整性和安全性至关重要。
疲劳则是指材料在反复受力下逐渐发生疲劳损伤，并最终导致破坏。
疲劳行为常见于机械零件和结构中，其破坏往往是突然发生的，因此对于疲劳行为的预测和控制具有重要意义。
塑性扭转是指材料在扭转载荷作用下产生塑性变形和破坏的现象，常见于轴承和连接件等部件。
为了更好地理解机械材料的塑性变形与破坏行为，科学家和工程师们开展了大量的实验研究和理论分析。
通过实验可以获得材料在外力作用下的应力-应变曲线，从而了解材料的弹性和塑性变形行为。
理论分析则通过数学模型和计算方法，对材料的塑性变形和破坏进行建模和预测，从而指导工程设计和材料选择。
这些研究成果不仅提高了机械材料的性能和工程设计的安全性，也为相关领域的发展和创新提供了支持。
总之，机械材料的塑性变形与破坏行为分析是一个具有重要意义的研究领域。
材料成型与控制过程中的变形与应力分析
材料成型与控制过程中的变形与应力分析材料成型是一项重要的制造工艺，它涉及到各种材料的加工和形状的改变。
在材料成型的过程中，变形和应力是不可避免的。
本文将探讨材料成型过程中的变形与应力分析，以及如何通过控制过程来减轻这些问题。
一、变形分析在材料成型过程中，变形是指材料在受到外力作用下发生的形状改变。
变形可以分为弹性变形和塑性变形两种情况。
弹性变形是指在外力作用下，材料会发生形状改变，但在去除外力后能够恢复原状的情况。
这种变形是可逆的，不会导致材料的永久性变化。
弹性变形的大小与材料的弹性模量有关，弹性模量越大，材料的弹性变形能力越强。
塑性变形是指在外力作用下，材料会发生形状改变，并且在去除外力后无法完全恢复原状的情况。
这种变形是不可逆的，会导致材料的永久性变化。
塑性变形的大小与材料的屈服强度有关，屈服强度越大，材料的塑性变形能力越高。
在材料成型过程中，变形是不可避免的。
通过对材料的变形进行分析，可以帮助我们理解材料在成型过程中的行为，从而优化成型工艺，提高产品的质量和性能。
二、应力分析应力是指材料在受到外力作用下所产生的内部分子间的相互作用力。
应力可以分为拉应力、压应力和剪应力三种情况。
拉应力是指材料在受到拉力作用下产生的内部应力。
拉应力会导致材料的长度增加，横截面积减小。
拉应力的大小与材料的强度有关，强度越大，材料的抗拉能力越强。
压应力是指材料在受到压力作用下产生的内部应力。
压应力会导致材料的长度减小，横截面积增大。
压应力的大小与材料的抗压能力有关，抗压能力越强，材料的压缩性能越好。
剪应力是指材料在受到剪切力作用下产生的内部应力。
剪应力会导致材料的形状发生扭曲。
剪应力的大小与材料的切变模量有关，切变模量越大，材料的抗剪能力越强。
应力分析可以帮助我们理解材料在受力情况下的行为，从而选择合适的材料和设计合理的成型工艺，以减轻应力对材料的影响，提高产品的质量和寿命。
三、控制过程中的变形与应力在材料成型过程中，控制变形和应力是非常重要的。
塑性成形课程设计方案
塑性成形课程设计方案一、课程目标知识目标：1. 让学生理解塑性成形的基本概念，掌握金属材料的塑性变形原理。
2. 使学生了解不同塑性成形工艺的特点及适用范围，如锻造、挤压、拉伸等。
3. 引导学生掌握塑性成形工艺参数对成形件质量的影响，如变形程度、变形速度、温度等。
技能目标：1. 培养学生运用塑性成形原理分析和解决实际问题的能力。
2. 提高学生动手操作塑性成形设备的能力，熟练掌握基本操作步骤。
3. 培养学生运用计算机辅助设计软件进行塑性成形工艺设计和模拟的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对塑性成形技术的兴趣，激发其探索金属加工领域的热情。
2. 培养学生的团队合作精神，使其在小组讨论和实践中学会互相尊重、协作。
3. 增强学生的环保意识，了解塑性成形工艺在资源利用和环境保护方面的意义。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能够阐述塑性变形原理，并举例说明其应用。
2. 学生能够分析不同塑性成形工艺的优缺点，并选择合适的工艺解决实际问题。
3. 学生能够运用所学知识，设计简单的塑性成形工艺，并进行模拟分析。
4. 学生能够熟练操作塑性成形设备，掌握基本操作步骤，并注意安全事项。
5. 学生能够在小组合作中发挥积极作用，共同完成塑性成形工艺设计和实践任务。
6. 学生能够关注塑性成形技术在环保方面的作用，提出改进措施，为可持续发展贡献力量。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下几部分：1. 塑性成形基本概念：介绍塑性变形、塑性成形工艺、弹性极限、屈服极限等基本概念。
2. 金属材料的塑性变形原理：讲解金属材料的塑性变形机制，如滑移、孪生等，以及影响金属材料塑性的因素。
3. 塑性成形工艺：详细介绍锻造、挤压、拉伸、弯曲等常见塑性成形工艺的原理、特点和应用。
4. 塑性成形工艺参数：讲解变形程度、变形速度、温度等工艺参数对成形件质量的影响。
5. 塑性成形设备与操作：介绍常见塑性成形设备的功能、结构及操作步骤，强调安全注意事项。
成形分析理论与破坏分析1-1
塑性變形理論
應力(Stress), 應變(Strain ) 降伏(yielding)與破壞(fracture) 加工歷史及異向性 : Bauschinger effect, n-value, r-value
影響成形之重要變因
Reliability/quality safety Environmental compatibility, legislation Comfort and performance Design/styling Individualization and personalization
Daimler Chrysler
(ESt=3E7psi,EAl=1E7psi)
ASTM,JIS Specimen
機械性質(T.Altan) Mechanical property
材料 steel alum 融點
Deg C
密度
Kg/m3
E
Gpa
強度係數 k Gpa 500-600 180-200 320-500 12001500
S.H.
Friction factor(dry, Teflon):CQ2(0.1,0.06), DDQ(0.18,0.09), DDQ+Cr(0.3,0.24)
塑性變形理論
應力及應變(Stress, Strain)
影響因數:(Speed, temperature) 構成方程式(Constitutive equation)
bodycentered cubic
Iron atom
不純物對硬度之影響 Effects of Impurities and Crystal structures
材料成形的失效分析
焊缝组织(层间区)
熔合区组织(焊趾)
熔合区组织(末道焊缝)
熔合区
热影响区组织(二次过热区)
10CrMo910大口径管电焊接头 焊缝中气孔和夹渣
焊缝根部严重未焊透，裂缝和夹渣
12CrMo接头焊缝根部严重未焊透，层间未焊透
2Cr13焊接叶片断裂的断口的未焊透和气孔
焊接时焊缝在此区承受拉伸力作用的时间较短，故产生热裂纹的可能性
也较小。但如果杂质较多，特别是易于形成低熔共晶的杂质较多时，就 会增大结晶间隔，从而增大脆性温度区，使热裂纹的倾向显著增加。
（硫、磷、碳均是易于偏析的元素）
总起来说，影响热裂纹的因素包括两方面： （一）冶金因素 这就使合金的类型、杂质的数量、偏析程度、分布状态 以及一次结晶的形态等。 （二）力学因素 这就是在脆性温度区内金属所受到得拉伸应力，它取决 于材料的热物理性能和结构的拘束条件。
共晶碳化物)组织。
照片所示，为Crl2钢淬火过烧组织。这是由于加热炉仪表失灵，致使模具的加 热温度超过规定(>1050℃)很多，淬火冷却时，致使开裂报废。基体为粗大回
火马氏体及残余奥氏体，晶界处有块粒状碳化物，晶界开裂。
（4） 脱碳
钢件在氧化介质(如O：、CO。、H。O等)中进行长时间加热，
保温，使其表面层中碳含量全部或部分损失的现象叫脱碳。如照片所
2、实验步骤
(1) 观察焊接接头的宏观组织试件，拍摄出其特征。
在金相显微镜下观察焊接接头各区段组织及其特征。首先将镜头对准
焊缝中心，调节镜头得到清晰的金相组织。随后自焊缝至母材缓缓移 动试件，找出各个组织区段，参考金相图谱，拍摄焊缝及近缝区各区 段组织变化的照片，并标出组织及其特征。焊接接头显微组织各区段 的分布情况如图所示。 (2) 简要分析产生焊缝结晶方向及缺陷的原因； (3) 拍摄亚共析钢的魏氏组织、带状组织等的照片，分析该缺陷产生 的原因、对性能的影响。
材料成形原理应力分析与应变分析课件
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应变率与应变速率
在材料成形过程中，应变率和应变速率是描述材料变形速度的重要参数。了解应变率和应 变速率的变化规律有助于优化材料的加工工艺和产品质量。
应变硬化与软化
在材料成形过程中，随着变形的增加，材料的应力-应变行为会发生改变。应变硬化是指 随着变形的增加，材料的应力逐渐增大；而软化则是指随着变形的增加，材料的应力逐渐 减小。了解应变硬化和软化的规律有助于控制材料的成形过程和产品质量。
边界元法
只需求解边界上的积分方程，适用于求解具有复杂边界形状的问题。
应变分析的实例
圆筒形压力容器的应变分析
通过应变分析计算圆筒形压力容器在压力作用下的应变和应力分布，为容器的设 计和安全评估提供依据。
桥梁结构的应变分析
通过应变分析计算桥梁结构在车辆载荷作用下的应变和应力分布，为桥梁的维护 和安全评估提供依据。
先进工艺的应力与应变分析
先进成形工艺
随着制造业的发展，各种先进的成形 工艺不断涌现，如增材制造、精密铸 造、超塑性成形等。对这些工艺的应 力与应变进行分析，有助于提高工艺 的稳定性和产品质量。
工艺参数优化
通过分析不同工艺参数下的应力与应 变分布，可以优化工艺参数，降低成 形过程中的缺陷风险，提高产品的力 学性能和可靠性。
重要性
材料成形原理是材料加工工程领域的基础学科之一，对于深入理解材料加工过 程、优化工艺参数、提高产品质量和降低生产成本等方面具有重要意义。
材料成形原理的基本概念
应力和应变
在材料成形过程中，由于外力的作用， 材料内部会产生应力，导致材料的形 状和尺寸发生变化，这种变化称为应 变。
屈服准则
流动法则
流动法则描述了材料在塑性变形过程 中应力和应变之间的关系，即应力和 应变的变化规律。
冲裁力和成形力的关系
冲裁力和成形力的关系一、引言冲压工艺是制造业中常用的一种工艺，而冲裁力和成形力则是冲压工艺中非常重要的两个参数。
本文将从理论和实践两个方面探讨冲裁力和成形力的关系。
二、冲裁力和成形力的概念1. 冲裁力：指在冲裁过程中，模具对材料施加的垂直于模具表面方向的力。
2. 成形力：指在成形过程中，模具对材料施加的与模具表面平行或垂直方向的力。
三、理论分析1. 冲裁力和成形力之间的关系在冲压过程中，随着材料被切削或拉伸，其内部结构发生变化。
当材料被施加一定应变时，其晶粒会发生取向，并且晶粒内部也会发生滑移。
这些变化会导致材料内部应变状态不均匀，从而引起应力集中现象。
这些应力集中现象会导致材料出现局部失稳现象，并最终导致断裂。
因此，在冲压过程中需要考虑到材料内部应变状态不均匀和应力集中现象。
2. 冲裁力和成形力对材料的影响（1）冲裁力对材料的影响冲裁力是指在冲裁过程中，模具对材料施加的垂直于模具表面方向的力。
当冲裁力过大时，会导致材料内部应变状态不均匀和应力集中现象，从而引起断裂。
因此，在设计模具时需要考虑到冲裁力的大小，以避免出现断裂现象。
（2）成形力对材料的影响成形力是指在成形过程中，模具对材料施加的与模具表面平行或垂直方向的力。
当成形力过大时，会导致材料内部应变状态不均匀和应力集中现象，从而引起断裂。
因此，在设计模具时需要考虑到成形力的大小，并通过优化模具结构来减小成形力对材料的影响。
四、实践分析1. 冲压工艺参数优化在实践中，为了避免出现断裂现象，需要优化冲压工艺参数。
一般来说，在保证产品质量和生产效率的前提下，尽可能减小冲裁力和成形力的大小，以避免出现断裂现象。
2. 模具结构优化在实践中，为了减小成形力对材料的影响，可以通过优化模具结构来达到目的。
例如，在设计模具时可以采用多段式模具结构，以减小成形力对材料的影响。
五、总结冲裁力和成形力是冲压工艺中非常重要的两个参数。
在理论上，需要考虑到材料内部应变状态不均匀和应力集中现象。
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鋼料特性對成形之影響 Effects of Steel Characteristics Steel chemistry composition Crystal structures Impurities - Foreign atoms Cold work – Mill processing or Forming steel
Exp n
1536 7900 660 2700
210 70 122 193
.2-.25 .2-.25 .33.45 .45.54
copper 1083 8900 305 ss 1450 8000
機械性質(NCKU,MFL) CQ2, DDQ,DDQ+Cr之K,n
Material
Specimen # Deg 0 - #1 Deg 0 - #2 Deg45 - #1 Deg45 - #2 Deg 90 - #1 Deg 90 - #2 CQ2(SPCC) K(Mpa) 562.6 574.4 573.8 557.0 550.0 541.8 560.0 n 0.2212 0.2176 0.2108 0.2148 0.2017 0.2023 0.2114 DDQ(SPCEN) K(Mpa) 527.1 508.2 510.3 522.3 484.0 472.9 504.1 n 0.2380 0.2292 0.2120 0.2111 0.2208 0.2277 0.2231 DDQ+Cr K(Mpa) 566.9 557.9 571.8 570.9 552.6 544.3 560.7 n 0.2617 0.2644 0.2613 0.2674 0.2650 0.2654 0.2642
影響成形之重要變因 金屬特性之影響:成份,結晶,不純物,冷作 機械性質:E, Y.S.
塑性變形理論
應力(Stress), 應變(Strain ) 降伏(yielding)與破壞(fracture) 加工歷史及異向性 : Bauschinger effect, n-value, r-value
影響成形之重要變因
燁輝企業股份有限公司
(YIEH PHUI ENTERPRISE CO., LTD.)
產品成形應用專業課程
演講(一)
金屬成形分析理論與破壞分析
National Kaohsiung University of Applied Sciences Dr. Jinn-Jong Sheu(許進忠) Dept. of Mold and Die Eng.
necking
Necking, εi=n
Nominal stress
Fracture
-1
tan E
0.02
σ εi
σ=Kε
n
dσ/dε Natural strain (ε)
Nominal strain
速度效應 EffectEffect of strain rate on stress 對延性:Effect of strain rate on ductility ( 2 types)
國立高雄應用科技大學 模具系 許進忠 教授 jjsheu@.tw
大綱 OUTLINES
金屬成形之基礎理論與應用 金屬成形製程與模具設計之分析 金屬成形之製程分析模擬與虛擬生產 金屬成形模具設計之問題分析與對策
金屬成形之基礎理論與應用
金屬成形之應用與市場
航太，汽機車，3C…
金屬之物理性質與成形
Friction factor(dry, Teflon):CQ2(0.1,0.06), DDQ(0.18,0.09), DDQ+Cr(0.3,0.24)
塑性變形理論
應力及應變(Stress, Strain)
影響因數:(Speed, temperature) 構成方程式(Constitutive equation)
σ
σ
. ε
CD:constant-decrease
. ε
ε ID : increase-decrease ε
溫度效應 Effect of temperature
Effect of temperature on flow stress Pure aluminium compressed to 40% reduction
bodycentered cubic
Iron atom
不純物對硬度之影響 Effects of Impurities and Crystal structures
What makes steel hard ?
Small grain size High carbon content – iron carbide High impurity atom content – P, Mn, Si,Ni, etc Cold work Heat treatment
4.4 4.2
Ln σ
4.0 3.8 3.6 3.4 1 10 102
20oC 150oC 250oC 350oC 450oC 550oC
. ε
三維應變模式 Three-Dimensional Strain Model
3D Engineering Strain Model
ema: Major surface strain, the largest blank deformation emi: Minor surface strain, 90 deg. to major surface strain direction et: Through thickness strain, perpendicular to the surface strains Volume const.
…for automobile manufacturing
Robust methods and processes Crash structures, safety concepts New drive concepts, lightweight design motorization, lightweight design Complex form Modular and platform strategies Economical processes at decreasing lot sizes
(ESt=3E7psi,EAl=1E7psi)
ASTM,JIS Specimen
機械性質(T.Altan) Mechanical property
材料 steel alum 融點
Deg C
密度
Kg/m3
E
Gpa
強度係數 k Gpa 500-600 180-200 320-500 12001500
S.H.
降伏(yielding)與破壞(fracture)
降伏準則(Yield criteria) 成形極限FLC
加工歷史及異向性
包辛格效應(Bauschinger)effect 加工硬化指數(n-value) 異向性(r-value)
應力及應變 Stress - Strain definition
工程(稱)應變:Engineering ( nominal ) strain e = (Lf-Lo)/Lo *100 = percent elongation (Lf, Lo = length os steel after/before plastic deformation 工程(稱)應力:Engineering ( nominal ) stress S = P/Ao P = Current Loading, Ao = Original area 自然應變:Natural (logrithmic) strain ε = ln(Lf/Lo) = ln(1+e) True stress σ = P/Af , Af = Current area
Reliability/quality safety Environmental compatibility, legislation Comfort and performance Design/styling Individualization and personalization
Daimler Chrysler
DESIGN MATERIAL PROCESS TRIBOLOGY
Making of a BMW car
應用與要求-汽車製造為例
Influence of More and More Demanding Boundary Conditions for Automobile Manufacturing Boundary conditions
.04% .25% .008% .008% .010% .16% .045% .008% .529% 99.471%
Formable cold rolled steel sheets require almost pure iron chemistry
晶粒基本結構 Crystal structures of Steel
化學成份:Steel chemistry composition
Aluminium Killed Drawing Quality Cold Rolled Steel Chemistry
C Mn P S Si Residuals(Cu,Cr,Ni+Mo) Al N Total non-iron Element Iron purity
,εo
塑流應力與頸縮 Flow Stress & necking
Stress-strain relation, necking
Bigger n(work hardening exponent) is easier to draw
True stress
Uniform thinning UTS
.2% proof stress