金属冷变形机理
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单向拉伸应力-应变曲线(如图1.2.2)
金属冷变形的基本理论
1.增量理论 d1 d 2 d 2 d 3 d 3 d1 C 1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3 1 2.全量理论 C 1 2 2 3 3 1
综上所述： 冲压变形可分为伸长类变形和压缩类变形 《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
1.3.3 冲压成形过程中变形趋向性及其控制
1、变形趋向性(如图1.3.3) 弱区必先变形，变形区应为弱区
2、变形趋向性的控制 ﹡ 改变坯料各部分的相对尺寸
﹡改变模具工作部分的几何形状和尺寸 ﹡改变坯料和模具之间的摩擦阻力
0 r , t 0且 r
4．冲压毛坯变形区受异号应力的作用而且压应力的绝对值大 于拉应力的绝对值。 (可以分为以下两种情况)
r 0 , t 0且 r 0 r , t 0且 r
0 90 45
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
1.4.4常用冲压材料及其力学性能
黑色金属 金属材料
冲压材料
有色金属
非金属材料 板料：大型零件 条料：中小型零件
坯料类型
卷料：大批量生产的自动送料 块料：少数钢种和有色金属的冲压
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
1.3.1 变形毛坯的分区(如图1.3.1) 1.3.2 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 (可分两种情况)：
r 0, 且 t 0 r 0, 且 t 0
（图1.3.2Ⅰ象限）
2．冲压毛坯变形区受两向压应力的作用 （图1.3.2Ⅲ象限）
r 0, 且 t 0 r 0, 且 t 0
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
3．冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且拉应力的绝对值 大于压应力的绝对值。(可以分为两种情况) （图1.3.2） r 0 , t 0且 r
金属冷变形的基本理论 1金属塑性变形的基本概念
2塑性变形的力学基础
3各种冲压成形方法的力学特点与分类 4板料的冲压成形性能及冲压材料
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.1金属塑性变形的基本概念
外力的作用下，金属产生形状和尺寸变化为变形，变形分 为弹性变形与塑性变形．
1.1.1塑性变形的物理概念
金属冷变形的基本理论
1.2.2 屈服准则（塑性条件）
屈服准则：材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某
点的应力满足屈服准则，该点就进入塑性状态。 1.屈雷司加准则 2.密席思准则 3.工程上常采用屈服准则通式：
1 2 s
《冲压工艺及模具设计》
1.2.3 塑性变形时应力与应变的关系
金属冷变形的基本理论
5.主应变及主应变状态 点的应变状态 主应变状态 6.体积不变定律 1 2 3 0 该式说明：金属塑性变形前后，只有形状的变化，而无体 积的变化。
三个推论：
﹡塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化； ﹡不论什么应变状态，其中一个主应变的符号与另外两个 主应变的符号相反； ﹡已知两个应变就可求第三个应变。 《冲压工艺及模具设计》
1.4.3 板料的力学性能与冲压成形性能的关系
1、屈服极限 屈服极限 s 小,材料容易屈服,则变形抗力小. 2、屈强比 屈强比小,说明 s值小而 b 值大 3、伸长率 拉伸实验中,试样拉断时的伸长率称总伸长率 4、硬化指数 单向拉伸硬化曲线可写成 k n 其中n为硬化指数 5、厚向异性指数 厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应 变之比 b / t 6、板平面各向异性指数 ( 2 ) / 2
金属冷变形的基本理论
1.1.5金属塑性变形对组织和性能的影响
晶粒形状和方位变化； 产生应力； 产生加工硬化。 《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图1.1.1 晶体变形
图1.1.2多晶体的塑 性变形
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.2 塑性变形的力学基础
图１.４.１ 拉深试验试样
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图１.４.２拉伸曲线
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
LK L0 伸长率： 100% L0 A0 A K 100% A0
断面收缩率：
2.变形抗力及其指标 金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为 变形抗力。通常以真实应力作为变形抗力的指标。 《冲压工艺及模具设计》
H0 HK 镦粗率： c 100% H0
外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排列的畸变，引起 金属形状和尺寸的变化。
1.1.2塑性变形的基本方式
滑移 \孪生 \多晶体的塑性变形（变形后形成纤维组织、变 形织构）(如图)
《冲压工艺及模具设计》
1.1.3金属的塑性与变形抗力
金属冷变形的基本理论
１.塑性及塑性指标 塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而 不破坏其完整性的能力。 塑性指标：常用的塑性指标
1.4.1 板料的冲压成形性能
冲压成形性能: 板料对各种冲压成形加工的适应能力. 抗破裂性、 贴模性、定形性
成形极限
冲压件形状尺寸精度
1.4.2 板料的冲压成形性能试验
1、间接试验（图１.４.２） 伸长率、屈服点、屈强比、硬化指数、 板厚方向性系数、板平面方向性 2、直接试验 胀形成形性能试验、拉深成形性能试验（图１.４.１） 《冲压工艺及模具设计》
外力 模具 毛坯 内力 零件
1.2.1 点的应力与应变状态
１.应力：内力的强度，用σ表示。 2.点的应力状态(如图1.2.1) 3.应变：微小六面体的变形，用ε表示。
主应变
1 2 3
4.点的应变状态 空间一点无论受多少个力，都可简化为九个应力分量。在 静力平衡时，根据剪应力互等定理，可简化为六个应力分量。 主平面：剪应力为零的平面。 主应力：主平面上的应力。 《冲压工艺及模具设计》
﹡改变坯料局部区域的温度
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
A－变形区；B－传力区；C－已变形区 图１.３.３ 变形趋向性对冲压工艺的影响
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.4 板料冲压成形性能及冲压材料
金属冷变形的基本理论
图1.2.1 点的应力状态 a)任意坐标系; b) 主轴坐标系
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图１.２.２ 单向拉应力－应变曲线
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图１.２.３ 几种常用冲压板料的硬化曲线
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.3 各种冲压成形方法的力学特点与分类
3.例：全量理论分析应力应变关系 1) 2 0时， 称平面应变(或称平面变形),由上式可得出:
2 (1 2 ) / 2
2) 1 0, 且 2 3 0时， 材料受单向拉应力,由上式可得:
1 0, 2 3 (1 / 2)1
《冲压工艺及模具设计》
1.1.4影响金属的塑性与变形抗力的因素
1.影响塑性的因素 内因 ：化学成分的影响；组织结构的影响 外因：变形温度 ；变形速度 ；变形的应力状态 2.影响金属变形抗力的主要因素 1)化学成分及组织的影响 2)变形温度对变形抗力的影响(如图1.1.3) 3)变形速度对变形抗力的影响 4)变形程度对变形抗力的影响 5)应力状态对变形抗力的影响
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
变形时的硬化现象和硬化曲线
金属冷变形的基本理论
1.硬化现象的表现形式: 材料的强度指标随变形程度的增加而增加,塑性随之降低.
2.加工硬化的结果 引起材料力学性能的变化.
3.加工硬化有利及不利方面 有利方面:板料硬化能够减小过大的局部变形,使变形趋于均 匀,增大成形极限,同时也提高了材料的强度 不利方面:使进一步变形困难. 4.硬化曲线(如图1.2.3) 《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
1.增量理论 d1 d 2 d 2 d 3 d 3 d1 C 1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3 1 2.全量理论 C 1 2 2 3 3 1
综上所述： 冲压变形可分为伸长类变形和压缩类变形 《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
1.3.3 冲压成形过程中变形趋向性及其控制
1、变形趋向性(如图1.3.3) 弱区必先变形，变形区应为弱区
2、变形趋向性的控制 ﹡ 改变坯料各部分的相对尺寸
﹡改变模具工作部分的几何形状和尺寸 ﹡改变坯料和模具之间的摩擦阻力
0 r , t 0且 r
4．冲压毛坯变形区受异号应力的作用而且压应力的绝对值大 于拉应力的绝对值。 (可以分为以下两种情况)
r 0 , t 0且 r 0 r , t 0且 r
0 90 45
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
1.4.4常用冲压材料及其力学性能
黑色金属 金属材料
冲压材料
有色金属
非金属材料 板料：大型零件 条料：中小型零件
坯料类型
卷料：大批量生产的自动送料 块料：少数钢种和有色金属的冲压
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
1.3.1 变形毛坯的分区(如图1.3.1) 1.3.2 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 (可分两种情况)：
r 0, 且 t 0 r 0, 且 t 0
（图1.3.2Ⅰ象限）
2．冲压毛坯变形区受两向压应力的作用 （图1.3.2Ⅲ象限）
r 0, 且 t 0 r 0, 且 t 0
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
3．冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且拉应力的绝对值 大于压应力的绝对值。(可以分为两种情况) （图1.3.2） r 0 , t 0且 r
金属冷变形的基本理论 1金属塑性变形的基本概念
2塑性变形的力学基础
3各种冲压成形方法的力学特点与分类 4板料的冲压成形性能及冲压材料
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.1金属塑性变形的基本概念
外力的作用下，金属产生形状和尺寸变化为变形，变形分 为弹性变形与塑性变形．
1.1.1塑性变形的物理概念
金属冷变形的基本理论
1.2.2 屈服准则（塑性条件）
屈服准则：材料进入塑性状态的力学条件。当材料中的某
点的应力满足屈服准则，该点就进入塑性状态。 1.屈雷司加准则 2.密席思准则 3.工程上常采用屈服准则通式：
1 2 s
《冲压工艺及模具设计》
1.2.3 塑性变形时应力与应变的关系
金属冷变形的基本理论
5.主应变及主应变状态 点的应变状态 主应变状态 6.体积不变定律 1 2 3 0 该式说明：金属塑性变形前后，只有形状的变化，而无体 积的变化。
三个推论：
﹡塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化； ﹡不论什么应变状态，其中一个主应变的符号与另外两个 主应变的符号相反； ﹡已知两个应变就可求第三个应变。 《冲压工艺及模具设计》
1.4.3 板料的力学性能与冲压成形性能的关系
1、屈服极限 屈服极限 s 小,材料容易屈服,则变形抗力小. 2、屈强比 屈强比小,说明 s值小而 b 值大 3、伸长率 拉伸实验中,试样拉断时的伸长率称总伸长率 4、硬化指数 单向拉伸硬化曲线可写成 k n 其中n为硬化指数 5、厚向异性指数 厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度应 变之比 b / t 6、板平面各向异性指数 ( 2 ) / 2
金属冷变形的基本理论
1.1.5金属塑性变形对组织和性能的影响
晶粒形状和方位变化； 产生应力； 产生加工硬化。 《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图1.1.1 晶体变形
图1.1.2多晶体的塑 性变形
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.2 塑性变形的力学基础
图１.４.１ 拉深试验试样
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图１.４.２拉伸曲线
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
LK L0 伸长率： 100% L0 A0 A K 100% A0
断面收缩率：
2.变形抗力及其指标 金属产生塑性变形的力为变形力，金属抵抗变形的力称为 变形抗力。通常以真实应力作为变形抗力的指标。 《冲压工艺及模具设计》
H0 HK 镦粗率： c 100% H0
外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排列的畸变，引起 金属形状和尺寸的变化。
1.1.2塑性变形的基本方式
滑移 \孪生 \多晶体的塑性变形（变形后形成纤维组织、变 形织构）(如图)
《冲压工艺及模具设计》
1.1.3金属的塑性与变形抗力
金属冷变形的基本理论
１.塑性及塑性指标 塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而 不破坏其完整性的能力。 塑性指标：常用的塑性指标
1.4.1 板料的冲压成形性能
冲压成形性能: 板料对各种冲压成形加工的适应能力. 抗破裂性、 贴模性、定形性
成形极限
冲压件形状尺寸精度
1.4.2 板料的冲压成形性能试验
1、间接试验（图１.４.２） 伸长率、屈服点、屈强比、硬化指数、 板厚方向性系数、板平面方向性 2、直接试验 胀形成形性能试验、拉深成形性能试验（图１.４.１） 《冲压工艺及模具设计》
外力 模具 毛坯 内力 零件
1.2.1 点的应力与应变状态
１.应力：内力的强度，用σ表示。 2.点的应力状态(如图1.2.1) 3.应变：微小六面体的变形，用ε表示。
主应变
1 2 3
4.点的应变状态 空间一点无论受多少个力，都可简化为九个应力分量。在 静力平衡时，根据剪应力互等定理，可简化为六个应力分量。 主平面：剪应力为零的平面。 主应力：主平面上的应力。 《冲压工艺及模具设计》
﹡改变坯料局部区域的温度
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
A－变形区；B－传力区；C－已变形区 图１.３.３ 变形趋向性对冲压工艺的影响
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.4 板料冲压成形性能及冲压材料
金属冷变形的基本理论
图1.2.1 点的应力状态 a)任意坐标系; b) 主轴坐标系
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图１.２.２ 单向拉应力－应变曲线
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论
图１.２.３ 几种常用冲压板料的硬化曲线
《冲压工艺及模具设计》
金属冷变形的基本理论 1.3 各种冲压成形方法的力学特点与分类
3.例：全量理论分析应力应变关系 1) 2 0时， 称平面应变(或称平面变形),由上式可得出:
2 (1 2 ) / 2
2) 1 0, 且 2 3 0时， 材料受单向拉应力,由上式可得:
1 0, 2 3 (1 / 2)1
《冲压工艺及模具设计》
1.1.4影响金属的塑性与变形抗力的因素
1.影响塑性的因素 内因 ：化学成分的影响；组织结构的影响 外因：变形温度 ；变形速度 ；变形的应力状态 2.影响金属变形抗力的主要因素 1)化学成分及组织的影响 2)变形温度对变形抗力的影响(如图1.1.3) 3)变形速度对变形抗力的影响 4)变形程度对变形抗力的影响 5)应力状态对变形抗力的影响
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
变形时的硬化现象和硬化曲线
金属冷变形的基本理论
1.硬化现象的表现形式: 材料的强度指标随变形程度的增加而增加,塑性随之降低.
2.加工硬化的结果 引起材料力学性能的变化.
3.加工硬化有利及不利方面 有利方面:板料硬化能够减小过大的局部变形,使变形趋于均 匀,增大成形极限,同时也提高了材料的强度 不利方面:使进一步变形困难. 4.硬化曲线(如图1.2.3) 《冲压工艺及模具设计》