第一章 冲压变形的基本原理
第1章冲压成形原理汇总
第一章冲压成形原理主讲：闫洁主要内容：⏹ 1.金属塑性变形的基本概念⏹ 2.塑性变形对金属组织和性能影响⏹ 3.影响金属塑性和变形抗力的主要因素⏹利用外力使金属产生塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法称为金属压力加工。
⏹压力加工的种类：轧制、拉拔、挤压、锻造、板料冲压锻压生产方式示意图本质：利用固态金属的塑性，使其受力，改变形状、尺寸并改善组织，性能，获得所需形状、尺寸和可靠性能的毛坯或零件。
条件：１）塑性材料。
低碳钢、铝、铜合金最好；２）受力塑性变形、满足屈服条件：σ>σs（材料屈服强度）。
1.金属塑性变形的基本概念➢弹性变形在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子离开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金属发生变形。
并引起原子位能的增高，但原子有返回低位能的倾向。
当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。
➢塑性变形内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后，金属的变形并不完全消失。
➢滑移面：在切向应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定的晶面产生相对滑移，该面称为滑移面。
➢位错：沿滑移面旧原子对破坏，新原子对形成。
➢位错运动引起塑性变形。
近代物理学证明，晶体不是在滑移面上，原子并不是整体的刚性运动而是以位错引起金属塑性变形。
➢多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形）晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。
晶间变形：晶粒之间的相互位移或转动。
➢在外力作用下，有的晶粒处于利于塑性变形位置，则首先塑性变形。
有的处于不利于塑性变形的位置，则暂时不变形。
晶粒间会移动、转动，这种利与不利位置在变化，塑性变形不断进行。
2.塑性变形对金属组织和性能影响金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化。
⑴晶粒沿最大变形的方向伸长；⑵晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力；⑶晶粒产生碎晶。
●加工硬化＊现象：强度、硬度上升，而塑性、韧性下降。
＊原因：滑移面附近的晶粒碎晶块，晶格扭曲畸变，增大滑移阻力，使滑移难以进行。
冲压成形的基本理论讲解
第一章 冲压成形的基本理论
1 冲压工序分类 1.1断裂分离工序 断裂分离工序 是在冲压过程中使冲压零件与板料 沿一 定轮廓线相互分离 的工序，如切断、冲孔、落料等。 1.2塑性成形工序 塑性成形工序 是材料在不破裂的条件 下产生塑性变形， 从而获得一定形状、尺寸和精度要求的零件，如弯 曲、拉深、涨形、翻边、缩口等
第一章 冲压成形的基本理论
九、缩口 如图所示，在空心件外部施加压力，使局部直径缩 小，例如：不锈钢杯盖、罐类产品等
第一章 冲压成形的基本理论
十、卷圆 如图所示，用卷圆模具使空心件的边缘向外卷成圆 弧边缘，例如：罐类产品
第一章 冲压成形的基本理论
右图为一套简 易的开料模，我们 通过此动画更加形 象深刻地认识开料 冲压模具，看清模 具是如何运作。
料分离的冲压设备 按传动形式分为机械剪
板机和液压剪板机。
第二章 冲压设备简介
2.压力机 压力机是一种能使滑块作往复运 动，并按所需方向给模具施加压力的 机器，是冲压的基本设备。 按其床身结构不同有开式和闭式 两种压力机。 图示为台湾金锋开式压力机，闭 式压力机最大吨位达40000kN
压力机使用千万、万千要注意 安 全！
第二章 冲压设备简介
3.送料装置 冲压送料装置由料架，校平，送料三大类。主要作用是将
冲压材料校平和自动进给送料。一般分为气动式，伺服送料机， 数控送料机等。
第三章 冲压常用材料
第一节 冲压材料的性能要求
冲压材料是影响零件质量和模具寿命的重要因素。目前,可冲压的材料不仅有 低碳钢，而且还有不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金等。一般以含碳量<0.25% 及抗拉强度小于650N/mm2的材料为主。例如冷轧钢 SPCC (JIS) 或1010 (SAE)。
第一章 冲压变形的基本原理 复习题答案
第一章冲压变形的基本原理复习题答案一、填空题1.塑性变形的物体体积保持不变，其表达式可写成ε1+ε2+ε3=0。
2.冷冲压生产常用的材料有黑色金属、有色金属、非金属材料。
3.物体在外力的作用下会产生变形，如果外力取消后，物体不能恢复到原来的形状和尺寸，这种变形称为塑性变形。
4.影响金属塑性的因素有金属的组织、变形温度、变形速度、变形的应力与应变状态、金属的尺寸因素。
5.在冲压工艺中，有时也采用加热冲压成形方法，加热的目的是提高塑性，降低变形抗力。
6.材料的冲压成形性能包括成形极限和成形质量两部分内容。
7.压应力的数目及数值愈大，拉应力数目及数值愈小，金属的塑性愈好。
8.在同号主应力图下引起的变形，所需的变形抗力之值较大，而在异号主应力图下引起的变形，所需的变形抗力之值就比较小。
9.在材料的应力状态中，压应力的成分愈多，拉应力的成分愈少，愈有利于材料塑性的发挥。
10.一般常用的金属材料在冷塑性变形时，随变形程度的增加，所有强度指标均增加，硬度也增加，塑性指标降低，这种现象称为加工硬化。
11.用间接试验方法得到的板料冲压性能指标有总伸长率、均匀伸长率、屈强比、硬化指数、板厚方向性系数γ和板平面方向性系数△γ。
12.在筒形件拉深中如果材料的板平面方向性系数△γ越大，则凸耳的高度越大。
13.硬化指数n值大，硬化效应就大，这对于伸长类变形来说就是有利的。
14.当作用于坯料变形区的拉应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是伸长变形，故称这种变形为伸长类变形。
15. 当作用于坯料变形区的压应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是压缩变形，故称这种变形为压缩类变形。
16. 材料对各种冲压加工方法的适应能力称为材料的冲压成形性能。
17. 材料的冲压性能好，就是说其便于冲压加工，一次冲压工序的极限变形程度和总的极限变形程度大，生产率高，容易得到高质量的冲压件，模具寿命长等。
18. 材料的屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比。
冲压原理及基本变形
（4）加預彎（如圖）
(5)外加調整 (6)設計上 選用彈性系數大， 屈服極限小、機械性能穩定 的材料。
沖壓原理及基本變形
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四、彎曲U形件單邊間隙 t:材料厚度
Z=t+△+ct
△料厚正偏差
ct彎曲件高度和彎曲長度而決定之系數 c值一般有 0.04~0.15
五、彎曲問題：1、回彈 1、影響回因素：如前述 2、滑移 產生原因： （1）不對稱工件彎曲
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塑性變形:材料在力F2作用下，由OA變形 到OA2， 除去外力，只能回復到OA2’， 不能回復到OA，此時則產生塑性 變形。 （如圖） σ s為屈服極限, σb為強度極限
f
σs
沖壓原理及基本變形
材料拉伸曲線圖
σb
x
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三、 1
沖 孔
（2）沖孔面（見下圖）
落 料
沖壓尺寸曲光面尺寸決定，不管是落料還是沖孔。
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五、
間隙對沖裁質量影響：
T：料厚、Z：沖裁間隙 1，間隙 合適，b=(1/3-1/2)T （如右圖）
2，間隙過大，b<1/5T 光面少， 不易分離，（如右圖）
3，間隙過小，b>3/4T時，毛刺易掉， 易產生銅絲（如右圖）
b
4, 變形
c
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間隙對模具壽命影響：Z 受力F
磨損
在保証沖裁質量和尺寸前提下,Z 磨損 。
越好
Z 受力F 標准間隙： 銅材 3%－5%T， 不鏽鋼板 5%－8%T 、 八、 刀口沖子研磨： A3鋼
冲压成形的基本理论
第一章 冲压成形的基本(jīběn) 理论
三、冲裁件断面的形状 冲裁件断面可以分成明显(míngxiǎn)的四部
分：塌 角，光亮带，断裂带和毛刺。 塌角：也称为圆角带。 光亮带b：也称为剪切面。 断裂带c：也称为撕裂带。 毛刺d：也称为披峰。
精品资料
第一章 冲压(chòngyā)成形的 基本理论
精品资料
第一章 冲压成形的基本(jīběn) 理论
右图为一套简易的拉深模，我们通过 (tōngguò)此动画更加形象深刻地认识
拉深模具，看清模具是如何运作。
精品资料
第一章 冲压成形的基本(jīběn) 理论
1.1.2 冲裁变形分析 一、冲裁变形过程
（一）弹性(tánxìng)变形阶段 （二）塑性变形阶段 （三）断列分离阶段
屈服比 (%)
延伸率 (%)
73
27 以 上
71
30 以 上
69
31 以 上
67
45
61
46
57
47
74
18
77
12
75
9
60
-
71
-
78
-
44
-
66
-
24
-
37
-
－
2 1 .6
60
4 7 .0
84
3 5 .6
91
1 2 .8
92
7 .8
93
1 3 .8
9 1 精品资料 2 . 2
加工硬化 值n
0.2 -
加工硬化系数之高低意味著什么现象呢？
n值高的材料会发生下列的行为: (1) 继续进行加工会造成材料硬化、伸长量减少而使加工不易。 (2) 继续进行加工将会抑制局部变形，得到一致的变形。
冲压工艺与模具设计章节自测题原题(修改)
第一章冲压变形的基本原理一. 填空题1、塑性变形的物体体积保持，其表达式可写成。
2、冲压工艺中采用加热成形方法，以增加材料能达到变形程度的要求。
3、压应力的数目及数值愈，拉应力数目及数值愈，金属的塑性。
4、在材料的应力状态中，压应力的成分，拉应力的成分，愈有利于材料塑性的发挥。
5、一般常用的金属材料在冷塑性变形时，随变形程度的增加，所有强度指标均，硬度也，塑性指标，这种现象称为加工硬化。
6、硬化指数n 值大，硬化效应就大，这对于变形来说就是有利的。
7、当作用于坯料变形区的拉应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是，故称这种变形为变形。
8、材料对各种冲压加工方法的适应能力称为材料的。
9、材料的冲压性能好，就是说其便于冲压加工，一次冲压工序的和大，生产率高，容易得到高质量的冲压件，模具寿命长等。
二、判断题（正确的打√，错误的打×）1、变形抗力小的软金属，其塑性一定好。
（）2、物体的塑性仅仅取决于物体的种类，与变形方式和变形条件无关。
（）3、物体某个方向上为正应力时，该方向的应变一定是正应变。
（）4、材料的塑性是物质一种不变的性质。
（）5、当坯料受三向拉应力作用，而且时，在最大拉应力方向上的变形一定是伸长变形，在最小拉应力方向上的变形一定是压缩变形。
（）三、问答题1、影响金属塑性和变形抗力的因素有哪些？影响金属塑性的因素有如下几个方面：2、请说明屈服条件的含义，并写出其条件公式。
3、什么是材料的机械性能？材料的机械性能主要有哪些？4、什么是板厚方向性系数？它对冲压工艺有何影响？5、什么是板平面各向异性指数Δ r ？它对冲压工艺有何影响？第二章冲裁工艺及冲裁模设计一、填空题1、从广义来说，利用冲模使材料叫冲裁。
它包括、、、、等工序但一般来说，冲裁工艺主要是指和工序。
2、冲裁根据变形机理的不同，可分为和。
3、冲裁变形过程大致可分为、、三个阶段。
4、冲裁件的切断面由、、、四个部分组成。
5、冲裁毛刺是在刃口附近的側面上材料出现时形成的。
冲压工艺与模具设计-冲压变形的基本原理(第一章)
冲压工艺与模具设计-冲 压变形的基本原理(第一 章)
介绍冲压工艺与模具设计的基本原理，包括冲压工艺的定义和分类，冲压变 形的基本原理，主要影响因素，数学模型，力学分析以及冲压工艺的发展历 程。
基本概念
介绍冲压工艺与模具设计的基本概念，包括冲压的定义，模具的作用和设计 原则。
冲压工艺的分类
1 单次冲压
3 冲压过程中的应力状态
讲解冲压过程中材料受到的应力状态变化，如轧制、伸长、收缩等现象。
冲压变形的主要影响因素
材料特性
讲解材料硬度、延展性和塑 性等特性如何影响冲压变形。
模具设计
介绍模具结构、材料和润滑 等方面如何影响冲压变形。
工艺参数
讲解冲击力、冲次、冲压速 度等工艺参数如何影响冲压 变形。
冲压变形的数学模型
Hale Waihona Puke 1 冲压力学方程介绍冲压力学方程及其 在冲压过程中的应用。
2 流动规律方程
讲解流动规律方程在冲 压过程中的应用，以及 流动状态的控制方法。
3 变形显微组织变化
方程
介绍变形显微组织变化 方程及其在冲压过程中 的应用。
冲压变形的力学分析
1 应变分析
2 应力分析
讲解如何通过应变分析 来评估冲压变形的质量。
解释如何通过应力分析 来评估冲压件的性能和 可靠性。
3 刚塑性分析
讲解刚塑性分析的基本 原理和在冲压过程中的 应用。
冲压工艺的发展历程
1
起源和发展
介绍冲压工艺的起源和初期发展，以及对工业生产的影响。
2
现代冲压工艺
讲解现代冲压工艺的发展趋势和技术创新，如数控冲压和自动化生产。
3
未来展望
展望冲压工艺的未来发展方向，如新材料应用和智能化生产。
冲压工艺模具 题目及答案
绪论复习题答案一 . 填空题1 . 冷冲模是利用安装在压力机上的模具对材料施加变形力，使其产生变形或分离，从而获得冲件种压力加工方法。
2 . 因为冷冲压主要是用板料加工成零件，所以又叫板料冲压。
3 . 冷冲压不仅可以加工金属材料材料，而且还可以加工非金属材料。
4 . 冲模是利用压力机对金属或非金属材料加压，使其产生分离或变形而得到所需要冲件的工艺装备5 . 冷冲压加工获得的零件一般无需进行机械加工加工，因而是一种节省原材料、节省能耗的少、无无的加工方法。
6 . 冷冲模按工序组合形式可分为单工序模具和组合工序模具，前一种模具在冲压过程中生产率低，当量大时，一般采用后一种摸具，而这种模具又依组合方式分为复合模、级进模、复合 - 级进模等组合方式。
7 . 冲模制造的主要特征是单件小批量生产，技术要求高，精度高，是技术密集型生产。
8 . 冲压生产过程的主要特征是，依靠冲模和压力机完成加工，便于实现自动化化，生产率很高，操作方便9 冲压件的尺寸稳定，互换性好，是因为其尺寸公差由模具来保证。
二 . 判断题（正确的打√，错误的打×）1 . 冲模的制造一般是单件小批量生产，因此冲压件也是单件小批量生产。
（×）2 . 落料和弯曲都属于分离工序，而拉深、翻边则属于变形工序。
（×）3 . 复合工序、连续工序、复合—连续工序都属于组合工序。
（√）4 . 分离工序是指对工件的剪裁和冲裁工序。
（√）5 . 所有的冲裁工序都属于分离工序。
（√）6 . 成形工序是指对工件弯曲、拉深、成形等工序。
（√）7 . 成形工序是指坯料在超过弹性极限条件下而获得一定形状。
（√）8 . 把两个以上的单工序组合成一道工序，构成复合、级进、复合 - 级进模的组合工序。
（×）9 . 冲压变形也可分为伸长类和压缩类变形。
（√）10. 冲压加工只能加工形状简单的零件。
（×）11 . 冲压生产的自动化就是冲模的自动化。
冲压模具设计
dε2 σ2-σm
=
dε3 σ3-σm
=ｄλ
式中 dλ——瞬时常数，在加载的不同瞬时是变
σm——平均主应力（静水应力）。
四、塑性变形时应力与应变的关系
全量理论认为，在比例加载（也称简单加 载，是指在加载过程中所有外力从一开始起就 按同一比例增加）的条件下，无论变形体所处 的应力状态如何，应变偏张量各分量与应力偏
b／B越小，拉深性能越
图2-12 拉楔试验
二、板料冲压成形性能的测定 （3）拉深性能试验
2）冲杯试验
也叫Swift拉深试验、LDR试验，是采用φ50mm的平底 凸模将试样拉深成形，图是GB／T 15825.3-1995“金属薄 板成形性能与试验方法拉深与拉深载荷试验”的示意图。
图2-13 冲杯试验
图是GB／T 15825.5-1995“金属薄板成形性能 与试验方法 弯曲试验”示意图。
二、板料冲压成形性能的测定 （5）锥杯试验
图是GB／T 15825.6— 1995“金属薄板成形性能与试 验方法锥杯试验”的示意图，
取冲头直径Dp与试样直径D0的
比值为0.35。
图2-17 锥杯试验
三、板料的基本性能与冲压成形性能的关系
三、板料的基本性能与冲压成形性能的关系
4.应变硬化指数n
硬化指数n表示材料在冷塑性变形中材料硬化 的程度。n值大的材料，硬化效应就大，这意味着 在变形过程中材料局部变形程度的增加会使该处 变形抗力较快增大，这样就可以补偿该处因截面 积减小而引起的承载能力的减弱，制止了局部集 中变形的进一步发展，致使变形区扩展，从而使 应变分布趋于均匀化。也就是提高了板料的局部 抗失稳能力和板料成形时的总体成形极限。
成形极限图Forming Limit Diagrams，缩写为 FLD）或成形极限曲线（Forming Limit Curves， 缩写为FLC）着眼于复杂零件的每一变形局部，它
第一章冲压变形的基本原理
第一章冲压变形的基本原理金属塑性变形的基本概念金属在外力作用下产生形状和尺寸的变化称为变形，变形分为弹性变形和塑性变形。
而冲压加工就是利用金属的塑性变形成形制件的一种金属加工方法。
要掌握冲压成形加工技术，首先必须了解金属塑性变形的一些基本原理。
1.1.1 塑性变形的物理概念所有的固体金属都是晶体，原子在晶体所占的空间内有序排列。
在没有外力作用时，金属中原子处于稳定的平衡状态，金属物体具有自己的形状与尺寸。
施加外力，会破坏原子间原来的平衡状态，造成原子排畸变图1.1.1，引起金属形状与尺寸的变化。
图1.1.1 晶格畸变a)无外力作用；b)外力作用产生弹性畸变；c)晶格滑移或孪动；d)外力卸去后的永久变形假若除去外力，金属中原子立即恢复到原来稳定平衡的位置，原子排列畸变消失和金属完全恢复了自己的原始形状和尺寸，则这样的变形称为弹性变形（图 1.1.1a ）。
增大外力，原子排列的畸变程度增加，移动距离有可能大于受力前的原子间距离，这时晶体中一部分原子相对于另一部分产生较大的错动（图 1.1.1c ）。
外力除去以后，原子间的距离虽然仍可恢复原状，但错动了的原子并不能再回到其原始位置（图），金属的形状和尺寸也都发生了永久改变。
这种在外力作用下产生不可恢复的永久变形称为塑性变形。
受外力作用时，原子总是离开平衡位置而移动。
因此，在塑性变形条件下，总变形既包括塑性变形，也包括除去外力后消失的弹性变形。
1.1.2塑性变形的基本形式金属塑性变形是金属在外力的作用下金属晶格先产生晶格畸变，外力继续加大时，产生晶格错动，而这种错动通常在晶体中采取滑移和孪动两种形式。
1.滑移当作用在晶体上的切应力达到一定数值后，晶体一部分沿一定的晶面，向着一定的方向，与另一部分之间作相对移动，这种现象叫滑移，图1.1.1。
金属的滑移面，一般都是晶格中原子分布最密的面，滑移方向则是原子分布最密的结晶方向，因为沿着原子分布最密的面和方向滑移的阻力最小。
第一章 冲压变形的基本原理
间接试验和直接试验
3．板料的机械性能与冲压成形性能的关系
板料的强度指标越高，产生相同变形量的力就越大；
塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大； 刚度指标越高，成形时抵抗失稳起皱的能力就越大。
屈强比 s / b 屈强比小,说明 s 值小而
b
值大
第一章 冲压变形的基本原理
第一章 冲压变形的基本原理
三、塑性力学基础
1．点的应力与应变状态 为了全面、完整地描述变形区内各点的受力和变形情况 。 应力——正应力、剪应力 应力状态： 通常是围绕该点取出一个微小（正）六面体（即所谓 单元体），用该单元体上三个相互垂直面上的九个应力分量来 表示。已知该九个应力分量，则过此点任意切面上的应力都可 求得。 主应力状态 应力状态对塑性变形的影响,塑性变形可能出现九种
一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，可证明满足：
ε
1
+ε
2
+ ε
3
= 0
因此主应变状态图只有三种。
第一章 冲压变形的基本原理
三、塑性力学基础（续）
2．金属的屈服条件 屈服——塑性状态，主要取决于两方面的因素： （1）在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理 机械性质——转变的根据； （2）材料所处的应力状态——转变的条件。 单向应力状态： ζ =ζ
第一章 冲压变形的基本原理
第一章 冲压变形的基本原理
环形毛坯的变形趋向 （ａ）变形前的模具与毛坯（ｂ）拉深（ｃ）翻边（ｄ）胀形
第一章 冲压变形的基本原理
硬化曲线
第一章 冲压变形的基本原理
图2—16钢球活座套的冲压工艺实例 a)落料b)拉深c)冲孔d)翻边
冲压变形工序
冲压变形工序
冲压变形工序是金属及其他金属材料成型的一种常用的工艺方法。
它通过高压模具将金属材料塑性变形而成型，可以加工成各种复杂的异形件，例如零部件、弹簧等。
冲压变形工序的基本原理是利用高压的模具对金属材料进行塑
性变形，这种变形是在温度较低时发生的，不需要增加显著的热量，也不会影响材料的物理机械性能。
这种工艺可以有效减少材料的热处理特性，可以更好地满足客户的需求。
冲压变形工序的实施一般由模具冲压工序和成形工序组成。
在模具冲压工序中，金属材料受到高压力作用，发生塑性变形；在成形工序中，金属材料受到热处理，以保持塑性变形以及改善其性能。
冲压变形工序需要一定的器材和条件来满足，其中模具为主要工具，一般有厚度不同的垫层，垫层是用来保护金属材料表面，以利变形过程；另外，还有润滑剂，高压油，以及用于控制压力的气缸等，这些工具可以有效帮助实现冲压变形。
冲压变形工序的优点有很多，首先，这种工艺可以更有效地加工复杂的异形件，其次，冲压变形可以满足高精度要求，不同的材料变形成形的厚度可以控制在几毫米以内，而且这种工艺可以有效降低材料的热处理成本，从而大大提高产品的平均成本。
冲压变形工序也有一些不足之处，主要是模具成本较高，考虑到模具的复杂性，垫层材料的耗损较大，此外，冲压变形技术也存在有限性，例如复杂图形、精细结构等，都不能用这种技术来加工。
冲压变形工序是一种重要的金属成型工艺，它可以满足许多复杂的异形件的加工要求，可以有效减少材料的热处理成本，也可以在较低的温度下形成复杂的结构，有助于提高产品的质量。
可以说，冲压变形工序仍然是金属成型工艺中非常重要的一项。
冲压模具设计(1-3)
• 有对色优金质属碳：素铜结及构其合薄金钢、板铝及，其国合家金、原镁则合规金、定钛，合钢金等。 非板金旳属表材面料质：量纸可板分、胶为木Ⅰ板(、特塑别料高板、级纤旳维精板和整云表母面等。 ),Ⅱ(高级旳精整表面),Ⅲ(较高旳精整表面
成形质量
材料旳冲压性能好是指便于冲压加工,详细而言指: 成形极限高(成形过程中材料能到达旳最大变形程度,即抗破裂性好)
成形质量好(形状尺寸精度,厚度变化,表面质量以及成形后旳物理机械性能， 即贴模性、定形性好)
第一章 冲压工艺概述
直接反应，但需 专业设备或工装
第三节 冲压变形理论基础
五、冲压材料及其冲压成形性能（续） 以便，易行
例如： 室温下奥氏体不锈钢旳塑性很好，能经受很大旳
变形而不破坏，但它旳变形抗力却非常大；
过热和过烧旳金属与合金，其塑性很小，甚至完 全失去塑性变形旳能力，而变形抗力也很小；
室温下旳铅，塑性很高而变形抗力又小。
变形抗力：
使金属产生塑性变形旳力为变形力，金属抵 抗变形旳力称为变形抗力。
塑性与变形抗力是两个不同旳概念：
第一章 冲压工艺概述
第三节 冲压变形理论基础
三、塑性力学基础（续）
3．金属塑性变形时旳应力应变关系（续） 几点讨论结论
（1）应力分量与应变分量符号不一定一致， 即拉应力不一定 相应拉应变，压应力不一定相应压应变；举例。 （2）某方向应力为零其应变不一定为零； （3）在任何一种应力状态下，应力分量旳大小与应变分量旳 大小顺序是相相应旳，即б1＞б2＞б3，则有ε1＞ε2＞ε3。 （4）若有两个应力分量相等， 则相应旳应变分量也相等，即 若б1＝б2，则有ε1＝ε2。
第一章 冲压变形的基本原理
冲压工艺与模具设计
图1.2.1 一点的应力状态
（a）受力物体 （b）任意坐标系（c） 主轴坐标系
冲压工艺与模具设计
1.2.4 屈服准则的几何表示 （a）平面上两屈服准则表达 (b) 主应力空间两屈服准则表达
冲压工艺与模具设计
图1.2.5 单向拉应力－应变曲线
冲压工艺与模具设计
图1.2.6 实际应力曲线与假象应力曲线
冲压工艺与模具设计
1.2 塑性变形的力学基础
外力
内力
模具
毛坯
零件
毛坯的变形都是模具对毛坯施加外力所引起内力或由
内力直接作用的结果。应力就是毛坯内单位面积上作用的
内力。应力应理解为一极小面积上的内力与该面积比值的
极限，即:
lim P dP
F0 F dF
冲压工艺与模具设计
1.2.1 一点的应力与应变状态 １.一点的应力状态:
冲压工艺与模具设计
1.2.3 塑性变形时应力与应变的关系 物体受力产生变形, 所以应力与应变之间一定
存在着某种关系。 弹性变形时, 应 力E与应变之间的关系是线性的、
可逆的, 变形是可以恢复的。 （胡克定律 ）
单向拉伸应力-应变曲线(如图1.2.5)
冲压工艺与模具设计
1.2.3 塑性变形时应力与应变的关系 增量理论 : 瞬间的应变增量与相应应力的关系
1.屈雷斯加(H·Tresca)屈服准则
力屈达雷到斯某加一于定1m值a8x 6时412 ，(年 m材提ax 料出 mi即n:) 当行K材屈料服中。的因最此大，剪该应准 则又称为最大剪应力屈服准则。其数学表达式为:
冲压工艺与模具设计
1.2.2 屈服准则（塑性条件） 2. 密席斯(Von Mises)屈服准则 密席斯于1913年提出了另一屈服准则: 当材料
冷冲压变形的基本原理概述教案
[教学内容] 第一章概述2.1 冷冲压变形的基本原理概述[教学目的] 1、掌握2、理解[教学重点] 1、掌握2、理解[教学难点] [教学方法] 讲授法[教学时数] 2课时第一章[主要内容] 如下概述2.1 冷冲压变形的基本原理概述[教学内容] 2.2冷冲压材料及其冲压成型性能3.1冲裁概述[教学目的] 1、[教学重点] 1、[教学难点] [教学方法] 讲授法[教学时数] 2课时[主要内容] 如下2.2冷冲压材料及其冲压成型性能3.1冲裁概述[教学内容] 3.2冲裁过程的分析[教学目的] 1、[教学重点] 1、[教学难点] [教学方法] 讲授法[教学时数] 2课时[主要内容] 如下3.2冲裁过程的分析断面特征[教学内容] 3.3冲裁模间隙[教学目的] 1、[教学重点] 1、[教学难点] [教学方法] 讲授法[教学时数] 2课时[主要内容] 如下3.3冲裁模间隙[教学内容] 3.4冲裁模[教学目的] 1、[教学重点]掌握[教学难点] [教学方法] 讲授法[教学时数] 2课时[主要内容] 如下3.4冲裁模尺寸类型0.02 = 0.02（满足间隙公差条件）孔距尺寸：=L±=18±0.125×2×0.09 = (18±0.023)mm落料：校核：0.016 + 0.025 = 0.04 > 0.02（不能满足间隙公差条件）因此，只有缩小，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取：δr≤0.4(Zmax-Zmin) =0.4×0.02=0.008mmδA≤0.6(Zmax-Zmin) =0.6×0.02=0.012mm故：三、例2如图2.4.3所示的落料件，其中d = 22±0.14mmZmin=0.10mm, Zmax=0.14mm由公差表查得：尺寸80mm，选x = 0.5；尺寸15 mm，选x = 1；其余尺寸均选x = 0.75。
冲压成型的基本原理
上模
压料 下模
冲模工作的基本原理
• 3） 翻边 • 一端压料,材料不流动。凸凹模为圆角，
且间隙大于0.8料厚,为翻边
上模
压料 下模
冲模工作的基本原理
• 4） 整形 • 一端压料,材料不流动。间隙大于0.8料厚,
下面有模具,为整形
上模
压料 下模
下模
冲模工作的基本原理
• 5） 压形 • 无压料,上下有模具,来自压型冲模工作的基本原理
• 两侧压料,材料有流动，凸凹模间隙大于
等于料厚。
凹模 压边圈
凸模
凹模 压边圈
单动拉延
凹模在上并向下运动,压边圈在下，随凹模运动，凸模在下不动， 凹模在上并向下运动 压边圈在下，随凹模运动，凸模在下不动， 压边圈在下 为单动拉延
冲模工作的基本原理
• 2） 修冲 • 一端压料,材料不流动。凸凹模为尖角，
变分布比较均匀。 • 厚向异性指数r值下降，极限应变值也下 降。但，n值对成型极限曲线的影响远比 r值重要。 • 延伸率
拉延成型裕度
裂
变薄
充分 不充分 增厚 褶
2.冲模工作的基本原理
• 1） 拉延 • 两侧压料,材料有流动，凸凹模间隙大于
等于料厚。
压边圈 凹模
凸模
压边圈 凹模
双动拉延
凹模在下不动。压边圈在上，先压料。凸模在上并向下运动 为双 凹模在下不动。压边圈在上，先压料。凸模在上并向下运动,为双 动拉延
上模
下模
冲模工作的基本原理
• 6） 合边（扣合） • 推块先运动将制件边推倒450，然后回原
位，压块将两个制件压实，形成合边
主弯刀 预弯刀
下模
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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.屈雷斯加(H· Tresca)屈服准则
屈雷斯加于1864年提出：当材料中的最大剪应力达到某一定值时，材料即 行屈服。因此，该准则又称为最大剪应力屈服准则。其数学表达式为：
max
1 ( max min ) K 2
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1.2.2 屈服准则（塑性条件）
2. 密席斯(Von Mises)屈服准则
密席斯于1913年提出了另一屈服准则：当材料中的等效应力达到某 一定值时，材料就开始屈服。由单向拉伸试验可确定该值，该值为材料 的屈服点σs。其数学表达式为：
（如图1.3.2Ⅰ象限）
2.冲压毛坯变形区受两向压应力的作用 （如图1.3.2Ⅲ象限）
r θ 0, 且 t 0 θ r 0, 且 t 0
冲压工艺与模具设计
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) （如图1.3.2） r 0 θ , t 0且 r θ
硬化指数是表明材料冷变形硬化的重要参数，对板料的冲
压性能以及冲压件的质量都有较大的影响。
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1.3冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类
1.3.1 变形毛坯的分区(如图1.3.1) 1.3.2 变形区的应力应变特点
1. 冲压毛坯两向受拉应力的作用 (可分两种情况)：
r θ 0, 且 t 0 θ r 0, 且 t 0
1.化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响
化学成分：铁、碳、合金元素、杂质元素。 组织：单项组织、多向组织。组织的不同塑性和变形抗力会 有很大的差别。 钢的制造工艺：
2.变形温度对塑性和变形抗力的影响
1）温度升高，回复与再结晶； 2）温度升高，原子热运动加剧；
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1.1.4影响金属的塑性与变形抗力的主要因素
全量理论的应用
2 0时， 2 (1 3 ) / 2 1 0, 且 2 3 0时， 1 0, 2 3 (1 / 2)1
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1.2.4硬化与硬化曲线
1.硬化 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.硬化曲线 实际应力曲线与假象应力曲线 （如图1.2.6） 几种常用冲压板料的硬化曲线（如图1.2.7）
冲压工艺与模具设计
图1.2.7 几种常用冲压板料的硬化曲线
冲压工艺与模具设计
冲压工艺与模具设计
图1.3.2
冲压应力图
冲压工艺与模具设计
图1.3.2
冲压应力图
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1.3.3
冲压变形图
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图1.3.4 变形趋向性对冲压工艺的影响
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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1.3.4) 弱区必先变形，变形区应为弱区
2.变形趋向性的控制 ﹡合理地确定毛坯尺寸（图1.3.5
﹡正确设计模具工作部分形状和尺寸 ﹡改变毛坯与模具表面的摩擦条件
图1.3.6 ）
﹡其他工艺措施
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1.4 板料冲压成形性能及冲压材料
LK L0 100% L0
断面收缩率 A0 AK 100%
A0
2.变形抗力 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。 塑性与变形抗力是两个不同的概念： 塑性：反映变形的能力。 变形抗力：是塑性变形的难易程度。
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1.1.4影响金属的塑性与变形抗力的主要因素
冲压工艺与模具设计
1.1.2 塑性变形的基本方式 单晶体：滑移（slip)、孪生 (twinning) 多晶体的塑性变形: 晶内、晶间(如图) 变形后形成的组织改变：纤维组织、变形织构
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1.1.3金属的塑性与变形抗力 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：常用的塑性指标有 延伸率
外力 内力
模具
毛坯
零件
毛坯的变形都是模具对毛坯施加外力所引起内力或由 内力直接作用的结果。应力就是毛坯内单位面积上作用的 内力。应力应理解为一极小面积上的内力与该面积比值的 极限，即：
P dP F 0 F dF
lim
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1.2.1 一点的应力与应变状态
１.一点的应力状态： 是指通过变形体内某点的单元体所有截面上的应力的 有或无、大小、方向等情况。
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1.1金属塑性变形的基本概念
在外力的作用下，金属产生的形状和尺寸变化称为变形， 变形分为弹性变形(elastic deformation)与塑性变形(plastic deformation )． 弹性(elasticity)：卸载后变形可以恢复特性，可逆性。 塑性(plasticity)：物体产生永久变形的能力，不可逆性。 1.1.1塑性变形的物理概念 外力破坏原子间原有的平衡状态，造成原子排列的畸变， 引起金属形状和尺寸的变化。变形的实质是原子间的距离产生 变化。 塑性变形：金属形状和尺寸产生永久改变，这种改变不可 恢复，该变形称为塑性变形。
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• 4.硬化指数
k 单向拉伸硬化曲线可写成 数。 • 5.厚向异性指数
•
n
n
，其中 为硬化指
•
厚向异性指数是指单向拉伸试样宽度应变和厚度 b / t 应变之比
• 6.板平面各向异性指数
( 0 90 2 45 ) / 2
对拉深件质量的影响 （图1.4.2）
1.2.3 塑性变形时应力与应变的关系
增量理论 ： 瞬间的应变增量与相应应力的关系 d1 d 2 d 2 d 3 d 3 d1 C 1 2 2 3 3 1 全量理论 ： 主应力差与主应变差成比例
1 2 2 3 3 1 C 1 2 2 3 3 1
冲压工艺与模具设计
第一章 冲压变形的基本原理
本章学习要求：
1.掌握金属塑性变形的基本概念； 2.掌握板料冲压性能和常见的冲压材料； 3.了解塑性变形的力学基础和冲压成形方法的力学特点。
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1.1金属塑性变形的基本概念
1.2金属塑性变形的力学基础
1.3冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类 1.4板料冲压成形性能及冲压材料
冲压工艺与模具设计
图1.4.2
△γ对拉深件质量的影响
冲压工艺与模具设计
1.4.4常用冲压材料及其力学性能
1.冲压常用的材料 黑色金属
金属材料
冲压材料 非金属材料 2. 冲压用新材料及其性能 1）高强度钢板 2）耐腐蚀钢板 3）双相钢板 4）涂层板 5）复合板材 有色金属
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图1.1.1 晶格畸变 (a)无外力作用；(b)外力作用产生弹性畸变； (c)晶格滑移或孪动；(d)外力卸去后的永久变形
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1.2.3 塑性变形时应力与应变的关系
物体受力产生变形，所以应力与应变之间一定存在着某种关系。 弹性变形时，应力与应变之间的关系是线性的、可逆的，变形是可 以恢复的。
E
（胡克定律 ）
单向拉伸应力-应变曲线(如图1.2.5)
塑性变形时应力应变关系是非线性的、不可逆的。
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θ 0 r , t 0且 r
θ
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。 (可以分为两种情况)
r 0 θ , t 0且 r
θ
θ 0 r , t 0且 r θ
综上所述：冲压变形可分为伸长类变形和压缩类变形 （如图1.3.3）。
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图1.2.2 九种主应力状态图
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2.一点的主应变状态 主变形图只可能有三种形式 3.体积不变定律
1 2 3 0
图1.2.3三种主应变状态图
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。
2.变形温度对塑性和变形抗力的影响
3）温度升高，原子热振动加剧（热塑性）； 4）温度升高，晶界强度下降；
3.变形速度对塑性和变形抗力的影响
速度大时，塑性变形来不及扩展。没有足够时间回复、再结晶， 塑性降低变形抗力增大。 速度大时，热效应显著，变形体有温度效应对塑性增加有利。
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1.2 塑性变形的力学基础
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板材冲压成形试验的试验方法
板料冲压性能试验方法通常分为三种类型：力学试验、金 属学试验（统称间接试验）和工艺试验（直接试验）。
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1.4.3 板料的力学性能与冲压成形性能的关系
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图1.2.1 一点的应力状态
（a）受力物体 （b）任意坐标系（c） 主轴坐标系
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1.2.4 屈服准则的几何表示 （a）平面上两屈服准则表达 (b) 主应力空间两屈服准则表达
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图1.2.5 单向拉应力－应变曲线
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图1.2.6
实际应力曲线与假象应力曲线