冲压成形性能
板料的冲压成形性能与成形极限
§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。
§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。
§6.2 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。
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。
冲压成形cae标准
冲压成形cae标准冲压成形是一种常用的金属加工方式，广泛应用于汽车制造、电子产品制造等领域。
为了保证产品的质量和生产效率，冲压成形需要进行CAE（计算机辅助工程）分析和模拟。
下面将介绍冲压成形CAE的标准和流程。
冲压成形CAE标准的制定是为了规范冲压成形过程中的各种参数和要求，以确保产品的质量和稳定性。
常见的冲压成形CAE标准包括以下几个方面：1.材料力学性能标准：材料的力学性能对冲压过程和成形结果有着重要影响。
冲压成形CAE分析需要使用准确的材料力学性能数据进行模拟。
因此，冲压成形CAE标准要求在实验室中进行材料的力学性能测试，并提供准确的力学性能数据。
2.模具设计标准：模具的设计对冲压成形的结果有着重要的影响。
冲压成形CAE分析需要使用准确的模具设计参数进行模拟。
因此，冲压成形CAE标准要求模具设计符合一定的几何要求，并提供准确的模具设计参数。
3.工艺参数标准：冲压成形过程中的工艺参数对成形结果和产品质量有着重要的影响。
冲压成形CAE分析需要使用准确的工艺参数进行模拟。
因此，冲压成形CAE标准要求工艺参数的选择符合一定的规范，并提供准确的工艺参数数据。
冲压成形CAE的流程大致如下：1.准备工作：确定需要进行冲压成形CAE分析的零件和工艺参数。
收集并整理材料的力学性能数据和模具设计参数。
2.建模：使用计算机辅助设计（CAD）软件对需要进行冲压成形CAE分析的零件进行建模。
根据模具设计要求，进行相应的模具设计。
3.材料建模：使用CAE软件对材料的力学性能进行建模。
根据准确的材料力学性能数据，进行相应的材料建模。
4.工艺建模：使用CAE软件对冲压工艺进行建模。
根据准确的工艺参数数据，进行相应的工艺建模。
5.分析和模拟：使用CAE软件对冲压成形过程进行分析和模拟。
根据材料建模和工艺建模的结果，进行相应的分析和模拟。
通过调整参数和优化设计，得到最佳的成形结果。
6.评估和验证：根据分析和模拟的结果，评估冲压成形的效果和质量。
冲压成形性能的基本概念、试验方法与技术物理表达——修订国标《金属薄板成形性能与试验方法》的技术说
第 ３ ３卷 第 １ 期
Ｖｏ． ３ Ｎｏ １ １３ ．
锻 尼 技
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２０ 年 ２月 ０８
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标 准化
冲压成 形 性 能 的基 本 概 念 、试 验 方法 与技术 物 理 表达
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Ｇｅ ｒ ｌｃ ｎｃ ｐ ，ｔ ｓｉ ｔ ｏ ｎｄ ｔｃ ｎｉａ ｙ ｉｓ ｄ ｓ ｒ ｐ ｉｎ ｏ ｈ ｅ ｔ ｌｓａ ｐ ｎｇ ｆ ｒ ａ ｌｔ ｎｅ ａ ｏ ｅ ｔ ｅ ｔｎｇ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｅ ｈ ｃ ｌｐｈ ｓｃ ｅ ｃ ｉ ｔｏ ｆ ｒ ｓ ｅ ｔｍｅ ａ ｔｍ ｉ ｏ ｍ ｂｉｉｙ
系统工程的观点 ，提出虚拟 冲压成 形性 能的 概念 以及冲 压成形 性能 的工程 场 函数 性质 与 系统工程 状态 ，为 修订
ＧＢ Ｔ １８ ５《 ／ ５ ２ 金属薄板成形性能与试验方法 》建立 了概念性的技术基础 。
冲压性能及成形极限
五、冲压成形性能试验方法与指标
1、胀形成形性能试验（杯突试验）（Eriohsen试验）
指标：用破裂时凸包高度IE值评价。IE值越大，胀形成形性能越好。
2、扩孔成形性能试验（KWI扩孔试验）
指标：用破裂时极限扩孔率值评价。
d f d0 d0
100%
d f d f max d f min / 2
最小相对弯曲半径=
rmin / t
5、“拉—胀”复合成形性能试验 （福井杯锥试验）
指标：用杯底破裂时杯口平均直径 评价，称为CCV值。
CCV
1 ( Dmax Dmin ) 2
六、塑性拉伸失稳理论
1、拉深失稳的概念和类型
1）分散性颈缩（Diffuse necking)： 载荷开始随变形增大而减小，由 于应变硬化，这种颈缩在一定尺寸范 围内可以转移，使材料在这个范围内 产生亚稳定的塑性流动，故载荷下降 比较缓慢。肉眼观察不到。 2）集中性颈缩（Localized necking)： 应变硬化不足以使颈缩转移，应 力增长率远小于承载面积的减小速度， 故载荷随变形程度的增大而急剧下降。 肉眼可以观察到。
3、拉深成形性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ试验
（1）圆柱形平底凸模冲杯试验（Swift平底冲杯试验）
指标：用拉破时极限拉深比LDR评价。 LDR Dmax / d p （2）TZP试验 Ff Fmax 指标：用拉深潜力T值评价。 T 100% Ff
4、弯曲成形性能试验
指标：用外表面破裂时的最小相对弯曲半径值评价。
二、冲压成形区域划分
四种典型工艺： 拉深 刚性凸模胀形 伸长类翻边 弯曲 复杂零件的成形经 常可视为两个或两 个以上的复合
变形趋向性：拉深、平底凸模胀形、圆孔翻边及扩孔所用模具相同，但毛 坯直径不同，或预制孔直径不同，则拉深和胀形可相互转变， 胀形和扩孔翻边可相互转变，或两种变形复合。
板料冲压成形性能及冲压材料
板料冲压成形性能及冲压材料板料的冲压成形性能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。
下面分别讨论。
(一)成形极限在冲压成形中，材料的最大变形极限称为成形极限。
对不同的成形工序，成形极限应采用不同的极限变形系数来表示。
例如弯曲工序的最小相对弯曲半径、拉深工序的极限拉深系数等等。
这些极限变形系数可以在各种冲压手册中查到，也可通过实验求得。
依据什么来确定极限变形系数呢？这要看影响成形过程正常进行的因素是哪些。
冲压成形时外力可以直接作用在毛坯的变形区（例如胀形），也可以通过非变形区，包括已变形区（例如拉深）和待变形区（例如缩口、扩口等），将变形力传给变形区。
因此，影响成形过程正常进行的因素，可能发生在变形区，也可能发生在非变形区。
归纳起来，大致有下述几种情况：1.属于变形区的问题伸长类变形一般是因为拉应力过大，材料过度变薄，局部失稳而产生断裂，如胀形、翻孔、扩口和弯曲外区等的拉裂。
压缩类变形一般是因为压应力过大，超过了板材的临界应力，使板材丧失稳定性而产生起皱，如缩口、无压边圈拉深等的起皱。
2.属于非变形区的问题传力区承载能力不够：非变形区作为传力区时，往往由于变形力超过了该传力区的承载能力而使变形过程无法继续进行。
也分为两种情况：1)拉裂或过度变薄；例如拉深是利用已变形区作为拉力的传力区，若变形力超过已变形区的抗拉能力，就会在该区内发生拉裂或局部严重变薄而使工件报废。
2)失稳或塑性镦粗：例如扩口和缩口工序是利用待变形区作为压力的传力区，若变形力超过了管坯的承载能力，待变形区就会因失稳而压屈，或者发生塑性镦粗变形。
非传力区在内应力作用下破坏：非变形区不是传力区时，由于变形过程中金属流动的不均匀性，也可能产生过大的内应力而使之破坏。
冷轧深冲用钢的成形性能
冷轧深冲用钢的成形性能1冲压性能的定义板材的冲压性能是指板材对冲压加工的适应能力。
板材的冲压性能好，可以在使用最低的人力与物力消耗的条件下，使用较方便的冲压加工方法即可制造成高质量的冲压件。
钢板的冲压性能一般指在冲制成型时， 钢板耐冲压的程度，即成型性能的好坏， 亦即钢板能在其 平面方向上获得最大的塑性流变，同时在厚度方向上对流变产生最大的阻力。
板材的成形性是指，在给定的加工过程中板材承受变形而不产生断裂或失稳（失效）的能力。
目前，按照冲压级别，冲压板的冲压性能分为 CQ 级、DQ 级、DDQ 级和EDDQ 级。
2、成形指标单向拉伸实验可获得两个重要的成形性能指标 同时，还可获得其它强度与塑性指标，如屈服强度:塑性应变比（r 值）和加工硬化指数（n 值）。
（ReL ）抗拉强度（（Rm 卜总延伸率（A ）等。
（1）强度和屈强比屈服强度ReL 表示材料产生屈服时的最小应力。
ReL 越小材料越容易屈服，成形后回弹小，贴模性和定形性较好。
抗拉强度Rm 表示薄板材料在单向拉伸条件下所能承受的最大应 力值，是设计与选材的主要依据。
它越大，冲压成形时零件危险断面的承载能力越高， 其变形程度越大。
在材料与成形性能有关的其它指标大致相同时，Rm 越大材料的综合成形性能越好。
屈强比为材料的屈服强度与抗拉强度之比， 大的变形加工，材料的成形性好，有利于冲压成形。
⑵延伸率延伸率A 即试样拉伸断裂后标距段的总变形与原标距长度之比的百分数。
材允许的塑性变形程度也越大，冲压性能越好。
⑶塑性应变比和塑性应变比平面各向异性度金属薄板塑性应变比；值反映金属薄板在其平面内承受压力或拉力时抵抗变薄或变厚的 能力，是金属薄板塑性各向异性的一种量度， 是衡量深冲性能的重要指标之一。
板材的深冲性能与其力学性能的各向异性密切相关，提高深冲性能的宗旨是力图使板材在板平面内具有高塑性流动性，同时，在板厚方向具有足够的抵抗塑性流动的能力。
r 值指将金属薄板试样单轴拉伸到产生均匀塑性变形时， 试样标距内，宽度方向的真实应变岛与厚度方向的真实应变凡之比。
锻造压力机与冲压成形压力机的性能优劣对比
锻造压力机与冲压成形压力机的性能优劣对比在制造业中，压力机是一种重要的工业设备，可以通过施加力量将材料进行塑性变形，使其适应所需的形状和尺寸。
在压力机中，锻造压力机和冲压成形压力机是两种常见的类型。
它们在工作原理、适用范围和性能方面存在差异。
本文将对这两种压力机的性能优劣进行详细比较。
首先，让我们了解一下锻造压力机。
锻造压力机是一种专门用于金属锻造的压力机，它适用于加工大型和复杂的金属工件。
锻造压力机的工作原理是利用锤头或压头对金属进行冲击或挤压，使其在高温状态下发生塑性变形。
这种变形过程可以增强材料的力学性能和密度，并实现零件的细化和细节加工。
锻造压力机主要用于制造航空航天零部件、汽车零部件和重型机械等需要高强度、高质量和复杂形状的金属工件。
与之相比，冲压成形压力机是一种专门用于金属板件冲压加工的设备。
冲压成形压力机通过将金属板件置于模具之间，并施加足够的力量来塑性变形金属。
这种变形过程通常在常温下进行。
冲压成形压力机适用于大批量生产简单形状的金属零件，例如汽车车身部件、电器外壳和家电配件等。
它具有高效、快速和精确的特点。
在性能方面，锻造压力机和冲压成形压力机各有优劣。
锻造压力机的优点之一是可以处理高强度和高硬度的金属材料，例如钢和钛合金等。
锻造过程中，材料受到冲击和挤压，其内部结构得到重新组织和加强，因此锻造得到的零件具有更好的力学性能和耐磨性。
此外，锻造压力机可以制造较大尺寸的零件，并且能够处理复杂的形状要求。
然而，锻造压力机也有其限制，它通常需要大型的设备和复杂的操作，同时加热和冷却过程也需要耗费时间和能源。
与此相比，冲压成形压力机具有自己的优势。
首先，冲压成形压力机可以高效地进行大规模生产。
其自动化程度高，能够快速、准确地完成连续冲压过程。
此外，冲压成形过程通常不需要加热和冷却，因此能够节约能源和时间。
另外，冲压成形压力机的模具可以相对容易地进行更换，适应不同形状和尺寸的零件生产需求。
不锈钢冲压性能与工艺简介
冲压用材料应具备的基本性能条件
①材料应具有良好的塑性，即要有较高的延伸率和断面收缩率， 较低的屈服点和较高的抗拉强度。这样在变形工序中，其允许的 变形程度大，允许的变形力小，可以减少工序以及中间退火的次 数，或者根本不需要中间退火。有利于冲压工艺的稳定性和变形 的均匀性。 ②材料应具有光洁平整无缺陷损伤的表面状态。表面状态好的材 料加工时不容易破裂，不容易擦伤模具，制品表面状态好。 ③材料的厚度公差应符合国家的标准。因为一定的模具间隙适应 一定厚度的材料，材料的厚度公差太大，不仅会影响制品质量， 还可导致产生废品和损伤模具。
7．应变硬化指数（n）
应变硬化指数即通常说的n值，表示材料具有冷作过程 硬化现象，与材料的冲压成形性能十分密切。应变硬 化指数大，不仅能提高板料的局部应变能力，而且能 使应变分布趋于均匀化，提高板料成形时的总体成形 极限。
各钢种的加工硬化趋势
各钢种的加工硬化趋势
加工硬化现象的影响
从上面的几个钢种的加工硬化曲线也可以看出，由 于加工硬化现象的存在，金属在塑性变形中，会使 金属的强度指标，如屈服点、硬度等提高，塑性指 标如延伸率降低的现象，即材料的冷作硬化现象。 材料的冷作硬化现象会使材料的塑性指标急剧下降， 阻碍着材料的进一步变形，引起制品破裂。因此在 冲压加工过程中，必须采取有效措施如采取中间退 火工序以消除由于冷作硬化现象给冲压工艺带来的 不利影响。
形工艺。
拉深成形工艺
拉深是利用专用 模具将冲裁或剪 裁后所得到的平 板坯料制成开口 的空心件的一种 冲压工艺方法。 其特点是板料在 凸模的带动下， 可以向凹模内流 动，即依靠材料 的流动性和延伸 率成形
胀形成形工艺
胀形是利用模 具强迫板料厚 度减薄和表面 积增大，以获 取零件几何形 状的冲压加工 方法。特点是 板料被压边圈 压死，不能向 凹模内流动， 完全依靠材料 本身的延伸率 成形
汽车车身的冲压成形技术分析
汽车车身的冲压成形技术分析汽车车身是汽车的重要组成部分，它直接影响到汽车的外观、安全性能和乘坐舒适度。
而汽车车身的制造过程中，冲压成形技术是一种常见的加工方法。
通过对汽车车身冲压成形技术的分析可以了解到其在汽车制造中的重要性和应用场景。
一、汽车车身冲压成形技术的基本原理汽车车身冲压成形技术是利用模具对金属板材进行加工成形的一种方法。
其基本原理是通过将金属板材置于冲床上，然后利用冲头对金属板材施加压力，使得金属板材受力后产生塑性变形，最终形成所需的形状。
冲压成形技术的优点包括成本低、效率高、精度好等，因此在汽车车身制造中得到广泛应用。
1. 材料选取：汽车车身冲压成形技术中常用的金属材料包括冷轧板、热轧板、镀锌板等，其选取需要考虑到材料的强度、塑性、成本等因素。
2. 模具设计：模具是冲压成形技术的重要工具，其设计需要考虑到所需成型的形状、尺寸精度、成本等因素。
同时模具的选材、热处理等对成形质量也有重要影响。
3. 冲压工艺：在冲压成形过程中，需要考虑到冲头的选择、冲程的设置、冲头对板料的压力等因素，以保证成形质量和生产效率。
4. 成形工艺：汽车车身的冲压成形中，常见的工艺包括拉延成形、弯曲成形、拉伸成形等，针对不同部位的成形需求选择不同的工艺。
5. 成品检验：对成形后的汽车车身进行检验，检查其尺寸精度、表面质量、成形缺陷等，以保证成品的质量。
目前汽车车身冲压成形技术已在汽车制造中得到广泛应用，它可以应用于汽车车身的各个部位。
例如汽车的车门、车顶、车窗框、车尾等部位都可以通过冲压成形技术进行加工制造。
而且随着汽车车身对轻量化、强度提升等性能要求的不断增加，冲压成形技术的应用也在不断扩大。
随着汽车工业的不断发展，汽车车身冲压成形技术也在不断创新和完善。
目前一些先进的汽车制造技术已经应用于汽车车身冲压成形中，例如激光冲压成形、气动冲压成形等技术。
这些技术能够提高成形效率、提升成形质量、降低成本，有望成为未来汽车车身制造的发展方向。
汽车覆盖件冲压成形特点总结
汽车覆盖件冲压成形特点总结
1.高度精度：汽车覆盖件的外观要求高，对尺寸和形状的精确度要求严格。
冲压成形可以实现高度精确的制造，确保覆盖件的尺寸和形状的一致性。
2.高生产效率：汽车行业对于生产效率要求很高，冲压成形提供了高速和高效的生产方式。
冲压设备可以实现连续冲压作业，生产效率较高。
3.适应性强：汽车覆盖件的形状多样，冲压成形可以根据不同的覆盖件形状进行调整，适应性强。
同时，冲压成形还可以通过更换冲床模具来实现不同形状的覆盖件生产。
4.降低成本：与其他制造方法相比，冲压成形可以节省原材料的使用量，减少后续加工的需要，从而降低了成本。
此外，冲压成形还可以实现自动化生产，减少人工操作，进一步降低成本。
5.良好的表面处理效果：汽车覆盖件的表面处理要求高，需要具备一定的防腐蚀能力和装饰效果。
冲压成形可以在冲压过程中添加表面处理工艺，如镀锌、喷涂等，以实现良好的表面处理效果。
6.薄板加工能力：汽车覆盖件通常采用较薄的板材进行制造，而冲压成形适用于薄板加工。
冲压设备可以有效地对薄板材料进行成形，保持覆盖件的整体刚度和强度。
7.可实现性能优化：冲压成形可以通过调整冲床压力、冲床速度以及模具设计等参数来实现性能的优化。
例如，通过调整冲床参数可以控制冲压过程中的拉伸和压缩比例，从而改善覆盖件的强度和硬度等性能。
总的来说，汽车覆盖件冲压成形具有高度精度、高生产效率、适应性强、降低成本、良好的表面处理效果、薄板加工能力以及可实现性能优化等特点。
汽车制造业广泛应用冲压成形技术，以满足对高质量、高效率、低成本的汽车覆盖件生产要求。
冲压成形性能
二、塑性变形对金属组织和性能的影响
金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化， 而且其内部的组织和性能也将发生变化。一般会产生加工硬化 或应变刚现象： 金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐 增加，而塑性和韧性逐渐降低； 晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生各向 异性； 由于变形不均，会在材料内部产生内应力，变形后作为残 余应力保留在材料内部。
三、塑性力学基础（续）
3．金属塑性变形时的应力应变关系（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 对应拉应变，压应力不一定对应压应变； （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，应力分量的大小与应变分量的大 小次序是相对应的，即б1＞б2＞б3，则有ε1＞ε2＞ε3。 （4）若有两个应力分量相等，• 则对应的应变分量也相等，即 若б1＝б2，则有ε1＝ε2。
四、金属塑性变形的一些基本规律
1．硬化规律 加工硬化： 塑性降低，变形抗力提高。能提高变形均匀性。 硬化曲线： 实际应力曲线或真实应力曲线。表示硬化规律。 这种变化规律可近属塑性变形的一些基本规律（续）
2．卸载弹性恢复规律和反载软化现象
反载软化曲线
四、金属塑性变形的一些基本规律（续）
材料的冲压性能好 成形极限高 成形质量好 便于冲压加工
成形极限高 冲压成形性能是一个综合性的概念 成形质量好
五、冲压材料及其冲压成形性能（续）
2．冲压成形性能的试验方法
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。 不同冲压工序对板料的机械性能的具体要求有所不同。
第6章 冲压性能及成形极限
三、冲压成形性能划分
破裂的三种方式： 1） 破裂－由于板料所受拉应力超过强度极限引起
的破裂。 2） 破裂－由于板料的伸长变形超过材料的局部延
伸率引起的破裂。 3）弯曲破裂－由于弯曲变形区的外层材料中拉应力
过大引起的破裂。 破裂特点： 拉深破裂出现在传力区，胀形破裂出现在变形区。
因此板料拉深和胀形时对 破裂的抵抗能力不同。
成曲线，得理论成形极限图FLD。
Hill判据 Swift判据
试验制作FLD：1）在不同长宽比 试件上印制网格；2）平底或球底 凸模胀形试验；3）测取裂纹旁网 格的两个主应变；4）在主应变平 面描点绘曲线。
理论成形极限图FLD
指标：用拉破时极限拉深比LDR评价。 LDR Dmax / d p
（2）TZP试验
指标：用拉深潜力T值评价。
T Ff Fmax 100% Ff
4、弯曲成形性能试验
指标：用外表面破裂时的最小相对弯曲半径值评价。
最小相对弯曲半径= rmin / t
5、“拉—胀”复合成形性能试验 （福井杯锥试验）
度，如极限拉深系数、极限翻边系数、极限胀形高度等。 6、局部成形极限：板料失稳前局部尺寸可以达到的最大变化程 度，如局部
极限应变。 7、成形极限图： （Forming Limit Diagrams , 简称FLD ） 。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 映了板料在单向或双向拉应力作用下抵抗颈缩或破裂的 能力。
冲压成形性能还包括：抗破裂性、贴模性、定形性
介于材料科学与冲压成形技术之间的边缘问题
二、冲压成形区域划分
四种典型工艺： 拉深 刚性凸模胀形 伸长类翻边 弯曲
复杂零件的成形经 常可视为两个或两 个以上的复合
冲压成形性能及其应用技术前瞻
冲压成形性能
直接成形性能 （ 广义 ） （ 同类冲压制 品标准模 型的成 形性能 ） 含 实际成形性能 模拟成形性 能
间接成形性能 单 向拉伸试验 的相关性能 金属学结构及其性质性 能 其 他
回弹等各种成形缺陷的能力 ， 其技术物理状态最终
都 要表 现 为冲压 制 品 的形 状结 构 、 冲压 板料 的性 质 性能 、 冲压 成形 工艺 条件 以及 模具 技术 结构 等诸 多
设计变域之间的相互协调程度 ， 因此从制造工程理
论 上讲 ， 冲压成 形性 能是 一种 具有 多种 层级 因素相 互 作用 的系统 … 其总 体状 态可 用 图 １ 示 ， １， 表 而系
金 属 薄板 冲 压成 形 是 现 代 工 业 生产 中一 种 非 常重 要 的制造 技术 ， 金属 薄 板及其 制 品在 冲压 成形
过程 中所 表现 出 的成形 性 能或成 形性 ， 横跨 薄板 是
文章 编号 ：６ ２ ６ ６ ２ ０ ）９—０ ７ １ ７ —１ １ （０ ８ １ ０ ３—０ ５
材料冲压成形性能的衡量指标
材料冲压成形性能的衡量指标1.抗拉强度：抗拉强度是材料抵抗拉伸的能力。
在冲压过程中，材料受到拉伸力，因此抗拉强度是一个重要的性能指标。
高抗拉强度的材料可以承受更大的应力和变形。
2.屈服强度：屈服强度是指材料在受到一定应力时开始发生塑性变形的能力。
屈服强度的大小与材料的可塑性密切相关。
较高的屈服强度意味着材料更难发生塑性变形，可能不适合冲压成形。
3.延伸率：延伸率是材料在拉伸断裂前所发生的塑性变形程度的度量。
高延伸率的材料可以容易地发生塑性变形，有利于冲压成形。
4.断裂韧性：断裂韧性是材料抵抗断裂的能力。
在冲压过程中，材料常受到冲击和剪切力的作用，因此良好的断裂韧性对于冲压成形的可行性非常重要。
5.硬度：硬度是材料抵抗外界力量的能力。
硬度可以提供材料在冲压过程中的耐磨性、耐刮擦性和切削性等信息。
高硬度的材料一般具有较低的可塑性，可能不适合一些冲压工艺。
6.切口延伸率：切口延伸率是指材料在应力作用下切口或裂纹延伸的能力。
对于一些带有切口或凹槽的冲压件来说，良好的切口延伸率可以避免裂纹的形成，提高零件的可靠性和强度。
7.成形限制比：成形限制比是冲压工程师用来评估材料在冲压过程中的可塑性的指标。
成形限制比是通过计算材料在冲压成形过程中最多能够变形的程度来得到的。
8.硬化指数：硬化指数是用来描述材料在冲压过程中变硬的程度。
硬化指数越高，材料的可塑性越低，成形能力也就越差。
因此，硬化指数是一个重要的冲压成形性能指标。
以上是材料冲压成形性能的一些衡量指标。
冲压工程师在进行材料选择和冲压工艺设计时，应综合考虑这些指标，以保证最终零件的质量和可靠性。
冲压成形的特点与基本规律
又因2r 0，由式(2.2)一定有 r 0 即在压应力的方向上的应变是负的，是压缩变形。。
由于r ,0，当 r 时，r 0 ；单向压应力状态( r 0
)时，有r / 2 0。 这种应力和变形状态处于冲压应力图中的AOB 范围(见图2.2)， 在冲压变形图中处于COD范围(见图2.3)。
又因 r 0 ，则 (r ) 0 ，所以必定有t 0 ，即在板厚 方向上的应变是正的，板料增厚。 在 方向上的变形决定于 r和 的数值；当 2r时， 0 当 2 r时， 0 ；当 2 r时， 0。
双向等压应力状态( r 0 )时，有r 0；单向压应力状
t 0 和 r 0 ， t 0。
1. r 0， t 0 时的应力状态
当 r 0 ， t 0 按全量理论可以写出如下应力与应变的关
系
r t k
r m m t m
(2.1)
式中：r ， ，t ——分别是轴对称冲压成形时的经向、纬向
和厚度方向上的主应变；
与厚度 方r ，向 上，的 t主—应—力分；别是轴对称冲压成形时的经向、纬向 m ——平均应力，m (r t ) / 3 。
4. r 0， 0 ，r 时的应力状态 当 r 0， 0，r 时，由式(2.2)可知2r 0 ，所以一定 有 r 0 。这表明，在异号应力作用的平面应力状态时，如果
绝对值最大的应力是拉应力，则在这个绝对值最大的压应力
方向上的应变是正的，即为伸长变形。 又因2 r 0 ，由式(2.2)一定有 0 即在压应力的方向上的应变是负的，是压缩变形。
冲压成形过程是不断变化的连续过程，各个区域之间可以
相互转化。
对变形区与不变形区的判断 ：如果毛坯中某部分内任意两
第6章 板料的冲压成形性能与成形极限
沈阳航空工业学院
主讲：贺平
6、1 冲压成形区域与成形极限
一、概述 板料对冲压成形工艺的适应能力叫板料的冲压成形性能 冲压成形性能。 冲压成形性能 板料在成形过程中可能出现两种失稳： 拉伸失稳：板料在拉应力作用下局部出现颈缩或破裂。 拉伸失稳 压缩失稳：板料在压应力作用下出现皱纹。 压缩失稳 板料在发生失稳之前可以达到的最大变形程度叫成形极 成形极 限。 成形极限分为总体成形极限和局部成形极限。 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 到的最大变化程度，如极限拉深系数、极限胀形高度和极限翻 边系数等，它们常被用作工艺设计参数。
伸长类应变指：成形过程中材料主要受拉应力作用，产生 的伸长变形导致厚度减薄； 压缩类应变指：成形过程中材料主要受压应力作用，产生 的压缩变形导致厚度增大； 弯曲应变指： 弯曲成形过程中，外区受拉，属于伸长类 成形，内区受压，属于压缩类应变。
（表6-1） （图6-7）
Байду номын сангаас 6、2 冲压成形性能试验方法与指标
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于局部成形极限。 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 拉应力作用下抵抗颈缩或破裂的能力，常被用来分析解决成形 时的破裂问题。 板料的冲压成形性能包括：抗破裂性、贴模性、定型性。 贴模性指板料在冲压过程中取得模具形状的能力。 贴模性 定型性指零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。 定型性 目前主要以抗破裂性作为评定板料冲压成形性的指标。
模拟试验，是指模拟某一类实际成形方法来成形小尺寸 试样的板料冲压试验。 1、胀形成形性能试验 2、扩孔成形性能试验 3、拉深成形性能试验 （1）、圆柱形平底凸模冲杯试验 （2）、TZP试验 4、弯曲成形性能试验 5、“拉深—胀形”复合成形性能试验
冲压工艺--板料的冲压成形性能与成形极限
2福井、吉田扩孔试验 鉴于板材冲压成形性能的不断提高，在标准的
KWI扩孔试验装置上进行扩孔试验，某些塑性很高的 板料无法分出优劣。因此，为了加大各种板材的试验 差值，提高试验精度，日本的福井伸二、吉田清太提 出了另一种型式的扩孔试验——利用球形冲头的扩孔 试验。
t0
Dp
备注
0.5以下 10.~20 2ri≈0.2Dp 0.5~2.0 30~50 D0≥2.5Dp 2.0以上 50~100
3杯形件拉深试验（Swift试验）
Swift试验是以求极限拉深比LDR作为评定板材拉 深性能的试验方法。 试验所用装置与试验标准分别见图和表。
Swinft试验装置（1-冲头 2-压边圈 3-凹 模 4-试件）
n i1 N
i1 i1 N
N (xi )2 ( xi )2
i 1
i 1
r值测量计算 根据r值的数学定义，有：
r=εb/εt 式中：r 塑性应变比 εb、εt 试样宽度、厚度方向的真实应变 b 试样拉伸变形后标距内的宽度 b0 试样标距内的原始宽度 t 试样拉伸变形后的厚度 t0 试样原始厚度
1 扩孔试验 KWI 扩孔试验
KWI扩孔试验是由德国的KWI研究所首先提出。 扩孔试验作为评价材料的翻边性能的模拟试验方 法，
是采用带有内孔直径为d0的圆形毛坯，在图 所示的模具中进行扩孔，直至内孔边缘出现裂纹 为止。测量此时的内孔直径d f，并用下式计算 极限扩孔系数λ
式中：do—试样内孔的初始直径（mm）； df—孔缘破裂时的孔径平均值（mm）。
法，简单、可靠，并能清楚反映材料受外力时 表现出的弹性、塑性和断裂三个过程。因此， 拉伸试验是评价板材基本力学性能及成形性能 的主要试验方法。
3-2板料冲压成形性能及极限
局部成形极限 反映板料失稳 前局部尺寸可 以达到的最大 变形程度。
总体成形极限 反映板料失稳 前总体尺寸可 以达到的最大 变形程度。
（2）成形极限图 概念
成形极限图（FLD） 是用来表示金属薄板在变 形过程中，在板平面内的 两个主应变的联合作用下， 某一区域发生减薄时，就 可以获得的最大应变量。
成形极限图的应用
FLD可以用来评定板料的局部成形，成形极限图的应变水平越高， 板料的局部成形性能越好。
FLD可用来判断复杂形状冲压件工艺设计的合理性，在板成形的 有限元模拟中，成形极限图被用来作为破裂的判断准则。
FLD可用来分析冲压件的成形质量，并提供改变原设计中成形极 限的工艺对策，以消除破裂或充分发挥材料的成形能力。
FLD可用来对冲压生产过程进行监控，及时发现和解决潜在发展 的不利因素，以保轴、短 轴的尺寸即为变 形过程中，厚度 发生减薄，得到 最大变形量。
计算出椭圆的长 轴、短轴应变， 可得出次点的极 限应变。
取得足够的试验数据后，以椭圆的长轴应变ε1为纵坐 标，短轴应变ε2为横坐标，就可以绘制出成形极限图。
成 形 极 限 图
图中的阴影区域叫做临界区，变形如果位于临界区，说明此 处板材有濒临破裂的危险。因此FLD是判断和评定板材成形性能的 最简单和最直观的方法。
板料冲压成形性能及 极限
2．板料成形极限和成形极限图 （1）板料成形极限 板料在成形过程中可能出现两种失稳现象：
一种是拉伸失稳，板料在拉 应力作用下局部出现断裂或
缩颈；
另一种叫做压缩失稳，板料 在压应力作用下出现起皱。 板料在失稳之前可以达到的 最大变形程度叫做成形极限。
成形极限分为局部成形极限和总体成形极限。
绘制 实验之前，通过化学腐蚀法在板料表面制出
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第一章 冲压模具设计与制造基础
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 塑性变形可能出现九种主应力状态。
2．卸载弹性恢复规律和反载软化现象
反载软化曲线
第三章 冲压成形原理与成形极限
四、金属塑性变形的一些基本规律（续）
3．体积不变条件 金属材料在塑性变形时，体积变化很小，可以忽略不计。
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
第三章 冲压成形原理与成形极限
四、金属塑性变形的一些基本规律（续）
第三章 冲压成形原理与成形极限Leabharlann 四、金属塑性变形的一些基本规律
1．硬化规律 加工硬化： 塑性降低，变形抗力提高。能提高变形均匀性。 硬化曲线： 实际应力曲线或真实应力曲线。表示硬化规律。 这种变化规律可近似用指数曲线表示。 ζ =Aε
n
第三章 冲压成形原理与成形极限
四、金属塑性变形的一些基本规律（续）
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。
不同冲压工序对板料的机械性能的具体要求有所不同。
第三章 冲压成形原理与成形极限
五、冲压材料及其冲压成形性能（续）
4．冲压材料
（1）对冲压材料的要求 a．对冲压成形性能的要求 b．对材料厚度公差的要求 c．对表面质量的要求 （2）常用冲压材料 黑色金属、有色金属、非金属材料
S S
一般应力状态：ζ 1-ζ 3=β ζ
第三章 冲压成形原理与成形极限
三、塑性力学基础（续）
3．金属塑性变形时的应力应变关系 弹性变形阶段：应力与应变之间的关系是线性的、可逆的， 与加载历史无关； 塑性变形阶段：应力与应变之间的关系则是非线性的、 不可逆的，与加载历史有关。
1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3 1
第三章 冲压成形原理与成形极限
一、塑性变形的基本概念
变形：
弹性变形、塑性变形。
塑性：
表示材料塑性变形能力。它是指固体材料在外力作用下发 生永久变形而不破坏其完整性能力。
塑性指标：
衡量金属塑性高低的参数。常用塑性指标为延伸率δ 和断 Lk L0 面收缩率ψ 。 100 %
L0 F0 Fk 100 % F0
4．最小阻力定律 在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，当金 属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小的方向移动。 在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方向发 展。这就是塑性变形中的最小阻力定律。 弱区先变形，变形区为弱区
第三章 冲压成形原理与成形极限
四、金属塑性变形的一些基本规律（续）
第三章 冲压成形原理与成形极限
三、塑性力学基础（续）
3．金属塑性变形时的应力应变关系（续） 几点讨论结论 （1）应力分量与应变分量符号不一定一致，• 即拉应力不一定对 应拉应变，压应力不一定对应压应变； （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，应力分量的大小与应变分量的大 小次序是相对应的，即б1＞б2＞б3，则有ε1＞ε2＞ε3。 （4）若有两个应力分量相等，• 则对应的应变分量也相等，即若 б1＝б2，则有ε1＝ε2。
第三章 冲压成形原理与成形极限
点的应力状态 a）任意坐标系 b）主轴坐标系
第三章 冲压成形原理与成形极限
9种主应力状态图
第三章 冲压成形原理与成形极限
3种主应变状态图
第三章 冲压成形原理与成形极限
金属的应力-应变图 1-实际应力曲线 2-假象应力曲线
第三章 冲压成形原理与成形极限
硬化曲线
第三章 冲压成形原理与成形极限
类似有应变状态的概念。一般认为金属材料在塑性变形时体积 不变， 因此主应变状态图只有三种。
第三章 冲压成形原理与成形极限
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
第三章 冲压成形原理与成形极限
二、塑性变形对金属组织和性能的影响
金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化， 而且其内部的组织和性能也将发生变化。一般会产生加工硬化 或应变刚现象： 金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐 增加，而塑性和韧性逐渐降低； 晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生各向 异性； 由于变形不均，会在材料内部产生内应力，变形后作为残 余应力保留在材料内部。
材料的冲压性能好 成形极限高 成形质量好 便于冲压加工
成形极限高 冲压成形性能是一个综合性的概念 成形质量好
第三章 冲压成形原理与成形极限
五、冲压材料及其冲压成形性能（续）
2．冲压成形性能的试验方法
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；
4．最小阻力定律（续） 控制变形的趋向性： 开流 和 限流
措施： （1）材料本身的特性
（2）板料的应力状态 冲压工序的性质 工艺参数 模具结构参数（如凸模、凹模工作 部分的圆角半径，摩擦和间隙等。
第三章 冲压成形原理与成形极限
五、冲压材料及其冲压成形性能
1．冲压成形性能 材料的冲压成形性能：材料对各种冲压加工方法的适应能力。 冲压加工的依据。
方板拉深试验——最小阻力定律试验
第三章 冲压成形原理与成形极限
变形趋向性对冲压工艺和影响
第三章 冷冲压模具设计与制造基础
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