冲压工艺学(全)
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2013-8-5
第一章 概述
4. 工序分类
分离工序：
冲压件与板料沿一定轮廓线相互分离，同时冲压件分 离断面也要满足一定要求。如落料、冲孔、裁剪、切边、 剖切等。
成形工序：
冲压毛坯在不破坏的情况下发生塑性变形，并转化成所 要求的成品形状。同时，应满足尺寸精度方面的要求，如弯 曲、拉深、胀形、翻边、扩口、缩口、拉弯及旋压等。
2.应变
冲压过程中，毛坯的形状和尺寸都发生变化，变化的大 小可用应变表示。线应变与切应变。 1）相对应变 相对应变为变形长度与原始长度之比
这种变形表示方法没有考虑材料的变形是一个逐渐积累 的过程，因此其计算结果与实际情况比较是有误差的，且变 形量越大，误差越大，因此只能用于小变形中。（<10%）
20
生产率高、材料利用率高
一般可达几－几十件/分，高速冲床几百－几千件/分； 一般不需加热；材料利用率可达70－85％以上。
产品质量稳定
加工精度高，互换性好， 一般不需进一步加工。
便于操作、易于实现机械化、自动化 缺点
模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵，因而在小批量生产中 受到限制。生产中有噪音。
34
，处于冲压应力图的EOF， ，处于冲压应力图的BOC，
与该种情况相对的变形有拉深等。
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第二章 冲压变形基础
综合上面四种受力情况的分析结果，可以把全部变形 概括为两大类：伸长类变形和压缩类变形。
35
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第二章 冲压变形基础
伸长类变形－当作用于毛坯变形区内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，称这种冲压变形为伸长类变形，包括冲压变 形图中的 MON、NOA、AOB、BOC、COD等五个区。 压缩类变形－当作用于毛坯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，称这种冲压变形为压缩类变形。包括冲压变形 图中的MOL、LOH、HOG、GOE、EOD五个区。
x xy xz yx y yz zy z zx
由于剪应力是互等的，即：
所以只需六个应力分量即可确定一点的应力状态。
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第二章 冲压变形基础
总可以找到三个互相垂直的平面，其上仅有正应力而无 剪应力，这三个应力叫主应力。在冲压变形中，用主应力来 表示应力状态很方便，一般取其变形坯料的经向（径向）、 板厚方向及纬向（切向、周向）作主轴方向，常用 来表示主应力状态。 应力状态的简化:
之差为一定数，与中间主应力无关。可写成：
能量条件－金属产生塑性变形时，其单位体积变形位能为一定值。可
写成： 简化式为：
式中
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－中间主应力影响系数，可近似取1.1； －真实变形抗力，可由硬化曲线确定
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第二章 冲压变形基础
2.2 硬化与硬化曲线
1.硬化现象
随着变形程度的增加，决定金属变形抗力的 、 、硬度 等指标提高，而塑性指标 、 、 等下降，金属的这种效应 称之为加工硬化，其数学表达式为：
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第二章 冲压变形基础
2）真实应变（对数应变） 真实应变为为变形后长度与变形前长度之比取对数
3）相对应变与真实应变关系
真实应变能反映变形的连续过程，而相对应变只与变形的 始末尺寸有关，不反映变形的连续过程。举例说明。
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第二章 冲压变形基础
3.应力应变关系
弹性变形时，应力应变关系遵循虎克定律 。 塑性变形区受单向应力作用时，应力应变关系可用硬化曲 线或硬化曲线数学表达式表示。 塑性变形区受二向以上的应力作用的复杂应力状态，应力 应变关系可用全量理论或增量理论表示。 全量理论
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第二章 冲压变形基础
5.塑性条件
单向应力作用时，金属由弹性变形转化为塑性变形的条件是应力达到屈
服极限，即在复杂应力状态下，金属进入并保持塑性变形的条件称为塑性条 件，也称屈服准则。目前常用的有最大剪应力条件（屈雷斯加）和能量条件 （米塞斯）。
最大剪应力条件－金属产生塑性变形时，最大主应力和最小主应力
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第二章 冲压变形基础
2.冲压成形极限及影响因素
提高伸长类成形极限的措施 1）提高材料塑性； 2）减小变形不均匀程度（提高塑性变形稳定性）；
加工硬化对冲压变形有着不同的影响，如利于伸长类变形， 不利于翻边等。
在冷变形中，材料的变形抗力随变形程度的变化用硬化曲 线表示。
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第二章 冲压变形基础
硬化曲线及表达式 硬化曲线可通过拉伸、压缩、扭曲和液压胀形的方法 获得。 表示变形抗力与变形程度关系的曲线。 特点： 分类： 第一类硬化曲线： ~ 第二类硬化曲线： ~
时，为两向等拉，
时，为单拉，
这种情况处于冲压应力图的AOH，处于冲压应变图的AOC 与这种变形情况对应的变形是胀形、内孔翻边。
2）冲压变形区两向压应力作用 （1） 冲压应力图的COD，冲压应 变图的GOE
（2）
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冲压应力图的DOE，冲压应变图的GOL
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与该种情况相对的变形有缩口变形等。
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第二章 冲压变形基础
幂次式－用幂函数曲线表示 式中 c－材料常数，又称硬化系数 n－加工硬化指数，也称 n值 常数c和n值均可在拉伸实验中得到。由于幂函数曲线与材 料的实际硬化曲线比较接近，故冲压技术中常用它来代替硬化 曲线。
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第二章 冲压变形基础
小结
冷冲压定义、工艺特点和分类
或
22
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第二章 冲压变形基础
增量理论
或
式中
为平均应力，又称静水应力。
23
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第二章 冲压变形基础
4.体积不变定律:
认为塑性变形体体积不变，只有形状发生变化。可用下式 真实应变表示。当变形程度小于10％时，可用相对应变表示。
体积不变定律的三点推论：
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。
因为板料变形时，厚度方向应力与其它两个方向应力相比很小或为 零，即 ，故通常按平面应力状态（两向应力状态）处理，平面 应力状态的分析比三向应力问题要简单一些。 为了研究方便，把板料平面内相互垂直的两个应力看作主应力，二 者即为使毛坯变形区产生塑性变形的应力。
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第二章 冲压变形基础
第三类硬化曲线：
~
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第二章 冲压变形基础
2.硬化曲线及表达式
直线式－以硬化曲线上缩颈点处的切线表示：
式中： －截距 F －硬化模数，为硬化直线斜率 1）当应变 用延伸率 表示时， 2）当应变 用断面缩减率 表示时， 式中：
直线式硬化曲线是近似的，仅在切点位置 上两者的数值是一致的。在其它位置上均有差 别，尤其在变形很大或很小时。
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第二章 冲压变形基础
1.应力
若 P是表示作用在物体某一微元面积 F上的内力，则 应力S是内力 p与面积 F（当F趋于零时）比值的极限：
全应力 S 可分解为三个应力：
一个正应力（与平面垂直）+两个剪切力（与平面相切）
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第二章 冲压变形基础
毛坯内的每一个点的应力状态可由九个应力分量确定:
冲压工艺学
目录
第一章 概述
第二章 冲压变形基础
第三章 冲裁 第四章 弯曲 第五章 胀形 第六章 直壁形状零件的拉深
第七章 曲面形状零件的拉深
第八章 翻边
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2013-8-5
第一章 概述
1. 定义
冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对板料
施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件 的一种压力加工方法。又称为冷冲压或板料冲压。
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第二章 冲压变形基础
2.1 冲压变形中的应力与变形特点
冲压过程中，板料毛坯的塑性变形，都是 模具对毛坯施加的外力所引起的内力或内力直 接作用的结果作用的结果。一定的力的作用方 式和力的大小都对应着一定的变形。因此，为 了研究和分析金属的塑性变形过程，首先必须 了解毛坯内的作用力与塑性变形间的关系。
MOD是伸长类成形与压缩类成形在冲压变形图上的分界，FOB是冲压 应力图上的分界。 对于同一类变形中的各种冲压方法，可用相同的观点和方法解决冲压 中各种问题。如极限成形参数确定、影响因素及提高的措施等，对这两类 方法是不同的。
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第二章 冲压变形基础
进一步分类
第三类兼具两种特点的成形方法，不同变形区出现的问题都是不 能忽视的。应同时从两方面出发，针对不同问题采取必要的措施同时 解决两方面的问题。
冲压变形的应力特点和应力应变关系
硬化曲线及数学表达形式
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第二章 冲压变形基础
2.3 各种冲压成形方法力学特点与分类
在冲压成形时，把变形毛坯分成变形区和不变形区。
A—变形区
B－已变形区，传力区
C－待变形区Fra Baidu bibliotek
可以把冲压变形方式按毛坯变形区的受力情况（应力状态）和变
形特点从变形力学理论的角度归纳为以下几种情况，并分别研究它们 的变形特点。
10
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第一章 概述
分离工序
11
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第一章 概述
成形工序
12
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第一章 概述
5. 冲压技术的现状与发展
现状：
我国是冲压加工的大国（2004年，仅汽车、冰箱和空调的冲压件消耗 的钢材就超过七百万吨，占全国消耗钢材的1/10以上，占全国冷轧板材的 70％，可见我国的冲压有很大的市场需求和商机，发展前景广阔），冲压 产能有很大发展，但冲压行业的基础仍然薄弱，仍以传统型为主，国际竞 争力不足。主要表现在： （1）工艺原始创新能力不足； （2）轿车覆盖件冲压模具设计等关键代表性技术的自主开发能力薄弱； （3）材料和能源利用率偏低，耗材耗能较严重； （4）冲压企业集中度不足、设备陈旧、数字化水平低等。
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第二章 冲压变形基础
1.变形分类
1）冲压毛坯变形区受两向拉应力作用
分为两种情况：
（1） 再确定 当 当 ， 的变化范围是 时，为两向等拉， 时，为单拉， 这种情况处于冲压应力图的GOH，处于冲压应变图的AON。 ，
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第二章 冲压变形基础
（2） 再确定 ：
当
当
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第一章 概述
冲压件—汽车产品
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第一章 概述
冲压件—家用产品
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第一章 概述
冲压件—军工用品
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第一章 概述
冲压件—其它工业产品
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第一章 概述
3. 特点
应用范围广
金属材料－非金属材料（胶木、有机玻璃、纸板、皮革 …) 仪表零件（百分之几克）－汽车覆盖件、飞机蒙皮、锅炉封头
A、复合材料成形工艺；
B、多种厚度激光拼焊板坯的冲压技术； C、内高压胀管技术；
D、轻合金成形技术；
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E、数字化成形技术。
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第一章 概述
发展出路和特征：
加强基础、提升技术和强化创新
（1）突出“精、省和净”； （2）冲压成形更加“科学化、数字化和可控化”； （3）冲压成形可以实现全过程控制； （4）产品从设计开始即进入控制，考虑工艺； （5）冲压生产的灵活性和柔性； （6）复合技术的应用。
第二章 冲压变形基础
3）变形区受异号应力作用，且拉应力绝对值大于压应力绝对值 （1） ，且 冲压应变图的MON； （2） ，且 冲压应变图的COD； ，处于冲压应力图的GOF， ，处于冲压应力图的AOB，
与该种情况相对的变形有扩口等。
4）变形区受异号应力作用，且压应力绝对值大于拉应力绝对值 （1） ，且 冲压应变图的MOL； （2） ，且 冲压应变图的DOE；
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第一章 概述
面临的挑战：
（1）产品集约化生产、个性化发展、节能性与环保性要求，将促使冲压行 业出现新一轮的技术革新和改造； （2）仿真技术的发展和应用是冲压发展必须借助的手段； （3）自动化和灵活性要求是冲压发展必须考虑的因素； （4）复合材料应用将推动冲压向前进步； （5）新工艺的出现带动行业进步，这些新工艺是：
冲压设备
冲压零件 冲压模具
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工艺条件
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第一章 概述
2. 应用
冷冲压广泛用于汽车、电机、电器、仪表及日常生 活用品中，在国防工业中占有重要地位。 冲压件比例： 精密机械中80－85％； 仪器、仪表、电机60－70％ 汽车60－75%； 自行车、缝纫机、手表80％；
电视机、收录机、摄像机90％
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第一章 概述
4. 工序分类
分离工序：
冲压件与板料沿一定轮廓线相互分离，同时冲压件分 离断面也要满足一定要求。如落料、冲孔、裁剪、切边、 剖切等。
成形工序：
冲压毛坯在不破坏的情况下发生塑性变形，并转化成所 要求的成品形状。同时，应满足尺寸精度方面的要求，如弯 曲、拉深、胀形、翻边、扩口、缩口、拉弯及旋压等。
2.应变
冲压过程中，毛坯的形状和尺寸都发生变化，变化的大 小可用应变表示。线应变与切应变。 1）相对应变 相对应变为变形长度与原始长度之比
这种变形表示方法没有考虑材料的变形是一个逐渐积累 的过程，因此其计算结果与实际情况比较是有误差的，且变 形量越大，误差越大，因此只能用于小变形中。（<10%）
20
生产率高、材料利用率高
一般可达几－几十件/分，高速冲床几百－几千件/分； 一般不需加热；材料利用率可达70－85％以上。
产品质量稳定
加工精度高，互换性好， 一般不需进一步加工。
便于操作、易于实现机械化、自动化 缺点
模具要求高、制造复杂、周期长、制造费昂贵，因而在小批量生产中 受到限制。生产中有噪音。
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，处于冲压应力图的EOF， ，处于冲压应力图的BOC，
与该种情况相对的变形有拉深等。
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第二章 冲压变形基础
综合上面四种受力情况的分析结果，可以把全部变形 概括为两大类：伸长类变形和压缩类变形。
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第二章 冲压变形基础
伸长类变形－当作用于毛坯变形区内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，称这种冲压变形为伸长类变形，包括冲压变 形图中的 MON、NOA、AOB、BOC、COD等五个区。 压缩类变形－当作用于毛坯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，称这种冲压变形为压缩类变形。包括冲压变形 图中的MOL、LOH、HOG、GOE、EOD五个区。
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由于剪应力是互等的，即：
所以只需六个应力分量即可确定一点的应力状态。
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第二章 冲压变形基础
总可以找到三个互相垂直的平面，其上仅有正应力而无 剪应力，这三个应力叫主应力。在冲压变形中，用主应力来 表示应力状态很方便，一般取其变形坯料的经向（径向）、 板厚方向及纬向（切向、周向）作主轴方向，常用 来表示主应力状态。 应力状态的简化:
之差为一定数，与中间主应力无关。可写成：
能量条件－金属产生塑性变形时，其单位体积变形位能为一定值。可
写成： 简化式为：
式中
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－中间主应力影响系数，可近似取1.1； －真实变形抗力，可由硬化曲线确定
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第二章 冲压变形基础
2.2 硬化与硬化曲线
1.硬化现象
随着变形程度的增加，决定金属变形抗力的 、 、硬度 等指标提高，而塑性指标 、 、 等下降，金属的这种效应 称之为加工硬化，其数学表达式为：
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第二章 冲压变形基础
2）真实应变（对数应变） 真实应变为为变形后长度与变形前长度之比取对数
3）相对应变与真实应变关系
真实应变能反映变形的连续过程，而相对应变只与变形的 始末尺寸有关，不反映变形的连续过程。举例说明。
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第二章 冲压变形基础
3.应力应变关系
弹性变形时，应力应变关系遵循虎克定律 。 塑性变形区受单向应力作用时，应力应变关系可用硬化曲 线或硬化曲线数学表达式表示。 塑性变形区受二向以上的应力作用的复杂应力状态，应力 应变关系可用全量理论或增量理论表示。 全量理论
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第二章 冲压变形基础
5.塑性条件
单向应力作用时，金属由弹性变形转化为塑性变形的条件是应力达到屈
服极限，即在复杂应力状态下，金属进入并保持塑性变形的条件称为塑性条 件，也称屈服准则。目前常用的有最大剪应力条件（屈雷斯加）和能量条件 （米塞斯）。
最大剪应力条件－金属产生塑性变形时，最大主应力和最小主应力
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第二章 冲压变形基础
2.冲压成形极限及影响因素
提高伸长类成形极限的措施 1）提高材料塑性； 2）减小变形不均匀程度（提高塑性变形稳定性）；
加工硬化对冲压变形有着不同的影响，如利于伸长类变形， 不利于翻边等。
在冷变形中，材料的变形抗力随变形程度的变化用硬化曲 线表示。
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第二章 冲压变形基础
硬化曲线及表达式 硬化曲线可通过拉伸、压缩、扭曲和液压胀形的方法 获得。 表示变形抗力与变形程度关系的曲线。 特点： 分类： 第一类硬化曲线： ~ 第二类硬化曲线： ~
时，为两向等拉，
时，为单拉，
这种情况处于冲压应力图的AOH，处于冲压应变图的AOC 与这种变形情况对应的变形是胀形、内孔翻边。
2）冲压变形区两向压应力作用 （1） 冲压应力图的COD，冲压应 变图的GOE
（2）
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冲压应力图的DOE，冲压应变图的GOL
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与该种情况相对的变形有缩口变形等。
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第二章 冲压变形基础
幂次式－用幂函数曲线表示 式中 c－材料常数，又称硬化系数 n－加工硬化指数，也称 n值 常数c和n值均可在拉伸实验中得到。由于幂函数曲线与材 料的实际硬化曲线比较接近，故冲压技术中常用它来代替硬化 曲线。
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第二章 冲压变形基础
小结
冷冲压定义、工艺特点和分类
或
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第二章 冲压变形基础
增量理论
或
式中
为平均应力，又称静水应力。
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第二章 冲压变形基础
4.体积不变定律:
认为塑性变形体体积不变，只有形状发生变化。可用下式 真实应变表示。当变形程度小于10％时，可用相对应变表示。
体积不变定律的三点推论：
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。
因为板料变形时，厚度方向应力与其它两个方向应力相比很小或为 零，即 ，故通常按平面应力状态（两向应力状态）处理，平面 应力状态的分析比三向应力问题要简单一些。 为了研究方便，把板料平面内相互垂直的两个应力看作主应力，二 者即为使毛坯变形区产生塑性变形的应力。
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第二章 冲压变形基础
第三类硬化曲线：
~
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第二章 冲压变形基础
2.硬化曲线及表达式
直线式－以硬化曲线上缩颈点处的切线表示：
式中： －截距 F －硬化模数，为硬化直线斜率 1）当应变 用延伸率 表示时， 2）当应变 用断面缩减率 表示时， 式中：
直线式硬化曲线是近似的，仅在切点位置 上两者的数值是一致的。在其它位置上均有差 别，尤其在变形很大或很小时。
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第二章 冲压变形基础
1.应力
若 P是表示作用在物体某一微元面积 F上的内力，则 应力S是内力 p与面积 F（当F趋于零时）比值的极限：
全应力 S 可分解为三个应力：
一个正应力（与平面垂直）+两个剪切力（与平面相切）
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第二章 冲压变形基础
毛坯内的每一个点的应力状态可由九个应力分量确定:
冲压工艺学
目录
第一章 概述
第二章 冲压变形基础
第三章 冲裁 第四章 弯曲 第五章 胀形 第六章 直壁形状零件的拉深
第七章 曲面形状零件的拉深
第八章 翻边
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第一章 概述
1. 定义
冲压是在室温下，利用安装在压力机上的模具对板料
施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件 的一种压力加工方法。又称为冷冲压或板料冲压。
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第二章 冲压变形基础
2.1 冲压变形中的应力与变形特点
冲压过程中，板料毛坯的塑性变形，都是 模具对毛坯施加的外力所引起的内力或内力直 接作用的结果作用的结果。一定的力的作用方 式和力的大小都对应着一定的变形。因此，为 了研究和分析金属的塑性变形过程，首先必须 了解毛坯内的作用力与塑性变形间的关系。
MOD是伸长类成形与压缩类成形在冲压变形图上的分界，FOB是冲压 应力图上的分界。 对于同一类变形中的各种冲压方法，可用相同的观点和方法解决冲压 中各种问题。如极限成形参数确定、影响因素及提高的措施等，对这两类 方法是不同的。
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第二章 冲压变形基础
进一步分类
第三类兼具两种特点的成形方法，不同变形区出现的问题都是不 能忽视的。应同时从两方面出发，针对不同问题采取必要的措施同时 解决两方面的问题。
冲压变形的应力特点和应力应变关系
硬化曲线及数学表达形式
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第二章 冲压变形基础
2.3 各种冲压成形方法力学特点与分类
在冲压成形时，把变形毛坯分成变形区和不变形区。
A—变形区
B－已变形区，传力区
C－待变形区Fra Baidu bibliotek
可以把冲压变形方式按毛坯变形区的受力情况（应力状态）和变
形特点从变形力学理论的角度归纳为以下几种情况，并分别研究它们 的变形特点。
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第一章 概述
分离工序
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第一章 概述
成形工序
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第一章 概述
5. 冲压技术的现状与发展
现状：
我国是冲压加工的大国（2004年，仅汽车、冰箱和空调的冲压件消耗 的钢材就超过七百万吨，占全国消耗钢材的1/10以上，占全国冷轧板材的 70％，可见我国的冲压有很大的市场需求和商机，发展前景广阔），冲压 产能有很大发展，但冲压行业的基础仍然薄弱，仍以传统型为主，国际竞 争力不足。主要表现在： （1）工艺原始创新能力不足； （2）轿车覆盖件冲压模具设计等关键代表性技术的自主开发能力薄弱； （3）材料和能源利用率偏低，耗材耗能较严重； （4）冲压企业集中度不足、设备陈旧、数字化水平低等。
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第二章 冲压变形基础
1.变形分类
1）冲压毛坯变形区受两向拉应力作用
分为两种情况：
（1） 再确定 当 当 ， 的变化范围是 时，为两向等拉， 时，为单拉， 这种情况处于冲压应力图的GOH，处于冲压应变图的AON。 ，
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第二章 冲压变形基础
（2） 再确定 ：
当
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冲压件—家用产品
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第一章 概述
冲压件—军工用品
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第一章 概述
冲压件—其它工业产品
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第一章 概述
3. 特点
应用范围广
金属材料－非金属材料（胶木、有机玻璃、纸板、皮革 …) 仪表零件（百分之几克）－汽车覆盖件、飞机蒙皮、锅炉封头
A、复合材料成形工艺；
B、多种厚度激光拼焊板坯的冲压技术； C、内高压胀管技术；
D、轻合金成形技术；
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E、数字化成形技术。
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第一章 概述
发展出路和特征：
加强基础、提升技术和强化创新
（1）突出“精、省和净”； （2）冲压成形更加“科学化、数字化和可控化”； （3）冲压成形可以实现全过程控制； （4）产品从设计开始即进入控制，考虑工艺； （5）冲压生产的灵活性和柔性； （6）复合技术的应用。
第二章 冲压变形基础
3）变形区受异号应力作用，且拉应力绝对值大于压应力绝对值 （1） ，且 冲压应变图的MON； （2） ，且 冲压应变图的COD； ，处于冲压应力图的GOF， ，处于冲压应力图的AOB，
与该种情况相对的变形有扩口等。
4）变形区受异号应力作用，且压应力绝对值大于拉应力绝对值 （1） ，且 冲压应变图的MOL； （2） ，且 冲压应变图的DOE；
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第一章 概述
面临的挑战：
（1）产品集约化生产、个性化发展、节能性与环保性要求，将促使冲压行 业出现新一轮的技术革新和改造； （2）仿真技术的发展和应用是冲压发展必须借助的手段； （3）自动化和灵活性要求是冲压发展必须考虑的因素； （4）复合材料应用将推动冲压向前进步； （5）新工艺的出现带动行业进步，这些新工艺是：
冲压设备
冲压零件 冲压模具
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工艺条件
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第一章 概述
2. 应用
冷冲压广泛用于汽车、电机、电器、仪表及日常生 活用品中，在国防工业中占有重要地位。 冲压件比例： 精密机械中80－85％； 仪器、仪表、电机60－70％ 汽车60－75%； 自行车、缝纫机、手表80％；
电视机、收录机、摄像机90％