板料冲压成形性能共37页
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板料冲压性能试验
一、板材拉伸试验
▪ 板材的拉伸试验也叫做单向拉伸试验或 简单拉伸试验。应用拉伸试验方法，可以 得到许多评定板材冲压性能的试验值，所 以应用十分普遍。
▪ 由于试验目的不同，板材冲压性能评价 用的拉伸试验方法和所得到的试验值均与 为评定材料强度性能的拉伸试验有所不同。 简单介绍如下 ：
1
拉伸实验试样
拉伸曲线
3
2、均匀延伸率u
▪ 拉伸试验中，试样拉断时的伸长率称总伸长率 或简称伸长率。
▪ 试样开始产生局部集中变形（缩颈时）的伸长 率称均匀伸长率u。
▪ u表示板料产生均匀的或稳定的塑性变形的能 力，它直接决定板料在伸长类变形中的冲压成形 性能，从实验中得到验证，大多数材料的翻孔变 形程度都与均匀伸长率成正比。可以得出结论： 即伸长率或均匀伸长率是影响翻孔或扩孔成形性 能的最主要参数。
越好。
10
四、胀形性能试验
▪ 即杯突试验，测得凸 包高度，越高则胀形 成形性能越好。
▪ 板料试样被压紧在 凹模和压边圈之间， 凸模向上运动把试样 胀成凸包，直到破裂 为止。以凸包高度记 作试验值IE，
11
五、拉深胀形复合成形性能试验
▪ 即锥杯试验，测量杯口 最大直径和最小直径， 计算:
▪ CCV=(Dcmax+Dcmin)/2， 越大，其拉深胀形成形 性能越好。
4
3、硬化指数n
▪ 宏观上，材料受拉产生缩颈时，外载荷与名义 应力均出现最大值，见前拉伸曲线。而真实应力 则不同，在缩颈后，由于材料实际截面积减小， 真实应力会继续增加直到断裂。
Bn
5
▪ 实际板料拉伸时，整个变形过程是不均匀的。
一方面材料断面尺寸不断减小使承载能力降低， 另一方面由于加工硬化使变形抗力提高，又提高 了材料的承载能力。在变形的初始阶段，硬化的 作用是主要的，因此材料上某处的承载能力，在 变形中得到加强。板料的硬化是随变形程度的增 加而逐渐减弱，到一定时刻，最弱断面的承载能 力不再得到提高，于是变形开始集中在这一局部 地区地行，不能转移出去、发展成为缩颈，直至 拉断。
▪ 板材的拉伸试验也叫做单向拉伸试验或 简单拉伸试验。应用拉伸试验方法，可以 得到许多评定板材冲压性能的试验值，所 以应用十分普遍。
▪ 由于试验目的不同，板材冲压性能评价 用的拉伸试验方法和所得到的试验值均与 为评定材料强度性能的拉伸试验有所不同。 简单介绍如下 ：
1
拉伸实验试样
拉伸曲线
3
2、均匀延伸率u
▪ 拉伸试验中，试样拉断时的伸长率称总伸长率 或简称伸长率。
▪ 试样开始产生局部集中变形（缩颈时）的伸长 率称均匀伸长率u。
▪ u表示板料产生均匀的或稳定的塑性变形的能 力，它直接决定板料在伸长类变形中的冲压成形 性能，从实验中得到验证，大多数材料的翻孔变 形程度都与均匀伸长率成正比。可以得出结论： 即伸长率或均匀伸长率是影响翻孔或扩孔成形性 能的最主要参数。
越好。
10
四、胀形性能试验
▪ 即杯突试验，测得凸 包高度，越高则胀形 成形性能越好。
▪ 板料试样被压紧在 凹模和压边圈之间， 凸模向上运动把试样 胀成凸包，直到破裂 为止。以凸包高度记 作试验值IE，
11
五、拉深胀形复合成形性能试验
▪ 即锥杯试验，测量杯口 最大直径和最小直径， 计算:
▪ CCV=(Dcmax+Dcmin)/2， 越大，其拉深胀形成形 性能越好。
4
3、硬化指数n
▪ 宏观上，材料受拉产生缩颈时，外载荷与名义 应力均出现最大值，见前拉伸曲线。而真实应力 则不同，在缩颈后，由于材料实际截面积减小， 真实应力会继续增加直到断裂。
Bn
5
▪ 实际板料拉伸时，整个变形过程是不均匀的。
一方面材料断面尺寸不断减小使承载能力降低， 另一方面由于加工硬化使变形抗力提高，又提高 了材料的承载能力。在变形的初始阶段，硬化的 作用是主要的，因此材料上某处的承载能力，在 变形中得到加强。板料的硬化是随变形程度的增 加而逐渐减弱，到一定时刻，最弱断面的承载能 力不再得到提高，于是变形开始集中在这一局部 地区地行，不能转移出去、发展成为缩颈，直至 拉断。
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。
板料冲压
第三节
板料的冲压成形
一、何谓冲压成形
板料冲压成形是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法，板料冲压 的坯料厚度一般小于4mm，通常是在常温下进行的，所以又叫冷冲压。
二、工艺分类
分离工序: 落料、冲孔、切断 变形工序：拉深、弯曲
三、板料冲压的特点
1、操作简单，加工效率高； 2、一般不需再进行切削加工，因而节约材料，节约能源消耗； 3、加工质量高，基本不需要后序加工； 4、对工人技术要求低； 5、灵活性差。
YQ32系列四柱液压机
拉深加工产品示例
1）拉深变形过程
使坯料在凸模的作用下压入凹模， 获得空心体零件的冲压工序。
h d d
Dd h 2
拉深过程示意图
2）拉深废品 ① 拉裂（拉穿） ② 起皱
3）拉深模设计及工艺特点 ① 凸凹模的工作部分必须具有一定 的圆角； r凹=(5~10)t r凸=（0.7-1）t ② 凸凹模间隙要合理 Z =（1.1-1.2）t ③ 控制拉深系数（m）
形状零件的工序。
弯曲过程示意图
1）弯曲的变形特点 ① 变形区域主要在圆角部位； ② 外层金属受拉应力，内层金属受压应力。 2）弯曲缺陷 弯裂 回弹 a）设计补偿角 b）对工件进行退火 c）设计加强筋
3）弯曲工艺特点 ①弯曲半径 r≥rmin=（0.25-1）t ；
② 毛刺应位于内侧；
③ 弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直；
3）液态模锻
原理：将液态金属直接注入模膛，施以静压力，使熔融
或半熔融态金属在压力下结晶凝固，并产生少量塑性变形。
特点：
与铸造比：无须浇注系统，节约金属；组织比压铸件细密。 与锻造比：成形压力小及能耗少2/3~~3/4；组织比一般模锻件差。
板料的冲压成形
一、何谓冲压成形
板料冲压成形是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法，板料冲压 的坯料厚度一般小于4mm，通常是在常温下进行的，所以又叫冷冲压。
二、工艺分类
分离工序: 落料、冲孔、切断 变形工序：拉深、弯曲
三、板料冲压的特点
1、操作简单，加工效率高； 2、一般不需再进行切削加工，因而节约材料，节约能源消耗； 3、加工质量高，基本不需要后序加工； 4、对工人技术要求低； 5、灵活性差。
YQ32系列四柱液压机
拉深加工产品示例
1）拉深变形过程
使坯料在凸模的作用下压入凹模， 获得空心体零件的冲压工序。
h d d
Dd h 2
拉深过程示意图
2）拉深废品 ① 拉裂（拉穿） ② 起皱
3）拉深模设计及工艺特点 ① 凸凹模的工作部分必须具有一定 的圆角； r凹=(5~10)t r凸=（0.7-1）t ② 凸凹模间隙要合理 Z =（1.1-1.2）t ③ 控制拉深系数（m）
形状零件的工序。
弯曲过程示意图
1）弯曲的变形特点 ① 变形区域主要在圆角部位； ② 外层金属受拉应力，内层金属受压应力。 2）弯曲缺陷 弯裂 回弹 a）设计补偿角 b）对工件进行退火 c）设计加强筋
3）弯曲工艺特点 ①弯曲半径 r≥rmin=（0.25-1）t ；
② 毛刺应位于内侧；
③ 弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直；
3）液态模锻
原理：将液态金属直接注入模膛，施以静压力，使熔融
或半熔融态金属在压力下结晶凝固，并产生少量塑性变形。
特点：
与铸造比：无须浇注系统，节约金属；组织比压铸件细密。 与锻造比：成形压力小及能耗少2/3~~3/4；组织比一般模锻件差。
冲压成形的基本理论
一.加工硬化现象 材料在塑性变形过程中，伴随变形程度旳增长，其变形抗力和
硬度提升而塑性下降。 加工硬化对塑性变形旳影响: ❖ 不利旳一面——使所需旳变形力增长，而且限制了材料进一
步旳变形。 ❖ 有利旳一面——板料硬化能够减小过大旳局部变形，使变形
趋于均匀，从而增大成形极限，同步也提升了材料旳强度。
19
一临界值（与应力状态无关）时，材料就开始屈服。经过单向
拉伸试验可得出，此临界值等于材料旳屈服极限
。
s
等效应力：
2 2
(1 2 )2 2 3 2 3 12
则密塞斯塑性条件可体现为：
( 1
2 )2
2
3 2
3
1 2
2
2 s
9
1.1 塑性变形与应力应变 经过计算可知，两个条件之间差别很小。若把上式进行简化，
设 1 2， 则 3最大剪应力理论可表达为：
max (1 3 ) 2 s 2
或
1 3 s
这一理论形式简朴，与试验成果基本相符，用于分析板料成形问 题有足够旳精度。但其忽视了中间应力旳作用，所以不够完善。
8
1.1 塑性变形与应力应变
2. 密塞斯塑性条件
密塞斯提出：任意应力状态下，当某点旳等效应力 到达某
屈雷斯卡(H．Tresca) 塑性条件（最大剪应力理论） 密塞斯(von Mises) 塑性条件
7
1.1 塑性变形与应力应变
1. 屈雷斯卡塑性条件（最大剪应力理论） 屈雷斯卡提出：任意应力状态下，只要最大剪应力到达某临界值 （与应力状态无关）后，材料就开始屈服。经过单向拉伸试验可 得出，此临界值等于材料屈服极限旳二分之一。
24
1.2 加工硬化与硬化曲线
② S 硬 化直线 用真实应力与真实应变建立坐标系，硬化曲线上缩颈点处旳切线 斜率为 Sb。
硬度提升而塑性下降。 加工硬化对塑性变形旳影响: ❖ 不利旳一面——使所需旳变形力增长，而且限制了材料进一
步旳变形。 ❖ 有利旳一面——板料硬化能够减小过大旳局部变形，使变形
趋于均匀，从而增大成形极限，同步也提升了材料旳强度。
19
一临界值（与应力状态无关）时，材料就开始屈服。经过单向
拉伸试验可得出，此临界值等于材料旳屈服极限
。
s
等效应力：
2 2
(1 2 )2 2 3 2 3 12
则密塞斯塑性条件可体现为：
( 1
2 )2
2
3 2
3
1 2
2
2 s
9
1.1 塑性变形与应力应变 经过计算可知，两个条件之间差别很小。若把上式进行简化，
设 1 2， 则 3最大剪应力理论可表达为：
max (1 3 ) 2 s 2
或
1 3 s
这一理论形式简朴，与试验成果基本相符，用于分析板料成形问 题有足够旳精度。但其忽视了中间应力旳作用，所以不够完善。
8
1.1 塑性变形与应力应变
2. 密塞斯塑性条件
密塞斯提出：任意应力状态下，当某点旳等效应力 到达某
屈雷斯卡(H．Tresca) 塑性条件（最大剪应力理论） 密塞斯(von Mises) 塑性条件
7
1.1 塑性变形与应力应变
1. 屈雷斯卡塑性条件（最大剪应力理论） 屈雷斯卡提出：任意应力状态下，只要最大剪应力到达某临界值 （与应力状态无关）后，材料就开始屈服。经过单向拉伸试验可 得出，此临界值等于材料屈服极限旳二分之一。
24
1.2 加工硬化与硬化曲线
② S 硬 化直线 用真实应力与真实应变建立坐标系，硬化曲线上缩颈点处旳切线 斜率为 Sb。
板料冲压
冲模在工作过程中必然有磨损，落料件尺寸会 随凹模刃口的磨损而增大，而冲孔件尺寸则随凸模 的磨损而减小。为了保证零件的尺寸要求，并提高 模具的使用寿命:
落料时凹模刃口的尺寸应靠近落料件公差范围 内的最小尺寸；冲孔时，选取凸模刃口的尺寸靠近 孔的公差范围内的最大尺寸。
金属塑性成型工艺-板料冲压 王守仁 2008.3
金属塑性成型工艺-板料冲压 王守仁 2008.3
金属塑性成型工艺-板料冲压 王守仁 2008.3
外缘修整模的凸凹模间隙，单边取0.001～0.01 mm。也可以采用负间隙修整，即凸模刃口尺寸大 于凹模刃口尺寸的修整工艺。
三、切断
切断是指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进 行分离的工序。
剪刃安装在剪床上，把大板料剪切成一定宽度 的条料，供下一步冲压工序用。而冲模是安装在冲 床上，用以制取形状简单、精度要求不高的平板件。
特征与材料（板料材料）塑性的关系：
断面质量受冲裁条件的不同而不同，如： 刃口间隙，刃口形状，锋利程度，冲裁力、 润滑条件，板料质量（表面质量），板料种 类（性能）。
冲压生产要求冲裁件有较大的光亮带， 尺量减少断裂带区域的宽度。
材料塑性愈好，光亮带愈大，断裂带愈 小，同时，圆角毛刺亦增大。
金属塑性成型工艺-板料冲压 王守仁 2008.3
当单边间隙Z增大到材料厚度的15%-20%时， 卸料力为0。
金属塑性成型工艺-板料冲压 王守仁 2008.3
冲裁间隙对冲压的影响 D、间隙对模具寿命的影响
由于工件与凸、凹模侧壁之间有磨擦的存在， 间隙小，磨擦大，模具寿命短。冲裁过程中,凸模 与被冲孔之闻,凹模与落料件之阀均有摩擦,而且闻 隙越小,摩擦越严重。所以过小的间隙对模具寿命 极为不利,而较大的间隙可使凸模与凹模的侧面与 材料间的摩擦减小,井能减缓间隙不均匀的影响,从 而提高模具的寿命。
第八章板料冲压
δδδFra bibliotek磷青铜
0.01～0.04
（0.08～0.12） δ
（0.11～0.14） （0.14～0.17） （0.18～0.20）
δ
δ
δ
铝及铝合金 （软）
0.01～0.03
（0.08～0.12） （0.11～0.12） （0.11～0.12） （0.11～0.12）
δ
δ
δ
δ
铝及铝合金 （硬）
0.01～0.03
拉深力的大小主要与材料性能、零件和毛坯尺寸、凹 模圆角半径及润滑条件等有关，生产中经常采用以下经验公式 进行计算：
第一次拉深力：F1＝πd1δσbK1 第二次及以后各次拉深力：Fi＝πdiδσbK2 (i＝2， 3，…，n)
式中 σb——材料的抗拉强度(MPa)； Fi——第i次拉深力；
K1、K2——系数，可查表8.4、8.5。
材料种类 软铜黄铜
表8.1 冲裁模合理的间隙值(双边)
板 厚δ/mm
1.4～0.4
0.4～1.2
1.2～2.5
2.5～4
4～6
0.01～0.02
（0.07～0.10） δ
（0.09～0.12） （0.12～0.14） （0.15～0.18）
δ
δ
δ
硬铜
0.01～0.05
（0.10～0.17） δ
（0.18～0.25） （0.25～0.27） （0.27～0.29）
优点：推件力与卸料力减小，甚至为 零，材料对凸、凹模的摩擦作用大大 减弱，所以模具寿命较长。
应用:对于批量较大而公差又无特殊 要求的冲裁件，可适当采用“大间隙” 冲裁。
(3)间隙合理
当间隙合理时，冲裁力、卸 料力和推件力适中，模具有足够 长的寿命。这时光亮带占板厚的 l／2～l／3，圆角带、断裂带和 锥度均很小。零件的尺寸几乎与 模具一 致，完全可以满足使用 要求。 合理的间隙值可查表选取．对冲 裁件品质要求较高时，可将表中 数据减小l／3。
板材冲压成形的基本知识课件
根据工艺特点和应用领域，板材 冲压成形可以分为单冲压、连续 冲压和复合冲压等类型。
板材冲压成形的应用领域
汽车制造
家用电器
建筑行业
其他领域
汽车车身覆盖件、零部 件等。
外壳、内部结构件等。
金属板材门窗、幕墙等 。
金属包装容器、金属艺 术品等。
板材冲压成形的基本原理
01
02
03
塑性变形
板材在压力作用下发生塑 性变形，从而获得所需形 状和尺寸。
板材的力学性能与厚度
力学性能
指板材在受力时的表现，如强度、硬度、韧性等。这些性能对冲压成形的效果有直接影 响。
厚度
板材的厚度会影响其成形性能和刚性。较厚的板材在冲压时不易发生变形，而较薄的板 材则容易产生较大的变形。
04
板材冲压成形的缺陷与质量控制
起皱与破裂
起皱
在板材冲压过程中，由于材料的流动应 力、切向压应力或切向应变率等因素影 响，板料在弯曲变形区出现多余的金属 材料聚集，形成皱纹的现象。
模具设计
模具是实现板材冲压成形 的重要工具，其设计直接 影响产品的质量和生产效 率。
材料性能
材料的塑性、强度、韧性 等性能对冲压成形效果有 重要影响。
02
板材冲压成形的工艺流程
原材料准备
原材料选择
根据产品要求选择合适的板材，如不锈钢、碳钢板、铝板等 。
板材的剪裁与切割
将大块板材剪裁成适合冲压的小块，并进行必要的切割。
VS
破裂
在板材冲压过程中，由于材料的抗拉强度 不足或变形量过大，导致板料出现裂纹或 断裂的现象。
回弹与畸变
回弹
在板材冲压过程中，板料弯曲变形后，当外 力去除时，由于弹性变形恢复，弯曲角度会 发生变化的现象。
板材冲压成形的应用领域
汽车制造
家用电器
建筑行业
其他领域
汽车车身覆盖件、零部 件等。
外壳、内部结构件等。
金属板材门窗、幕墙等 。
金属包装容器、金属艺 术品等。
板材冲压成形的基本原理
01
02
03
塑性变形
板材在压力作用下发生塑 性变形，从而获得所需形 状和尺寸。
板材的力学性能与厚度
力学性能
指板材在受力时的表现，如强度、硬度、韧性等。这些性能对冲压成形的效果有直接影 响。
厚度
板材的厚度会影响其成形性能和刚性。较厚的板材在冲压时不易发生变形，而较薄的板 材则容易产生较大的变形。
04
板材冲压成形的缺陷与质量控制
起皱与破裂
起皱
在板材冲压过程中，由于材料的流动应 力、切向压应力或切向应变率等因素影 响，板料在弯曲变形区出现多余的金属 材料聚集，形成皱纹的现象。
模具设计
模具是实现板材冲压成形 的重要工具，其设计直接 影响产品的质量和生产效 率。
材料性能
材料的塑性、强度、韧性 等性能对冲压成形效果有 重要影响。
02
板材冲压成形的工艺流程
原材料准备
原材料选择
根据产品要求选择合适的板材，如不锈钢、碳钢板、铝板等 。
板材的剪裁与切割
将大块板材剪裁成适合冲压的小块，并进行必要的切割。
VS
破裂
在板材冲压过程中，由于材料的抗拉强度 不足或变形量过大，导致板料出现裂纹或 断裂的现象。
回弹与畸变
回弹
在板材冲压过程中，板料弯曲变形后，当外 力去除时，由于弹性变形恢复，弯曲角度会 发生变化的现象。
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。
板料成形性能及CAE分析
板料成形性能及CAE分析文献综述引言随着强度的提高，高强度钢板塑性变差、成形难度增加。
对典型高强度钢板，如DP 钢、TRIP 钢和BH 钢等在汽车上的应用情况进行介绍，介绍了目前处在实验测试阶段的TWIP钢，具有许多优良的性能，只是投入生产中还存在一些尚待解决的问题。
对高强度钢板冲压生产时成形性差、回弹严重，以及冲模受力恶劣等常见问题进行了分析，最后对高强度钢板冲压成形性能研究现状和回弹影响因素进行了总结。
结果表明，高强度钢板成形性随材料、模具和工艺参数变化而波动，所以须综合研究三者的影响规律，从而提高高强度钢板的成形性能。
1 高强度钢板在汽车上的应用情况高强度钢板的拉伸强度一般在350MPa 以上，它不但具有较高的拉伸强度，还有较高的屈服点，具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点，在汽车上得到了广泛的应用[1]。
高强度钢板最初主要用于车身的前保险杠和车门抗侧撞梁。
近年来，随着高强度钢板的研制和开发，其成形性、焊接性、疲劳强度和外观质量都有所提高，现在高强度钢板已被广泛用来代替普通钢板制造车身的结构构件和板件[2]。
1. 1 双相钢( DP 钢)DP 钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到，其显微组织主要为铁素体和马氏体，马氏体以岛状弥散分布在铁素体机体上，DP 钢的显微组织示意如图1 所示[3]。
软的铁素体赋予DP钢较低的屈强比、较大的延伸率，具有优良的塑性; 而硬的马氏体则赋予其高的强度。
DP 钢的强度主要由硬的马氏体相的比例来决定，其变化范围为5% ～20%，随着马氏体的含量增加，强度线性增加，强度范围为500 ～ 1 200MPa。
目前大量使用的有DP590、DP780，热镀锌合金化DP980 的研发工作正在进行中[4]。
DP 钢具有低屈强比、高加工硬化指数、高烘烤硬化性能、无屈服延伸和室温时效等特点，一般用于需要高强度、高的抗碰撞吸收且也有一定成形要求的汽车零件，如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等。
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
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。
板料冲压ppt
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(2)落料在板料上冲下工件,剩余部分是废料
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！
豫章故郡，洪都新府。星分翼轸，地 接衡庐 。襟三 江而带 五湖， 控蛮荆 而引瓯 越。物 华天宝 ，龙光 射牛斗 之墟； 人杰地 灵，徐 孺下陈 蕃之榻 。雄州 雾列， 俊采星 驰。台 隍枕夷 夏之交 ，宾主 尽东南 之美。 都督阎 公之雅 望，棨 戟遥 临；宇文新州之懿范，襜帷暂驻。十 旬休假 ，胜友 如云； 千里逢 迎，高 朋满座 。腾蛟 起凤， 孟学士 之词宗 ；紫电 青霜， 王将军 之武库 。家君 作宰， 路出名 区；童 子何知 ，躬逢 胜饯。 时维九月，序属三秋。潦水尽而寒潭 清，烟 光凝而 暮山紫 。俨骖 騑于上 路，访 风景于 崇阿； 临帝子 之长洲 ，得天 人之旧 馆。层 峦耸翠 ，上出 重霄； 飞阁流 丹，下 临无地 。鹤汀 凫渚， 穷岛屿 之萦回 ；桂殿 兰宫， 即冈峦 之体势 。 披绣闼，俯雕甍，山原旷其盈视，川 泽纡其 骇瞩。 闾阎扑 地，钟 鸣鼎食 之家； 舸舰迷 津，青 雀黄龙 之舳。 云销雨 霁，彩 彻区明 。落霞 与孤鹜 齐飞， 秋水共 长天一 色。渔 舟唱晚 ，响穷 彭蠡之 滨；雁 阵惊寒 ，声断 衡阳之 浦。 遥襟甫畅，逸兴遄飞。爽籁发而清风 生，纤 歌凝而 白云遏 。睢园 绿竹， 气凌彭 泽之樽 ；邺水 朱华， 光照临 川之笔 。四美 具，二 难并。 穷睇眄 于中天 ，极娱 游于暇 日。天 高地迥 ，觉宇 宙之无 穷；兴 尽悲来 ，识盈 虚之有 数。望 长安 于日下，目吴会于云间。地势极而南 溟深， 天柱高 而北辰 远。关 山难越 ，谁悲 失路之 人？萍 水相逢 ，尽是 他乡之 客。怀 帝阍而 不见， 奉宣室 以何年 ？ 嗟乎！时运不齐，命途多舛。冯唐易 老，李 广难封 。屈贾 谊于长 沙，非 无圣主 ；窜梁 鸿于海 曲，岂 乏明时 ？所赖 君子见 机，达 人知命 。老当 益壮， 宁移白 首之心 ？穷且 益坚， 不坠青 云之志 。酌贪 泉而觉 爽，处 涸辙以 犹欢。 北海 虽赊，扶摇可接；东隅已逝，桑榆非 晚。孟 尝高洁 ，空余 报国之 情；阮 籍猖狂 ，岂效 穷途之 哭！ 勃，三尺微命，一介书生。无路请缨 ，等终 军之弱 冠；有 怀投笔 ，慕宗 悫之长 风。舍 簪笏于 百龄， 奉晨昏 于万里 。非谢 家之宝 树，接 孟氏之 芳邻。 他日趋 庭，叨 陪鲤对 ；今兹 捧袂， 喜托龙 门。杨 意不逢 ，抚凌 云而自 惜；钟 期既 遇，奏流水以何惭？ 呜乎！胜地不常，盛筵难再；兰亭已 矣，梓 泽丘墟 。临别 赠言， 幸承恩 于伟饯 ；登高 作赋， 是所望 于群公 。敢竭 鄙怀， 恭疏短 引；一 言均赋 ，四韵 俱成。 请洒潘 江，各 倾陆海 云尔： 滕王高阁临江渚，佩玉鸣鸾罢歌舞。 画栋朝飞南浦云，珠帘暮卷西山雨。 闲云潭影日悠悠，物换星移几度秋。 阁中帝子今何在？槛外长江空自流。
板料冲压成形性能试验方法和指标三冷冲压材料
拉伸曲线
三 冷冲压材料
（四）板料冲压成形性能试验方法和指标
三 冷冲压材料
（四）板料冲压成形性能试验方法和指标
拉深件的凸耳
四 冷冲压设备
（一）剪板机(剪床)
平刃剪床 1—上刀片;2—板材;3—下刀片;4—工作台;5—滑块
四 冷冲压设备
（一）剪板机(剪床)
普通及数控液压摆式剪板机
四 冷冲压设备
而不破坏其完整性能力。材料塑性影响其冲压工艺性能。 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和断面收缩率ψ。
二 金属塑性变形基础知识
（二） 塑性变形的影响因素
1 变形温度对塑性变形的影响 2 变形速度对金属塑性的影响 3 通常情况下宜选用低速成形 4 应力状态对塑性变形的影响
二 金属塑性变形基础知识
（二）曲柄压力机
开式曲柄压力机
曲柄压力机
闭式双点压力机
四 冷冲压设备
（二）曲柄压力机
深喉颈压力机
半闭式高速精密压力机
四 冷冲压设备
（二）曲柄压力机
数控转塔冲床
四 冷冲压设备
（二）曲柄压力机
偏心压力机传动系统 1-滑块;2-连杆;3-制动装置; 4-偏心轴;5-离合器; 6-皮带轮;7-电机;8-操纵机构
模块一 冷冲压基础
本模块主要内容
1.理解并掌握冷冲压工序的概念、冷冲压工序的应用和冷 冲压工序的分类；
2.理解金属材料的塑性、屈服准则、塑性变形时应力应变 关系、体积不变条件、硬化规律、卸载弹性恢复规律和反载软 化现象、最小阻力定律等冷冲压成形基本规律；
3.了解板料冷冲压成形性能与机械性能关系，认识常见冷 冲压材料；
冲孔落料件
一 冷冲压基本工序
第6章 板料的冲压成形性能与成形极限
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
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
λ值越大，材料的翻边性能越好。影响λ的因数很多，主 要有板厚、内孔直径、凸模直径以及孔边缘情况。
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。
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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板料冲压成形性能
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11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯