板料的冲压成形性能与成形极限

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车身工艺制造工艺学冲压330

《汽车车身制造工艺学（冲压工艺）》复习要点第一章冲压工艺概论一、学习内容1冲压工艺的特点及冲压工序的分类2金属塑性变形的力学规律3板料的冲压成形性能和成形极限图4车身冲压材料5汽车冲压技术概论二、学习目的1．通过本章学习要求学员了解冲压工序的分类（分离工序和成形工序）、塑性应力应变关系、板料性能指标对冲压成形性能的影响；2．掌握成形极限图的概念及应用三、自我测试1．名词解释冲压成形工艺分离工序成形工序主应力三向应力状态屈斯加准则米塞斯准则增量理论全量理论板料的冲压成形性能成形极限图板料的各项异性2．简述题汽车车身分为哪五部分?冲压生产线有哪两种类型?冲压加工的优点有?冲压生产三大要素?常用的分离成形工序 ( 至少三种 )?冲压成形性能包括哪几方面?材料的力学性能指标都有哪些？冲压用钢板的几种类型？常用的钢板冲压成形性能模拟试验方法有哪些？3．案例汽车车门内板的冲压工艺过程?4.选择题杯突试验结果能反映哪种冲压工艺的成形性能（）A.缩孔B.弯曲C.胀形D外凸外缘翻边塑性变形时应力应变关系是（）A. .非线性的、不可逆的B.线性的 C 可逆的 D.可叠加的冲压工序按照加工性质的不同，可以分为两大类型，即（）A.分离工序B.冲孔工序C. 成形工序D.拉深工序E. 翻边工序5.课本思考题 1 ， 3 ，5第二章冲裁工艺一、学习内容1冲裁的变形过程2冲裁间隙3冲裁模刃口尺寸4冲裁力和冲模压力中心5冲模及冲裁模6冲裁件缺陷原因及分析二、学习目的1．通过本章学习，掌握冲裁间隙的确定方法、冲裁力及其计算方法2.通过本章学习，掌握冲裁力及其计算方法3.了解冲裁件缺陷原因及分析三、自我测试1．名词冲裁光亮带冲裁间隙卸料力模具的压力中心复合模闭合高度2．简述题简述冲裁变形过程。

冲裁模刃口尺寸确定原则有哪些？影响冲裁力的主要因素有哪些？降低冲裁力的措施？冲模的种类？毛刺产生的原因有哪些？3. 选择题计算冲裁力的目的是为了合理选用压力机和设计模具，压力机的公称压力必须（）所计算的冲裁力A. 小于B.等于C.大于D. 无所谓模具的闭合高度H、压力机的最大装模高度、最小装模高度之间的关系为（）A. 无所谓B.H ≤C.≤H≤D. H≥下列哪种部件不属于模具的定位部件（）A. 定位销B. 定位侧刃C. 顶料销 D导正销冲裁的工件断面明显的分为哪几个特征区（）A. 圆角带B.起皱带C. 断裂带D. 减薄带E.光亮带模具的导向部件包括（）A.导块B. 导套C. 定位销D. 导板E. 导柱冲裁间隙对下列哪些因素有影响（）A. 冲裁件断面质量B.滑块平度C.冲裁力的大小D. 模具寿命E.冲裁件的尺寸精度按照工艺性质分类，冲模可分为哪几种（）A.拉深模B. 弯曲模C.胀形模D.翻边模E.冲裁模冲裁工序包括（）A. 修边B.落料C.扩孔D.切口E.冲孔4.综合应用题冲压工艺都有哪些特点5.课本思考题 1 , 6第三章弯曲工艺一、学习内容1弯曲的变形过程2弯曲的变形特点（应力应变分析）3弯曲力的计算4弯曲件毛坯尺寸的确定5弯曲件质量分析与控制6 弯曲模具二、学习目的1．通过本章学习，掌握弯曲变形的过程、特点2.通过本章学习，掌握弯曲件质量分析与控制3.了解弯曲模具制造过程三、自我测试1．名词解释弯曲弯曲中性层回弹2．简述题简述弯曲变形过程。

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。

Dynaform软件的板料冲压成形操作指引

Dynaform 软件的板料冲压成形操作指引1 常用仿真术语定义：冲压成形：用模具和冲压设备使板材产生塑性变形获得形状、尺寸、性能合乎要求的冲压件的加工方法。

多在室温下进行。

其效率高，精度高,材料利用率也高，可自动化加工。

冲压成形工序与工艺：剪切：将板材剪切成条料、块料或具有一定形状的毛坯的加工工序称为剪切。

分平剪、斜剪和震动剪. 冲裁：借助模具使板材分离的工艺。

分为落料和冲孔。

落料——从板料上冲下所需形状尺寸坯料或零件的工序；冲孔-- 在工件上冲出所需形状孔的工序.弯曲：在弯曲力矩作用下，使平板毛坯、型材、管材等产生一定曲率和角度，形成一定形状冲压件的方法。

拉深：冲裁得到的平板毛坯成形成开口空心零件的冲压加工方法。

拉伸参数：• 拉深系数m :拉深零件的平均直径 d 与拉深前毛坯 D 之比值m ， m = d/D ;• 拉深程度或拉深比：拉深系数 m 的倒数 1/m ;• 极限拉深系数：毛坯直径 D 确定下，能拉深的零件最小直径 d 与D 之比。

胀形：指将材料不向变形区转移，只在变形区内产生径向和切向拉深变形的冲压成形方法。

翻边：在毛坯的平面或曲面部分的边缘，沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法。

板材冲压成形性能评价指标：硬化指数n 、厚度方向系数γ、成形极限图。

成形极限：是指冲压加工过程中所能达到的最大变形程度。

2 Dynaform 仿真分析目的及流程ETA/DYNAFORM 5。

7是由美国工程技术联合公司（ENGINEERING TECHNOLOGY ASSOCIALTES ， INC.）开发的一个基于LS —DYNA 的板料成形模拟软件包.作为一款专业的CAE 软件，ETA/DYNAFORM 综合了LS —DYNA 强大的板料成形分析功能以及强大的流线型前后处理功能。

它主要应用于板料成形工业中模具的设计和开发，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间和试模周期。

基于Dynaform 软件的仿真结果，可以预测板料冲压成形中出现的各种问题,如破裂、起皱、回弹、翘曲、板料流动不均匀等缺陷，分析如何及时发现问题，并提供解决方案。

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。

板材成形理论知识要点

3. n值、r值与成形性能的关系
第二章冲裁工艺与模具设计
1冲裁变形分离过程大致可分为3个阶段。弹性变形阶段, 塑性变形阶段,断裂分离阶段 2冲裁断面可明显地分成4个特征区，即圆角带、光亮带、断裂带和毛刺 3降低冲裁力的方法:阶梯凸模冲裁, 斜刃口冲裁 4凸模侧面的磨损最大，是因为从凸模上卸料，长距离摩擦加剧了侧面的磨损. 5确定合理间隙的理论计算法依据主要是：在合理间隙情况下冲裁时，材料在凸、凹模刃口产生的裂纹成直线会合.
第四章
拉深工艺与模具设计
1.拉深是利用模具使平板毛坯变成为开口的空心零件的冲压加工方法。 2.拉深件各部分的厚度是不一致的。一般是：底部略为变薄，但基本上等于原毛坯的厚度；壁部上段增厚，越靠上缘增厚越大；壁部下段变薄，越靠下部变薄越多；壁部向底部转角稍上处，则出现严重变薄，甚至断裂。 3.毛坯划分为5个区域： ⑴．平面凸缘区(｜σ 1｜＝｜σ 3｜，有R＝0．61Rt), ⑵. 凸缘圆角区, ⑶．筒壁区, ⑷．底部圆角区, ⑸．筒底部分
2.冲模零件的分类:分成五个类型的零件。
⑴.工作零件是完成冲压工作的零件 ⑵.定位零件这些零件的作用是保证送料时有良好的导向和控制送料的进距. ⑶.卸料、推件零件这些零件的作用是保证在冲压工序完毕后将制件和废料排除，以保证下一次冲压工序顺利进行。 ⑷.导向零件这些零件的作用是保证上模与下模相对运动时有精确的导向，使凸模、凹模间有均匀的间隙，提高冲压件的质量。 ⑸.安装、固定零件这些零件的作用是使上述四部分零件联结成“整体”，保证各零件间的相对位置，并使模具能安装在压力机上。
10.结构废料――由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料，称为结构废料，它决定于工件的形状，一般不能改变。 11.工艺废料―― 工件之间和工件与条料边缘之间存在的搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免的料头和料尾废料，称为工艺废料，它决定于冲压方式和排样方式。 12.冲裁间隙对产品质量和模具寿命的影响

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。

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

板材成形性实验(课程实验)-新

I. 基本知识概述一、成形极限图冲压成形性能：板料对冲压成形工艺的适应能力。

全面地讲，板料的冲压成形性能包括抗破裂性、贴模性和定形性，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。

板料的贴模性指板料在冲压过程中取得模具形状的能力，定形性指零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。

影响贴模性的因素很多，成形过程中发生的内皱、翘曲、塌陷和鼓起等几何面缺陷会使贴模性降低。

影响定形性的诸因素中，回弹是最主要的因素，零件脱模后，常因回弹大而产生较大的形状误差。

板料的贴模和定形性好坏与否，是决定零件形状尺寸精确度的重要因素。

目前的冲压生产和板料生产中，仍主要用抗破裂性作为评定板料冲压成形性能的指标。

失稳：板料在成形过程中会出现两种失稳现象，即拉伸失稳和压缩失稳。

拉伸失稳是板料在拉应力作用下局部出现颈缩或破裂；压缩失稳是板料在压应力作用下出现皱纹。

成形极限：板料在失稳前可以达到的最大变形程度。

成形极限分为总体成形极限和局部成形极限。

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形程度，如极限拉深系数、极限胀形高度和极限翻边系数等均属于总体成形极限。

总体成形极限常用作工艺设计参数。

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，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（Forming Limit Diagrams,缩写FLD ）是60年代中期由Keeler 和Goodwin 等人提出的。

成形极限图（FLD ）是板料在不同应变路径下的局部失稳极限1e 和2e （工程应变）或1ε和2ε（真实应变）构成的条带形区域或曲线，它全面反映了板料在单向和双向拉应力作用下的局部成形极限。

成形极限图（FLD ）的提出，为定性和定量研究板料的局部成形性能奠定了基础。

在此之前，板料的各种成形性能指标或成形极限大多以试样的某些总体尺寸变化到某种程度（如发生破裂）而确定。

冲压材料性能要求

结果使板材形成结晶方位趋于一致的结构组织，在宏观上表现为各向异性，即在不同的方向上板材的性能有一定的差异。 r值越大，拉伸性能越好。其值等于应变宽度与应变厚度之比。
对冲压材料的要求还有：
①厚度精确、均匀。冲压用模具精密、间隙小，板料厚度过大会增加变形力，并造成卡料，甚至将凹模胀裂；板料过薄会影响成品质量，在拉深时甚至出现拉裂。
一般以含碳量≤0.25%及抗拉强度小于 650N/mm2的材料为主。
冲压对金属材料的冲压性能要求：
（1）具有良好的机械性能及较大的变形抗力金属材料的机械性能是指抗拉强度、屈服强
度、延伸率、硬度、塑性、应变比等。（2）具有理想的金相组织结构
金相组织是材料的微观质量特征。它的主要标志是：渗碳体或碳化物的球化程度。
（3）冷挤压模材料的要求要求模具工作零件具有高的强度和硬度、
高的耐磨性，为避免冲击折断，还要求具有一定的韧性。由于挤压时会产生较大的升温，所以还应具有一定的耐热疲劳性和热硬性。
（二）冲压模具材料的种类及特性
1、碳素工具钢 2、低合金工具钢 3、高碳高铬工具钢 4、高碳中铬工具钢 5、高速钢 6、基体钢 7、硬质合金和钢结硬质合金
还有铝及铝合金，常用的牌号有L2、L3、 LF21、LY12等，有较好塑性，变形抗力小且轻。
材料名称
牌号
材料状态
电工用纯铁 DT1、DT2、
C<0.025
DT3
Q195
普通碳素钢 Q235
Q275
已退火未退火
08优质碳素结来自10已退火构钢
20
45
65Mn
已退火
不锈钢
1Cr13
已退火

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

板材成形测试对中方法

1 测试方法 1.1 测试设备
本文采用 Zwick BUP600 板材成形试验机用于对板材成形性能的测试和评估，配备 Gom ARAMIS 3D 5M 三维应变分析系统，该系统可以通过摄像头更直观地记录成形过程，以应变云图的形式体现试样在三维空间中的变形情况。
图 1 Zwick BUP600 板材成形试验机（左）试样应变云图（右）
1.2 样品准备检查所有样品测试中用于计算的所有尺寸。试验前对试样
的类型、表面质量等进行检查，去除可能的污染物。如果样品不符合标准或客户的要求，应拒绝接收或重新加工试样。 1.2.1 试样清洁清理
试样制备完成后，使用无水乙醇或丙酮清洁试样，并在自然状态下充分晾干。 1.2.2 喷漆处理
为保证应变分析的准确性，需将随机图案（黑色散斑）以喷漆的形式喷涂至试样一面：
主要的区别是凸模形状的差异，但是不论使用哪种方法，试样的对中是其中非常重要的一个环节。如果在实验过程中试样没有
做到完全对中，试样会因为受力不均提前开裂，得到的结果就不能代表实际材料的性能，试样还未达到极限应变时可能已经在
压边圈处发生破裂，导致无法得到此应变路径下的极限应变值，最终得到的成形极限曲线会因为数据缺失产生盲区。本文针对
板材成形性能是指金属板材在冲压成形工艺中的多种适应能力，如抗破裂性、贴模性和定形性等，其中，抗破裂性是左右板料成形能否成功的最重要因素。成形极限图（Forming limit diagram-FLD）是在金属板料塑性成形中判断板料成形成功与失败的一个重要判据。已经成为金属板材成形加工领域不可或缺的得力工具。在利用有限元仿真方法进行冲压工艺优化、汽车钣金零件选材等方面有着重要的应用。现在普遍认为材料成形极限图是在 1965 年 Keeler 在同年五月份的 SAE 报告中提出来的 [1]，在 1968 年由 Goodwin 做了补充和完善 [2]。Keeler 等将主应变跟次应变描绘在坐标系中，更加直观的表示了不同应变路径下的材料极限应变状态。后来 Goodwin 发现，板材在冲压成型过程中还存在明显的拉压状态，在此基础上提出了拉压状态下材料的成形极限，也就是成形极限图的左半部分，并与 Keeler 的研究成果结合，得到了完整的成形极限图。由于当时实验条件的限制，描绘在成形极限图上的应变对比较离散，提出用具有一定宽度的带状区域来表示 [3]。

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

板材成形极限

板材成形极限
一、拉伸失稳与成形极限
拉伸失稳是指在拉应力作用下，材料在板平面
方向内失去了塑性变形稳定性而产生缩颈，继续往下发展，就会发生破裂。
拉伸失稳可分为分散失稳和集中失稳两种。
分散失稳
是指当缩颈刚开始时，在一个比较长的变形区段中，由于材料性能不均匀或厚度不均匀等，缩颈在变形区段的各部分交替产生，此时缩颈点不断地转移。
集中失稳
由于缩颈的变形程度很小，变形力虽略有下降，但发展较缓慢，而且由于材料硬化的增强，变形抗力又有所提高，最薄弱的部位逐渐显示出来，缩颈逐步集中到某一狭窄区段，这样就形成了集中失稳 ;
产生集中失稳时，缩颈点已不可能再转移出去，此时金属产生了不稳定流动，由于这时的承载面积急剧减小，变形力也就急剧下降，很快就导致破裂。
3 取 ε2为横坐标，ε1为纵坐标，绘制成形极限曲线
成形极限是指材料不发生塑性失稳破坏时的极
限应变值。
成形极限有两种定义：
1 开始产生缩颈的失稳点作为成形极限； 2 将材料破裂点作为成形极限。
成形极限可以看成不是一个点，而是一个区间。
Байду номын сангаас
二、成形极限曲线（FLC FLD）
成形极限曲线：是对板材成形性能的一种定量描述，同时也是对冲压工艺成败性的一种判断曲线。
ε1和 ε2的极限值。
冲压板材表面坐标网格的制取方法较多，常用的有照相腐蚀法、电化学浸蚀法等．网格圆直径一般采用2—7mm
测定板平面内极限应变
1 首先选择破裂处的临界基准网格圆，及其在变形前后的直径变化；
2 测出变形后的长轴d1和短轴d2的长度时，若基准网格圆变形前的直径为d0，则可求得板平面内两个主应变的极限值；1 ln(d1 / d0),2 ln(d2 / d0)

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

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。

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

冲压工艺15简答题

1．如何判定冲压材料的冲压成形性能的好坏?板料对冲压成形工艺的适应能力，称为板料的冲压成形性能。

它包括：抗破裂性、贴模性和定形性。

抗破裂性是指冲压材料抵抗破裂的能力，一般用成形极限这样的参数来衡量；贴模性是指板料在冲压成形中取得与模具形状一致性的能力；定形性是指制件脱模后保持其在模具内既得形状得能力。

很明显，成形极限越大、贴模性和定形性越好，材料的冲压成形性能就越好。

2．普通冲裁件的断面具有怎样的特征？普通冲裁件的断面一般可以分成四个区域，既圆角带、光亮带、断裂带和毛刺四个部分。

3．什么是冲裁间隙？冲裁间隙对冲裁质量有哪些影响？冲裁间隙是指冲裁凹模、凸模在横截面上相应尺寸之间的差值。

该间隙的大小，直接影响着工件切断面的质量、冲裁力的大小及模具的使用寿命。

当冲裁模有合理的冲裁间隙时，凸模与凹模刃口所产生的裂纹在扩展时能够互相重合，这时冲裁件切断面平整、光洁，没有粗糙的裂纹、撕裂、毛刺等缺陷，如图2-3（b）所示。

工件靠近凹模刃口部分，有一条具有小圆角的光亮带，靠近凸模刃口一端略成锥形，表面较粗糙。

当冲裁间隙过小时，板料在凸、凹模刃口处的裂纹则不能重合。

凸模继续压下时，使中间留下的环状搭边再次被剪切，这样，在冲裁件的断面出现二次光亮带，如图2-3（a）所示,这时断面斜度虽小，但不平整，尺寸精度略差。

间隙过大时，板料在刃口处的裂纹同样也不重合，但与间隙过小时的裂纹方向相反，工件切断面上出现较高的毛刺和较大的锥度。

4．降低冲裁力的措施有哪些？当采用平刃冲裁冲裁力太大，或因现有设备无法满足冲裁力的需要时，可以采取以下措施来降低冲裁力，以实现“小设备作大活”的目的：（1）.采用加热冲裁的方法：当被冲材料的抗剪强度较高或板厚过大时，可以将板材加热到一定温度（注意避开板料的“蓝脆”区温度）以降低板材的强度，从而达到降低冲裁力的目的。

（2）.采用斜刃冲裁的方法：冲压件的周长较长或板厚较大的单冲头冲模，可采用斜刃冲裁的方法以降低冲裁力。

冲压(学习材料)

第一章冲压冲压的定义：室温下，在压力机上通过模具对板料金属（非金属）加压，使之产生塑性变形或分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的工件的加工方法，又叫冷冲压或板料冲压。

冲压工艺可用于加工,金属板料,非金属板料.冲压工艺特点：生产效率高；在大量生产中可获得稳定的质量；材料利用率高，生产成本低；可制造复杂形状的工件。

冲压生产的局限性：--制模成本高；--技术要求高；--不适用于单件、小批量生产。

加工硬化：在常温下，随着变形程度的增加，金属材料的强度指标增高，塑性指标降低的现象。

冲压分类：分离工序，成型工序分离工序：冲压过程中，使冲压件与板料在切应力或拉应力的作用下，沿一定的轮廓线相互分离。

分离工序主要指冲裁，包括落料、冲孔、切断、切边、剖切等工序。

普通冲裁：通过破坏分离方式所完成的冲压工序。

精密冲裁：以变形分离方式所完成的冲压工序。

成形工序：在冲压过程中，使毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，成为所需形状与尺寸的工件，同时冲压件应该满足尺寸精度方面的要求。

成形工序主要包括弯曲、拉伸、胀形、翻边等。

落料：用模具沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是零件。

用于制造各种平板零件或者成形工序制坯冲孔：用模具沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是废料。

用于冲制各类零件的孔形弯曲;把板料沿直线弯曲成各种形状，板料外层受拉伸力，内层受压缩力。

可加工形状复杂的零件毛坯区域的划分：变形区,传力区在成形过程中，毛坯的变形区和传力区是运动变化的，而且还会相互转化。

制定工艺时，必须保证：“弱区先变形，变形区应为弱区”对毛坯变形趋向性的控制，主要有以下几种方法：（1）合理确定毛坯和半成品尺寸（2）改变模具工作部分的几何形状和尺寸（3）改变毛坯与模具接触面之间的摩擦阻力（4）改变毛坯局部力学性能1、什么是冲压？它与其它加工方法相比有什么特点？2、冲压工序可分为哪两大类？他们的主要区别和特点是什么？3、如何控制冲压过程中的变形趋向？板料的冲压性能：指板料对冲压的适应能力、可成形能力间接试验：板料的受力情况和变形特点与实际冲压有一定差别，其试验结果只能间接反映板料的冲压性能。