冲压性能及成形极限
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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。
第六章 板料的冲压成形性能与成形极限 ppt课件
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。
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§6.2 现代冲压成形的分类理论
1、变形毛坯的分区
a)拉深 b)内缘翻边 c)缩口 冲压成形时毛坯各区划分举例
冲压方法
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§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
第六章 板料的冲压成形性能与成形极限
§6.1 概述
§6.2 冲压成形区域与成形性能的划分
§6.3 冲压成形性能试验方法与指标
§6.4 冲压成形性能试验方法与指标
§6.5 板料的基本性能与冲压成形性能的关系
§6.6 成形极限图及其应用
§6.7 方角对角拉伸试验及其应用
§6.8 高强度钢板
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§6.1 概述
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§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。
材料冲压成形性能的衡量指标(精)
素都会直接影响到工件 的表面质量。 成形后工件表面质量
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三、对冷冲压材料的基本要求
应具有良好的塑性 、较小的屈强比、较大 的板厚方向性系数、较 小的版平面方向性系数 ，材料的屈服点和弹性 模量的比值小。 应符合国家规定标 准。因为一定的模具间 隙适应于一定厚度的材 料，材料厚度公差太大 ，不仅直接影响制件质 量，还可能导致模具和 冲床的损坏。 材料的表面应 光洁平整，无分层 和机械性质的损伤 ，无锈斑、氧化皮 及其他附着物。
对冲压成形性能 的要求
对材料厚度公差 的要求
对表面质量的 要求
其他金属材料成料对各种冲压加工方法
的适应能力成为材料的冲
压成形性能。
概念 意义
材料的冲压成形性能好， 就是指其便于冲压加工， 一次冲压工序的极限变形 程度大，生产率高，容易 得到高质量的冲压件。
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二、材料冲压成形性能的衡量指标
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材料冲压成形性能的衡量指标
主讲教师：王嘉
包头职业技术学院
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目
11 2
录
材料的冲压成形性能 材料冲压成形性能的衡量指标
13
对冲压材料的基本要求
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衡量指标 成形 质量 成形 极限
弹性 回复 厚度 变化
残余 应力
表面 质量
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三、对冷冲压材料的基本要求
应具有良好的塑性 、较小的屈强比、较大 的板厚方向性系数、较 小的版平面方向性系数 ，材料的屈服点和弹性 模量的比值小。 应符合国家规定标 准。因为一定的模具间 隙适应于一定厚度的材 料，材料厚度公差太大 ，不仅直接影响制件质 量，还可能导致模具和 冲床的损坏。 材料的表面应 光洁平整，无分层 和机械性质的损伤 ，无锈斑、氧化皮 及其他附着物。
对冲压成形性能 的要求
对材料厚度公差 的要求
对表面质量的 要求
其他金属材料成料对各种冲压加工方法
的适应能力成为材料的冲
压成形性能。
概念 意义
材料的冲压成形性能好， 就是指其便于冲压加工， 一次冲压工序的极限变形 程度大，生产率高，容易 得到高质量的冲压件。
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二、材料冲压成形性能的衡量指标
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材料冲压成形性能的衡量指标
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材料的冲压成形性能 材料冲压成形性能的衡量指标
13
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弹性 回复 厚度 变化
残余 应力
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第一章板料冲压性能与成形极限第二次课
冲 压 工 艺 及
ddtt dt
分散性失稳理论认为当外力达到最大时, 板料失稳。但是板料经过分 散性失稳后仍有相当的变形能力, 所以在板成形领域人们更关心集中性失
模
稳, 即通常将集中性失稳作为板成形过程的变形极限。
具
设
计
结论：单从板料拉伸变形的稳定性着眼，可以用分散性失稳，从板料破
裂前极限变形程度的估计着眼，就要以集中性失稳作为标准。
以往鉴定板料的成形性能， 大多依赖用模拟方法进行的工艺试 验。例如Swift杯形件压延试验，福 井锥形件压延试验和压坑试验等。 模拟试验条件比较单纯，试件形状
冲压成形极限图
简单划一。因此，对于指导形状复 杂、变形状态复杂的零件的生产，
其试验结果往往很难在生产中直接
成形极限图是20世纪60年代由keeler和goodwin等
冲
时的极限应变等。
压
工
艺 及 模 具 设 计
第一章 板料冲压性能与成形极限 步骤：1)试验前，在毛坯表面做出直径为1.5~2.5mm的小圆圈坐标网
冲
压
工
艺 及
2)试验时，将球形凸模压入材料，当试件出现裂纹时即停止。
模
具
设
计
第一章 板料冲压性能与成形极限 3)取出试件，在离裂纹最近的完整网格上测量小圆圈变成椭圆的尺寸。
具
1.4、常用材料的冲压性能
设
计
第一章 板料冲压性能与成形极限
1.3板料的成形极限
1.成形极限(Forming Limit Diagram,FLD)的基本概念 所谓冲压成形极限是指板料在冲压加工中所能达到的最大变形程度。
利用板料的单向拉伸试验所得的机械性
能指标来评定材料的成形性能，是一种最为
第六章冲压
国内外常用拉伸试验标准的主要技术要求
GB
12.5 (20) 50 (80) 75 3~30 ≤0.5P 屈服后~最大 力前（常用 5%~15%） 屈服后~最大 力前（常用 15%）
DIN
12.5 （20） 50 (80) 75 120 ≤30 ≤0.5P 屈服后~最大 力前（常用 10%~20%） 屈服后~最大 力前（常用 20%）
第六章 板料的冲压成形性能与成形极限
试验在室温下（20±10°C）进行。试验之前，要精确测量试样的 厚度和宽度，并刻划标点和标距长度。用螺旋测微计测量试样厚度时， 当厚度≤0.5mm时，精确到0.005mm；当厚度＞0.5mm时，精确到 0.01mm。在标距长度的中部和两端测量三点，取其最小值。 n值的测量计算 根据均匀塑性变形范围内真实应力——真实应变指数式的对数式，运 用最小二乘法计算应变硬化指数n。（见下式） σ=k n （1） 式中：σ 在力F作用下试样的真实应力 N/mm2 n 应变硬化指数 k 强度系数 对公式（1） 两边取对数，lnσ=lnk+nln （2） （2） 式可简化为：Y=Kx+B （3） 根据公式（3）导出计算应变硬化指数的关系式：
JIS
(12.5,20) 25 (50,80) 50 (60,120) 60 10~30 ≤0.8P 产品标准规定或 协商 屈服后~最大力 前（常用15%）
ASTM
12.5 (20) 50 (20,25) 75 ≤11.5 ≤0.5P 屈服后~最大 力前（常用 10%~20%） 屈服后~最大 力前（常用 17%）
第六章 板料的冲压成形性能与成形极限
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 限翻边系数等均属于总体成形极限，它们常被用作工艺设计 参数。
《冲压工艺与模具设计》知识点要点
《冲压工艺与模具设计》知识点1、冲压是利用安装在压力机上和模具对材料施加外力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种加工方法。
冲压的三要素：设备（压力机）、模具、原材料。
冲压的优点有：生产率高、操作简便，尺寸稳定、互换性好，材料利用率高。
冲压工艺分为两大类，一类叫分离工序（落料、冲孔、切断、切口、剖切等），一类是成形工序（弯曲、拉深、翻边、胀形、缩孔）。
冷冲压模具是实现冷冲压工艺的一种工艺装备。
冲压生产中，需要将板料剪切成条料,这是由剪切机来完成的。
这一工序在冲压工艺中称下料工序。
2、压力机的标称压力是指滑块在离下死点前某一特定距离时，滑块上所容许承受的最大作用力。
B23-63表示压力机的标称压力为630KN。
其工作机构为曲柄连杆滑块机构。
32-300是一种液压机类型的压力机。
离合器与制动器是用来控制曲柄滑块机构的运动和停止的两个部件。
在冲压工作中，为顶出卡在上模中的制件或废料，压力机上装有可调刚性顶件（或称打件）装置。
3、冲裁是利用模具使板料的一部分与另一部分沿一定的轮廓形状分离的冲压方法。
变形过程分为弹性变形、塑性变形、断裂分离三个阶段。
冲裁件的断面分为圆角，光面，毛面，毛刺四个区域。
冲裁模工作零件刃口尺寸计算时，落料以凹模为基准，冲孔以凸模为基准，凸模和凹模的制造精度比工件高2-3级。
冲裁件之间及冲裁件与条料侧边之间留下的余料称作搭边。
它能补偿条料送进时的定位误差和下料误差，确保冲出合格的制件。
4、加工硬化是指一般常用的金属材料，随着塑性变形程度的增加，其强度、硬度和变形抗力逐渐增加，而塑性和韧性逐渐降低。
5、拉深是指用拉深模将一定形状的平面坯料或空心件制成开口件的冲压工序。
拉深时变形程度以拉深系数m 表示，其值越小，变形程度越大。
为了提高工艺稳定性，提高零件质量，必须采用稍大于极限值的拉深系数。
拉深时可能产生的质量问题是起皱和开裂。
一般情况下，拉深件的尺寸精度应在IT13级以下，不宜高出IT11级。
第一章 板料机械性能与冲压性能
第一章板料机械性能与冲压性能1.1 板料冲压成形性能及冲压材料1.1.1 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能是指板料对各种冲压加工方法的适应能力。
如便于加工，容易得到高质量和高精度的冲压件，生产效率高(一次冲压工序的极限变形程度和总的极限变形程度大)，模具消耗低，不易产生废品等。
板料的冲压成形性能是一个综合性的概念，冲压件能否成形和成形后的质量取决于成形极限(抗破裂性)，贴模性和形状冻结性。
成形极限是指板料成形过程中能达到的最大变形程度，在此变形程度下材料不发生破裂。
可以认为，成形极限就是冲压成形时，材料的抗破裂性。
板料的冲压成形性能越好，板料的抗破裂性也越好，其成形极限也就越高。
板料的贴模性指板料在冲压成形过程中取得模具形状的能力，形状冻结性指零件脱模后保持其在模内获得的形状的能力。
影响贴模性的因素很多，成形过程发生的内皱、翘曲、塌陷和鼓起等几何缺陷都会使贴模性降低。
形状冻结性影响的最主要因素是回弹，零件脱模后，常因回弹过大而产生较大的形状误差。
材料冲压成形性能中的贴模性和形状冻结性是决定零件形状精度的重要因素，而成形极限是材料将开始出现破裂的极限变形程度。
破裂后的制件是无法修复使用。
因此生产中以成形极限作为板料冲压成形性能的判定尺度，并用这种尺度的各种物理量作为评定板料冲压成形性能的指标。
1.1.2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）。
其中常用的力学试验有简单拉伸试验和双向拉伸试验，用以测定板料的力学性能指标，而这些性能与冲压成形性能有着密切的关系；金属学试验用以确定金属材料的硬度、表面粗糙度、化学成分、结晶方位与晶粒度等；工艺试验也称模拟试验，它是用模拟生产实际中的某种冲压成形工艺的方法测量出相应的工艺参数，试件的应力状态和变形特点与相应的冲压工艺基本一致，试验结果能反映出金属板料对该种冲压工艺的成形性能。
冲压工艺--板料的冲压成形性能与成形极限
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）
六、板料的冲压成形性能与成形极限
板料基本性能与冲压成形性能的关系 衡量薄板性能的优劣，过去一般以薄板的基本 性能指标来评价，但是随着汽车、家电工业的发展， 对薄板成形性能的要求日益苛刻，从而使成形性指 标的测定越来越受到人们的重视和广泛研究。薄板 成形性（sheet metal formability），根据 BG/T15825.1-1995的定义，就是指金属薄板对 于冲压成形的适应能力。
具有最佳成形性能的材料应具有如下特点： 均匀分布应变； 承受平面内压缩应力而无起皱现象； 可以达到较高应变而无颈缩和断裂； 承受平面内剪切应力而无断裂； 零件由凹模出来后保持其形状 保持表面光洁，阻止表面损伤。
薄板本身固有的基本特性值与其成形性能之间具有一 定的相关性见下表。对于冷轧冲压钢板，往往希望具有 低的屈服强度、低的屈强比、高的n、r值。
坯料受到双向拉应力作用而实现胀形变形。 在胀形中当试件出现裂缝时，冲头的压入深度称为胀形深度或 Erichsen试验深度，简计为IE值。IE值作为评定板材胀形成 形能力的一个材料特性值。实际上，胀形是典型的拉伸类成形 工序，故IE值也是评定拉伸类冲压成形性能的一个材料特性值。 很明显，IE值越大，胀形性能越好。
2) 杯突试验（ERICHSEN TEST） 杯突试验是历史较为悠久、操作简便、在目前仍然广泛采用 的工艺试验方法，主要用来评定薄板材料的深冲性能，一般适 用于厚度等于或小于2mm，必要时也可试验厚度为2~4mm 的板材和带材，1914年是由德国的A.E.Erichsen做了专用的 试验设备，所以也叫Erichsen试验。其试验装置如图。 试验时，先将平板坯料试件放在凹模平面上，用压边圈压住试 件外圈，然后，用球形冲头将试件压入凹模。由于坯料外径比 凹模孔径大很多，所以，其外环不发生切向压缩变形，而与冲 头接触的试件中间部分。
冲压工艺--板料的冲压成形性能与成形极限
六、板料的冲压成形性能与成形极限
板料基本性能与冲压成形性能的关系 衡量薄板性能的优劣，过去一般以薄板的基本 性能指标来评价，但是随着汽车、家电工业的发展， 对薄板成形性能的要求日益苛刻，从而使成形性指 标的测定越来越受到人们的重视和广泛研究。薄板 成形性（sheet metal formability），根据 BG/T15825.1-1995的定义，就是指金属薄板对 于冲压成形的适应能力。
对数式，运用最小二乘法计算应变硬化指数n。（见下式）
20%）
产品标准规定或 协商
屈服后~最大力 前（常用15%）
12.5 (20)
50 (20,25)
75
≤11.5
12.5 (20)
50 (80)
75 （120）
3~30
≤0.5P
≤0.5P
屈服后~最大 力前（常用 10%~20%）
品标准规定或 协商
3~30
≤0.5P
屈服后~最大 力前（常用 5%~15%） 屈服后~最大 力前（常用
15%）
12.5 （20）
50 (80)
75 120
≤30
(12.5,20) 25
(50,80) 50
(60,120) 60
10~30
≤0.5P
≤0.8P
屈服后~最大 力前（常用 10%~20%）
屈服后~最大 力前（常用
σs /σb
σs /σb称为屈强比，它对板材冲压性能的影 响是多方面的。σs/σb的比例越低，屈服点和抗 拉强度的差距越大，钢板在同等强度对比加工 时，对压缩类成形工艺，材料起皱趋势也小； 对伸长类成形工艺，材料定形性和贴模性好， 回弹变形也小。
冲压成形性能试验方法与指标
1）机械性能的检验 拉伸试验是一种非常普遍的机械性能试验方
板料基本性能与冲压成形性能的关系 衡量薄板性能的优劣，过去一般以薄板的基本 性能指标来评价，但是随着汽车、家电工业的发展， 对薄板成形性能的要求日益苛刻，从而使成形性指 标的测定越来越受到人们的重视和广泛研究。薄板 成形性（sheet metal formability），根据 BG/T15825.1-1995的定义，就是指金属薄板对 于冲压成形的适应能力。
对数式，运用最小二乘法计算应变硬化指数n。（见下式）
20%）
产品标准规定或 协商
屈服后~最大力 前（常用15%）
12.5 (20)
50 (20,25)
75
≤11.5
12.5 (20)
50 (80)
75 （120）
3~30
≤0.5P
≤0.5P
屈服后~最大 力前（常用 10%~20%）
品标准规定或 协商
3~30
≤0.5P
屈服后~最大 力前（常用 5%~15%） 屈服后~最大 力前（常用
15%）
12.5 （20）
50 (80)
75 120
≤30
(12.5,20) 25
(50,80) 50
(60,120) 60
10~30
≤0.5P
≤0.8P
屈服后~最大 力前（常用 10%~20%）
屈服后~最大 力前（常用
σs /σb
σs /σb称为屈强比，它对板材冲压性能的影 响是多方面的。σs/σb的比例越低，屈服点和抗 拉强度的差距越大，钢板在同等强度对比加工 时，对压缩类成形工艺，材料起皱趋势也小； 对伸长类成形工艺，材料定形性和贴模性好， 回弹变形也小。
冲压成形性能试验方法与指标
1）机械性能的检验 拉伸试验是一种非常普遍的机械性能试验方
第7章 板料的冲压成形性能与成形极限
提高两类成形方法的成形极限的途径与方法不一致：
A、提高拉伸类成形极限的措施
1）、提高材料的塑性 如成形前（包括冲裁后）的退火、多次成形时的中间退 火，都是为了消除原材料或坯料的硬化、冲裁时生成的断面硬 化层及成形工序中形成的硬化，以提高材料塑性，从而提高极
限变形程度。
2）、减小变形不均匀的程度
向上的变形一定是伸长变形——伸长类成形。包括冲压应变图 中MON、NOA、AOB、BOC、COD。 作用于毛坯变形区内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——压缩类成形。包括冲压应变图
中MOL、LOH、HOG、GOEC、EOD。
MOD是伸长类成形和压缩类成形分界线（冲压应变图中）。 FOB是伸长类成形和压缩类成形分界线（冲压应力图中）。
F）
当0 > σ1 > σ2 >σ3 时，在最小压应力σ3方向上的变
形一定是压缩变形，而在最小压应力σ1 方向上的变形一定 是伸长变形。
例如：
缩口变形区的切向压应力绝对值最大，
故切向为压缩变形；径向压应力绝对值最小， 故径向为拉伸变形。
2、冲压成形的力学特点与分类
对冲压件变形毛坯进行分区：
成形工 序 变形区 已变形 区 待变形区 传力区 单纯不变区
二、冲压成形区域与成形性能的划分 1、冲压成形区域划分 四种典型成形：圆柱形凸模胀形、 伸长类翻边（包括扩孔）、拉深、弯曲。 （教材图P6-1、6-2、 6-3、 6-4 、 6-5）
2、冲压成形性能划分
在四种典型成形中，破裂有三种典型形式： α破裂——由于板料所受拉应力超过材料强度极限引起的
破裂；
第7章
板料的冲压成形性能与成形极限
航空航天工程学部
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
金属板材不同变形方式下冲压成形极限减薄率测试及评价方法
金属板材不同变形方式下冲压成形极限减薄率测试及评价方法1适用范围本规范规定了金属板材不同变形方式下成形极限减薄率测试的相关术语和定义、试验原理、参数定义、符号和说明、试验方法、试验环境、试验装备、试验过程、数据处理和试验报告要求等。
适用于金属板材，包括金属钢板、铝合金、镁合金等冲压用板材的成形极限减薄率评价，适用金属板材厚度区间0.35-3.0mm。
2规范性引用文件下列文件对于本技术规范的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本文件。
1）GB/T 1.1 规范化工作导则第1部分：规范的结构和编写；2）GBT 15825.1-2008 金属薄板成形性能与试验方法第1部分：成形性能和指标；3）GBT 15825.2-2008 金属薄板成形性能与试验方法第2部分：通用试验规程；4）GBT 15825.3-2008 金属薄板成形性能与试验方法第3部分：拉深与拉深载荷试验；5）GBT 24524-2009 金属材料薄板和薄带扩孔试验方法；6）GBT 232-2010 金属材料弯曲试验方法(2011-6-1实施)；7）GBT 24171.1-2009 金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定第1部分：冲压车间成形极限图的测量及应用；8）GBT 24171.2-2009 金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定第2部分：实验室成形极限曲线的测定；9）GBT 228-2008 金属材料拉伸试验方法；注：执行引用标准的最新版本，当引用标准与本标准发生不一致值，需要对本标准进行更新。
3参数定义，符号和说明1）21εε，：主真实应变（Major strain ）、次真实应变（Minor strain ），单位：-。
2）lim -t e ：极限减薄率（limit thinning rate ），单位：-。
3）PS ：平面应变状态对应的试样宽度，单位：mm 。
冲压成形性能
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
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）
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）
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。
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。
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
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）
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）
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。
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。
第六章 冲压成形性能与成形极限6
εa + εb+ευ=0 εt=-(εa+εb) R 可称板料的塑性厚向异性参数 可称板料的塑性厚向异性参数 板料的各个方向存在异性，其程度用加权平均值表示： 板料的各个方向存在异性，其程度用加权平均值表示： 加权平均值表示
1 R = ( R0 + 2 R45 + R90 ) 4
拉深力小，传力区不易裂，利于拉深成形， 拉深力小，传力区不易裂，利于拉深成形， LDR↑，m↓。 ， 。
⑴拉深成形性能：抵抗α破裂的能力。 拉深成形性能：抵抗α破裂的能力。
与变形区和传力区变形程度有关。 与变形区和传力区变形程度有关。
⑵胀形成形性能：抵抗α破裂的能力。 胀形成形性能：抵抗α破裂的能力。
与变形区变形程度有关。 与变形区变形程度有关。
⑶扩孔成形性能：抵抗β破裂的能力。 扩孔成形性能：抵抗β破裂的能力。
δ α = σ2 又设： 又设： 应力比 δ1 σ 应变比 β = ε 2 ε1
表示应变路径
三种特殊情况： 三种特殊情况： 等双拉： 等双拉：右边缘线 ε1=ε2 σ1= σ2 ε3= - (ε1+ε2) α=1 β=1 平面应变： 轴线 平面应变：Y轴线 α=0.5 ε1拉 β=0 ε3压 ε2为零
d0
d0 d0
d d
o
变化， 变化，成形方式不同
p
教图6-4 教图
dp
dp dp
很小，胀形，孔扩不开， 很小，胀形，孔扩不开，胀形高度有限 较小，扩孔， 较小，扩孔，高度有所增加 较大， 较大，翻边
实验显示： 实验显示：
通过几何参数变化，划分出冲压成形区域图。 通过几何参数变化，划分出冲压成形区域图。 教图1-26 分析几何条件对冲压成形工艺的影响 教图1 在右上360 的区域里， 的增加， 在右上360o的区域里，随do的增加，扩孔的 趋势增加，拉深的难度增加，极限提高。 趋势增加，拉深的难度增加，极限提高。 要达到某种成形工艺的实现， 要达到某种成形工艺的实现，就必须给定一定 某种成形工艺的实现 的条件来,使要实现的变形方式所需的力最小。 的条件来,使要实现的变形方式所需的力最小。 所需的力最小
1 R = ( R0 + 2 R45 + R90 ) 4
拉深力小，传力区不易裂，利于拉深成形， 拉深力小，传力区不易裂，利于拉深成形， LDR↑，m↓。 ， 。
⑴拉深成形性能：抵抗α破裂的能力。 拉深成形性能：抵抗α破裂的能力。
与变形区和传力区变形程度有关。 与变形区和传力区变形程度有关。
⑵胀形成形性能：抵抗α破裂的能力。 胀形成形性能：抵抗α破裂的能力。
与变形区变形程度有关。 与变形区变形程度有关。
⑶扩孔成形性能：抵抗β破裂的能力。 扩孔成形性能：抵抗β破裂的能力。
δ α = σ2 又设： 又设： 应力比 δ1 σ 应变比 β = ε 2 ε1
表示应变路径
三种特殊情况： 三种特殊情况： 等双拉： 等双拉：右边缘线 ε1=ε2 σ1= σ2 ε3= - (ε1+ε2) α=1 β=1 平面应变： 轴线 平面应变：Y轴线 α=0.5 ε1拉 β=0 ε3压 ε2为零
d0
d0 d0
d d
o
变化， 变化，成形方式不同
p
教图6-4 教图
dp
dp dp
很小，胀形，孔扩不开， 很小，胀形，孔扩不开，胀形高度有限 较小，扩孔， 较小，扩孔，高度有所增加 较大， 较大，翻边
实验显示： 实验显示：
通过几何参数变化，划分出冲压成形区域图。 通过几何参数变化，划分出冲压成形区域图。 教图1-26 分析几何条件对冲压成形工艺的影响 教图1 在右上360 的区域里， 的增加， 在右上360o的区域里，随do的增加，扩孔的 趋势增加，拉深的难度增加，极限提高。 趋势增加，拉深的难度增加，极限提高。 要达到某种成形工艺的实现， 要达到某种成形工艺的实现，就必须给定一定 某种成形工艺的实现 的条件来,使要实现的变形方式所需的力最小。 的条件来,使要实现的变形方式所需的力最小。 所需的力最小
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
第6章 冲压性能及成形极限
指标：用杯底破裂时杯口平均直径 评价，称为CCV值。
CCV
1 2
(
Dm
ax
Dmin )
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。
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。
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。
大，抗拉伸失稳性能好。
4、总延伸率 t (lt l0 ) / l0 总延伸率大 ，变形程度大，抗破裂性好
5、应变硬化指数 n
K n n d log d log
n 值不仅提高局部应变能力，且使应变均匀。 n 值大增大成形极限
分散性颈缩失稳 1 n 集中性颈缩失稳 1 2n
6、塑性应变比（厚向异性系数）R
（2）集中性失稳（Hill判据）
d 1 1
CCV
1 2
(
Dm
ax
Dmin )
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。
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。
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。
大，抗拉伸失稳性能好。
4、总延伸率 t (lt l0 ) / l0 总延伸率大 ，变形程度大，抗破裂性好
5、应变硬化指数 n
K n n d log d log
n 值不仅提高局部应变能力，且使应变均匀。 n 值大增大成形极限
分散性颈缩失稳 1 n 集中性颈缩失稳 1 2n
6、塑性应变比（厚向异性系数）R
（2）集中性失稳（Hill判据）
d 1 1
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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。
三、冲压成形性能划分
破裂的三种方式： 破裂－由于板料所受拉应力超过强度极限引起 1） 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。
四、板材的基本性能指标及其与冲压成形性能的关系
基本性能：由单向拉深试验获得。 1、屈服极限 s Fs / A0 s 小，材料易屈服、回弹小， 贴模性和定型性好。 2、屈强比
s b 小，塑性变形阶段长，有利 s b
b
Fb A0
于冲压成形。
3、均匀延伸率 u (lu l0 ) / l0 均匀延伸率大 ，均匀变形程度 大，抗拉伸失稳性能好。
R 1 R00 2 R450 R900 4
b b0 R b t ln t t0 ln
R 、n 是板料两个特定成形指标； R 平面内易于变形，厚度减薄轻。 1 R R00 R900 R450 7、凸耳参数（ 面内异性系数） 2 该值大，拉深件口部严重不平齐，需修边切除。
d 1 d 1 1 d 2 d 2 2
（2）集中性失稳（Hill判据）
d
dt d 3 t
dt d 1 d 3 t 1 d 2 dt d 3 t 2
2、失稳判据
（1）分散性失稳（Swift判据）
d 1 d1 dA A
dt t
1）单向拉伸：
1
材料的强化率恰好等于截 面减缩率。（宽向失稳）
（2）集中性失稳（Hill判据）
d 1
1
d 3
材料的强化率恰好等于厚 度减薄率。（厚向失稳）
2）双向拉伸： （1）分散性失稳（Swift判据）
4、总延伸率 t (lt l0 ) / l0 总延伸率大 ，变形程度大，抗破裂性好 d log n 5、应变硬化指数 n n K d log
n 值不仅提高局部应变能力，且使应变均匀。 n 值大增大成形极限 分散性颈缩失稳 1 n 集中性颈缩失稳 1 2n
6、塑性应变比（厚向异性系数）R