薄板冲压成形技术091121

第五讲：翻边
1、伸长类翻边（翻孔）
圆孔翻边系数
圆孔翻边时，变形程度用翻边系数表示
K = d0 / d1 孔边缘变薄最严重，可见，翻边系数越小，孔边缘变薄越
严重，孔边缘濒于拉裂时的翻边系数称为极限翻边系数K。= d0 / d1
影响极限翻边系数的主要因素
材料参数：延伸率越大、n值越大，翻边系数越大 孔边缘状态：切削/钻孔比冲孔的翻边系数大，孔断面越
刚性凸模胀形
过程厚度变化
第四讲：胀形
2、平板毛坯局部胀形
刚性凸模胀形
径向厚度变化
第四讲：胀形
2、平板毛坯局部胀形
刚性凸模胀形
径向应变分布
第四讲：胀形
2、平板毛坯局部胀形
刚性凸模胀形
周向应变分布
第四讲：胀形
2、平板毛坯局部胀形
变形程度
用胀形深度表示。主要与材料机械性能（δu、n值）、凸 模几何形状及润滑条件等有关
下面简单介绍每一项的方程表达式，详细请参考有关《冲压工艺学》
第六讲：拉深工艺
σ r + dσ r
1、圆筒件拉深
t + dt
拉深过程力学分析

法兰毛坯变形阻力 σθ
dr
σθ
t
σr
⋅t
⋅r
⋅ dθ
+
2 ⋅σθ
⋅t
⋅ dr
⋅
1 2
dθ
= (σ r + dσ r )(t + dt )(r + dr )dθ
压凹坑：用球形冲头对低碳钢及软铝局部胀形h=d/3 压加强筋：对软钢板，当具有圆滑过渡时h<0.3b 生产中，常用变形区材料的平均延伸率估算
(l-l0)/l0<0.75δ
第五讲：翻边
翻边是在成形毛坯的平面部分或曲面部分上使板料沿 一定的曲线翻成竖立边缘的冲压方法。
按变形性质，可分为伸长类翻边和压缩类翻边。前者 在变形区引起切向伸长变形，后者在变形区引起切向 压缩变形
第三讲：弯曲工艺
2.变形的弹复
影响因素
材料方面，屈服强度越高，弹性模量越小，回弹越大 相对弯曲半径r/t越小，回弹越小 弯曲角越小，回弹越小 摩擦可以增大弯曲变形区的拉应力，使零件形状接近与模
具的形状 弯曲方式：自由弯曲时回弹角大，采用校正弯曲时回弹角
减小。校正力越大，回弹值越小。
第四讲：胀形
1、变形特点
胀形主要用于平板毛坯的局部胀形（压凸起，凹坑，加强 筋，花纹，图形及标记等）、圆柱空心毛坯胀形及拉形等。 胀形可以单独进行，也可和其它变形方式结合成形复杂形状 零件。
第四讲：胀形
1、变形特点
毛坯的塑性变形局限于一个固定的变形区范围内。 板料不向变形区外转移，也不从外部进入变形区。 变形区内板料变形主要靠表面局部增大实现。因 此，胀形变形中板厚变薄是不可避免的。
变形区受两向拉应力作用，属伸长类变形，其成形 极限与材料塑性及塑性成形稳定性有关，破坏特点 主要是拉裂。
由于受双向拉应力，而且沿厚度分布均匀，因此不 易失稳起皱，弹复小，尺寸精度高，表面质量好。
第四讲：胀形
2、平板毛坯局部胀形
刚性凸模胀形
零件厚度分布
第四讲：胀形
2、平板毛坯局部胀形
塑性弯曲与任何塑性变
应力
形一样，在外载荷作用
下，毛坯产生的变形由
塑性变形和弹性变形两
部分组成。外载荷除去
后，塑性变形保留，弹
性变形消失，使其形状
和尺寸都发生与加载时
变形方向相反的变化，
这种现象称为弹复。
应变
第三讲：弯曲工艺
2.变形的弹复
弯曲后卸载过程中的弹复现象表现为弯曲件的曲率 变化及角度变化。
第六讲：拉深工艺
1、圆筒件拉深
拉深－也称拉延，利用模具 使平面毛坯成为开口空心零 件的冲压工艺方法。
第六讲：拉深工艺
1、圆筒件拉深
变形特点
底部－不变形区、传力区，材 料受两向拉应力作用，厚度略 有变薄；
侧壁部分－已变形区、传力 区，近似受单向拉应力作用；
法兰部分－变形区，径向拉应 力，切向压应力；
第三讲：弯曲工艺
3.极限弯曲半径
弯曲时，毛坯变形区外表面的金属在切向拉应力作用下，产 生切向伸长变形
εθ
=
2
1 r +1
t
在保证毛坯外层纤维不发生破坏的条件下，所能弯成零件内
表面的最小圆角半径称最小弯曲半径rmin.生产中，用它表示
弯曲时的成形极限。
第三讲：弯曲工艺
3.极限弯曲半径
影响因素 材料的延伸率越大，rmin越小 板料方向性，对于冷轧板，垂直轧制方向， rmin越小 弯曲件宽度越小（b/t=1～20），rmin越小 板料的表面质量和剪切断面质量越好，rmin越小 弯曲角（α=0～60o）越小，rmin越小
裂纹源
裂纹
第二讲：冲裁工艺
1.冲裁的物理过程
分离过程的三个阶段，使冲裁件断面明显分为四个
部分： 毛刺 a. 塌角
剪裂带
b. 光亮带
c. 剪断带
光亮带
d. 毛刺
塌角
冲裁件质量： 断面状况、 尺寸精度 和 形状误差。
垂直、光 洁、毛刺 小
切边
图纸规定 的公差范 围内
冲孔
外形满足图纸要 求；不产生附加的 弯曲变形
4）凸凹模间隙取最小合理间隙
刃口尺寸配作
先制造其中一件为基准件，再以此为基准件加工另一件， 保证一定间隙值。适于形状复杂的零件。
第三讲：弯曲工艺
1.弯曲的变形特点
把平板毛坯、型材或管材弯成一定曲率、一定角度 的成形工序称为弯曲。
应力中性层 应变中性层
第三讲：弯曲工艺
1.弯曲的变形特点
1、圆筒件拉深
变形特点
法兰部分是变形区，受切向压应力，径向拉应力，产生 切向压缩变形，径向伸长变形。
极限变形程度主要受传力区承载能力限制（凸模圆角附 近），同时受变形区失稳起皱的限制（法兰部位）。
厚度发生变化，侧壁上部变厚，下部变薄，靠近圆角处 变薄最严重，为危险断面。
压边圈防皱
分析影响拉深性能的因素 材料参数？ 工艺参数？ 几何参数？
第六讲：拉深工艺
1、圆筒件拉深
拉深系数
拉深系数是衡量拉深变形程度大小的主要工艺参数， 它用拉深件直径d与毛坯直径D0的比值m表示，即m=d/D0。 拉深系数越小，表明变形程度越大，拉深应力越大， 容易产生拉裂废品。能保证拉深正常进行的最小拉深 系数，称为极限拉深系数mk
凹模圆角－弯曲变形区，径向 经历弯曲、反弯曲2个过程， 周向经历逐渐弯曲变形过程；
凸模圆角－传力区，危险断 面，直接影响极限变形程度；
第六讲：拉深工艺
1、圆筒件拉深
变形特点
底部略有变 薄，壁部上段 增厚，下部变 薄，侧壁靠近 底部圆角处变 薄最严重，甚 至断裂，为危 险断面。
第六讲：拉深工艺
拉深过程力学分析
圆角弯曲阻力（径向弯曲+周向弯曲）
σw
=
4c (n + 2)t
t n+2 [
2 (Rd
1 + 0.5t)n Rd
+
2( R part
1 + 0.5t)n Rpart ]
拉深力
( ) σφ
=
σf
av.
⎨⎧An ⎩
R ri
+
μ.B π .R.t
⎫ ⎬ ⎭
exp
μ.π 2
+σw
Tφ
减小拉深阻力抗裂
第六讲：拉深工艺
1、圆筒件拉深
拉深过程力学分析
一般情况，凸模拉深力由以下阻力构成： 法兰毛坯产生塑性变形的变形阻力 毛坯与法兰、压边圈的摩擦阻力 凹模圆角毛坯的摩擦阻力 凹模圆角毛坯弯曲变形的弯曲阻力
μπ
σφ = (σ r + σ μB )e 2 + σ w
光亮，翻边能力越好 凸模形状：凸模是平底的、球底的、圆锥底的，可依次提
高材料的极限翻边能力 厚度：随着厚度增加，极限翻边能力增强
第五讲：翻边
1、伸长类翻边（平面翻边）
翻边变形特点
见翻孔
成形质量
翻边后，零件的高度不一致，中间高度小，两端高度大， 竖端向内倾斜一定角度。
由于切向变形的弹复造成平面部分翘起。
变形特点
见平面压缩翻边
曲面翻边零件
R值 下Байду номын сангаас图
第五讲：翻边
2、压缩类翻边（曲面翻边）
常见缺陷与预防对策
第五讲：翻边
2、压缩类翻边（曲面翻边）
成形极限影响因素
直边长度l： l值越大，最大切向压应变越大 翻边高度h：h值越大，最大切向压应变变小 曲率半径R：R值越大，最大切向压应变变小
圆角部分，类似圆筒件拉深 沿周向板料流入凹模口阻力
不一致，圆角部分大于直边 部分 直边部分板料流速大于圆角 流速
附：成形极限图
成形极限图概念
成形极限图（FLD）是板料在不同应变路径下局部失稳 的极限应变（工程应变或真应变）构成的条带形区域 （或曲线，FLC）。它全面反映了板料从单向拉伸和双 向等拉伸的应力作用下板料的成形能力。
第五讲：翻边
1、伸长类翻边（曲面翻边）
翻边变形特点
曲面翻边零件
第五讲：翻边
2、压缩类翻边（平面翻边）
变形特点
切向受到压应力（主要的） 径向受到拉应力（次要的） 与拉深成形类似，非封闭的 翻边后，竖边中间高两侧低
成形极限
受到变形区失稳起皱限制
第五讲：翻边
2、压缩类翻边（曲面翻边）
间隙值一般查表获得， 或Z双＝10％t
第二讲：冲裁工艺
2.冲裁间隙与毛刺
凸/凹模刃口尺寸的确定
1）落料件尺寸决定凹模尺寸，设计落料模时应以凹模为 基准，间隙取在凸模上。
2）冲孔尺寸决定于凸模尺寸，设计冲孔模时应以凸模为 基准，间隙取在凹模上。
3）考虑到冲模的磨损，落料凹模刃口尺寸应靠近落料件 公差范围内的最小尺寸，冲孔凸模刃口尺寸应靠近孔的公 差范围内的最大尺寸。
σr r
dθ
( ) ( ) σ r
r =ri
=
σf
An R
av .
ri
第六讲：拉深工艺
1、圆筒件拉深
拉深过程力学分析
法兰摩擦阻力
σ μB
=
μB πRt
圆角的摩擦阻力
σφ
=
(σ r
+
σ
μB
)
exp⎜⎛ ⎝
μ
π 2
⎟⎞ ⎠
B 2πR
μB 2πR
σ ri
rd
σφ
第六讲：拉深工艺
1、圆筒件拉深
按变形毛坯，可分为平面翻边和曲面翻边
伸长类翻边
弯曲
压缩类翻边
伸长类曲面翻边
压缩类曲面翻边
第五讲：翻边
1、伸长类翻边(翻孔)
圆孔翻边变形特点 1) 翻边前，毛坯孔直径为d0，翻 边变形区为d1－d0的环形部分。变 形区受双向拉应力作用，内边缘受 单向拉应力作用（径向应力为零） 2) 切向应变在内边缘最大，其值 可达 εθ max = ln(d1 / d0 )，整个变形区都 要变薄，内边缘最严重。径向应变 在一部分区域为压应变，因此变形 区（d1－d0）的宽度将略有收缩， 即翻边终了时，零件高度略有降低 。 3) 属伸长类成形，变形程度主要 受内边缘拉裂的限制。
要求面形精度
第二讲：冲裁工艺
1.冲裁的物理过程
冲裁的应力特点
在水平方向（x轴）刃口周围：压应力 在垂直方向（y轴）刃口端面：压应力 y轴刃口侧面：拉应力——诱发塌角 刃口上方：正平均应力—诱发裂纹和毛刺
第二讲：冲裁工艺
2.冲裁间隙与毛刺
冲裁模间隙是个重要参数，对冲压工艺有重要影响：
1）对冲裁件的影响 2）对模具寿命的影响 3）对工艺力的影响
薄板冲压成形技术
第二讲：冲裁工艺
冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工序，它包 括切断、修边、落料、冲孔等。主要指落料、冲孔。
落料——制取一定外形的冲落部分 冲孔——制取内孔
冲裁可以制毛坯，也可以生产零件。
第二讲：冲裁工艺
1.冲裁的物理过程
凸模在下行过程中压入金属 当压入达到某极限值时，在凸/凹模刃口附近产生裂纹 上/下刃口出发的裂纹重合，冲裁结束，实现分离
弯曲过程
第三讲：弯曲工艺
1.弯曲的变形特点
弯曲过程
第三讲：弯曲工艺
1.弯曲的变形特点
弯曲过程
第三讲：弯曲工艺
1.弯曲的变形特点
弯曲过程
第三讲：弯曲工艺
1.弯曲的变形特点
应力应变分析
当 b/t<3时，称为窄板；当 b/t>3时，称为宽板
第三讲：弯曲工艺
2.变形的弹复
如果当前拉深系数小于极限拉深系数，需要进行多次 拉深操作，每次拉深m值与总拉深系数关系
mk=m1k×m2k×···×mnk
第六讲：拉深工艺
1、圆筒件拉深
多次拉深 F
r1 punch
retainer
t
ρ
t
die
r2
F
r1
ρ
r2
第六讲：拉深工艺
1、盒形件拉深
变形特征
直边部分板料流入凹模腔内 时，近似弯曲变形，产生弯 曲阻力和摩擦阻力
Major strain (%)
Failure
Tension/ compression