第7章 板料的冲压成形性能与成形极限
第7章板料成形性能与成形极限-精品文档
图7-3 扩孔试验
3)弯曲试验 如图7-4,采用一系列具有不同底 部弧面半径的凸模,将试样按照规定的弯曲角 成形后,采用肉眼使用5倍放大镜观察,检查 其变形区外侧表面,观察到裂纹或显著凹陷后, 在实际弯曲半径上增加0.1mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ安全裕度作为试 样的最小弯曲半径,以该表面不产生裂纹或显 著凹陷时的最小相对弯曲半径rmin /t作为金属 薄板的弯曲性能指标。
图7-4 弯曲试验
4)锥杯试验 如图7-5, 圆片试样放在锥形 凹模孔内,通过钢球对试样进行复合成形, 即锥杯成形,发生破裂时停机,测量锥杯口 部最大外径Dmax和最小外径Dmin,用它们 计算锥杯值CCV作为金属薄板的“拉深+ 胀形”复合成形性能指标。
1 CCV ( ) D D m ax m in 2
(D0 )max LDR dp
图7-1 拉深试验方法
b. 拉深载荷试验 对圆片状试样进行拉深 时,试样直径D0与最大拉深力Fpmax,以及 与拉破试样的极限拉深力Fpf之间均具有近 似线性关系,利用这种关系,对多种不同 直径的试样进行试验测定Fpmax和Fpf以后, 可以求出杯体底部圆角附近壁部不产生破 裂时允许使用的最大试样直径和相应的载 荷极限拉深比。
板料发生失稳之前可以达到的最大变形 程度叫做成形极限。板料在冲压过程中可能 出现两种失稳现象,一种是拉伸失稳,表现 为板料在拉应力作用下局部产生缩颈和破裂; 另一种是压缩失稳,表现为板料在压应力作 用下起皱。
弯曲、拉深、胀形和翻边各节中提到的 工艺参数,最小相对弯曲半径r min ∕t、极限 拉深系数mmin、最大胀形深度hmax和极限翻边 系数Kfmin等反映板料拉伸失稳前总体尺寸可 以达到的最大变形程度,称为总体成形极限; 而在本章介绍的成形极限图,则是反映板料 失稳前局部尺寸可达到的最大变形程度,称 为局部成形极限。一般而言,板料的成形性 能越好,成形极限也就越高。
1.4冲压用板料
1.5 冲压用板料
具体:在下列情况下,板料成形性能好
1)伸长率高δb, 2)屈服极限小σs , 3)屈强比小σs / σb, 4)应变硬化指数大n 5)塑性应变比大r 6)凸耳参数小Δr 7)应变速率敏感系数大m
8
1.5 冲压用板料
二、冲压材料
1)对冲压材料的要求 a.对冲压成形性能的要求 通常要求材料应具有:良好的塑性,屈强比小,弹性模量 高,板厚方向性系数大,板平面方向性系数小。
4
• (1)总延伸率δ与均匀延伸率δu δ是在拉伸试验中试样破坏时的延伸率,称为总延伸率,
简称延伸率。δb是在拉伸试验中开始产生局部集中变形时 (刚出现细颈时)的延伸率,叫做均匀延伸率。δu表示板料 产生均匀变形或稳定变形的能力。一般情况下,冲压成形都 在板材的均匀变形范围内进行,故δu对冲压性能有较为直接 的意义。在伸长类变形工序中,例如圆孔翻边、胀形等工序 中,δu愈大,则极限变形程度愈大。 • (2)屈强比(σs/σb)
b.对材料厚度公差的要求:材料的厚度公差应符合国家 规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料, 材料厚度公差太大,不仅直接影响制件的质量,还可能导 致模具和冲床的损坏。
c.对表面质量的要求:材料的表面应光洁平整,无 分层和机械性质的损伤,无锈斑、氧化皮及其它附着 物。 表面质量好的材料,冲压时不易破裂,不易擦 伤模具,工件表面质量好。
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2)常用冲压材料
铁金属、非铁金属、非金属材料、新材料 a.黑色金属:普通碳素结构钢、优质碳素钢、合金结构钢、碳素工 具钢、不锈钢、电工硅钢等。 对厚度在4mm以下的轧制薄钢板,按国家标准GB/T708-1991规定, 钢板的厚度精度可分为A(高级精度),B(较高精度),C(普通精度) 级
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。
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
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。
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。
冲压工艺--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
第七章 金属塑性成型(三-板料冲压)
2.连续冲 2.连续冲模 连续冲模 在一次冲程中, 在一次冲程中,模具的不同部位上同时完 成两道或两道以上的冲压工序。 成两道或两道以上的冲压工序。
3.复合冲 3.复合冲模 复合冲模
③ 拉深件的主要缺陷 起皱 原因:切向压应力较大而使板料失稳; 原因:切向压应力较大而使板料失稳; 凹模之间间隙偏大; 凸、凹模之间间隙偏大; 拉裂 原因: 原因:拉应力超过 了材料的抗拉强度; 了材料的抗拉强度; 凸、凹模之间 间隙偏小; 间隙偏小;
④ 防止拉深件的出现缺陷的措施 防止拉深件的出现缺陷的措施 合理的选用拉深系数( 合理的选用拉深系数( m ) 拉深系数: 0.5~ 拉深系数:m = d / D = 0.5~0.8 合理的采用拉深工艺 在合理的拉深系数范围内, 在合理的拉深系数范围内,采用多次拉深 工艺。 工艺。M总=m1 · m2 …… mn;且:m3>m2>m1; 使用压边圈拉深工艺
§7.3 板料冲压
定义: 定义:利用冲模使板料产生分离或变形而得到 冲压件的加工方法。 冲压件的加工方法。 冲压 冷冲压( < 冷冲压(δ<4 mm) ) 热冲压( > 热冲压(δ>8 mm) )
特点: 特点: 冲压件的尺寸精度和表面质量高。 *冲压件的尺寸精度和表面质量高。 冲压件的互换性好, 强度高, 刚性好。 *冲压件的互换性好, 强度高, 刚性好。 生产零件尺寸的适应性强。 *生产零件尺寸的适应性强。 生产率高,易实现机械化和自动化, *生产率高,易实现机械化和自动化,适合大批 量生产。 量生产。 *冲模结构复杂,精度要求高,成本高。 冲模结构复杂,精度要求高,成本高。
3〉冲裁力计算
冲裁力是板料冲压时作用在凸模上的最大抗力。根 冲裁力是板料冲压时作用在凸模上的最大抗力。 据冲裁力选择冲压机的吨位。 据冲裁力选择冲压机的吨位。 从剪切考虑: 从剪切考虑: 一般取1.3 1.3) F = KLδτ (K 一般取1.3) L:冲裁周边长度 δ:板料厚度 τ:材料抗剪强度 从拉伸考虑
汽车制造与装配技术《板料冲压成形性能及极限》
第四页,共九页。
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成 形 极 限 图
图中的阴影区域叫做临界区LD是判断和评定板材成形性能的最简单和最直观的方法。
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成形极限图的应用
第七页,共九页。
感谢聆听
第八页,共九页。
内容总结
2.板料成形极限和成形极限图。2.板料成形极限和成形极限图。成形极限分为局部成形极限和总体成形极限。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。将球形凸模压入板料直到出现裂纹,然后取出板料。在离裂纹最近 的完整网格上测量小圆变形后的椭圆的尺寸。计算出椭圆的长轴、短轴应变,可得出次点的极限应变。听
第九页,共九页。
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:
第一页,共九页。
第二页,共九页。
〔2〕成形极限图
概念
第三页,共九页。
绘制 实验之前,通过化学腐蚀法在板料外表制出网格圆图案,
网格圆的直径一般采用2~7mm,对于直径为100mm的凸模, 网格圆直径可采用2~。
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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
主讲:贺平
7、0 冲压成形基本规律 1、冲压变形的应力与变形特点 1)应力的表示 A)材料力学中的力 外力——变形物体受到其它物体所作用的力。 内力——变形物体内部相互作用的力,包括由外力引起 的内力及内部原有的相互作用的内力。 应力——单位面积上内力的集度或截面上各处内力的分布。 应力:拉应力、压应力、弯曲应力 单向、双向、三向应力状态。
变形特点,从塑性变形力学理论角度可归纳为如下四种情 况: 1)毛坯变形区受双向拉应力的作用,有两种情况: σr > σθ > 0 σθ > σr > 0 例:翻边、胀形、弯曲(外区) 冲压应力图中: AOH、HOG
冲压应变图中: AON、AOC
2)毛坯变形区受双向压应力的作用,有两种情况:
σr < σθ < 0 σθ < σr < 0
即当毛坯受二向等拉时,在拉应力作用方向上为伸长变
形,而在另一个没有主应力作用方向上为压缩变形,其值为
每个伸长变形的二倍。
例如:平板毛坯胀形。
E)
当σ1 > σ2 >σ3 >0时,则在最大拉应力σ1方向上的变
形一定是伸长变形,而在最小拉应力σ3方向上的变形一定 是压缩变形。 例如: 在双向受拉应力作用的胀形变形时, 在拉应力作用方向上的变形是伸长变形, 而在没有主应力作用的厚度方向变形是 压缩变形,引起毛坯厚度减薄。
3)常用的塑性理论 A、屈服条件 B、体积不变方程 C、全量理论 D、增量理论
E、板料拉伸失稳理论
F、板料压缩失稳理论 G、板料各向异性里理论 H、加工硬化里理论 I、剪切变形理论—对分离、成形各种工序的分析、计算都有
E-H主要用于指导分析板材冲压性能方面的研究。如:关于
成形性能的描述、评定或度量,关于贴模性能、成形缺陷问题 的影响规律性、成形精度分析等。
ε3 < 0 ,且有ε3= -2ε2= -2ε1。
即在单向受压时,在压应力作用方向上为压缩变形,在其余 两个方向上产生数量相同的伸长变形,而且压缩变形为每一个伸 长变形的二倍。
例如:翻边过程毛坯孔口边缘属单拉,拉深、
缩口过程毛坯孔口边缘属单压。
D)
当σ1=σ2 >0 时而且σ3=0 时,ε1=ε2=-ε3/2
B、提高压缩类成形极限的措施
1)降低变形区的变形抗力、摩擦阻力,提高传力区承载能 力。
如:各种特殊拉深方法(局部加热拉深、局部冷拉深、强
制润滑拉深等) 2)积极防止毛坯变形区失稳起皱 如:有效的压边方法(足够大的压边力、合理的压边间 隙)、合理设计模具工作部分的形状与尺寸、合理设计具
有较高抗失稳能力的中间毛坯形状。
4)毛坯变形区受异号应力的作用,且压应力的绝对值大于拉
应力的绝对值,有两种情况: σr > 0 > σθ,及|σr | < |σθ|
σθ > 0 > σr,及|σθ| < |σr|
例:拉深 冲压应力图中: EOF、BOC 冲压应变图中: MOL、DOC
冲压成形工序分为:伸长类成形和压缩类成形。
作用于毛坯变形区内的拉应力的绝对值最大时,在这个方
B)(弹)塑性力学中的力
指变形体内每一点的受力情况——用点的应力状态表示
x ij yx zx
xy xz 0 1 0 y yz 或 ij 0 2 0 0 zy z 0 3
C)冲压工艺中的应力——用主应力表示
增厚
变形区受压严重而失稳起皱, 传力区拉破或受压失稳 一般不受材料塑性影响,板 厚影响较大 提高传力区承载能力,提高 变形区抗压失稳能力,常用 多次成形方法
典型工序
胀形、翻边、扩口、湾区(外层) 拉深、缩口、湾区(内层)
7、1
冲压成形区域与成形极限 板料对冲压成形工艺的适应能力叫板料的冲压成形性能。 板料在成形过程中可能出现两种失稳:
例:缩口
冲压应力图中: COD、DOE 冲压应变图中: GOE、GOL
3)毛坯变形区受异号应力的作用,且拉应力的绝对值大于压
应力的绝对值,有两种情况:
σr > 0 > σθ,及|σr | > |σθ| σθ > 0 > σr,及|σθ| > |σr| 例:扩口 冲压应力图中: GOF、AOB
冲压应变图中: MON、COD
反。——平面变形状态。
结论:平面变形时,必定有σ2=σm=(σ1+σ2+σ3)/3 或σ2= (σ1+σ3)/2 例如:宽板弯曲时,若视εb=0,则为此情况。
B)
当σ1=σ2=σ3 =σm时,必定有ε1=ε2=ε3=0 。 即当三个主应力相等时,毛坯处于三向等拉或等压的应
力状态作用,此时毛坯不产生任何塑性变形,仅有弹性变形存 在。 ( 冲压加工中无此情况发生。) C) 当σ1>0 而且σ2=σ3=0 时,毛坯受到单向拉应力作用。
大部分冲压成形的变形,其主轴方向不变,主应力之间的 比例保持不变,即属于简单加载与积极变形过程,是一种单调 变形或称为连续加工过程,故两种理论(增量理论、全量理论) 均可以应用。 利用上述理论,可对冲压成形中毛坯的变形和应力性质作
分析。
4)应力应变性质的大致分析 A)当σ2—σm=0时,必定有ε2=0。 因为ε1+ε2+ε3=0,所以ε1=-ε3。 即主应力与平均应力相等的方向上不产生塑性变形, 而另外两个方向上的塑性变形在数量上相等,在方向上相
拉深 翻边 缩口
A A A
B B B
—— —— C
B B C
D D ——
毛坯变形区的受力情况和变形特点是决定各种冲压成形 根本性质的主要依据。 绝大多数冲压成形都是平面应力状态, σt =0;变形区 的应力是板平面上互相垂直的两个主应力,一个径向应力,
一个切向应力;大多数冲压变形属于轴对称变形。
因此把所有冲压变形方式按毛坯变形区的应力状态和
3)以降低变形区的变形抗力为主要目的的退火 如:多次拉深时的中间退火,其目的与伸长类成形时以增 加材料塑性为主要目的的退火不同(方法也不尽相同)。 例:以极限拉深系数进行一次拉深工序后,如不退火,仍
然可以继续进行下一次拉深变形程度较小的拉深工序;但以极
限胀形系数进行一次胀形后,如不经过恢复塑性的退火,再进 行下一次增加变形程度的胀形是不可能的,即使采用较小的变 形程度也是一样的。
7、2
冲压成形性能试验方法与指标 模拟试验,是指模拟某一类实际成形方法来成形小尺
A-D不是针对塑性变形的成形极限,而是针对变形的发生
及发展过程中的应力应变关系。
屈服条件:是指进入塑性变形状态。材料力学中的最大剪应力
理论是其原始形式。拉深力计算、弯曲时应力中性
层内移都利用该条件。 体积不变假设:其前提是忽略金属材料在塑性变形中可能的微 量体积变化,并不计弹性变形量。应用于分析冲压 变形中应力应变方向、弯曲件展开长度计算、各种
两类冲压成形的对比
项目 变形区应力应变关系
拉伸类成形 拉应力绝对值最大的方向对应的 变形一定是拉伸变形
压缩类成形 压应力绝对值最大的方向对 应的变形一定是压缩变形
变形区材料厚度变化
变形区质量问题的表现形式 成形极限影响因素 提高成形极限的方法
减薄
变形区因受拉过渡而破裂或颈缩 主要受材料的塑性限制,与板厚 关系不大 提高板料塑性,使变形均匀化, 一般少用多次成形方法
设法使变形趋向均匀,减小局部的集中变形,可以使总的 均匀变形程度加大。
例如:胀形时均匀而有效地润滑可使变形更均匀,提高总
体的变形程度。 另外:材料硬化性能的提高(提高n值),也能防止产生 过分集中的局部变形,使胀形、翻边、扩口等极限变形程度提 高。
3)、消除局部硬化层或引起应力集中的因素 如:用整修或切削方法去除冲裁断面的硬化层、粗糙的 断面及毛刺,或者将带毛刺侧的毛坯表面置于弯曲模、翻边 模中朝向冲头的方向,可减少拉伸类成形开裂现象,从而提 高成形极限。
1 0 ij 0 2 0 0 0 0 3
一般取变形坯料的径向、板厚方向及切向(周向)