2冲压成形的特点与基本规律资料.docx

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2冲压成形的特点与基本规律资料

2冲压成形的特点与基本规律

2.1冲压成形的特点

（1）平面应力状态多大多数的冲压变形都可以近似作为平面应力状态处理。

（2）伸长类变形多以拉应力作用为主的伸长类冲压成形多于以压应力为主的压缩类成形。

（3）静水压力影响小板料冲压成形时，毛坯中的内应力数值接近或等于材料的屈服应力。

（4）模具的约束作用小大多数情况下板料毛坯都存在一定自由度，常常只有一侧表面与模具接触。

冲压技术的研究方向：

（1）冲压成形理论研究模拟板料的塑性变形过程，实现优化设计。

（2）冲压工艺研究精密冲压、软模成形、高能高速成形、超塑性成形及无模多点成形等。

（3）冲压模具研究材料技术、热处理、表面技术、加工技术、检测技术及模具CAD/CAM技术等。

（4）材料性能研究板材成形性、形状冻结性。

2.2冲压成形中毛坯的分析

塑性变形区——应力状态满足屈服准则的区域（正在产生塑性变形的区域）

不变形区——没有满足屈服准则的区域（不会产生塑性变形）

已变形区——已经完成了塑性变形的区域

待变形区——暂不变形的区域

传力区——将冲模的作用力传递给变形区的区域

冲压成形过程是不断变化的连续过程，各个区域之间可以相互转化。

（a）拉伸（b）再次拉伸（c）翻边（d）缩口

图2.1冲压毛坯分析

2.3冲压变形的分类

图2.2冲压应力图图2.3冲压应变图

吉田变形分类：

拉深，胀形，翻孔，弯曲

划分冲压工艺成形区域有三个基本参数，即

拉深系数d/D0（纵坐标）；翻边系数d0/d（横坐标）；

轴对称冲压件的旋转角θ,θ<360º时属不封闭冲压成形。

1.当拉深系数d／D0从0增加到1.0时，

胀形、翻边和扩孔工艺均转变为拉深，

2.当翻边系数d0／d从0增加到1.0时，

成形工艺由胀形转变为扩孔，而后又变为翻边。

3.当冲压件旋转角θ从360º逐渐减到0º时，则胀形、拉深工艺或胀形、扩孔和翻边工艺从封闭成形转变为不封闭成形，最后均转变为弯曲工艺

2.3.1两向拉应力

，

时的应力状态

，

时的应力状态

2.3.2两向压应力

，

时的应力状态

，

时的应力状态

2.3.3两向异号应力

，

，

时的应力状态

，

，

时的应力状态

，

，

时的应力状态

，

，

时的应力状态

伸长类变形：

作用于冲压毛坯变形区内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，称为伸长类变形。

压缩类变形：

作用于冲压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，称为压缩类变形。

表2-1伸长类变形和压缩类变形的比较

工艺项目

伸长类变形

压缩类变形

变形区的板厚

减薄

增厚

变形区的质量问题

变形程度过大引起变形区破坏

压应力作用下失稳起皱

成形极限

主要取决于板材的塑性

与板材厚度无关

可用断后伸长率及成形极限线判断

主要取决于传力区的承载能力

与板材抗失稳能力密切相关

与板材厚度有关

提高成形极限的措施

改善板材塑性

使变形均化，降低局部变形程度

工序间热处理

采用多道工序成形

改变传力区与变形区的力学关系

采用防起皱措施

2.4冲压变形趋向性及其控制

2.4.1冲压变形趋向性

2.4.1.1弱区先变形

“弱区先变形，变形区应为弱区”原则对所有冲压成形过程都适用。

（a）开始缩口状态（b）缩口中间状态

图2.4缩口时的变形趋向性

图2.5变形趋向性对冲压工艺的影响

在冲压成形过程中，弱区和强区在一定条件下可以相互转化。

2.4.1.2变形区与相邻区相互影响

图2.6伸长类曲面翻边时的诱发应力图2.7诱发应力引起的

底面起皱变形

2.4.1.3变形区尺寸与加工硬化影响

通常变形大的部位，金属材料的加工硬化也严重，即这部分的变形硬化也大于其相邻部分，结果使变形得以扩展。

所以

加工硬化性能较强的材料，可使变形区内应变的分布更趋均匀。

2.4.2变形趋向性的控制

2.4.2.1合理确定毛坯各部分的相对尺寸

2.4.2.2改变模具工作部分的几何形状和尺寸

2.4.2.3改变毛坯和模具之间的摩擦阻力

2.4.2.4降低变形区的变形抗力或提高传力区的强度

局部加热或局部深冷

图2.8环形毛坯的变形趋向

F—冲压力Q—压边力

—凸模圆角半径

—凹模圆角半径

2.5冲压变形中的应力

2.5.1加载应力

加载应力——由模具作用于坯料上的外力或外力矩直接引起的内应力。

2.5.2诱发应力

（1）毛坯形状刚度的阻碍引起诱发应力。

图2.9

（2）毛坯的不均匀变形引起诱发应力。

图2.10

图2.9板料弯曲时的应力图2.10各向异性圆筒件拉伸时的

诱发应力

2.5.3残余应力

残余应力——外力完全消失后仍存在于冲压件中的一种内应力形式。

冲压件中的残余应力一定是以相互平衡的拉应力和压应力的形式存在。

图2.11残余应力引起纵向开裂

2.6冲压成形中的破坏

2.6.1变形区破坏

2.6.2传力区破坏

图2.12变形区破坏图2.13传力区破坏

2.6.3局部破坏

（a）拉伸壁裂（b）拉伸筋处开裂

图2.14局部破坏

2.6.4残余应力破坏

2.7冲压成形中的起皱

变形过程中在毛坯内部压应力、不均匀拉力或剪力作用下容易产生失稳，表现为冲压件表面起皱。

2.7.1压应力下起皱

图2.15拉伸球面时法兰边起皱图2.16拉伸锥面时的内皱

2.7.2不均匀拉力下起皱

图2.17方形板料对角拉伸时起皱

2.7.3剪力下起皱

图2.18伸长类曲面翻边时起皱

剪力作用下的起皱主要发生在薄板大型非轴对称曲面类零件（如汽车覆盖件等）的冲压成形过程。

在生产中，常用改变毛坯形状、冲压方向、压料面的形状、拉伸筋的布置等，改变拉力的作用形式，防止剪力的产生，消除起皱现象。

2.8板材成形性能与试验

2．8．1板材成形性能

2．8．2成形性能试验

2．8．3板材拉伸试验

可以测出：

屈服强度，抗拉强度，颈缩应力，断裂应力，伸长率，断面收缩率，真实应变

2．8．4n值、r值与成形性能

硬化指数n：

板材的硬化曲线可以采用幂指数方程来表述

σ＝Kεn，式中K为常数，n为硬化指数。

n的意义：

（1）变形强化能力的一种量度

（2）在双对数坐标平面上，硬化指数n是材料真实

应力应变关系曲线的斜率

（3）缩颈点真实应变（均匀应变的极限值），即n=εj

n↑，εj↑，极限变形程度↑，成形工序的道数↓，对拉伸类工艺是有利的。

n对于评定冲压成形性能来说具有极为重要的实际意义

n值的测定可按GB5027-85规定测量

塑性应变比r：

产生均匀变形阶段的拉伸试样宽度与厚度上的真实应变之比。

反映了板材由于各向异性，板平面方向与板厚方向的变形能力差异。

r=1各向同性，r≠1各向异性。

r＞1平面方向易变形，r＜1厚度方向易变形

r值大对压缩类成形具有良好的作用

n值反映拉伸类工艺的成形性能，r值反映压缩类工艺的成形性能

2．8．5板材成形极限

成形极限——板材不发生塑性失稳破坏时的极限应变值。

拉伸失稳如颈缩，压缩失稳如起皱

成形极限曲线（FormingLimitCurves）

－－板平面内两个主应变εl和ε2的极限值。

也称成形极限图（FormingLimitDiagrams），常用FLC或FLD表示。

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。

建立成形极限曲线的实验方法

－－临界基准网格圆在变形前后的直径变化

习题

1.结合图2.2和图2.3，说明圆形坯料拉伸时，若坯料厚度保持不变是何种变形类型？

若板料厚度增加（或减小）是何种变形类型？

并说明理由。

2.为什么拉伸成形既可能属于伸长类变形，也可能属于压缩类变形？

如何区分？

3.从受力状态、材料厚度变化、破坏形式等方面比较伸长类变形和压缩类变形的特点。

4.用“弱区先变形，变形区应为弱区”的规律说明圆形坯料拉伸成形的条件。

5.如何控制冲压过程中的变形趋向？

6.诱发应力是如何产生的？

它对坯料的变形过程有何影响？

7.冲压过程中的破坏有哪几种形式？

如何防止破坏的产生？

8.起皱对冲压过程有什么影响？

如何减轻或消除冲压过程中的起皱现象？