冲压课后习题与答案.docx

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冲压课后习题与答案

第一章

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，有时也采用加热成形方法，加热的目的是提高塑性，增加材料在一次成型中所能达到的变形程度；降低变形抗力提高工件的成形准确度。

6• 冲压工艺中采用加热成形方法，以增加材料塑性能达到变形程度的要求。

7• 材料的冲压成形性能包括成型极限和成型质量两部分内容。

8• 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。

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r和板平面方向性系数△r。

12• 在筒形件拉深中如果材料的板平面方向性系数△r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。

屈强比小，对所有的冲压成形工艺都有利。

二、判断题（正确的打√，错误的打×）

1• 变形抗力小的软金属，其塑性一定好。

                        （×）

2• 物体的塑性仅仅取决于物体的种类，与变形方式和变形条件无关。

   （×）

3• 金属的柔软性好，则表示其塑性好。

                             （×）

4• 物体某个方向上为正应力时，该方向的应变一定是正应变。

   （×）                 

5• 物体某个方向上为负应力时，该方向的应变一定是负应变。

             （×）

6• 物体受三向等压应力时，其塑性变形可以很大。

                          （×）

7• 物体受三向等拉应力时，坯料不会产生任何塑性变形。

　　　　　　　　　　（∨）

8• 当坯料受三向拉应力作用，而且

时，在最大拉应力

方向上的变形一定是伸长变形，在最小拉应力

方向上的变形一定是压缩变形　　　　（∨）

9• 当坯料受三向压应力作用，而且

时，在最小压应力

方向上的变形一定是伸长变形，在最大压应力

方向上的变形一定是压缩变形　　　　（∨）

三、问答题

1• 影响金属塑性和变形抗力的因素有哪些？

   影响金属塑性的因素有如下几个方面：

（1）、化学成分及组织的影响；

（2）、变形温度；

（3）变形速度；

（4）、应力状态；

2• 请说明屈服条件的含义，并写出其条件公式。

   屈服条件的表达式为：

，其含义是只有当各个应力分量之间符合一定的关系时，该点才开始屈服。

3• 什么是材料的机械性能？

材料的机械性能主要有哪些？

   材料对外力作用所具有的抵抗能力，称为材料的机械性能。

板料的性质不同，机械性能也不一样，表现在冲压工艺过程的冲压性能也不一样。

材料的主要机械性能有：

塑性、弹性、屈服极限、强度极限等，这些性能也是影响冲压性能的主要因素。

4• 什么是加工硬化现象？

它对冲压工艺有何影响？

   金属在室温下产生塑性变形的过程中，使金属的强度指标（如屈服强度、硬度）提高、塑性指标（如延伸率）降低的现象，称为冷作硬化现象。

材料的加工硬化程度越大，在拉伸类的变形中，变形抗力越大，这样可以使得变形趋于均匀，从而增加整个工件的允许变形程度。

如胀形工序，加工硬化现象，使得工件的变形均匀，工件不容易出现胀裂现象。

5• 什么是板厚方向性系数？

它对冲压工艺有何影响？

   由于钢锭结晶和板材轧制时出现纤维组织等因素，板料的塑性会因为方向不同而出现差异，这种现象称为板料的塑性各项异性。

各向异性包括厚度方向的和板平面的各向异性。

厚度方向的各向异性用板厚方向性系数r表示。

r值越大，板料在变形过程中愈不易变薄。

如在拉深工序中，加大r值，毛坯宽度方向易于变形，而厚度方向不易变形，这样有利于提高拉深变形程度和保证产品质量。

   通过对软钢、不锈钢、铝、黄铜等材料的实验表明，增大r值均可提高拉深成形的变形程度，故r值愈大，材料的拉深性能好。

6• 什么是板平面各向异性指数Δr？

它对冲压工艺有何影响？

   板料经轧制后，在板平面内会出现各向异性，即沿不同方向，其力学性能和物理性能均不相同，也就是常说的板平面方向性，用板平面各向异性指数Δr来表示。

比如，拉深后工件口部不平齐，出现“凸耳”现象。

板平面各向异性制数Δr愈大，“凸耳”现象愈严重，拉深后的切边高度愈大。

由于Δr会增加冲压工序（切边工序）和材料的消耗、影响冲件质量，因此生产中应尽量设法降低Δr。

7• 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，成为板料的冲压成形性能，它包括：

抗破裂性、贴模性和定形性。

所谓的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。

第二章

一、填空题

1• 拉深是是利用拉深模将平板毛坯压制成开口空心件或将开口空心件进一步变形的冲压工艺。

2• 拉深凸模和凹模与冲裁模不同之处在于，拉深凸、凹模都有一定的圆角而不是锋利的刃口，其间隙一般稍大于板料的厚度。

3• 拉深系数m是拉深后的工件直径和拉深前的毛坯直径的比值，m越小，则变形程度越大。

4• 拉深过程中，变形区是坯料的凸缘部分。

坯料变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩和径向伸长的变形。

5• 对于直壁类轴对称的拉深件，其主要变形特点有：

（１）变形区为凸缘部分；（２）坯料变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩与径向的伸长，即一向受压、一向受拉的变形；（３）极限变形程度主要受传力区承载能力的限制。

6• 拉深时，凸缘变形区的起皱和筒壁传力区的拉裂是拉深工艺能否顺利进行的主要障碍。

7• 拉深中，产生起皱的现象是因为该区域内受较大的压应力的作用，导致材料失稳_而引起。

8• 拉深件的毛坯尺寸确定依据是面积相等的原则。

9• 拉深件的壁厚不均匀。

下部壁厚略有减薄，上部却有所增厚。

10• 在拉深过程中，坯料各区的应力与应变是不均匀的。

即使在凸缘变形区也是这样，愈靠近外缘，变形程度愈大，板料增厚也愈大。

11• 板料的相对厚度t/D越小，则抵抗失稳能力越愈弱，越容易起皱。

12• 因材料性能和模具几何形状等因素的影响，会造成拉深件口部不齐，尤其是经过多次拉深的拉深件，起口部

质量更差。

因此在多数情况下采用加大工序件高度或凸缘直径的方法，拉深后再经过切边工序以保证零件质量。

13• 拉深工艺顺利进行的必要条件是筒壁传力区最大拉应力小于危险断面的抗拉强度。

14• 正方形盒形件的坯料形状是圆形；矩形盒形件的坯料形状为长圆形或椭圆形。

15• 用理论计算方法确定坯料尺寸不是绝对准确，因此对于形状复杂的拉深件，通常是先做好拉深模，以理论分析方法初步确定的坯料进行试模，经反复试模，直到得到符合要求的冲件时，再将符合要求的坯料形状和尺寸作为制造落料模的依据。

16• 影响极限拉深系数的因素有：

材料的力学性能、板料的相对厚度、拉深条件等。

17• 一般地说，材料组织均匀、屈强比小、塑性好、板平面方向性小、板厚方向系数大、硬化指数大的板料，极限拉深系数较小。

18• 拉深凸模圆角半径太小，会增大拉应力，降低危险断面的抗拉强度，因而会引起拉深件拉裂，降低极限变形。

19• 拉深凹模圆角半径大，允许的极限拉深系数可减小，但过大的圆角半径会使板料悬空面积增大，容易产生失稳起皱。

20• 拉深凸模、凹模的间隙应适当，太小会不利于坯料在拉深时的塑性流动，增大拉深力，而间隙太大，则会影响拉深件的精度，回弹也大。

21• 确定拉深次数的方法通常是：

根据工件的相对高度查表而得，或者采用推算法，根据表格查出各次极限拉深系数，然后依次推算出各次拉深直径。

22• 有凸缘圆筒件的总拉深系数m大于极限拉深系数时，或零件的相对高度h/d小于极限相对高度时，则凸缘圆筒件可以一次拉深成形。

23• 多次拉深宽凸缘件必须遵循一个原则，即第一次拉深成有凸缘的工序件时，其凸缘的外径应等于工件的凸缘直径，在以后的拉深工序中仅仅使已拉深成的工序件的筒壁部分参与变形，逐步减少其直径和圆角半径并增加高度，而第一次拉深时已经成形的凸缘外径不变。

为了防止在以后拉深工序中，有凸缘圆筒形件的凸缘部分产生变形，在调节工作行程时，应严格控制拉深高度；在工艺计算时，除了应精确计算工序件的高度，通常有意把第一次拉入凹模的坯料面积多拉5%～10%。

这一工艺措施对于板料厚度小于0.5mm的拉深件，效果较为显著。

24• 拉深时，对于单动压力机，除了使其公称压力大于工艺力以外，还必须注意，当拉深行程较大，尤其落料拉深复合时，应使工艺力曲线位于压力机滑块的许用负荷曲线之下。

25• 当任意两相邻阶梯直径之比都大于相应的圆筒形件的极限拉深系数时，其拉深方法为：

由大到小拉出，这时的拉深次数等于阶梯数目。

26• 盒形件拉深时圆角部分与直边部分间隙不同，其中圆角部分应该比直边部分间隙大。

27• 一般情况下，拉深件的公差不宜要求过高。

对于要求高的拉深件应加整形工序以提高其精度。

28• 在拉深成形中，需要摩擦力小的部位必须进行润滑，凹模表面粗糙度应该小，以降低摩擦力，减小拉应力，以提高极限变形程度。

29• 拉深时，凹模和卸料板与板料接触的表面应当润滑，而凸模圆角与板料接触的表面不宜太光滑，也不宜润滑，以减小由于凸模与材料的相对滑动而使危险断面易于变薄破裂的危险。

二、选择题（将正确的答案序号填到题目的空格处）

1、拉深前的扇形单元，拉深后变为____B_______。

A、圆形单元B、矩形单元C、环形单元

2、拉深后坯料的径向尺寸_____A_____，切向尺寸____A______。

A、增大减小B、增大增大C、减小增大D、减小减小

3、拉深过程中，坯料的凸缘部分为_____B_____。

A、传力区B、变形区C、非变形区

4、拉深时，在板料的凸缘部分，因受_____B_____作用而可能产生起皱现象。

A、径向压应力B、切向压应力C、厚向压应力

5、与凸模圆角接触的板料部分，拉深时厚度____B______。

A、变厚B、变薄C、不变

6、拉深时出现的危险截面是指_____B_____的断面。

A、位于凹模圆角部位B、位于凸模圆角部位C、凸缘部位

7、用等面积法确定坯料尺寸，即坯料面积等于拉深件的_____B_____。

A、投影面积B、表面积C、截面积

8、拉深过程中应该润滑的部位是______A、B____；不该润滑部位是_____C_____。

A、压料板与坯料的接触面B、凹模与坯料的接触面C、凸模与坯料的接触面

10、需多次拉深的工件，在两次拉深间，许多情况下都不必进行____B______。

从降低成本、提高生产率的角度出发，应尽量减少这个辅助工序。

A、酸洗B、热处理C、去毛刺D、润滑E、校平

11、经过热处理或表面有油污和其它脏物的工序件表面，需要_____A_____方可继续进行冲压加工或其它工序的加工。

A、酸洗B、热处理C、去毛刺D、润滑E、校平

12、有凸缘筒形件拉深、其中______A____对拉深系数影响最大。

A、凸缘相对直径B、相对高度C、相对圆角半径

13、在宽凸缘的多次拉深时，必须使第一次拉深成的凸缘外径等于_____C_____直径。

A、坯料B、筒形部分C、成品零件的凸缘

15、板料的相对厚度t/D较大时，则抵抗失稳能力______A____。

A、大B、小C、不变

17、无凸缘筒形件拉深时，若冲件h/d_____C_____极限h/d，则可一次拉出。

A、大于B、等于C、小于

21、下面三种弹性压料装置中，____C______的压料效果最好。

A、弹簧式压料装置B、橡胶式压料装置C、气垫式压料装置

22、利用压边圈对拉深坯料的变形区施加压力，可防止坯料起皱，因此，在保证变形区不起皱的前提下，应尽量选用_____B_____。

A、大的压料力B、小的压料力C、适中的压料力

1• 拉深变形的特点？

    拉深件的变形有以下特点：

1）变形区为毛坯的凸缘部分，与凸模端面接触的部分基本上不变形；

2）毛坯变形区在切向压应力和径向拉应力的作用下，产生切向压缩和径向拉伸的“一拉一压”的变形。

3）极限变形参数主要受到毛坯传力区的承载能力的限制；

4）拉深件的口部有增厚、底部圆角处有减薄的现象称为“危险断面”（底部的厚度基本保持不变）；

5）拉深工件的硬度也有所不同，愈靠近口部，硬度愈高（这是因为口部的塑性变形量最大，加工硬化现象最严重）

2• 拉深的基本过程是怎样的?

    如下图4.0.1所示的拉深基本过程。

拉深所用的模具一般是由凸模1、凹模3、压边圈2（有时可以不带压边圈）三部分构成。

其凸模与凹模的结构和形状与冲裁模不同，它们的工作部分没有锋利的刃口，而是做成圆角。

凸模与凹模的间隙稍大于板料的厚度。

在拉深开始时，平板坯料同时受凸模的压力和压边圈压力的作用，其凸模的压力要比压边圈的压力大得多。

坯料受凸模向下的压力作用，随凸模进入凹模，最后使得坯料被拉深成开口的筒形件。

3• 拉深过程中材料的应力与应变状态是怎样的?

    为了分析拉深毛坯在拉深过程中的应力与应变情况，可以做以下的网格实验：

    如图4.1.2所示，在平板毛坯上画上间距相等的同心圆和夹角相同的半径线。

然后将该毛坯放在拉深模中进行拉深（为了方便观察网格的变化情况，将画有网格的面与凹模的接触），在拉深后我们发现：

工件底部的网格变化很小，而侧壁上的网格变化很大，以前的等距同心圆，变成了与工件底部平行的不等距的水平线，并且愈是靠近工件口部，水平线之间的距离愈大，同时以前夹角相等的半径线在拉深后在侧壁上变成了间距相等的垂线，如图所示，以前的扇形毛坯网格变成了拉深后的矩形网格。

（b）

图4.1.2

    产生这样的变化是因为拉深时，毛坯变形区（没有被凸模压住的凸缘部分）在切向压应力的作用下产生压缩，径向在拉应力的作用下伸长的原因，如图4.1.3所示。

工件底部的网格没有明显的变化，说明对拉深来说，工件底部基本不变形。

图4.1.3

4• 什么是拉深的危险断面?

它在拉深过程中的应力与应变状态如何?

    拉深件的筒壁和圆筒底部的过渡区，是拉深变形的危险断面。

承受筒壁较大的拉应力、凸模圆角的压力和弯曲作用产生的压应力和切向拉应力。

5• 什么情况下会产生拉裂?

    当危险断面的应力超过材料的强度极限时，零件就会在此处被拉裂。

6• 试述产生起皱的原因是什么？

    拉深过程中，在坯料凸缘内受到切向压应力σ3的作用，常会失去稳定性而产生起皱现象。

在拉深工序，起皱是造成废品的重要原因之一。

因此，防止出现起皱现象是拉深工艺中的一个重要问题。

7• 影响拉深时坯料起皱的主要因素是什么?

防止起皱的方法有哪些?

    影响起皱现象的因素很多，例如：

坯料的相对厚度直接影响到材料的稳定性。

所以，坯料的相对厚度值t/D越大（D为坯料的直径），坯料的稳定性就越好，这时压应力σ3的作用只能使材料在切线方向产生压缩变形（变厚），而不致起皱。

坯料相对厚度越小，则越容易产生起皱现象。

在拉深过程中，轻微的皱摺出现以后，坯料仍可能被拉入凹模，而在筒壁形成褶痕。

如出现严重皱褶，坯料不能被拉入凹模里，而在凹模圆角处或凸模圆角上方附近侧壁（危险断面）产生破裂。

防止起皱现象的可靠途径是提高坯料在拉深过程中的稳定性。

其有效措施是在拉深时采用压边圈将坯料压住。

压边圈的作用是，将坯料约束在压边圈与凹模平面之间，坯料虽受有切向压应力σ3的作用，但它在厚度方向上不能自由起伏，从而提高了坯料在流动时的稳定性。

另外，由于压边力的作用，使坯料与凹模上表面间、坯料与压边圈之间产生了摩擦力。

这两部分摩擦力，都与坯料流动方向相反，其中有一部分抵消了σ3的作用，使材料的切向压应力不会超过对纵向弯曲的抗力，从而避免了起皱现象的产生。

由此可见，在拉深工艺中，正确地选择压边圈的型式，确定所需压边力的大小是很重要的。

9• 影响拉深系数的因素有哪些?

    拉深系数是拉深工艺中一个重要参数。

合理地选定拉深系数，可以减少加工过程中的拉深次数，保证工件加工质量。

    影响拉深系数的因素有以下几方面：

1、材料的性质与厚度：

材料表面粗糙时，应该取较大的拉深系数。

材料塑性好时，取较小的拉深系数。

材料的相对厚度t/D×100对拉深系数影响更大。

相对厚度越大，金属流动性能有较好的稳定性，可取较小的拉深系数；

2、拉深次数：

拉深过程中，因产生冷作硬化现象，使材料的塑性降低。

多次拉深时，拉深系数应逐渐加大；

3、冲模结构：

若冲模上具有压边装置，凹模具有较大的圆角半径，凸、凹模间具有合理的间隙，这些因素都有利于坯料的变形，可选较小的拉深系数；

4、润滑：

具有良好的润滑，较低的拉深速度，均有利于材料的变形，可选择较小的拉深系数。

但对凸模的端部不能进行润滑，否则会削弱凸模表面摩擦对危险断面的有益影响。

    上述影响拉深系数的许多因素中，以坯料的相对厚度影响最大，生产中常以此作为选择拉深系数的依据。

10• 生产中减小拉深系数的途径是什么?

    在生产实践中，总希望拉深系数越小越好。

这是因为较小的拉深系数m值，则说明变形程度大，拉深次数可适当减少。

尤其对大批量生产来说，每减少一道工序，对生产都有很大实际意义，都可降低冲压件的成本。

因此生产中设法减小拉深系数m值是很有必要的，一般取m=0.50～0.56（指首次拉深），但也不能太小，否则材料易拉裂。

拉深过程中，实际上会受到很多因素而使得拉深系数有加大的趋势，影响拉深的变形程度。

为了减小拉深系数，增大变形程度，生产中常采用如下方法：

1、材料的选用

    材料的机械性能对拉深系数影响很大。

屈强比σs/σb小的材料则拉深系数m值也小。

因此设计拉深时，在机械强度和性能的允许情况下，一般应选用含碳量较低的05、08及10号钢板或塑性较好的铝板、铜板等有色金属。

2、合理的确定凸、凹模结构尺寸

   凸、凹模结构形状及工作部分尺寸，对拉深系数影响很大。

一般说来，凹模圆角R凹越大，拉深系数m值越小。

凹模圆角半径应选择在

～6（t为料厚）为好。

多数情况下，可选择凸模圆角半径R凸等于凹模圆角半径R凹，最后一道工序凹模圆角半径及凸模圆角半径应等于工件的圆角半径。

3、采用差温拉深法

    这种方法是材料凸缘部分加热，使其σs降低，并将筒壁部位冷却，使其保持σb。

因为保持传力区的σb，可使其不容易破裂。

而降低凸缘部分的σs，可塑性增强，有利于拉深的进行、降低拉深系数m值。

    实践证明：

利用这种差温拉深法，变形程度大大改善，用一道工序可代替常温下多道工序的拉深，是一种拉深新工艺。

这种拉深新工艺要求加热和冷却装置，使模具结构复杂，生产中采用有一定困难，故目前仅在某些有色合金拉深中用于生产。

4、采用深冷拉深法

    深冷拉深法使用极低的温度液态空气（—183）或液氮（—195）来冷却筒部，使材料σb值增加，从而减小拉深系数，提高变形能力。

这种深冷拉深工艺，主要用于普通低碳钢、不锈钢等工件的拉深。

5、采用中间退火工序

    材料经过首次拉深后，将产生生冷作硬化现象。

由于冷作硬化，材料的塑性降低，使m值加大。

为了降低加工硬化而恢复塑性，可.在拉深中间采用退火工序，以减小拉深系数m值。

此外，在拉深模具中采用压边圈结构形式和在拉深过程中使用适当的润滑油，或提高凹磨表面的光洁度，板料在拉深前经除锈、涂油、磷化处理等，都可以降低拉深系数m值，有利于拉深工作的进行。

11• 为什么有些拉深件必须经过多次拉深?

    拉深过程中,若坯料的变形量超过材料所允许的最大变形程度，就会出现工件断裂现象。

所以，有些工件不能一次拉深成形，而需经过多次拉深工序，使每次的拉深系数都控制在允许范围内，让坯料形状逐渐发生变化，最后得到所需形状。

13• 什么是拉深间隙?

拉深间隙对拉深工艺有何影响？

    拉深间隙是指拉深凹模与凸模直径的差值的，用Z表示。

拉深间隙z的大小，对拉深工作有很大影响，主要表现在以下几个方面：

1、对拉深力影响

    间隙越小，其所需的拉深力越大，这是因为较小的间隙使坯料变形的阻力增大。

2、对工件的质量与精度影响

    拉深模的间隙对拉深工件筒壁部分具有校直作用，拉深间隙越大，则校直作用越小，易使工件筒壁弯曲，并成为口大底小的锥形。

当间隙过小时，工件表面很容易被磨损，使表面光洁度降低，同时过小的拉深间隙会使得工件变薄，影响工件尺寸精度。

3、对模具寿命的影响