冲压变形理论基础(1-3).ppt.ppt

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复习上次课内容如何选择冲压设备？

第一章冲压模具设计与制造基础冲压模具设计与制造基础第三节第三节冲压变形理论基础冲压变形理论基础一、塑性变形的基本概念一、塑性变形的基本概念变形变形：

弹性变形、塑性变形。

：

弹性变形、塑性变形。

弹性变形弹性变形:

在外力作用下，金属产生变形，在外力作用下，金属产生变形，去除外力后，金属立即去除外力后，金属立即恢复恢复自己的原始状态。

自己的原始状态。

塑性变形塑性变形:

在外力作用下，金属产生在外力作用下，金属产生不可恢不可恢复复的永久变形。

的永久变形。

塑性变形的物理概念塑性变形的物理概念外力破坏原子间原有的平衡状态，造成外力破坏原子间原有的平衡状态，造成排列的畸变排列的畸变，引起金属形状和尺寸的变化。

引起金属形状和尺寸的变化。

塑性变形的基本方式塑性变形的基本方式

（1）滑移滑移晶体一部分沿一定的晶面和晶向相对于另晶体一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分作相对移动一部分作相对移动

（2）孪生孪生晶体一部分相对于另一部分，对应于一定晶体一部分相对于另一部分，对应于一定的晶面沿一定方向发生转动的晶面沿一定方向发生转动（如图如图1.1.1）图1.1.1晶体变形（a）无变形；（b）弹性变形；（c）弹性变形+塑性变形；（d）塑性变形多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形实际使用的金属都是多晶体，其中包含有大实际使用的金属都是多晶体，其中包含有大小、形状、位向都不完全相同的晶粒，各晶粒小、形状、位向都不完全相同的晶粒，各晶粒之间由晶界相连。

之间由晶界相连。

多晶体塑性变形的基本形式多晶体塑性变形的基本形式也是滑移和孪生。

也是滑移和孪生。

经塑性变形后的多晶体金属，会引起下述组织改经塑性变形后的多晶体金属，会引起下述组织改变：

变：

（1）纤维组织（图）纤维组织（图1-3a）

（2）变形织构）变形织构（图（图1-3b）塑性塑性：

表示材料塑性变形能力。

它是指固体材料表示材料塑性变形能力。

它是指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力。

能力。

塑性指标塑性指标：

衡量金属塑性高低的参数。

常用塑性指标衡量金属塑性高低的参数。

常用塑性指标为延伸率为延伸率和断面收缩率和断面收缩率。

第一章冲压模具设计与制造基础冲压模具设计与制造基础第三节冲压变形理论基础金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化，而且其内部的组织和性能也将发生变化。

发生变化，而且其内部的组织和性能也将发生变化。

一般会产生一般会产生加工硬化加工硬化或应变刚现象：

或应变刚现象：

二、二、塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐增加，而塑性和韧性逐渐降低；硬度逐渐增加，而塑性和韧性逐渐降低；第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础第三节冲压变形理论基础二、二、塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生产生各向异性各向异性；由于变形不均，会在材料内部产生内应力，变形由于变形不均，会在材料内部产生内应力，变形后作为后作为残余应力残余应力保留在材料内部。

保留在材料内部。

第三节冲压变形理论基础1点的应力与应变状态点的应力与应变状态

（1）应力）应力:

单位面积上单位面积上内力内力的大小的大小三、塑性力学基础第一章冲压模具设计与制造基础冲压模具设计与制造基础点的点的应力状态：

应力状态：

坯料内每一点上的受力情况坯料内每一点上的受力情况应力应力正应力、剪应力正应力、剪应力第三节冲压变形理论基础三、塑性力学基础第一章冲压模具设计与制造基础冲压模具设计与制造基础应力状态：

应力状态：

主应力状态主应力状态通常是围绕该点取出一个微小（正）六面体（即所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。

应力分量来表示。

已知该九个应力分量，则过此点任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。

意切面上的应力都可求得。

对于任一种应力状态，总存在一组坐标系，使单元对于任一种应力状态，总存在一组坐标系，使单元体各表面只有正应力而无剪应力，称为主应力状态。

体各表面只有正应力而无剪应力，称为主应力状态。

塑性变形可能出现九种主应力状态。

塑性变形可能出现九种主应力状态。

第三节冲压变形理论基础三、塑性力学基础第一章冲压模具设计与制造基础冲压模具设计与制造基础

（2）点的点的应变应变状态状态变形体内存在应力必定伴随应变，点的应变状态也变形体内存在应力必定伴随应变，点的应变状态也是通过单元体的变形来表示的。

当采用主轴坐标系时，是通过单元体的变形来表示的。

当采用主轴坐标系时，单元体就只有单元体就只有3个主应变分量个主应变分量123一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，因此因此主应变状态图只有三种主应变状态图只有三种。

第一章冲压模具设计与制造基础冲压模具设计与制造基础在在板料成形板料成形中，厚度方向的应力与其它两个方向的应中，厚度方向的应力与其它两个方向的应力比较，往往可以忽略不计，因而，力比较，往往可以忽略不计，因而，可以近似看作平面应可以近似看作平面应力状态。

力状态。

平面问题的分析计算比三向应力问题简单平面问题的分析计算比三向应力问题简单,这为研究这为研究冲压成形问题提供了方便。

冲压成形问题提供了方便。

冲压变形的基本形式及特点见下表：

冲压变形的基本形式及特点见下表：

第三节冲压变形理论基础2金属的屈服条件（塑性条件）金属的屈服条件（塑性条件）三、塑性力学基础（续）第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础决定受力物体内质点由决定受力物体内质点由弹性状态向塑性状态过渡弹性状态向塑性状态过渡的条件，的条件，简称为塑性条件。

简称为塑性条件。

塑性条件主要取决于两方面的因素：

塑性条件主要取决于两方面的因素：

（1）在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理）在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理机械性质机械性质转变的转变的根据根据；

（2）材料所处的应力状态）材料所处的应力状态转变的转变的条件条件。

第三节冲压变形理论基础2金属的屈服条件金属的屈服条件三、塑性力学基础（续）第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础单向应力状态：

单向应力状态：

=S一般应力状态：

一般应力状态：

1-3=S（Mises屈服准则）屈服准则）而实际使用的材料一般都要发生加工硬化和各向异性。

而实际使用的材料一般都要发生加工硬化和各向异性。

在变形过程中，每一瞬间的屈服应力已不再是初始屈服在变形过程中，每一瞬间的屈服应力已不再是初始屈服极限，而是比它更大。

极限，而是比它更大。

第三节冲压变形理论基础3金属塑性变形时的应力应变关系金属塑性变形时的应力应变关系三、塑性力学基础（续）弹性变形阶段：

弹性变形阶段：

应力与应变之间的关系是应力与应变之间的关系是线性的线性的、可逆的可逆的，与加载历史，与加载历史无关无关；第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础塑性变形阶段：

塑性变形阶段：

应力与应变之间的关系应力与应变之间的关系则是则是非线性非线性的、的、不可逆不可逆的，与加载历的，与加载历史史有关有关。

金属的应力金属的应力应变曲线应变曲线第三节冲压变形理论基础第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础

（1）应力应力分量分量与应变与应变分量分量符号不一定一致符号不一定一致，即拉应力不一定对应拉应变，压应力不一定对应压应变；

（2）某方向某方向应力为零其应变不一定为零应力为零其应变不一定为零；（3）在任何一种应力状态下，应力应力分量的大小与分量的大小与应变应变分量的分量的大小大小次序是相对应次序是相对应的，的，即123，则有123。

（4）若有两个两个应力分量相等应力分量相等，则对应的则对应的应变分量也相等应变分量也相等，即若12，则有12。

几点讨论结论3金属塑性变形时的应力应变关系（续）三、塑性力学基础（续）第三节冲压变形理论基础11硬化规律硬化规律四、金属塑性变形的四个基本规律金属塑性变形的四个基本规律加工硬化：

加工硬化：

第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础材料的强度指标随变形程度的增加而增加材料的强度指标随变形程度的增加而增加,塑性随之塑性随之降低的现象。

降低的现象。

金属材料在常温下塑性变形的重要特点之一是加工硬化。

金属材料在常温下塑性变形的重要特点之一是加工硬化。

其结果是引起材料力学性能的变化，表现为材料的强度指标其结果是引起材料力学性能的变化，表现为材料的强度指标（s、b）随变形程度的增加而增加，同时塑性指标（随变形程度的增加而增加，同时塑性指标（、）随之降低随之降低。

第三节冲压变形理论基础1硬化规律（续）硬化规律（续）四、金属塑性变形的一些基本规律金属塑性变形的一些基本规律第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础硬化曲线硬化曲线：

=An实际应力曲线或真实应力曲线表示硬化规律。

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。

这种变化规律可近似用指数曲线表示。

第三节冲压变形理论基础22卸载弹性恢复规律和反载软化现象卸载弹性恢复规律和反载软化现象四、金属塑性变形的一些基本规律（续）第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础反载软化曲线拉伸卸载真实应力曲线第三节冲压变形理论基础22卸载弹性恢复规律和反载软化现象卸载弹性恢复规律和反载软化现象11）加载时的总变形在卸载之后会有一部分因）加载时的总变形在卸载之后会有一部分因弹性回复弹性回复而而消失；消失；22）卸载后反向加载，其屈服应力有所降低。

）卸载后反向加载，其屈服应力有所降低。

四、金属塑性变形的一些基本规律（续）第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础第三节冲压变形理论基础33体积不变定律体积不变定律四、金属塑性变形的一些基本规律（续）金属材料在塑性变形时，体积变化很小，可以忽略不计。

金属材料在塑性变形时，体积变化很小，可以忽略不计。

第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础一般认为金属材料在塑性变形时体积不变一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，可证明满足：

，可证明满足：

1+2+3=0第三节冲压变形理论基础44最小阻力定律最小阻力定律四、金属塑性变形的一些基本规律（续）在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，流动，当金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻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力最小的方向移动。

第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础在冲压加工中，在冲压加工中，板料在变形过程板料在变形过程中总是沿着阻力最小中总是沿着阻力最小的方向发展。

的方向发展。

这就是塑性变形中的这就是塑性变形中的最小阻力定律最小阻力定律。

弱区先变形，变形区为弱区弱区先变形，变形区为弱区第三节冲压变形理论基础4最小阻力定律（续）最小阻力定律（续）四、金属塑性变形的一些基本规律（续）控制变形的趋向性：

控制变形的趋向性：

第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础措施：

（1）材料本身的特性开流开流和和限流限流冲压工序的性质

（2）板料的应力状态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。

第三节冲压变形理论基础11冲压成形性能冲压成形性能五、冲压材料及其冲压成形性能五、冲压材料及其冲压成形性能材料的冲压成形性能：

材料的冲压成形性能：

第一章冷冲压模具设计与制造基础冷冲压模具设计与制造基础材料的冲压性能好成形极限高成形质量好