第2章冲压成形的特点与基本规律PPT文件格式下载.ppt

1、（1）冲压成形理论研究 充分进行冲压成形过程的应力应变分析和板料变形规律研究，利用计算机数值分析方法（有限元FEM等）模拟板料的塑性变形过程，预测工艺方案的可行性及可能出现的质量问题，实现优化设计。（2）冲压工艺研究 利用现代测试技术和控制技术，分析和掌握各种技术参数和材料性能对冲压变形质量影响，实现冲压过程智能化。不断创新和发展冲压新工艺，如精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺、超塑性成形工艺及无模多点成形工艺等。（3）冲压模具研究 模具的高效率、高精度、高寿命以及多工位、多功能是现代生产的需要，必须大力研究和发展与之相适应的模具材料技术、热处理技术、表面技术、加工技术、检测技术以及

2、模具CAD/CAM技术等。（4）材料性能研究 冲压成形与原材料有十分密切的关系，深入进行板材冲压性能（成形性、形状冻结性等）的研究是冲压技术发展的需要，也是促进钢铁制造业不断提高冲压板材的质量和性能的需要。2.2 冲压成形中毛坯的分析 板料冲压成形时，毛坯不同位置的应力状态和应变状态并不相同。只有应力状态满足屈服准则的区域才会产生塑性变形，此区称为塑性变形区；其他没有满足屈服准则的区域则不会产生塑性变形，称为不变形区。几种典型冲压成形中毛坯的分析如图2.1所示。在这四种成形工序中，A是塑性变形区，它在图示的冲压成形状态下正在进行塑性变形；B、C、D都可称为不变形区。其中B是已经完成了塑性变形的

3、已变形区；C是自始至终都不参与变形的不变形区；D是暂不变形的待变形区。（a）拉伸 （b）再次拉伸 （c）翻边 （d）缩口图2.1 冲压毛坯分析 同时，图2.1（a）、（b）、（c）中的B区以及图2.1（d）中的C、D区也是传力区，在冲压成形过程中起到将冲模的作用力传递给变形区的作用。不变形区可能是传力区（见图2.1（d）中的C区），也可能是不传力的已变形区（见图2.1（d）中的B区）或待变形区（见图2.1（b）中的D区），也有的不变形区在冲压过程中自始至终都不传力也不产生塑性变形（见图2.1（a）、（b）、（c）中的C区）。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。对变形区与

4、不变形区的判断：如果毛坯中某部分内任意两点的距离不产生变化，即任意两点之间不发生相对的位移，即使该部分产生总体位置的平移（刚性平移）或等角速度的转动（刚性转动），这部分也一定是不变形区。2.3 冲压变形的分类 分析研究冲压成形过程，需要从本质上揭示变形区的应力应变特征及变化规律，进而确定冲压工艺和成形参数，毛坯变形区的应力状态和变形特点是决定各种冲压成形性质的主要依据。使板料毛坯产生塑性变形的是作用于板面方向上相互垂直的两个主应力（记为经向应力和纬向应力）。以根据塑性成形理论作出冲压成形时平面应力状态的应力图（见图2.2）和相应的两向应变状态的变形 图（见图2.3）。图2.2 冲压应力图 图2

5、.3 冲压变形图 2.3.1 两向拉应力两向拉应力即 ,。可以分为两种情况：和 ，。1.，时的应力状态 当 ，按全量理论可以写出如下应力与应变的关系 式中：，分别是轴对称冲压成形时的经向、纬向和厚度方向上的主应变；，分别是轴对称冲压成形时的经向、纬向与厚度方向上的主应力；平均应力，。k正常数。在平面应力状态时，式（2.1）具有如下形式（2.1）（2.2）因为 ，则 ，所以一定有 。这表明，在两向拉应力的平面应力状态时，如果绝对值最大的拉应力是 则在这个方向上的主应变一定是正应变，即是伸长变形。又因为 ，则 ，由式（2.2）可知 。即在板料厚度方向上的应变为负值，是压缩变形，厚度变薄。在 方向上

6、的变形决定于 和 的数值：当 时，当 时，。双向等拉应力状态（）时，有 ；单向拉应力状态（）时，有 。根据以上分析可知，这种变形情况处于冲压应力图中GOH范围（见图2.2）；在冲压变形图中处于AON范围（见图2.3）2.，时的应力状态 当 ，时，有 ，由式（2.2）可知 。这表明，对于两向拉应力的平面应力状态，当 的绝对值最大时，则在这个方向上的应变一定是正的，即一定是伸长变形。又 因为 ，则必定有 ，所以必定有 即在板料厚度方向上的应变为负值，是压缩变形，厚度变薄。当 时，当 时，有 ；当 时，。双向等拉应力状态（）时,有 ；单向拉应力状态（）时，有 ，即在单向应力状态下，其变形性质与一般的

7、简单拉伸完全一致。上述两种冲压变形情况，两个应力的性质与比值范围以及它们引起的变形都是一样的，仅仅是最大应力的方向不同。因此，对于各向同性的均质材料，这两种变形是完全相同的。2.3.2 两向压应力冲压毛坯变形区受两向压应力的作用时，变形也可分两种情况1.，时的应力状态 当 ，时，由式（2.2）可知，所以一定有 这表明：在两向压应力作用的平面应力状态时，如果绝对值最大的应力是 ，则在这个方向上的应变一定是负的，即压缩变形。又因 ，则 ，所以必定有 ，即在板厚方向上的应变是正的，板料增厚。在 方向上的变形决定于 和 的数值；当 时，当 时，；当 ，。双向等压应力状态（）时，有 ；单向压应力状态（）

8、时，有 。这种受力与变形情况，在冲压应力图中处于COD范围（见图2.2），在冲压变形图中处于GOE范围（见图2.3）。2.，时的应力状态 当 ，时，由式（2.2）可知 ，所以一定要 。这表明，对于两向压应力作用的平面应力状态，如果绝对值最大的应力是 ，则在这个方向上的应变一定是负的，是压缩变形。这种与受力与变形情况，在冲压应力图中处于DOE范围（见图2.2），在冲压变形图中处于GOL范围（见图2.3）。2.3.3 两向异号应力 冲压毛坯变形区受两个方向上异号应力的作用，可以分为以下4种情况进行分析。1.，时的应力状态 当 ，时，由式（2.2）可知 ，所以一定有 。这表明，在异号应力作用的平面应

9、力状态时，如果绝对值最大的应力是压应力，则在这个绝对值最大的压应力方向上的应变是负的，即为压缩变形。又因 ，可知 ，由式（2.2）一定有 即在拉应力的方向上的应变是正的，是伸长变形。由于 ，当 时，；这种应力和变形状态处于冲压应力图中的EOF范围（见图2.2），在冲压变形图中处于MOL范围（见图2.3）。2.，时的应力状态 当 ，时，由式（2.2）可知 ，所以一定有 。这种应力和变形状态处于冲压应力图中的BOC范围（见图2.2），在冲压变形图中处于DOE范围（见图2.3）。3.，时的应力状态 当 ，时，由式（2.2）可知 ，所以一定有 。这表明，在异号应力作用的平面应力状态时，如果绝对值最大的

10、应力是拉应力，则在这个绝对值最大的压应力方向上的应变是正的，即为伸长变形。又因 ，由式（2.2）一定有 即在压应力的方向上的应变是负的，是压缩变形。这种应力和变形状态处于冲压应力图中的AOB 范围（见图2.2），在冲压变形图中处于COD范围（见图2.3）。4.，时的应力状态 当 ，时，由式（2.2）可知 ，所以一定有 。这种应力和变形状态处于冲压应力图中的GOF范围（见图2.2），在冲压变形图中处于MON范围（见图2.3）。需要说明的是：这几种应力和变形状态对应于相关的冲压成形方法，它们之间的对应关系用文字标注在图2.2和图2.3上。以上分析的几种变形情况把全部的冲压变形概括为两大类别，即伸长

11、类与压缩类。当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。当作用于冲压毛坯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，称为压缩类变形。伸长类变形和压缩类变形在冲压成形工艺中具有不同的特点见表2-1。表2-1 伸长类变形和压缩类变形的比较2.4 冲压变形趋向性及其控制 2.4.1 冲压变形趋向性1.弱区先变形 在同一个冲模外力的直接作用下，毛坯的各个部分都有产生某种形式的塑性变形的可能，但是，由于受模具外力作用方式与以及毛坯各部分的几何形状与尺寸的不同，在所有各种可能发生的变形方式中，需要变形力最小的部分（弱区）首先变形。即

12、“弱区先变形，变形区应为弱区”，这个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如图2.4的缩口变形，在变形力F的作用下，A区受缩口模的作用，在有利的变形条件下先屈服，产生塑性变形；而C区同样也受到变形力F的作用，却没有屈服变形。这是因为A区屈服需要的变形力小，是相对的弱区。C区是强区，同时也是把来自冲压设备的作用力F传递到变形区的传力区。在设计工艺过程、选择工艺方案、确定工序和工序尺寸时，必须遵循“弱区先变形，变形区应为弱区”的原则。如图2.5所示工件，当D与d较大、h较小时，可用带孔的环形毛坯用翻边变形加工；而当D与d较小、h较大时，若用

13、翻边变形加工则不能保证毛坯外环是强区和翻边部分是弱区，翻边时毛坯的外径必然收缩，此时就必须改变原工艺方案为拉伸后切底或加大环形毛坯外径后翻边成形、再冲切外圆至尺寸D。图2.5 变形趋向性对冲压工艺的影响2.变形区与相邻区相互影响 由于模具力的作用，引起冲压毛坯变形区产生与外力方向一致的内应力，并使之产生与之相应的变形与位移。如果变形区的变形与位移受到相邻区域的影响或牵制，就可能在变形区和与之相邻的其他部分之间引发出诱发应力，诱发应力将影响毛坯的变形趋向。通常受诱发应力作用的两个部分的形状与尺寸是不同的，因此作用于这两个部分的诱发应力的大小也是不同的。又因这两个部分可能产生的塑性变形方式不同，其产生塑性变形所需力的大小也