1、Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,本章學習要求： 1.掌握金屬塑性變形的基本概念； 2.掌握板料沖壓性能和常見的沖壓材料； 3.了解塑性變形的力學基礎(chǔ)和沖壓成形方法的力學特點。,第1章 沖壓變形的基本原理,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.1金屬塑性變形的基本概念 1.2金屬塑性變形的力學基礎(chǔ) 1.3沖壓成形時變形毛坯的力學特點與分類 1.4板料沖壓成形性能及沖壓材料,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.1金屬塑性變形的基本概念 在外力的作用下，金屬產(chǎn)生的形

2、狀和尺寸變化稱為變形，變形分為彈性變形(elastic deformation)與塑性變形(plastic deformation ) 彈性(elasticity)：卸載后變形可以恢復(fù)特性，可逆性。 塑性(plasticity)：物體產(chǎn)生永久變形的能力，不可逆性。 1.1.1塑性變形的物理概念 外力破壞原子間原有的平衡狀態(tài)，造成原子排列的畸變，引起金屬形狀和尺寸的變化。變形的實質(zhì)是原子間的距離產(chǎn)生變化。 塑性變形：金屬形狀和尺寸產(chǎn)生永久改變，這種改變不可恢復(fù)，該變形稱為塑性變形。,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.1.2 塑性變形的基本方式 單晶

3、體：滑移（slip)、孿生 (twinning) 多晶體的塑性變形: 晶內(nèi)、晶間(如圖) 變形后形成的組織改變：纖維組織、變形織構(gòu),Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.1.3金屬的塑性與變形抗力 1.塑性及塑性指標 塑性：指金屬在外力的作用下，能穩(wěn)定的發(fā)揮塑性變形而不破壞其完整性的能力。 塑性指標：常用的塑性指標有 延伸率 斷面收縮率 2.變形抗力 金屬產(chǎn)生塑性變形的力為變形力，金屬抵抗變形的力稱為變形抗力。 塑性與變形抗力是兩個不同的概念： 塑性：反映變形的能力。 變形抗力：是塑性變形的難易程度。,Copyright 2003 Pearson E

4、ducation, Inc.,1.1.4影響金屬的塑性與變形抗力的主要因素 1.化學成份和組織對塑性和變形抗力的影響 化學成分：鐵、碳、合金元素、雜質(zhì)元素。 組織：單項組織、多向組織。組織的不同塑性和變形抗力會有很大的差別。 鋼的制造工藝： 2.變形溫度對塑性和變形抗力的影響 1）溫度升高，回復(fù)與再結(jié)晶； 2）溫度升高，原子熱運動加?。?Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.1.4影響金屬的塑性與變形抗力的主要因素 2.變形溫度對塑性和變形抗力的影響 3）溫度升高，原子熱振動加?。崴苄裕?4）溫度升高，晶界強度下降； 3.變形速度對塑性和變形抗力

5、的影響 速度大時，塑性變形來不及擴展。沒有足夠時間回復(fù)、再結(jié)晶，塑性降低變形抗力增大。 速度大時，熱效應(yīng)顯著，變形體有溫度效應(yīng)對塑性增加有利。,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.2 塑性變形的力學基礎(chǔ) 外力 內(nèi)力 模具 毛坯 零件,毛坯的變形都是模具對毛坯施加外力所引起內(nèi)力或由 內(nèi)力直接作用的結(jié)果。應(yīng)力就是毛坯內(nèi)單位面積上作用的 內(nèi)力。應(yīng)力應(yīng)理解為一極小面積上的內(nèi)力與該面積比值的 極限，即：,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.2.1 一點的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài) .一點的應(yīng)力狀態(tài)： 是指通過變形體內(nèi)某點的單

6、元體所有截面上的應(yīng)力的 有或無、大小、方向等情況。,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,圖1.2.2 九種主應(yīng)力狀態(tài)圖,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,2.一點的主應(yīng)變狀態(tài) 3.體積不變定律 該式說明：金屬塑性變形前后，只有形狀的變化，而無體積的變化。 三個推論： 塑性變形時，只有形狀的變化，而無體積的變化； 不論什么應(yīng)變狀態(tài)，其中一個主應(yīng)變的符號與另外兩個主應(yīng)變的符號相反； 已知兩個應(yīng)變就可求第三個應(yīng)變。,主變形圖只可能有三種形式,圖1.2.3三種主應(yīng)變狀態(tài)圖,Copyright 2003 Pearson

7、 Education, Inc.,1.2.2 屈服準則（塑性條件） 屈服準則：材料進入塑性狀態(tài)的力學條件。當材料中的某點的應(yīng)力滿足屈服準則，該點就進入塑性狀態(tài)。 1.屈雷斯加(HTresca)屈服準則 屈雷斯加于1864年提出：當材料中的最大剪應(yīng)力達到某一定值時，材料即行屈服。因此，該準則又稱為最大剪應(yīng)力屈服準則。其數(shù)學表達式為： ,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.2.2 屈服準則（塑性條件） 2. 密席斯(Von Mises)屈服準則 密席斯于1913年提出了另一屈服準則：當材料中的等效應(yīng)力達到某一定值時，材料就開始屈服。由單向拉伸試驗可確定

8、該值，該值為材料的屈服點s。其數(shù)學表達式為： 3.屈服準則的幾何表示 在平面應(yīng)力狀態(tài)時，屈服準則可用屈服軌跡來表示（如圖1.2.4）。,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.2.4 屈服準則的幾何表示 （a）平面上兩屈服準則表達 (b) 主應(yīng)力空間兩屈服準則表達,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.2.3 塑性變形時應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系 物體受力產(chǎn)生變形，所以應(yīng)力與應(yīng)變之間一定存在著某種關(guān)系。 彈性變形時，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是線性的、可逆的，變形是可以恢復(fù)的。 （胡克定律 ） 單向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線(如圖1

9、.2.5) 塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性的、不可逆的。,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.2.3 塑性變形時應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系 增量理論 ： 瞬間的應(yīng)變增量與相應(yīng)應(yīng)力的關(guān)系 全量理論 ： 主應(yīng)力差與主應(yīng)變差成比例 全量理論的應(yīng)用,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.2.4硬化與硬化曲線 1.硬化 材料的強度指標隨變形程度的增加而增加,塑性隨之降低。 2.硬化曲線 實際應(yīng)力曲線與假象應(yīng)力曲線 （如圖1.2.6） 幾種常用沖壓板料的硬化曲線（如圖1.2.7） 硬化指數(shù)是表明材料冷變形硬化的重要參數(shù)，對板料

10、的沖壓性能以及沖壓件的質(zhì)量都有較大的影響。,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.3沖壓成形時變形毛坯的力學特點與分類,1.3.1 變形毛坯的分區(qū)(如圖1.3.1) 1.3.2 變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變特點 1. 沖壓毛坯兩向受拉應(yīng)力的作用 (可分兩種情況)： （如圖1.3.2象限） 2.沖壓毛坯變形區(qū)受兩向壓應(yīng)力的作用 （如圖1.3.2象限）,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,3.沖壓毛坯變形區(qū)受異號應(yīng)力的作用，而且拉應(yīng)力的絕對值大于壓應(yīng)力的絕對值。(可以分為兩種情況) （如圖1.3.2） 4.沖壓毛坯變形區(qū)受異

11、號應(yīng)力的作用，而且壓應(yīng)力的絕對值大于拉應(yīng)力的絕對值。 (可以分為兩種情況) 綜上所述：沖壓變形可分為伸長類變形和壓縮類變形（如圖1.3.3）。,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.3.3 沖壓成形過程中變形趨向性及其控制,1.變形趨向性(如圖1.3.4) 弱區(qū)必先變形，變形區(qū)應(yīng)為弱區(qū) 2.變形趨向性的控制 合理地確定毛坯尺寸（圖1.3.5 圖1.3.6 ） 正確設(shè)計模具工作部分形狀和尺寸 改變毛坯與模具表面的摩擦條件 其他工藝措施,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,1.4 板料沖壓成形性能及沖壓材料 1.

12、4.1 板料的沖壓成形性能,沖壓成形性能: 板料對各種沖壓成形加工的適應(yīng)能力。 抗破裂性、 貼模性、定形性 成形極限 沖壓件形狀尺寸精度 1.4.2板材沖壓成形試驗的試驗方法 板料沖壓性能試驗方法通常分為三種類型：力學試驗、金屬學試驗（統(tǒng)稱間接試驗）和工藝試驗（直接試驗）。,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,拉伸試驗用的標準試樣和拉伸曲線（圖1.4.1） 1.屈服極限 屈服極限 小,材料容易屈服,則變形抗力小. 2.屈強比 屈強比小,說明 值小而 值大 3.總延伸率 與均勻延伸率 拉伸實驗中,試樣拉斷時的伸長率稱總伸長率,1.4.3 板料的力學性能與

13、沖壓成形性能的關(guān)系,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,圖1.4.1 拉伸試驗用的標準試樣和拉伸曲線,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,4.硬化指數(shù) 單向拉伸硬化曲線可寫成 ，其中 為硬化指數(shù)。 5.厚向異性指數(shù) 厚向異性指數(shù)是指單向拉伸試樣寬度應(yīng)變和厚度應(yīng)變之比 6.板平面各向異性指數(shù),對拉深件質(zhì)量的影響 （圖1.4.2）,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,圖1.4.2 對拉深件質(zhì)量的影響,Copyright 2003 Pearson Education, Inc

14、.,1.4.4常用沖壓材料及其力學性能 1.沖壓常用的材料 黑色金屬 金屬材料 沖壓材料 有色金屬 非金屬材料 2. 沖壓用新材料及其性能 1）高強度鋼板 2）耐腐蝕鋼板 3）雙相鋼板 4）涂層板 5）復(fù)合板材,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,圖1.1.1 晶格畸變(a)無外力作用；(b)外力作用產(chǎn)生彈性畸變；(c)晶格滑移或?qū)\動；(d)外力卸去后的永久變形,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,圖1.2.1 一點的應(yīng)力狀態(tài)（a）受力物體 （b）任意坐標系（c） 主軸坐標系,Copyright 2003 Pe

15、arson Education, Inc.,1.2.4 屈服準則的幾何表示 （a）平面上兩屈服準則表達 (b) 主應(yīng)力空間兩屈服準則表達,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,圖1.2.5單向拉應(yīng)力應(yīng)變曲線,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,圖1.2.6 實際應(yīng)力曲線與假象應(yīng)力曲線,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,圖1.2.7幾種常用沖壓板料的硬化曲線,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,圖1.3.2 沖壓應(yīng)力圖,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,圖1.3.2 沖壓應(yīng)力圖,Copyright 2003 Pearson Education, Inc.,