沖壓變形的基本原理

1、第一章 沖壓變形的基本原理1.1  金屬塑性變形的基本概念     金屬在外力作用下產(chǎn)生形狀和尺寸的變化稱為變形，變形分為彈性變形和塑性變形。而沖壓加工就是利用金屬的塑性變形成形制件的一種金屬加工方法。要掌握沖壓成形加工技術(shù)，首先必須了解金屬塑性變形的一些基本原理。 塑性變形的物理概念    所有的固體金屬都是晶體，原子在晶體所占的空間內(nèi)有序排列。在沒有外力作用時，金屬中原子處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，金屬物體具有自己的形狀與尺寸。施加外力，會破壞原子間原來的平衡狀態(tài)，造成原子排畸變圖，引起金屬形狀與尺

2、寸的變化。圖 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假若除去外力，金屬中原子立即恢復(fù)到原來穩(wěn)定平衡的位置，原子排列畸變消失和金屬完全恢復(fù)了自己的原始形狀和尺寸，則這樣的變形稱為彈性變形（圖 1.1.1a ）。增大外力，原子排列的畸變程度增加，移動距離有可能大于受力前的原子間距離，這時晶體中一部分原子相對于另一部分產(chǎn)生較大的錯動（圖 1.1.1c ）。外力除去以后，原子間的距離雖然仍可恢復(fù)原狀，但錯動了的原子并不能再回到其原始位置（圖 1.1.1d ），金屬的形狀和尺寸也都發(fā)生了永久改變。這種在外力作用下產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久變形稱為塑性變形。

3、受外力作用時，原子總是離開平衡位置而移動。因此，在塑性變形條件下，總變形既包括塑性變形，也包括除去外力后消失的彈性變形。塑性變形的基本形式    金屬塑性變形是金屬在外力的作用下金屬晶格先產(chǎn)生晶格畸變，外力繼續(xù)加大時，產(chǎn)生晶格錯動，而這種錯動通常在晶體中采取滑移和孿動兩種形式。    1.滑移      當(dāng)作用在晶體上的切應(yīng)力達(dá)到一定數(shù)值后，晶體一部分沿一定的晶面，向著一定的方向，與另一部分之間作相對移動，這種現(xiàn)象叫滑移，圖。金屬的滑移面，一般都是晶格中原子分布最密的面，滑移

4、方向則是原子分布最密的結(jié)晶方向，因為沿著原子分布最密的面和方向滑移的阻力最小。金屬晶格中，原子分布最密的晶面和結(jié)晶方向愈多，產(chǎn)生滑移的可能性愈大，金屬的可塑性就愈好。晶格的滑移可通過位錯理論來解釋。滑移時并不需要整個滑移面上的全部原子一齊移動，而只是在位錯中心附近的少數(shù)原子發(fā)生移動。    2.孿生      孿動也是在一定的切應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對另一部分，沿著一定的晶面和方向發(fā)生轉(zhuǎn)動的結(jié)果，已變形部分的晶體位向發(fā)生改變，與未變形部分以孿晶面對稱，圖。    孿動與滑移的主要差

5、別是：滑移過程是漸進(jìn)的，而孿動過程是突然發(fā)生的；孿動時原子位置不會產(chǎn)生較大的錯動，因此晶體取得較大塑性變形的方式主要是滑移作用；孿動后，晶體內(nèi)部出現(xiàn)空隙，易于導(dǎo)致金屬的破壞；孿動所要求的臨界切應(yīng)力比滑移要求的臨界切應(yīng)力大得多，只有滑移過程很困難時，晶體方發(fā)生孿動。3.晶間變形      滑移和孿動都是發(fā)生在單個晶粒內(nèi)部的變形，稱為晶內(nèi)變形。工業(yè)生產(chǎn)中實際使用的金屬則是多晶體。多晶體中的每個單晶體（晶粒）要受到四周晶粒的牽制，變形不如自由單晶體單純，可塑性也不易充分發(fā)揮，會造成變形不均勻。多晶體的變形方式除晶粒本身的滑移和孿動外，還有在外力作用下晶粒間發(fā)生

6、的相對移動和轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的變形，即晶間變形。凡是加強(qiáng)晶間結(jié)合力、減少晶間變形、有利于晶內(nèi)發(fā)生變形的因素，均有利于晶體進(jìn)行的塑性變形。當(dāng)多晶體間存有雜質(zhì)時，會使晶間結(jié)合力降低，晶界變脆，不利于多晶體進(jìn)行塑性變形；當(dāng)多晶體的晶粒為均勻球狀時，由于晶粒界面對于晶內(nèi)變形的制約作用相對較小，也具有較好的可塑性。金屬的塑性與變形抗力    1.塑性及塑性指標(biāo)    所謂塑性，是指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。塑性不僅與材料本身的性質(zhì)有關(guān)，還與變形方式和變形條件有關(guān)。所以，材料的塑性不是固定不變的，不同的材料在同一變形條件下

7、會有不同的塑性，而同一種材料，在不同的變形條件下，會表現(xiàn)不同的塑性。塑性是反映金屬的變形能力，是金屬的一種重要加工性能。塑性指標(biāo)是衡量金屬在一定條件下塑性高低的數(shù)量指標(biāo)。它是以材料開始破壞時的塑性變形量來表示，它可借助于一些實驗方法測定。常用的塑性指標(biāo)有：    拉伸試驗所得的延伸率：                        

8、60;                                                       &#

9、160;     ()    斷面收縮率：                                        

10、0;           ()    式中： L0，A0 拉伸試樣原始標(biāo)距長度(mm)和原始截面積(mm2)；LK、AK分別為試樣斷裂后標(biāo)距間長度(mm)和斷裂處最小截面積(mm2)； 除了拉伸試驗外，還有愛力克辛試驗、彎曲試驗(測定板料脹形和彎曲時的塑性變形能力)和鐓粗試驗(測定材料鍛造時的塑性變形能力)等。需要指出，各種試驗方法都是相對于特定的狀況和變形條件下，承受的塑性變形能力，它們說明在某種受力狀況和變形條件下，這種金屬的塑性比那種金屬的

11、塑性高還是低，或者對某種金屬來說，在什么樣的變形條件下塑性好，而在什么樣的變形條件下塑性差。2.變形抗力塑性成形時，使金屬發(fā)生變形的外力稱為變形力，而金屬抵抗變形的反作用力，稱為變形抗力。變形力和變形抗力大小相等方向相反。變形抗力一般用單位接觸面積上的反作用力來表示。在某種程度上，變形抗力反映了材料變形的難易程度。它的大小，不僅取決于材料的流動應(yīng)力，而且還取決于塑性成形時的應(yīng)力狀態(tài)、摩擦條件以及變形體的幾何尺寸等因素。 塑性和變形抗力是兩個不同的概念，前者反映塑性變形的能力，后者反映塑性變形的難易程度，它們是兩個獨(dú)立的指標(biāo)。人們常認(rèn)為塑性好的材料，變形抗力低，塑性差的材料變形抗力高，

12、但實際情況并非如此。如奧氏體不銹鋼在室溫下可經(jīng)受很大的變形而不破壞，說明這種鋼的塑性好，但變形抗力卻很高。影響金屬塑性和變形抗力的主要因素    (一）影響金屬塑性的主要因素   影響金屬塑性和變形抗力的主要因素有兩個方面，其一是變形金屬本身的晶格類型，化學(xué)成份和組織狀態(tài)等內(nèi)在因素；其二是變形時的外部條件，如變形溫度、變形速度和變形的力學(xué)狀態(tài)等。因此，只要有合適的內(nèi)、外部條件，就有可能改變金屬的塑性行為    1.化學(xué)成份和組織對塑性和變形抗力的影響   

13、  化學(xué)成份和組織對塑性和變形抗力的影響非常明顯也很復(fù)雜。下面以鋼為例來說明。 化學(xué)成份的影響 在碳鋼中，鐵和碳是基本元素。在合金鋼中，除了鐵和碳外還包含有硅、錳、鉻、鎳、鎢等。在各類鋼中還含有些雜質(zhì)，如磷、硫、氨、氫、氧等。碳對鋼的性能影響最大。碳能固溶到鐵里形成鐵素體和奧氏體固溶體，它們都具有良好的塑性和低的變形抗力。當(dāng)碳的含量超過鐵的溶碳能力，多余的碳便與鐵形成具有很高的硬度，而塑性幾乎為零的滲碳體。對基體的塑性變形起阻礙作用，降低塑性，抗力提高?？梢姾剂吭礁?，碳鋼的塑性成形性能就越差。合金元素加入鋼中，不僅改變了鋼的使用性能，而且改變了鋼的塑性成形性能，其主要的表現(xiàn)為：塑性

14、降低，變形抗力提高。這是由于合金元素溶入固溶體(Fe和Fe)，使鐵原子的晶體點陣發(fā)生不同程度的畸變；合金元素與鋼中的碳形成硬而脆的碳化物(碳化鉻、碳化鎢等)；合金元素改變鋼中相的組成，造成組織的多相性等，都造成鋼的抗力提高，塑性降低。雜質(zhì)元素對鋼的塑性變形一般都有不利的影響。磷溶入鐵素體后，使鋼的強(qiáng)度、硬度顯著增加，塑性、韌性明顯降低。在低溫時，造成鋼的冷脆性。硫在鋼中幾乎不溶解，與鐵形成塑性低的易溶共晶體FeS，熱加工時出現(xiàn)熱脆開裂現(xiàn)象。鋼中溶氫，會引起氫脆現(xiàn)象，使鋼的塑性大大降低。 組織的影響 鋼在規(guī)定的化學(xué)成份內(nèi)，由于組織的不同，塑性和變形抗力亦會有很大的差別。單相組織比多相組織塑性好，

15、抗力低。多相組織由于各相性能不同，使得變形不均勻，同時基本相往往被另一相機(jī)械地分割，故塑性降低，變形抗力提高。晶粒的細(xì)化有利提高金屬的塑性，但同時也提高了變形抗力。這是因為在一定的體積內(nèi)細(xì)晶粒的數(shù)目比粗晶數(shù)目要多，塑性變形時有利于滑移的晶粒就較多，變形均勻地分散在更多的晶粒內(nèi)，另外晶粒越細(xì)，晶界面越曲折，對微裂紋的傳播越不利。這些都有利于提高金屬的塑性變形能力。另一方面晶粒多，晶界也愈多，滑移變形時位錯移動到晶界附近將會受到阻礙并堆積，若要位錯穿過晶界則需要很大的外力，從而提高了塑性變形抗力。另外鋼的制造工藝，如冶煉、澆鑄、鍛軋、熱處理等都影響著金屬的塑性和變形抗力。  &

16、#160; 2.變形溫度對塑性和變形抗力的影響     變形溫度對金屬和合金的塑性有很大的影響。就多數(shù)金屬和合金而言，隨著溫度的升高，塑性增加，變形抗力降低。這種情況，可以從以下幾個方面進(jìn)行解釋。 溫度升高，發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶。回復(fù)使金屬的加工硬化得到一定程度的消除，再結(jié)晶能完全消除加工硬化。從而使金屬的塑性提高，變形抗力降低。 溫度升高，原子熱運(yùn)動加劇，動能增大，原子間結(jié)合力減弱，使臨界剪應(yīng)力降低，不同滑移系的臨界剪應(yīng)力降低速度不一樣。因此，在高溫下可能出現(xiàn)新的滑移系?；葡档脑黾樱岣吡俗冃谓饘俚乃苄?。 溫度升高，原子的熱振動加劇，晶格中原子

17、處于不穩(wěn)定狀態(tài)。此時，如晶體受到外力作用，原子就會沿應(yīng)力場梯度方向，由一個平衡位置轉(zhuǎn)移到另一個平衡位置，使金屬產(chǎn)生塑性變形。這種塑性變形的方式稱為熱塑性，也稱擴(kuò)散塑性。  溫度升高，晶界強(qiáng)度下降，使得晶界的滑移容易進(jìn)行。同時，由于高溫下擴(kuò)散作用加強(qiáng)，使晶界滑移產(chǎn)生的缺陷得到愈合。由于金屬和合金的種類繁多，上述一般的結(jié)論并不能概括各種材料的塑性和變形抗力隨溫度的變化情況?？赡茉跍厣^程中的某些溫度間，往往由于過剩相的析出或相變等原因，而使金屬的塑性降低和變形抗力增加(也可能降低)。    3.變形速度對塑性和變形抗力的影響   

18、; 所謂變形速度是指單位時間變形物體應(yīng)變的變化量，塑性成形設(shè)備的加載速度在一定程度上反映了金屬的變形速度，它對塑性有兩個方面的影響。 變形速度大時，要同時驅(qū)使更多的位錯更快地運(yùn)動，金屬晶體的臨界剪應(yīng)力將提高，使變形抗力增大；當(dāng)變形速度大時，塑性變形來不及在整個變形體內(nèi)均勻地擴(kuò)展，此時，金屬的變形主要表現(xiàn)為彈性變形。根據(jù)虎克定律，彈性變形量越大，則應(yīng)力越大，變形抗力也就越大。另外，變形速度增加后，變形體沒有足夠的時間進(jìn)行回復(fù)和再結(jié)晶，而使金屬的變形抗力增加，塑性降低。 在高變形速度下，變形體吸收的變形能迅速地轉(zhuǎn)化為熱能(熱效應(yīng))，使變形體溫升高(溫度效應(yīng))。這種溫度效應(yīng)一般來說對塑性的增加是有利

19、的。常規(guī)的沖壓設(shè)備工作速度都較低，對金屬塑性變形的性能影響不大。考慮變形速度因素，主要基于零件的尺寸和形狀。對大型復(fù)雜的零件成形，變形量大且極不均勻，易局部拉裂和起皺，為了便于塑性變形的擴(kuò)展，有利于金屬的流動，宜采用低速的壓力機(jī)或液壓機(jī)。小型零件的沖壓，一般不考慮變形的速度對塑性和變形抗力的影響，主要從生產(chǎn)效率來考慮。1.3 沖壓成形時變形毛坯的力學(xué)特點與分類  變形毛坯的分區(qū)板料在進(jìn)行各種沖壓成形時，可以把變形毛坯分為變形區(qū)和不變形區(qū)。變形區(qū)是正在進(jìn)行特定變形的部分；不變形區(qū)可能是已經(jīng)經(jīng)歷了變形的已變形區(qū)，或尚未參與變形的待變形區(qū)，也可能是在沖壓成形的全過程中都不參與變形

20、的不變形區(qū)，還有在變形過程中起傳遞變形力作用的傳力區(qū)。圖示出了基本沖壓成形工序拉深、翻邊和縮口變形過程中的毛坯各區(qū)的分布，具體劃分情況見表1.3.1。圖毛坯各區(qū)劃分舉例a)拉深 b)翻邊 c)縮口表? 沖壓變形毛坯各區(qū)劃分情況 沖壓方法 變形區(qū)不變形區(qū)已變形區(qū)待變形區(qū)傳力區(qū)拉深A(yù)B無B翻孔AB無B縮口ABCC從本質(zhì)上看，各種沖壓成形過程就是毛坯變形區(qū)在其主應(yīng)力作用下產(chǎn)生應(yīng)變的過程。所以，毛坯變形區(qū)的受力情況和變形特點是決定各種沖壓成形根本性質(zhì)的主要依據(jù)。變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變特點絕大多數(shù)板料沖壓變形都是平面應(yīng)力狀態(tài)。一般在板料表面上不受力或受數(shù)值不大的力，所以可以認(rèn)為在板厚方向上

21、的應(yīng)力數(shù)值為零。使毛坯變形區(qū)產(chǎn)生塑性變形應(yīng)力是在板料平面內(nèi)相互垂直的兩個主應(yīng)力。除彎曲變形外，在大多數(shù)情況下都可以認(rèn)為這兩個主應(yīng)力在厚度方向上的數(shù)值是不變的。因此，可以把所有沖壓變形方式按毛坯變形區(qū)的受力情況(應(yīng)力狀態(tài))和變形特點從變形力學(xué)的角度歸納為以下四種情況。 1.沖壓毛坯變形區(qū)受兩向拉應(yīng)力的作用 在軸對稱變形時，可以分為以下兩種情況： r0，且 tr0，且 t這兩種情況在沖壓應(yīng)力圖(圖)中處于GOH和AOH(第象限)范圍內(nèi)，而且在沖壓變形圖(圖1.3.3)中則處于AON及AOC范圍內(nèi)，與此相對應(yīng)的變形是平板毛坯的局部脹形、內(nèi)孔翻邊、空心毛坯的脹形等。圖1.3.2沖壓應(yīng)力圖2.沖壓毛坯變

22、形區(qū)受兩向壓應(yīng)力的作用在軸對稱變形時，可以分為下邊兩種情況：r0，且tr0，且t這兩種情況在沖壓應(yīng)力圖中處于COD及DOE(第象限)范圍內(nèi)，而在沖壓變形圖中則處于GOE及GOL范圍內(nèi)，與此相對應(yīng)的變形是縮口變形等。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，在軸對稱變形時，可以分為下面兩種情況：r，t及r0r ，t及r這兩種情況在沖壓應(yīng)力圖中處于GOF及AOB范圍內(nèi)，而在沖壓變形圖中處于MON及COD范圍內(nèi)，與此相對應(yīng)的沖壓變形是擴(kuò)口等。 沖壓變形圖4.沖壓毛坯變形區(qū)受異號應(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，在軸對稱變形時，可以分為以下兩種情況：r，

23、t及rr，t及r這兩種情況在沖壓應(yīng)力圖中處于EOF及BOC范圍內(nèi)，而在沖壓變形圖中處于MOL及DOE范圍內(nèi)，與此相對應(yīng)的沖壓變形是拉深等。綜合上面四種受力情況的分析結(jié)果，可以把全部沖壓變形概括為兩大類別：伸長類變形與壓縮類變形。當(dāng)作用于毛坯變形內(nèi)的拉應(yīng)力的絕對值最大時，在這個方向上的變形一定是伸長變形，稱這種沖壓變形為伸長類變形。伸長類變形包括沖壓變形圖中的MON、NOA、AOB、BOC及COD等五個區(qū)。當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)內(nèi)的壓應(yīng)力的絕對值最大時，在這個方向上的變形一定是壓縮變形，稱這種沖壓變形為壓縮類變形。壓縮類變形包括沖壓變形圖中的MOL、LOH、HOG、GOE及EOD等五個區(qū)。伸長類成形

24、的極限變形參數(shù)主要決定于材料的塑性，并且可以用板材的塑性指標(biāo)直接或間接地表示。例如多數(shù)實驗結(jié)果證實：平板毛坯的局部脹形深度 、圓柱體空心毛坯的脹形系數(shù)、圓孔翻邊系數(shù)、最小彎曲半徑等都與伸長率有明顯的正比關(guān)系。壓縮類成形的極限變形參數(shù)（如拉深系數(shù)等），通常都是受毛坯傳力區(qū)的承載能力的限制，有時則受變形區(qū)或傳力區(qū)的失穩(wěn)起皺的限制。由于兩類成形方法的極限變形參數(shù)的確定基礎(chǔ)不同，所以影響極限變形參數(shù)的因素和提高極限變形參數(shù)的途徑和方法也不一樣。 沖壓成形中的變形趨向性及其控制在沖壓過程中，成形毛坯的各個部分在同一個模具的使用下，卻有可能發(fā)生不同形式的變形，即具有不同的變形趨向性。這時候，毛坯的各個部分

25、是否變形和以什么方式變形，以及我們能不能借助于正確地設(shè)計沖壓工藝和模具來保證，在進(jìn)行和完成預(yù)期變形的同時，排除其它一切不必要的和有害的變形等等，則是獲得合格的高質(zhì)量沖壓件的根本保證。也是對沖壓過程中變形趨向性及其控制方法進(jìn)行研究的目的所在。圖? 變形趨向性對沖壓工藝的影響變形區(qū)發(fā)生塑性變形所必需的力，是由模具通過傳力區(qū)獲得的。而同一個毛坯的變形區(qū)和傳力區(qū)都是相毗聯(lián)的圖，所以在變形區(qū)與傳力區(qū)的分界面上使用的內(nèi)力的性質(zhì)與大小一定是完全相同的。在同一個內(nèi)力的使用下，變形區(qū)和傳力區(qū)都有可能產(chǎn)生塑性變形。但是，由于它們可能產(chǎn)生的塑性變形的方式不同，而且也由于變形區(qū)和傳力區(qū)之間的尺寸關(guān)系不同，通常總是有一

26、個區(qū)需要比較小的塑性變形力，首先進(jìn)入塑性狀態(tài)，產(chǎn)生塑性變形。因此，可以認(rèn)為這個區(qū)是相對的弱區(qū)。為保證沖壓過程的順利進(jìn)行，必須保證在該道沖壓工序中應(yīng)該變形的部分變形區(qū)成為弱區(qū)，以便在把塑性變形局限于變形區(qū)的同時，排除在傳力區(qū)產(chǎn)生任何不必要的塑性變形的可能。根據(jù)上述的道理，可以得出一個十分重要的結(jié)論：在沖壓過程中，需要最小變形力區(qū)是個相對的弱區(qū)，而且弱區(qū)必先變形，圖? 環(huán)形毛坯的變形趨向a)變形前的工具與毛坯 b)拉深 c)翻邊 d)脹形在設(shè)計工藝過程，選定工藝方案、確定工序和工序間尺寸時，也必須遵循“弱區(qū)必先變形，變形區(qū)應(yīng)為弱區(qū)”的道理。如圖所示的零件，當(dāng)D-d較大，h較小時，可用帶孔的環(huán)形毛坯

27、用翻邊方法成形；但是當(dāng)D-d較小，h較大時，如用翻邊方法成形，則不能保證毛坯外環(huán)是需要變形力較大的強(qiáng)區(qū)，以及翻邊部分是變形力較小的弱區(qū)條件。所以在翻邊時，毛坯的外徑必然收縮，使翻邊成形成為不可能實現(xiàn)的工藝方法。在這種情況下，就必須改變原工藝過程為拉深后切底和切外緣的工藝方法，或采用加大外徑的小環(huán)形毛坯，經(jīng)翻邊成形后再沖切外圓的工藝過程(如虛線所示)。在實際生產(chǎn)當(dāng)中，用來控制毛坯的變形趨向性的措施，有下列幾個方面。 1.合理的確定毛坯尺寸變形毛坯各部分的相對尺寸關(guān)系，是決定變形趨向性的最為重要的因素，所以在設(shè)計工藝過程中，一定要合理地確定初始毛坯的尺寸和中間毛坯的尺寸，保證變形的趨向符合于工藝的

28、要求。圖（a)，所示的毛坯，由于其尺寸D0與dp的相對關(guān)系不同，具有三種可能的變形趨向.因此，必須根據(jù)沖壓件的形狀，合理地確定毛坯的尺寸，用以控制變形的趨向，獲得所要求的零件形狀和尺寸精度。改變毛坯的尺寸，可得到圖三種變形中的一種。當(dāng)D0/dp與d0dp都較小時，寬度為D0-dp的環(huán)形部分成為弱區(qū)，于是得到毛坯外徑收縮的拉深變形(b) 圖；當(dāng)D0dp與d0dp都比較大時，寬度為dp-d0的環(huán)形部分成為弱區(qū)，于是得到毛坯內(nèi)孔擴(kuò)大的翻邊變形(c) 圖；當(dāng)D0/dp很大，而d0/dp很小或等于零時(不帶內(nèi)孔的毛坯)，雖然毛坯外環(huán)的拉深變形與內(nèi)部的翻邊變形的變形阻力都增大了，但是毛坯的內(nèi)部仍是相對的弱

29、區(qū)，產(chǎn)生的變形是內(nèi)部的脹形(d) 圖。脹形時，毛坯的外徑和內(nèi)孔的尺寸都不發(fā)生變化，或者變化很小，成形僅靠毛坯厚度的變薄實現(xiàn)。圖1.3.5中所示毛坯的相對尺寸與變形趨向之間的關(guān)系，列表1.3.2。表1.3.2 平板環(huán)形毛坯的變形趨向尺 寸 關(guān) 系成形方式(變形趨向)備? 注D0/dp1.52, d0/dp0.15拉深  D0/dp2.5, d0/dp0.20.3 翻邊要得到圖(c)所示的零件，d0/dp的值必須加大，否則內(nèi)孔會開裂D0/dp2.5, d0/dp0.15脹形d/dp 0時，是完全脹形以變形毛坯尺寸關(guān)系對變形趨向性的控制實例很多，如圖是鋼球活座套的沖壓工

30、藝過程，共包括有落料a)、拉深b)、沖孔c)、翻邊d)等四道沖壓工序。在第二道工序拉深時，毛坯的外形是弱區(qū)，所以塑性變形發(fā)生在毛坯的外形部位，并使其外徑由59減到52，當(dāng)沖24內(nèi)孔以后，使毛坯的中間部分由強(qiáng)區(qū)變成弱區(qū)，并使原來是弱區(qū)的外緣部分轉(zhuǎn)變成為相對的強(qiáng)區(qū)，其結(jié)果變形區(qū)由毛坯的外部轉(zhuǎn)移到毛坯的中間部分，從而保證了第四道工序內(nèi)孔擴(kuò)翻邊變形的進(jìn)行。圖? 鋼球活座套的沖壓工藝過程中的變形趨向性的控制a)落料 b)拉深 c)沖孔 d)翻邊2.正確設(shè)計模具工作部分形狀和尺寸改變模具工作部分的幾何形狀和尺寸也能對毛坯的變形趨向性起控制使用。例如增大凸模的圓角半徑rp，減小凹模的圓角半徑rd(圖)，可以

31、使拉深變形的阻力增大，并使翻邊的阻力減小，所以有利于翻邊變形的實現(xiàn)。反之，增大凹模圓角半徑rd和減小凸模的圓角半徑rp，則有利于實現(xiàn)拉深變形，而不利于實現(xiàn)翻邊變形。利用模具工作部分的圓角半徑控制毛坯變形趨向的情況，在生產(chǎn)中是常常見到的。3.改變毛坯與模具表面的摩擦條件改變毛坯與模具接觸表面之間的摩擦阻力，借以控制毛坯變形的趨向，這也是生產(chǎn)中時常采用的一個方法。例如，加大圖中所示的壓邊力Q的作用使毛坯和壓邊圈及凹模面之間的摩擦阻力加大，結(jié)果不利于拉深變形，而有利于翻邊和脹形變形的實現(xiàn)。反之，增加毛坯與凸模表面的摩擦阻力，減小毛坯與凹模表面的摩擦阻力，都有利于拉深變形。所以，對變形毛坯的潤滑以及對

32、潤滑部位的選擇，也都是對毛坯變形趨向起相當(dāng)重要作用的因素。如拉深毛坯的單面潤滑就是這個道理。4.其它工藝措施采用局部加熱或局部深冷的辦法，降低變形區(qū)的變形抗力或提高傳力區(qū)的強(qiáng)度，都能達(dá)到控制變形趨向性的目的，可使一次成形的極限變形程度加大，提高生產(chǎn)效率。1.4 板料沖壓成形性能及沖壓材料 板料的沖壓成形性能    板料的沖壓成形性能是指板料對各種沖壓加工方法的適應(yīng)能力。如便于加工，容易得到高質(zhì)量和高精度的沖壓件，生產(chǎn)效率高(一次沖壓工序的極限變形程度和總的極限變形程度大)，模具消耗低，不易產(chǎn)生廢品等。板料的沖壓成形性能是一個綜合性的概念，沖壓件能否成形和成形后的質(zhì)

33、量取決于成形極限(抗破裂性)，貼模性和形狀凍結(jié)性。成形極限是指板料成形過程中能達(dá)到的最大變形程度，在此變形程度下材料不發(fā)生破裂。可以認(rèn)為，成形極限就是沖壓成形時，材料的抗破裂性。板料的沖壓成形性能越好，板料的抗破裂性也越好，其成形極限也就越高。板料的貼模性指板料在沖壓成形過程中取得模具形狀的能力，形狀凍結(jié)性指零件脫模后保持其在模內(nèi)獲得的形狀的能力。影響貼模性的因素很多，成形過程發(fā)生的內(nèi)皺、翹曲、塌陷和鼓起等幾何缺陷都會使貼模性降低。形狀凍結(jié)性影響的最主要因素是回彈，零件脫模后，常因回彈過大而產(chǎn)生較大的形狀誤差。材料沖壓成形性能中的貼模性和形狀凍結(jié)性是決定零件形狀精度的重要因素，而成形極限是材料

34、將開始出現(xiàn)破裂的極限變形程度。破裂后的制件是無法修復(fù)使用。因此生產(chǎn)中以成形極限作為板料沖壓成形性能的判定尺度，并用這種尺度的各種物理量作為評定板料沖壓成形性能的指標(biāo)。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(xué)試驗、金屬學(xué)試驗（統(tǒng)稱間接試驗）和工藝試驗（直接試驗）。其中常用的力學(xué)試驗有簡單拉伸試驗和雙向拉伸試驗，用以測定板料的力學(xué)性能指標(biāo)，而這些性能與沖壓成形性能有著密切的關(guān)系；金屬學(xué)試驗用以確定金屬材料的硬度、表面粗糙度、化學(xué)成分、結(jié)晶方位與晶粒度等；工藝試驗也稱模擬試驗，它是用模擬生產(chǎn)實際中的某種沖壓成形工藝的方法測量出相應(yīng)的工藝參數(shù)，試件的應(yīng)力狀態(tài)和變形特點與相應(yīng)

35、的沖壓工藝基本一致，試驗結(jié)果能反映出金屬板料對該種沖壓工藝的成形性能。例如 Swift的拉深試驗，測出極限拉深比 LDR ；T ZP試驗，測出對比拉深力的T 值；Erichsen 試驗，測出極限脹形深度Er 值；K.W.I擴(kuò)孔試驗測出極限擴(kuò)孔率等。有關(guān)的試驗方法參見金屬板料試驗標(biāo)準(zhǔn)。金屬板料的力學(xué)性能與沖壓成形性能的關(guān)系金屬板料的力學(xué)性能是用板料試樣作單相拉伸試驗求得的，由于試驗的目的不同，該方法和材料力學(xué)中評審材料強(qiáng)度性能的拉伸試驗有所不同。具體的試驗方法和步驟按國家標(biāo)準(zhǔn)(GB22887)執(zhí)行。圖1.4.1 a)為標(biāo)準(zhǔn)試樣圖，圖b）是拉伸曲線。利用該試樣的單相拉伸試驗可以得到與金屬板材沖壓成

36、形性能密切相關(guān)的試驗值。這里，僅對其中幾項指標(biāo)說明如下：圖 拉伸試驗用的標(biāo)準(zhǔn)試樣和拉伸曲線1.屈服極限s許多試驗已經(jīng)證明，屈服極限s小，材料容易屈服，變形抗力小，成形后回彈小，貼模性和形狀凍結(jié)性能好。但在壓縮類變形時，易起皺。2.屈強(qiáng)比sb屈強(qiáng)比s/b對板料沖壓成形性能影響較大，sb小，板料由屈服到破裂的塑性變形階段長(變形區(qū)間大)，有利沖壓成形。一般來講，較小的屈強(qiáng)比對板料的各種成形工藝中的抗破裂性有利。而且成形曲面零件時，容易獲得較大的拉應(yīng)力使成形形狀得以穩(wěn)定(凍結(jié))，減少回彈。故較小的屈強(qiáng)比，回彈也小，形狀的凍結(jié)性較好。3.總延伸率與均勻延伸率u是在拉伸試驗中試樣破壞時的延伸率，稱為總延

37、伸率，簡稱延伸率；u在拉伸試驗開始產(chǎn)生局部集中變形(剛出現(xiàn)細(xì)頸時)的延伸率，叫做均勻延伸率，它表示材料產(chǎn)生均勻的或穩(wěn)定的塑性變形能力。當(dāng)材料的伸長變形超過材料局部延伸率時，將引起材料的破裂，所以u也是一種衡量伸長變形時變形極限的指標(biāo)。實驗證明延伸率或均勻延伸率影響翻孔，擴(kuò)孔成形性能的最主要指標(biāo)。4.硬化指數(shù)n大多數(shù)金屬板材的硬化規(guī)律接近于冪函數(shù)n的關(guān)系，可用指數(shù)n表示其硬化性能。n大，材料在變形中加工硬化嚴(yán)重，真實應(yīng)力增大。在伸長類變形中，n值大，變形抗力增長大，從而使變形均勻化，具有擴(kuò)展變形區(qū)，減少毛壞局部變薄和增大極限變形參數(shù)等作用。尤其是對于復(fù)雜形狀的曲面零件的深拉成形工藝，當(dāng)毛壞中間部

38、分的脹形成分較大時，n值的上述作用對沖壓性能的影響更為顯著。5.板厚方向性系數(shù)板厚方向性系數(shù)，也叫做值，它是板料試樣拉伸試驗中寬度應(yīng)變b與厚度應(yīng)變t之比，表達(dá)式為：（）值的大小，表明板材在受單向拉應(yīng)力作用時，板平面方向和厚度方向上的變形難易程度的比較。也就是表明在相同受力條件下，板材厚度方向上的變形性能和板平面方向上的差別。所以叫板厚方向性系數(shù)，也叫塑性應(yīng)變比。1時，表明板材在厚度方向上的變形比較困難。在拉深成形工序中，加大值，毛坯寬度方向易于變形，切向易于收縮不易起皺，有利拉深成形。由于板料軋制時的方向性，在板平面各方向的r值是不同的，因此，采用值應(yīng)取各方向的平均值，即(1.4.2)式中0、

39、90、45分別為板料在縱向、橫向和45°方向上的板厚方向性系數(shù)。5.板平面各向異性系數(shù)板料經(jīng)軋制后，在板平面內(nèi)也出現(xiàn)各向異性，因此沿各不同方向，其力學(xué)性能和物理性能均不同，沖壓成形后使其拉深件口部不齊，出現(xiàn)“凸耳”， 愈大，“凸耳”愈高，如圖1.4.2所示。尤其在沿軋制45°方向與軋制方向形成的差異更為突出。圖 對拉深件質(zhì)量的影響板平面各向異性系數(shù)，可用厚向異性系數(shù)在沿軋制紋向0°方向的0、45°方向的45和90°方向的90 (分別取其試樣試驗)之平均差別來表示，即： （09045）/2 （）由于會增加沖壓成形工序(切邊工序)和材料的消耗，影響

40、沖件質(zhì)量，因此生產(chǎn)中應(yīng)盡應(yīng)量設(shè)法降低值。1.4.3常用的沖壓材料及其性能1.沖壓常用的材料沖壓常用材料，多為各種規(guī)格的板料、帶料等，它們的尺寸規(guī)格，均可在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中查得。在生產(chǎn)中常把板料切成一定尺寸的條料或片料進(jìn)行沖壓加工。在大批生產(chǎn)中，可將帶料在滾剪機(jī)上剪成所需寬度，用于自動送料的沖壓加工。冷沖壓常用材料有：1)黑色金屬：普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、不銹鋼、硅鋼、電工用純鐵等。2)有色金屬：紫銅、無氧銅、黃銅、青銅、純鋁、硬鋁、防銹鋁、銀及其合金等。在電子工業(yè)中，沖壓用的有色金屬，還有鎂合金、鈦合金、鎢、鉬、鉭鈮合金、康銅、鐵鎳軟磁合金(坡莫合金)等。3)非金

41、屬材料：紙板、各種膠合板、塑料、橡膠、纖維板、云母等。部分常用沖壓金屬板料的力學(xué)性能見表。表 部分常用沖壓材料的力學(xué)性能表 部分常用沖壓材料的力學(xué)性能材料名稱牌號材料狀態(tài)抗剪強(qiáng)度 t / Mpa抗拉強(qiáng)度 s b / MPa伸長率 d 10 /%屈服強(qiáng)度 s s / MPa電工用純鐵 C<0.025DT1、DT2、DT3已退火18023026普通碳素鋼Q195未退火2603203204002833200Q2353103803804702125240Q2754005005006201519280優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼08F已退火220310280390321800826036033045032200

42、10260340300440292102028040036051025250454405605507001636065Mn已退火60075012400不銹鋼1Cr13已退火320380400470211Cr18Ni9Ti熱處理退軟43055054070040200鋁L2、L3、L5已退火8075110255080冷作硬化1001201504鋁錳合金LF21已退火701101101451950硬鋁LY12已退火10515015021512淬硬后冷作 硬化28032040060010340純銅T1、T2、T3軟態(tài)160200307硬態(tài)2403003 黃銅H62軟態(tài)26030035半硬態(tài)3

43、0038020200H68軟態(tài)24030040100半硬態(tài)28035025 2.沖壓用新材料及其性能汽車、電子、家用電器及日用五金等工業(yè)的發(fā)展，極大地推動著現(xiàn)代金屬薄板的發(fā)展，許多具有不同新特性的沖壓用板材已不斷出現(xiàn)。當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展，已經(jīng)能做到根據(jù)使用與制造的要求，設(shè)計并制造出新型材料。因此，很多沖壓用的新型板材便應(yīng)運(yùn)而生。如，高強(qiáng)度鋼板、耐腐蝕鋼板、雙相鋼板、涂層鋼板及復(fù)合板等。新型沖壓板材的發(fā)展趨勢見表。內(nèi)容發(fā)展趨勢效果與目的厚度 強(qiáng)度 組織 板層功能厚 薄 低 高 單相 雙相，加磷、加鈦 單層 涂層、迭合，復(fù)合層、

44、夾層單一 多個一般 特殊產(chǎn)品輕型化、節(jié)能和降低成本 產(chǎn)品輕型化、提高強(qiáng)度 提高強(qiáng)度、延伸率和沖壓性能 耐腐蝕、外表外觀好、沖壓性能提高，抗振動、減噪聲 實現(xiàn)新功能 1）高強(qiáng)度鋼板 高強(qiáng)度鋼板是指對普通鋼板加以強(qiáng)化處理而得到的鋼板。通常采用的金屬強(qiáng)化原理有：固熔強(qiáng)化，析出強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化，組織強(qiáng)化(相態(tài)強(qiáng)化及復(fù)合組織強(qiáng)化)，時效強(qiáng)化，加工強(qiáng)化等。其中前5種是通過添加合金成分和熱處理工藝來控制板材性質(zhì)的。高強(qiáng)度鋼板的高強(qiáng)度有兩方面的涵義： 屈服點高，其中s在270310a范圍之內(nèi)，比一般鋁鎮(zhèn)靜鋼的屈服極限要高50%100%。 抗拉強(qiáng)度高，目前視其b400MPa，日本研制的用于汽車零件的高強(qiáng)度鋼板的抗拉強(qiáng)度可達(dá)600800Pa，而對應(yīng)的普通冷軋軟鋼