第一章-沖壓變形的基本原理PPT課件

本章學(xué)習(xí)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(xué)基礎(chǔ)和沖壓成形方法的力學(xué)特點(diǎn) 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1 2金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)1 3沖壓成形時(shí)變形毛坯的力學(xué)特點(diǎn)與分類1 4板料沖壓成形性能及沖壓材料 1 1金屬塑性變形的基本概念在外力的作用下 金屬產(chǎn)生的形狀和尺寸變化稱為變形 變形分為彈性變形 elasticdeformation 與塑性變形 plasticdeformation 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(shí)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 1 1 2塑性變形的基本方式單晶體 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) 1 1 3金屬的塑性與變形抗力1 塑性及塑性指標(biāo)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(biāo) 常用的塑性指標(biāo)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(gè)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 1 1 4影響金屬的塑性與變形抗力的主要因素1 化學(xué)成份和組織對(duì)塑性和變形抗力的影響化學(xué)成分 鐵 碳 合金元素 雜質(zhì)元素 組織 單項(xiàng)組織 多向組織 組織的不同塑性和變形抗力會(huì)有很大的差別 鋼的制造工藝 2 變形溫度對(duì)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(yùn)動(dòng)加劇 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(duì)塑性和變形抗力的影響3 溫度升高 原子熱振動(dòng)加劇 熱塑性 4 溫度升高 晶界強(qiáng)度下降 3 變形速度對(duì)塑性和變形抗力的影響速度大時(shí) 塑性變形來不及擴(kuò)展 沒有足夠時(shí)間回復(fù) 再結(jié)晶 塑性降低變形抗力增大 速度大時(shí) 熱效應(yīng)顯著 變形體有溫度效應(yīng)對(duì)塑性增加有利 1 2塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ)外力內(nèi)力模具毛坯零件 毛坯的變形都是模具對(duì)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 1 2 1一點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài) 一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 是指通過變形體內(nèi)某點(diǎn)的單元體所有截面上的應(yīng)力的有或無(wú) 大小 方向等情況 圖1 2 2九種主應(yīng)力狀態(tài)圖 2 一點(diǎn)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(wú)體積的變化 三個(gè)推論 塑性變形時(shí) 只有形狀的變化 而無(wú)體積的變化 不論什么應(yīng)變狀態(tài) 其中一個(gè)主應(yīng)變的符號(hào)與另外兩個(gè)主應(yīng)變的符號(hào)相反 已知兩個(gè)應(yīng)變就可求第三個(gè)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 1 2 2屈服準(zhǔn)則 塑性條件 屈服準(zhǔn)則 材料進(jìn)入塑性狀態(tài)的力學(xué)條件 當(dāng)材料中的某點(diǎn)的應(yīng)力滿足屈服準(zhǔn)則 該點(diǎn)就進(jìn)入塑性狀態(tài) 1 屈雷斯加 H Tresca 屈服準(zhǔn)則屈雷斯加于1864年提出 當(dāng)材料中的最大剪應(yīng)力達(dá)到某一定值時(shí) 材料即行屈服 因此 該準(zhǔn)則又稱為最大剪應(yīng)力屈服準(zhǔn)則 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 1 2 2屈服準(zhǔn)則 塑性條件 2 密席斯 VonMises 屈服準(zhǔn)則密席斯于1913年提出了另一屈服準(zhǔn)則 當(dāng)材料中的等效應(yīng)力達(dá)到某一定值時(shí) 材料就開始屈服 由單向拉伸試驗(yàn)可確定該值 該值為材料的屈服點(diǎn) s 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 3 屈服準(zhǔn)則的幾何表示在平面應(yīng)力狀態(tài)時(shí) 屈服準(zhǔn)則可用屈服軌跡來表示 如圖1 2 4 1 2 4屈服準(zhǔn)則的幾何表示 a 平面上兩屈服準(zhǔn)則表達(dá) b 主應(yīng)力空間兩屈服準(zhǔn)則表達(dá) 1 2 3塑性變形時(shí)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(shí) 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 2 5 塑性變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性的 不可逆的 1 2 3塑性變形時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系增量理論 瞬間的應(yīng)變?cè)隽颗c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 1 2 4硬化與硬化曲線1 硬化材料的強(qiáng)度指標(biāo)隨變形程度的增加而增加 塑性隨之降低 2 硬化曲線實(shí)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(duì)板料的沖壓性能以及沖壓件的質(zhì)量都有較大的影響 1 3沖壓成形時(shí)變形毛坯的力學(xué)特點(diǎn)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(diǎn)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 3 沖壓毛坯變形區(qū)受異號(hào)應(yīng)力的作用 而且拉應(yīng)力的絕對(duì)值大于壓應(yīng)力的絕對(duì)值 可以分為兩種情況 如圖1 3 2 4 沖壓毛坯變形區(qū)受異號(hào)應(yīng)力的作用 而且壓應(yīng)力的絕對(duì)值大于拉應(yīng)力的絕對(duì)值 可以分為兩種情況 綜上所述 沖壓變形可分為伸長(zhǎng)類變形和壓縮類變形 如圖1 3 3 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(jì)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 1 4板料沖壓成形性能及沖壓材料1 4 1板料的沖壓成形性能 沖壓成形性能 板料對(duì)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(yàn)的試驗(yàn)方法板料沖壓性能試驗(yàn)方法通常分為三種類型 力學(xué)試驗(yàn) 金屬學(xué)試驗(yàn) 統(tǒng)稱間接試驗(yàn) 和工藝試驗(yàn) 直接試驗(yàn) 拉伸試驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)比屈強(qiáng)比小 說明值小而值大3 總延伸率與均勻延伸率拉伸實(shí)驗(yàn)中 試樣拉斷時(shí)的伸長(zhǎng)率稱總伸長(zhǎng)率 1 4 3板料的力學(xué)性能與沖壓成形性能的關(guān)系 圖1 4 1拉伸試驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)試樣和拉伸曲線 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(duì)拉深件質(zhì)量的影響 圖1 4 2 圖1 4 2 對(duì)拉深件質(zhì)量的影響 1 4 4常用沖壓材料及其力學(xué)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(qiáng)度鋼板2 耐腐蝕鋼板3 雙相鋼板4 涂層板5 復(fù)合板材 圖1 1 1晶格畸變 a 無(wú)外力作用 b 外力作用產(chǎn)生彈性畸變 c 晶格滑移或?qū)\動(dòng) d 外力卸去后的永久變形 圖1 2 1一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) a 受力物體 b 任意坐標(biāo)系 c 主軸坐標(biāo)系 1