沖壓工藝學(xué)(全).ppt

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沖壓工藝學(xué),目錄,第一章 概述 第二章 沖壓變形基礎(chǔ) 第三章 沖裁 第四章 彎曲 第五章 脹形 第六章 直壁形狀零件的拉深 第七章 曲面形狀零件的拉深 第八章 翻邊,第一章 概述,1. 定義,沖壓是在室溫下，利用安裝在壓力機(jī)上的模具對(duì)板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需零件的一種壓力加工方法。又稱為冷沖壓或板料沖壓。,沖壓零件,,,,,第一章 概述,2. 應(yīng)用,冷沖壓廣泛用于汽車、電機(jī)、電器、儀表及日常生活用品中，在國(guó)防工業(yè)中占有重要地位。,沖壓件比例： 精密機(jī)械中80－85％； 儀器、儀表、電機(jī)60－70％ 汽車60－75%； 自行車、縫紉機(jī)、手表80％； 電視機(jī)、收錄機(jī)、攝像機(jī)90％,第一章 概述,沖壓件—汽車產(chǎn)品,第一章 概述,沖壓件—家用產(chǎn)品,第一章 概述,沖壓件—軍工用品,第一章 概述,沖壓件—其它工業(yè)產(chǎn)品,第一章 概述,3. 特點(diǎn),應(yīng)用范圍廣 金屬材料－非金屬材料（膠木、有機(jī)玻璃、紙板、皮革 …) 儀表零件（百分之幾克）－汽車覆蓋件、飛機(jī)蒙皮、鍋爐封頭 生產(chǎn)率高、材料利用率高 一般可達(dá)幾－幾十件/分，高速?zèng)_床幾百－幾千件/分； 一般不需加熱；材料利用率可達(dá)70－85％以上。 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 加工精度高，互換性好， 一般不需進(jìn)一步加工。 便于操作、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化 缺點(diǎn) 模具要求高、制造復(fù)雜、周期長(zhǎng)、制造費(fèi)昂貴，因而在小批量生產(chǎn)中受到限制。生產(chǎn)中有噪音。,第一章 概述,4. 工序分類 分離工序： 成形工序：,沖壓件與板料沿一定輪廓線相互分離，同時(shí)沖壓件分離斷面也要滿足一定要求。如落料、沖孔、裁剪、切邊、剖切等。,沖壓毛坯在不破壞的情況下發(fā)生塑性變形，并轉(zhuǎn)化成所要求的成品形狀。同時(shí)，應(yīng)滿足尺寸精度方面的要求，如彎曲、拉深、脹形、翻邊、擴(kuò)口、縮口、拉彎及旋壓等。,第一章 概述,分離工序,第一章 概述,成形工序,第一章 概述,5. 沖壓技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展,現(xiàn)狀： 我國(guó)是沖壓加工的大國(guó)（2004年，僅汽車、冰箱和空調(diào)的沖壓件消耗的鋼材就超過(guò)七百萬(wàn)噸，占全國(guó)消耗鋼材的1/10以上，占全國(guó)冷軋板材的70％，可見我國(guó)的沖壓有很大的市場(chǎng)需求和商機(jī)，發(fā)展前景廣闊），沖壓產(chǎn)能有很大發(fā)展，但沖壓行業(yè)的基礎(chǔ)仍然薄弱，仍以傳統(tǒng)型為主，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力不足。主要表現(xiàn)在： （1）工藝原始創(chuàng)新能力不足； （2）轎車覆蓋件沖壓模具設(shè)計(jì)等關(guān)鍵代表性技術(shù)的自主開發(fā)能力薄弱； （3）材料和能源利用率偏低，耗材耗能較嚴(yán)重； （4）沖壓企業(yè)集中度不足、設(shè)備陳舊、數(shù)字化水平低等。,第一章 概述,面臨的挑戰(zhàn)： （1）產(chǎn)品集約化生產(chǎn)、個(gè)性化發(fā)展、節(jié)能性與環(huán)保性要求，將促使沖壓行業(yè)出現(xiàn)新一輪的技術(shù)革新和改造； （2）仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用是沖壓發(fā)展必須借助的手段； （3）自動(dòng)化和靈活性要求是沖壓發(fā)展必須考慮的因素； （4）復(fù)合材料應(yīng)用將推動(dòng)沖壓向前進(jìn)步； （5）新工藝的出現(xiàn)帶動(dòng)行業(yè)進(jìn)步，這些新工藝是： A、復(fù)合材料成形工藝； B、多種厚度激光拼焊板坯的沖壓技術(shù)； C、內(nèi)高壓脹管技術(shù)； D、輕合金成形技術(shù)； E、數(shù)字化成形技術(shù)。,第一章 概述,,發(fā)展出路和特征： 加強(qiáng)基礎(chǔ)、提升技術(shù)和強(qiáng)化創(chuàng)新 （1）突出“精、省和凈”； （2）沖壓成形更加“科學(xué)化、數(shù)字化和可控化”； （3）沖壓成形可以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程控制； （4）產(chǎn)品從設(shè)計(jì)開始即進(jìn)入控制，考慮工藝； （5）沖壓生產(chǎn)的靈活性和柔性； （6）復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),2.1 沖壓變形中的應(yīng)力與變形特點(diǎn),沖壓過(guò)程中，板料毛坯的塑性變形，都是模具對(duì)毛坯施加的外力所引起的內(nèi)力或內(nèi)力直接作用的結(jié)果作用的結(jié)果。一定的力的作用方式和力的大小都對(duì)應(yīng)著一定的變形。因此，為了研究和分析金屬的塑性變形過(guò)程，首先必須了解毛坯內(nèi)的作用力與塑性變形間的關(guān)系。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),1.應(yīng)力,若 ?P是表示作用在物體某一微元面積 ?F上的內(nèi)力，則應(yīng)力S是內(nèi)力 ?p與面積 ?F（當(dāng)?F趨于零時(shí)）比值的極限： 全應(yīng)力 S 可分解為三個(gè)應(yīng)力： 一個(gè)正應(yīng)力（與平面垂直）+兩個(gè)剪切力（與平面相切）,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),毛坯內(nèi)的每一個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可由九個(gè)應(yīng)力分量確定:,由于剪應(yīng)力是互等的，即：,所以只需六個(gè)應(yīng)力分量即可確定一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),總可以找到三個(gè)互相垂直的平面，其上僅有正應(yīng)力而無(wú)剪應(yīng)力，這三個(gè)應(yīng)力叫主應(yīng)力。在沖壓變形中，用主應(yīng)力來(lái)表示應(yīng)力狀態(tài)很方便，一般取其變形坯料的經(jīng)向（徑向）、板厚方向及緯向（切向、周向）作主軸方向，常用 來(lái)表示主應(yīng)力狀態(tài)。 應(yīng)力狀態(tài)的簡(jiǎn)化: 因?yàn)榘辶献冃螘r(shí)，厚度方向應(yīng)力與其它兩個(gè)方向應(yīng)力相比很小或?yàn)榱?，? ，故通常按平面應(yīng)力狀態(tài)（兩向應(yīng)力狀態(tài)）處理，平面應(yīng)力狀態(tài)的分析比三向應(yīng)力問題要簡(jiǎn)單一些。 為了研究方便，把板料平面內(nèi)相互垂直的兩個(gè)應(yīng)力看作主應(yīng)力，二者即為使毛坯變形區(qū)產(chǎn)生塑性變形的應(yīng)力。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),2.應(yīng)變 沖壓過(guò)程中，毛坯的形狀和尺寸都發(fā)生變化，變化的大小可用應(yīng)變表示。線應(yīng)變與切應(yīng)變。 1）相對(duì)應(yīng)變 相對(duì)應(yīng)變?yōu)樽冃伍L(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度之比 這種變形表示方法沒有考慮材料的變形是一個(gè)逐漸積累的過(guò)程，因此其計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況比較是有誤差的，且變形量越大，誤差越大，因此只能用于小變形中。（10%）,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),2）真實(shí)應(yīng)變（對(duì)數(shù)應(yīng)變） 真實(shí)應(yīng)變?yōu)闉樽冃魏箝L(zhǎng)度與變形前長(zhǎng)度之比取對(duì)數(shù) 3）相對(duì)應(yīng)變與真實(shí)應(yīng)變關(guān)系 真實(shí)應(yīng)變能反映變形的連續(xù)過(guò)程，而相對(duì)應(yīng)變只與變形的始末尺寸有關(guān)，不反映變形的連續(xù)過(guò)程。舉例說(shuō)明。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),3.應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 彈性變形時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系遵循虎克定律 。 塑性變形區(qū)受單向應(yīng)力作用時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可用硬化曲線或硬化曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式表示。 塑性變形區(qū)受二向以上的應(yīng)力作用的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可用全量理論或增量理論表示。,全量理論,或,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),增量理論,或,式中 為平均應(yīng)力，又稱靜水應(yīng)力。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),體積不變定律的三點(diǎn)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。,4.體積不變定律: 認(rèn)為塑性變形體體積不變，只有形狀發(fā)生變化?？捎孟率秸鎸?shí)應(yīng)變表示。當(dāng)變形程度小于10％時(shí)，可用相對(duì)應(yīng)變表示。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),能量條件－金屬產(chǎn)生塑性變形時(shí)，其單位體積變形位能為一定值?？蓪懗桑?簡(jiǎn)化式為： 式中 －中間主應(yīng)力影響系數(shù)，可近似取1.1； －真實(shí)變形抗力，可由硬化曲線確定,5.塑性條件 單向應(yīng)力作用時(shí)，金屬由彈性變形轉(zhuǎn)化為塑性變形的條件是應(yīng)力達(dá)到屈服極限，即在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，金屬進(jìn)入并保持塑性變形的條件稱為塑性條件，也稱屈服準(zhǔn)則。目前常用的有最大剪應(yīng)力條件（屈雷斯加）和能量條件（米塞斯）。 最大剪應(yīng)力條件－金屬產(chǎn)生塑性變形時(shí)，最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力之差為一定數(shù)，與中間主應(yīng)力無(wú)關(guān)?？蓪懗桑?第二章 沖壓變形基礎(chǔ),2.2 硬化與硬化曲線,1.硬化現(xiàn)象 隨著變形程度的增加，決定金屬變形抗力的 、 、硬度等指標(biāo)提高，而塑性指標(biāo) 、 、 等下降，金屬的這種效應(yīng)稱之為加工硬化，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 加工硬化對(duì)沖壓變形有著不同的影響，如利于伸長(zhǎng)類變形，不利于翻邊等。 在冷變形中，材料的變形抗力隨變形程度的變化用硬化曲線表示。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),硬化曲線及表達(dá)式 硬化曲線可通過(guò)拉伸、壓縮、扭曲和液壓脹形的方法獲得。 表示變形抗力與變形程度關(guān)系的曲線。 特點(diǎn)： 分類： 第一類硬化曲線： 第二類硬化曲線： 第三類硬化曲線：,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),2.硬化曲線及表達(dá)式 直線式－以硬化曲線上縮頸點(diǎn)處的切線表示： 式中： －截距 F －硬化模數(shù)，為硬化直線斜率 1）當(dāng)應(yīng)變 用延伸率 表示時(shí)， 2）當(dāng)應(yīng)變 用斷面縮減率 表示時(shí)， 式中：,直線式硬化曲線是近似的，僅在切點(diǎn)位置上兩者的數(shù)值是一致的。在其它位置上均有差別，尤其在變形很大或很小時(shí)。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),冪次式－用冪函數(shù)曲線表示 式中 c－材料常數(shù)，又稱硬化系數(shù) n－加工硬化指數(shù)，也稱 n值 常數(shù)c和n值均可在拉伸實(shí)驗(yàn)中得到。由于冪函數(shù)曲線與材料的實(shí)際硬化曲線比較接近，故沖壓技術(shù)中常用它來(lái)代替硬化曲線。,,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),小結(jié) 冷沖壓定義、工藝特點(diǎn)和分類 沖壓變形的應(yīng)力特點(diǎn)和應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 硬化曲線及數(shù)學(xué)表達(dá)形式,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),2.3 各種沖壓成形方法力學(xué)特點(diǎn)與分類 在沖壓成形時(shí)，把變形毛坯分成變形區(qū)和不變形區(qū)。 可以把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(diǎn)從變形力學(xué)理論的角度歸納為以下幾種情況，并分別研究它們的變形特點(diǎn)。,A—變形區(qū) B－已變形區(qū)，傳力區(qū) C－待變形區(qū),,,,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),1）沖壓毛坯變形區(qū)受兩向拉應(yīng)力作用 分為兩種情況： （1） 再確定 ， 的變化范圍是 ， 當(dāng) 時(shí)，為兩向等拉， 當(dāng) 時(shí)，為單拉， 這種情況處于沖壓應(yīng)力圖的GOH，處于沖壓應(yīng)變圖的AON。,,1.變形分類,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),（2）,,再確定 ： 當(dāng) 時(shí)，為兩向等拉， 當(dāng) 時(shí)，為單拉， 這種情況處于沖壓應(yīng)力圖的AOH，處于沖壓應(yīng)變圖的AOC 與這種變形情況對(duì)應(yīng)的變形是脹形、內(nèi)孔翻邊。,2）沖壓變形區(qū)兩向壓應(yīng)力作用 （1） 沖壓應(yīng)力圖的COD，沖壓應(yīng) 變圖的GOE （2） 沖壓應(yīng)力圖的DOE，沖壓應(yīng)變圖的GOL 與該種情況相對(duì)的變形有縮口變形等。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),3）變形區(qū)受異號(hào)應(yīng)力作用，且拉應(yīng)力絕對(duì)值大于壓應(yīng)力絕對(duì)值 （1） ，且 ，處于沖壓應(yīng)力圖的GOF，沖壓應(yīng)變圖的MON； （2） ，且 ，處于沖壓應(yīng)力圖的AOB，沖壓應(yīng)變圖的COD； 與該種情況相對(duì)的變形有擴(kuò)口等。,4）變形區(qū)受異號(hào)應(yīng)力作用，且壓應(yīng)力絕對(duì)值大于拉應(yīng)力絕對(duì)值 （1） ，且 ，處于沖壓應(yīng)力圖的EOF，沖壓應(yīng)變圖的MOL； （2） ，且 ，處于沖壓應(yīng)力圖的BOC，沖壓應(yīng)變圖的DOE； 與該種情況相對(duì)的變形有拉深等。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),綜合上面四種受力情況的分析結(jié)果，可以把全部變形概括為兩大類：伸長(zhǎng)類變形和壓縮類變形。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),伸長(zhǎng)類變形－當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)內(nèi)的拉應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，在這個(gè)方向上的變形一定是伸長(zhǎng)變形，稱這種沖壓變形為伸長(zhǎng)類變形，包括沖壓變形圖中的 MON、NOA、AOB、BOC、COD等五個(gè)區(qū)。 壓縮類變形－當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)的壓應(yīng)力的絕對(duì)值最大時(shí)，在這個(gè)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。包括沖壓變形圖中的MOL、LOH、HOG、GOE、EOD五個(gè)區(qū)。 MOD是伸長(zhǎng)類成形與壓縮類成形在沖壓變形圖上的分界，F(xiàn)OB是沖壓應(yīng)力圖上的分界。 對(duì)于同一類變形中的各種沖壓方法，可用相同的觀點(diǎn)和方法解決沖壓中各種問題。如極限成形參數(shù)確定、影響因素及提高的措施等，對(duì)這兩類方法是不同的。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),進(jìn)一步分類 第三類兼具兩種特點(diǎn)的成形方法，不同變形區(qū)出現(xiàn)的問題都是不能忽視的。應(yīng)同時(shí)從兩方面出發(fā)，針對(duì)不同問題采取必要的措施同時(shí)解決兩方面的問題。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),2.沖壓成形極限及影響因素 提高伸長(zhǎng)類成形極限的措施 1）提高材料塑性； 2）減小變形不均勻程度（提高塑性變形穩(wěn)定性）； 3）清除引起局部應(yīng)力集中的因素 提高壓縮類成形極限的措施 1）提高傳力區(qū)的承載能力，降低變形區(qū)的變形抗力及摩擦阻力； 2）阻止毛坯變形區(qū)失穩(wěn)起皺； 3）以降低變形區(qū)的變形抗力為主要目的的退火,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),兩類沖壓成形對(duì)比,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),2.4 板料沖壓性能及試驗(yàn)方法,定義：板料的沖壓性能是指板料對(duì)各種沖壓加 工方法的適應(yīng)能力，包括成形極限（抗破裂性），形狀與尺寸精度（貼模性和凍結(jié)性），模具壽命，變形力等。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),試驗(yàn)方法可分為間接試驗(yàn)和直接試驗(yàn)（模擬試驗(yàn)）兩類。 間接試驗(yàn)－板材的應(yīng)力狀態(tài)與受力情況與真實(shí)沖 壓時(shí)有一定差別，所以結(jié)果只能間接反映板材沖壓性能，有時(shí)還需要一定 的分析方法。如拉伸試驗(yàn)、成形極限線、金相試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)。 直接試驗(yàn)（ 模擬試驗(yàn)）－板材的應(yīng)力狀態(tài)及受力情況與真實(shí)沖壓時(shí)基本相同，所得結(jié)果也比較準(zhǔn)確。如杯突試驗(yàn)、極限拉 深比試驗(yàn)、拉深力對(duì)比試驗(yàn)、錐形件復(fù)合性能試驗(yàn)、擴(kuò)孔試驗(yàn)、吉田拉皺試驗(yàn)、液壓脹形試驗(yàn)等。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),第二章 沖壓變形基礎(chǔ),1.拉伸試驗(yàn) 拉伸試件從待試驗(yàn)板材截取，試樣長(zhǎng)度按標(biāo)準(zhǔn)確定 （如GB228－87），寬度可根據(jù)材料厚度不同取10 mm、15 mm、20 mm、及30 mm四種，尺寸偏差不大于0.02。 試驗(yàn)在拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，可得拉伸力與行程（試件伸長(zhǎng)）的拉伸曲線。由式 ，可得到名義應(yīng)力與延伸率表示的拉伸曲線：,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),由拉伸曲線得到的幾個(gè)重要的參數(shù)： 1） 屈服極限，開始發(fā)生塑性變形； 2） 強(qiáng)度極限，開始產(chǎn)生不均勻變形，即塑性拉伸失穩(wěn)。 3） 屈強(qiáng)比，屈強(qiáng)比小，進(jìn)行沖壓變形 的范圍大，幾乎對(duì)所有沖壓變形都有利。 對(duì)壓縮類成形： —變形區(qū)切向應(yīng)力小 — 起皺趨勢(shì)小 —壓邊力、摩擦損失小 —側(cè)壁載荷低、提高變形程度 對(duì)伸長(zhǎng)類成形： —使零件凍結(jié)的拉力小 —工藝穩(wěn)定性高 對(duì)彎曲成形： —回彈低，利于提高精度,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),4） 均勻延伸率與總延伸率 沖壓成形一般都在板材的均勻變形范圍內(nèi)進(jìn)行，所以對(duì)沖壓變形有較為直接的影響，它表示板材穩(wěn)定的塑性變形能力，直接決定板材在伸長(zhǎng)類成形中的沖壓性能，一般情況下成正的相關(guān)關(guān)系。 5）n 值（硬化指數(shù)） 大多數(shù)金屬的硬化規(guī)律可用下式表示： ， n值表示塑性變形材料硬化的強(qiáng)度。n大，可使伸長(zhǎng)類變形均勻化，具有擴(kuò)展變形區(qū)、減小毛坯局部變薄和增大極限變形程度等作用?？紤]到板材方向性，可?。?第二章 沖壓變形基礎(chǔ),n值確定方法 （1）兩點(diǎn)法 硬化曲線滿足 對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù) ，為直線方程， n為斜率。 n值可根據(jù)下式計(jì)算：,,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),解析推導(dǎo) 兩點(diǎn)的取法：于屈服點(diǎn)后取一點(diǎn)，接近最大力取一點(diǎn)。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),（2）階梯試件法 階梯試件如圖 拉斷時(shí)記下 ，則： 則 上兩式相減得,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),（3）一點(diǎn)法 冪次式 過(guò)細(xì)頸點(diǎn)（ ）切線的斜率為： 實(shí)驗(yàn)曲線過(guò)細(xì)頸點(diǎn)的斜率可由以下分析求得： 拉伸試驗(yàn)中，拉力P 等于實(shí)際應(yīng)力 與試件實(shí)際剖面面積的 乘積： ，則 由體積不變條件：,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),則 出現(xiàn)細(xì)頸時(shí)，拉力 P 達(dá)到最大值Pmax，這時(shí) 而此時(shí) 于是，,,,,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),因?qū)嶒?yàn)曲線過(guò)細(xì)頸點(diǎn)切線的斜率應(yīng)與冪次式過(guò)細(xì)頸點(diǎn)的斜率 相等，所以 解方程組 n值等于拉伸試件中出現(xiàn)細(xì)頸時(shí)的對(duì)數(shù)應(yīng)變值 。,,,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),（6） r 值,,是拉伸試驗(yàn)中寬度應(yīng)變與厚度應(yīng)變之比（一般取變形量20％），一般又稱（板厚方向性系數(shù)、塑性應(yīng)變比）。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),r 值的大小，表明板材在單向拉應(yīng)力作用下，板平面方向和板厚方向上變形難易程度的比較。 當(dāng) r1 時(shí)，板材厚度方向上的變形比寬度方向上的變形困難，起皺趨向性降低，利于拉深成形。r值與拉深系數(shù)密切相關(guān)（如圖）。 考慮到板材方向性，可取,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),（7）板平面方向性系數(shù),大，板材方向性強(qiáng)，引起塑性變形分布不均，拉深件出現(xiàn)突耳，因此， 大對(duì)沖壓成形不利。 可用下式表示： r 值 大， 亦大，而r 值大利用拉深變形， 大不利于拉深變形，故選材時(shí)，對(duì) r 值的影響要綜合考慮。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),第二章 沖壓變形基礎(chǔ),2.成形極限圖(FLD)/成形極限線(FLC),脹形變形區(qū)各個(gè)部位上受到的拉應(yīng)力比值可能在0～1之間變化，即 ，而大多數(shù)常用沖壓板材都存在統(tǒng)一的成形極限圖。,,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),1）圖形 脹形成形極限線僅為圖形上半部分,由keeler提出，下半部分由Goodwin補(bǔ)充，統(tǒng)稱為成形極限圖。 OA線： ，雙向等拉， OB線：?jiǎn)蜗蚶欤?，考慮各向異性有 橫軸：平面應(yīng)變 應(yīng)變點(diǎn)在安全區(qū)，表示零件沖壓成功，在破裂區(qū)表示零件破裂，在臨界區(qū)，成品率降低。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),2) 繪制方法 成形極限線的繪制以工藝試驗(yàn)為基礎(chǔ)，可用拉伸試驗(yàn)、脹形試驗(yàn)等。首先在毛坯上制好網(wǎng)格，再改變潤(rùn)滑條件、毛坯尺寸、成形力等，以建立不同雙向拉應(yīng)力比值 下的實(shí)驗(yàn)變形條件，以獲得不同的極限變形時(shí)的 值。測(cè)量成形后的網(wǎng)格尺寸，以確定 的極限值，得到一系列 ，便可作出成形極限線。 網(wǎng)格的印制方法：光化學(xué)法、電化學(xué)法和混合法。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),3）用途 成形極限線為提高沖壓成形極限和產(chǎn)品質(zhì)量提供了理論依據(jù)和工藝方向。 如某脹形件某點(diǎn)的應(yīng)變?yōu)?u，通過(guò)制訂合理沖壓工藝、修改沖模、毛坯及產(chǎn)品形狀，使 u變到u1或u2 等臨界線以內(nèi)的位置就安全了，從而提高成形極限。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),3.幾種直接試驗(yàn)方法 1）杯突試驗(yàn)（ Erichsen試驗(yàn)）,脹形試驗(yàn)，當(dāng)試件發(fā)生破裂時(shí)，凸模壓入深度稱愛利克辛值，可直接反映板材脹形性能。試驗(yàn)?zāi)＞哂袠?biāo)準(zhǔn)尺寸，其它參數(shù)如表：,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),2）極限拉深比試驗(yàn)（LDR試驗(yàn)、swift試驗(yàn)） 采用不同直徑的圓形毛坯，取側(cè)壁不破壞的最大毛坯直徑 D0max與沖頭直徑之比表示板材拉深性能。試驗(yàn)繁瑣，影響因素多。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),（3）拉深力對(duì)比試驗(yàn)（TZP法）,在一定的拉深變形程度下（取毛坯與凸模直徑之比D0/dp=52/30）的最大拉深力與在實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)獲得的成形試樣側(cè)壁拉斷力的比值表示板材拉深性能。 TZP值越大，表示板材拉深性能越好。,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),（4）錐形件復(fù)合性能試驗(yàn)（Fukui試驗(yàn)）,是拉深性能與脹形性能綜合試驗(yàn)。用球形凸模和60度角的凹模在無(wú)壓邊情況下對(duì)圓形毛坯拉深，底部破裂時(shí)上口直徑稱CCV值。CCV值越小，板材沖壓性能越好。,（5） 液壓脹形試驗(yàn) ；（6）擴(kuò)孔試驗(yàn)；（7）彎曲性能試驗(yàn)； （8）拉皺試驗(yàn)(YBT試驗(yàn)）,第二章 沖壓變形基礎(chǔ),小結(jié) 掌握沖壓成型方法分類 能夠由各種成形方法的應(yīng)力特點(diǎn)分析變形特點(diǎn) 掌握拉伸試驗(yàn)結(jié)果對(duì)沖壓性能的影響 掌握沖壓性能的直接試驗(yàn)方法及性能指標(biāo),第三章 沖裁,沖裁是利用沖模使材料分離的一種沖壓工序，它包括切斷、修邊、落料、沖孔等。主要指落料、沖孔。 落料——制取一定外形的沖落部分 沖孔——制取內(nèi)孔 沖裁可以制毛坯，也可以生產(chǎn)零件。,第三章 沖裁,動(dòng)畫：幾種典型的沖裁 模具結(jié)構(gòu),第三章 沖裁,3.1 沖裁過(guò)程分析 1.受力情況分析 Fp1、Fp2 ──凸、凹模對(duì)板料的垂直作用力； F1、F2──凸、凹模對(duì)板料的側(cè)壓力； μFp1、μFp2──凸、凹模端面與板料間的摩擦力，其方向與間隙大小有關(guān)，一般從模具刃口指向外； μF1、μF2──凸、凹模側(cè)面與板料間的摩擦力,由于M使板料彎曲并從模具表面上翹起，使模具表面和板料的接觸面僅限在刃口附近的狹小區(qū)域，其接觸面寬度約為板厚的0.2～0.4。接觸面間相互作用的垂直壓力并不均勻，隨著向模具刃口的逼近而急劇增大。,第三章 沖裁,2.變形過(guò)程 模具間隙正常時(shí)，金屬材料的沖裁過(guò)程可分三個(gè)階段： 彈性變形階段 板料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲和拉伸等變形； 塑性變形階段 板料的應(yīng)力達(dá)到屈服極限，板料開始產(chǎn)生塑性剪切變形； 斷裂分離階段 已成形的裂紋沿最大剪應(yīng)變速度方向向材料內(nèi)延伸，呈 楔形狀發(fā)展,,,,第三章 沖裁,分離過(guò)程的三個(gè)階段，使沖裁件斷面明顯分為四個(gè)部分：,a －塌角； b－光亮帶；c－剪裂帶；d－毛刺,第三章 沖裁,3.沖裁件質(zhì)量及影響因素 主要指斷面質(zhì)量、表面質(zhì)量、形狀誤差和尺寸精度 主要影響因素： 1）間隙對(duì)切斷面質(zhì)量的影響； 2）間隙對(duì)尺寸精度的影響； 3）刃口狀態(tài)對(duì)斷面質(zhì)量的影響；4）材料性能的影響。,第三章 沖裁,3.2 沖裁模間隙 沖裁模間隙對(duì)沖壓工藝有重要影響，是個(gè)重要參數(shù)。 對(duì)沖裁件的影響（見3.1節(jié)） 對(duì)模具壽命的影響 對(duì)工藝力的影響 由于間隙的大小對(duì)沖裁件質(zhì)量、模具壽命、工藝力有不同 的影響，因此不能存在一個(gè)絕對(duì)合理的間隙值，只能給出一 個(gè)合理的間隙范圍供選擇。 合理間隙的確定方法： 理論確定 經(jīng)驗(yàn)確定 參數(shù)與材料相關(guān)， 可查表，一般0.1左右。 查表,第三章 沖裁,第三章 沖裁,I、II、III分指沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度要求級(jí)別高、中、低,第三章 沖裁,3.3 凸凹模刃口尺寸確定,凸凹模刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素。必須考慮到光亮帶尺寸決定制件尺寸和模具在使用中的磨損。 1.決定模具刃口尺寸及制造公差應(yīng)遵循的依據(jù)和原則 1）落料件尺寸決定凹模尺寸，設(shè)計(jì)落料模時(shí)應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上。 2）沖孔件尺寸決定于凸模尺寸，設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)應(yīng)以凸模為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上。 3） 考慮到?jīng)_模的磨損，落料凹模刃口尺寸應(yīng)靠近落料件公差范圍內(nèi)的最小尺寸，沖孔凸模刃口尺寸應(yīng)靠近孔的公差范圍內(nèi)的最大尺寸。 4）凸凹模間隙取最小合理間隙,第三章 沖裁,2. 凸凹模刃口尺寸計(jì)算方法 1）分開加工：分別標(biāo)注凸凹模刃口尺寸及公差，適于圓形及簡(jiǎn)單形狀。 若落料件尺寸 、沖孔件尺寸 ，則 落料模： 沖孔模： 要滿足 或 式中 —制造公差，可查表；x—系數(shù)，可查表,第三章 沖裁,2）凸模與凹模配合加工 是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一個(gè)(基準(zhǔn)件)，然后依此為基準(zhǔn)再按最小合理間隙配做另一件。 優(yōu)點(diǎn)：不僅容易保證凸、凹模間隙很小,而且制造還可以放 大基準(zhǔn)件的制造公差,使制造容易。 適用于：異形或復(fù)雜刃口。 設(shè)計(jì)時(shí)：基準(zhǔn)件的刃口尺寸及制造公差應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注，非基準(zhǔn)件上只標(biāo)注公稱尺寸，但在圖樣上注明：“凸(凹)模刃口按凹 (凸)模實(shí)際刃口尺寸配作，保證最小雙面合理間隙值。”,第三章 沖裁,3.4 工藝力及沖裁功,1.沖裁力 沖裁力是選擇沖壓設(shè)備噸位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的重要依據(jù)。 平刃沖模的沖裁力 (k=1.3) 還可由 表示，其中p表示單位沖裁力，可查下表。 2.沖裁功 平刃沖裁時(shí)，沖裁功 在選用壓力機(jī)時(shí)，必須滿足 W W沖 (W－壓力機(jī)所規(guī)定的每次行程總功),第三章 沖裁,3.4 工藝力及沖裁功,第三章 沖裁,3.卸料力、推料力、頂件力 卸料力——從凸模將零件或廢料卸下的力 推件力——從凹模內(nèi)順沖裁方向?qū)⒘慵驈U料推出的力 頂件力——從凹模內(nèi)逆沖裁方向?qū)⒘慵驈U料推出的力 為系數(shù)，可查表，n為卡在凹模中工件或廢料數(shù)。,第三章 沖裁,4.降低沖裁力的方法 1）材料加熱紅沖 由于氧化，只適用于厚板 或表面質(zhì)量要求不高的零件。 2）多凸模階梯布置 3）斜刃沖裁,a) 斜刃落料；b) 斜刃沖孔；c) 階梯形凸模,第三章 沖裁,3.5 精密沖裁,1.精密沖裁 它能在一次沖壓行程中獲得比普通沖裁零件尺寸精度高、沖裁面光潔、翹曲小且互換性好的優(yōu)質(zhì)精沖零件,并以較低的成本達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量的改善。,精密沖裁實(shí)現(xiàn)的必要條件: 1) 強(qiáng)力的齒圈壓邊圈 2) 很小的沖裁間隙 3) 凹模刃口帶有小圓角 4) 強(qiáng)力的反頂裝置,第三章 沖裁,精密沖裁特點(diǎn)：,第三章 沖裁,工藝力計(jì)算：,沖裁力,壓邊力,反壓力,卸料力,頂件力,第三章 沖裁,2. 半精沖,分離機(jī)理與普通沖裁相同。但是由于加強(qiáng)了沖裁區(qū)的靜水壓效果，推遲了剪裂紋的發(fā)生，使光亮帶比例增加，斷面質(zhì)量明顯提高。 1）小間隙圓角刃口沖裁（光潔沖裁） 落料時(shí)凹模刃口帶小圓角，沖孔時(shí)凸模刃口帶小圓角，沖裁間隙為0.01～0.02mm，適于塑性好的材料。凹模圓角半徑見表3-7或0.1t。 沖裁力： P＝（1.3～1.5）P普,第三章 沖裁,2）負(fù)間隙沖裁（擠壓沖裁） 凸模直徑大于凹模直徑，一般為(0.05～0.3)t，沖裁時(shí)先形成一倒錐毛坯，再將其擠過(guò)凹模洞口。適于塑性好的材料。 沖裁力： P＝CP普 C—系數(shù)： 鋁 C=1.3~1.6 黃銅，軟鋼 C=2.25~2.8,第三章 沖裁,3）反復(fù)沖裁 4）對(duì)向凹模沖裁,第四章 彎曲,4.1 概述,把平板毛坯、型材或管材彎成一定曲率、一定角度、形成一定形狀零件的成形工序稱為彎曲。 加工形式：模具彎曲、滾彎和折彎等。 彎曲材料：板料、棒料、型材、管材,第四章 彎曲,第四章 彎曲,彎曲方法：壓彎（U彎、V彎）、滾彎、輥彎、折彎、拉彎等,第四章 彎曲,第四章 彎曲,1. 彎曲過(guò)程分析 彎曲變形區(qū)是毛坯上曲率發(fā)生變化的部分，即圓角部分 （如圖ABCD）。,第四章 彎曲,2.應(yīng)力應(yīng)變分析 毛坯斷面上的切向應(yīng)力由外層的拉應(yīng)力過(guò)渡到內(nèi)層的壓應(yīng)力，中間必有一層金屬切向應(yīng)力為零，稱為應(yīng)力中性層。其曲率半徑用 表示。同樣，有一層金屬的切向應(yīng)變?yōu)榱?，稱之為應(yīng)變中性層。用 表示其曲率半徑。,,兩個(gè)中性層存在內(nèi)移現(xiàn)象。,彎曲變形分區(qū)；,變形區(qū)減??；,彎曲變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)取決于變形程度和板材的相對(duì)寬度。當(dāng) b/t3時(shí)，稱為寬板；當(dāng) b/t3時(shí)，稱為窄板。,第四章 彎曲,窄板為平面應(yīng)力狀態(tài)，立體應(yīng)變狀態(tài)； 寬板為立體應(yīng)力狀態(tài)，平面應(yīng)變狀態(tài)。,第四章 彎曲,3.彎曲半徑 彎曲變形區(qū)內(nèi)切向應(yīng)變分布如圖，在板厚方向不同位置上切向應(yīng)變 按線性規(guī)律分布，其值：,第四章 彎曲,可見，彎曲毛坯外表面的變形程度與相對(duì)彎曲半徑r/t大致成反比關(guān)系，生產(chǎn)中常用彎曲半徑表示彎曲變形程度的大小。 由于彎曲變形程度不同（r/t不同），毛坯變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力分布都有性質(zhì)上的差別。 當(dāng)r/t200時(shí)，近似認(rèn)為彈－塑性彎曲。,內(nèi)外表面切向應(yīng)變相等，且為最大值 將 代入上式得:,第四章 彎曲,4.2 彎曲變形分析與彎距計(jì)算,假設(shè) 1）彎曲過(guò)程中毛坯變形區(qū)任意位置上的橫截面始終保持為平面； 2）彎曲過(guò)程中毛坯變形區(qū)的橫截面形狀和尺寸不發(fā)生變化； 3）變形區(qū)受拉部分和受壓部分的硬化規(guī)律相同，即應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系相同。 1.線性－彈塑性彎曲（r/t200） 彎曲毛坯變形區(qū)內(nèi)切向應(yīng)變?cè)诤穸确较蛏系姆植迹?第四章 彎曲,切向應(yīng)力計(jì)算: 彈性變形范圍內(nèi)（OA部分），切向應(yīng)力值為 (5-4) 塑性變形范圍內(nèi)（AB部分），切向應(yīng)力值為 (5-5) 式中， E －彈性模量 －屈服極限 F －硬化模數(shù) －與屈服極限相對(duì)應(yīng)的切向應(yīng)變,第四章 彎曲,彎矩計(jì)算： 切向應(yīng)力形成的力矩為 (5-6) 微元面積 而 ，所以， 即有 將 y、 的值代入式（5-6）得 利用式（5-4）、（5-5）得 (5-7) 式中 －彈性變形區(qū)與塑性變形區(qū)分界點(diǎn)的切向應(yīng)變 －毛坯內(nèi)外表面的切向應(yīng)變,,,,第四章 彎曲,積分（5-7） 式中，內(nèi)外表面切向應(yīng)變 與屈服極限對(duì)應(yīng)的切向應(yīng)變 所以： 式中 ，彎曲毛坯斷面系數(shù)（截面模量） m －相對(duì)彎距，表示塑性彎距與彈性彎距的比值,第四章 彎曲,2. 線性純塑性彎曲（r/t200） 隨著變形程度增大，彈性變形減小，以至毛坯斷面全部進(jìn)入塑性變形狀態(tài)，即純塑性彎曲，此時(shí)毛坯斷面內(nèi)應(yīng)力分布與硬化曲線如圖。 由式（5－7）可得線性純塑性彎曲時(shí)的彎距（式中第一項(xiàng)為零， 為零）,第四章 彎曲,式中s－彎曲毛坯斷面靜矩 m－相對(duì)彎距 k1－反映毛坯斷面形狀特點(diǎn)系數(shù) 是反映彎曲毛坯材料性能特點(diǎn)系數(shù),第四章 彎曲,3. 無(wú)硬化線性純塑性彎曲 毛坯斷面內(nèi)切向應(yīng)力為常數(shù)，如圖 由式（5-11），令F＝0,第四章 彎曲,4.3 彎曲時(shí)的彈復(fù)（回彈）,1. 彈復(fù) 塑性彎曲與任何塑性變形 一樣，在外載荷作用下，毛坯產(chǎn)生的變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成。外載荷除去后，塑性變形保留，彈性變形消失，使其形狀和尺寸都發(fā)生與加載時(shí)變形方向相反的變化，這種現(xiàn)象稱為彈復(fù)。 彎曲后卸載過(guò)程中的彈復(fù)現(xiàn)象表現(xiàn)為彎曲件的曲率變化及角度變化。,在彎曲加載過(guò)程中變形區(qū)的內(nèi)層和外層的應(yīng)力和應(yīng)變性質(zhì)相反，卸載時(shí)這兩部分的彈復(fù)變形方向也相反，而總彈復(fù)量是內(nèi)層和外層彈復(fù)的疊加。因此，彈復(fù)尤其嚴(yán)重。,第四章 彎曲,研究回彈的意義： 掌握彎曲件的回彈趨向，初定回彈量的大小，修正模具工作部分的形狀及尺寸，減小模具在試模調(diào)整階段的工作量，保證彎曲件的質(zhì)量。,第四章 彎曲,2.彈復(fù)計(jì)算,設(shè) 分 別為彈復(fù)前及彈復(fù)后的中性層曲率半徑，彎曲中心角及內(nèi)表面圓角半徑，彈復(fù)現(xiàn)象如圖。,1）曲率彈復(fù) 由拉伸曲線可知 即金屬塑性變形過(guò)程中的卸載彈復(fù)量等于加載時(shí)同一載荷所產(chǎn)生的彈性變形。所以塑性彎曲的彈復(fù)量即為加載彎距所產(chǎn)生的彈性曲率變化。,第四章 彎曲,由材力有 (5-14) 式中 M－卸載彎距，其值等于加載彎距； I－慣性矩； E－彈性模量 整理（5－14）得： 將 代入，可得,第四章 彎曲,式中， 為卸載彎距引起的卸載應(yīng)力。 比較式 及 可得 （m可查表） 材料相對(duì)厚度較小時(shí)，令 ，可得簡(jiǎn)化式：,利用該公式可計(jì)算純塑性彎曲時(shí)曲率彈復(fù)的數(shù)值，并根據(jù)彈復(fù)值的計(jì)算結(jié)果對(duì)模具工作部分的曲率半徑作相應(yīng)的修正。,第四章 彎曲,2）角度彈復(fù) 用 表示角度彈復(fù)，則 根據(jù)卸載前后中性層長(zhǎng)度不變，有 ， 故 而 所以 將,第四章 彎曲,代入上式可得： 由于 則,,！,第四章 彎曲,3. 彈復(fù)值的影響因素 1）材料機(jī)械性能： σs?，n?，E?，則??? 2）相對(duì)彎曲半徑： ?，彈性變形所占比例越大，彈復(fù) ? 3）彎曲角： ? ?，彎曲變形區(qū)長(zhǎng)度越大，彈復(fù)角越大 4）摩擦：可以增大變形區(qū)的拉應(yīng)力，減小回彈值。 5）彎曲方式：在無(wú)底凹模內(nèi)做自由彎曲的回彈量最大；校正彎曲時(shí)，力大則回彈值小，過(guò)大時(shí)出現(xiàn)負(fù)回彈。 U型件的回彈小于V型件。校正彎曲可使毛坯的全部斷面或大部分?jǐn)嗝嬖谇邢虺霈F(xiàn)壓應(yīng)力，使彈復(fù)值減小。,第四章 彎曲,4.4 提高彎曲件精度的方法,1.利用彈復(fù)規(guī)律 1) 理論計(jì)算：在接近純彎曲（只受彎距作用）的條件下，可根據(jù)彈復(fù)值計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果修正模具。 2）補(bǔ)償法：利用毛坯不同部位上變形方向相反的特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整各種影響因素（模具圓角半徑、間隙、開口寬度、背壓和校正壓力等）。 3）軟凹模：可排除毛坯不變形區(qū)的變形和彈復(fù)，通過(guò)調(diào)整剛性凸模壓入軟凹模的深度控制彎曲角度。,第四章 彎曲,2.改變應(yīng)力狀態(tài) 1) 校正法 2) 拉彎 主要用于曲率半徑較大的彎曲件,把凸模做成局部凸起的形狀，使凸模作用力集中作用在彎曲變形區(qū)，使之處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，使內(nèi)層金屬沿切向也產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形。,第四章 彎曲,4.5 最小彎曲半徑,彎曲時(shí)，毛坯變形區(qū)外表面的金屬在切向拉應(yīng)力作用下，產(chǎn)生切向伸長(zhǎng)變形 。 在保證毛坯外層纖維不發(fā)生破壞的條件下，所能彎成零件內(nèi)表面的最小圓角半徑稱最小彎曲半徑 。生產(chǎn)中，用它表示彎曲時(shí)的成形極限。,第四章 彎曲,最小彎曲半徑的影響因素： 1. 材料的機(jī)械性能 2. 板材的方向性 3. 彎曲件的寬度 4.板材表面質(zhì)量 與斷面質(zhì)量,第四章 彎曲,5.彎曲角的影響 6.板厚,第四章 彎曲,第四章 彎曲,4.6 彎曲毛坯長(zhǎng)度確定,依據(jù)：變形前后應(yīng)變中性層長(zhǎng)度不變 1. 應(yīng)變中性層的位置 根據(jù)體積不變條件： 彎曲前體積 彎曲后體積,,,第四章 彎曲,將 代入上式并整理得： 式中 變薄系數(shù)，可查表； 展寬系數(shù)，當(dāng)b/t3時(shí) ； 分別為彎曲前后的板寬及板厚。 沖壓生產(chǎn)中，常用經(jīng)驗(yàn)公式 式中 x－與變形程度有關(guān)的系數(shù)，可查表。,第四章 彎曲,第四章 彎曲,2.彎曲件毛坯長(zhǎng)度確定 1）圓角半徑較大的彎曲（r/t0.3） 這類零件變薄不嚴(yán)重且斷面畸變較小，可按中性層展開長(zhǎng)度等于毛坯長(zhǎng)度的原則計(jì)算毛坯尺寸： 當(dāng) 時(shí)，,第四章 彎曲,2）圓角半徑很小時(shí)的彎曲（r/t0.3） 按體積不變計(jì)算毛坯尺寸： 彎曲前 彎曲后 因此 考慮到彎曲時(shí)材料的變薄，做如下修正：,第四章 彎曲,對(duì)于右圖零件的彎曲 3）鉸鏈彎曲 式中—K1為中性層位移系數(shù)，可查表。 4.7 彎曲力的計(jì)算 由于影響因素較多，生產(chǎn)中多用經(jīng)驗(yàn)公式，可查表。,第五章 脹形,5.1 脹形變形特點(diǎn),脹形主要用于平板毛坯的局部脹形（壓凸起，凹坑，加強(qiáng)筋，花紋，圖形及標(biāo)記等）、圓柱空心毛坯脹形及拉形等。,第五章 脹形,根據(jù)模具類型，脹形可分為剛模脹形和軟模脹形（氣體、液體、橡膠等）以及非接觸脹形（磁脈沖脹形）,第五章 脹形,脹形變形特點(diǎn) 1）毛坯的塑性變形局限于一個(gè)固定的變形區(qū)范圍內(nèi)。板料不向變形區(qū)外轉(zhuǎn)移，也不從外部進(jìn)入變形區(qū)。變形區(qū)內(nèi)板料變形主要靠表面局部增大實(shí)現(xiàn)。因此，脹形變形中板厚變薄是不可避免的。,第五章 脹形,2）變形區(qū)受兩向拉應(yīng)力作用，屬伸長(zhǎng)類變形，其成形極限與材料塑性及塑性成形穩(wěn)定性有關(guān)，破壞特點(diǎn)主要是拉裂。 3）由于受雙向拉應(yīng)力，而且沿厚度分布均勻，因此不易失穩(wěn)起皺，彈復(fù)小，尺寸精度高，表面質(zhì)量好。,第五章 脹形,5.2 平板毛坯局部脹形,1. 變形程度 這類成形工藝的目的是提高零件的剛性以及使零件美觀。 用脹形深度表示。主要與材料機(jī)械性能（ 值）、凸模幾何形狀及潤(rùn)滑條件等有關(guān)。 壓凹坑：用球形沖頭對(duì)低碳鋼及軟鋁局部脹形h=d/3 用平端面沖頭，見下表 壓加強(qiáng)筋：對(duì)軟鋼板，當(dāng)具有圓滑過(guò)渡時(shí) 生產(chǎn)中，常用變形區(qū)材料的平均延伸率估算,第五章 脹形,,2.變形力 剛模脹形： 式中 K－系數(shù)，一般取0.7～1.0 L－脹形區(qū)周邊長(zhǎng) 軟模脹形： 局部成形 條形筋,第五章 脹形,5.3 圓柱空心毛坯脹形,2.變形力 1）剛模脹形 式中：H－圓柱空心毛坯高度 －摩擦系數(shù)，一般為0.15～0.20 －中軸錐角，一般為,1.變形程度 脹形系數(shù)：,第五章 脹形,2）軟模脹形 1) 毛坯兩端不固定，允許軸向收縮 2) 毛坯兩端固定，不產(chǎn)生軸向收縮,第五章 脹形,3.毛坯計(jì)算 一般情況下毛坯兩端不固定，以減輕材料變薄， 式中 L－工件母線長(zhǎng)； －工件切向最大延伸率； b－切邊余量，一般取10~20 mm； c－系數(shù)，一般取0.3~0.4。,第六章 直壁形狀零件拉深,6.1 概述,拉深－也稱拉延，利用模具使平面毛坯成為開口空心零件的沖壓工藝方法。,第六章 直壁形狀零件拉深,對(duì)于各種拉深件，由于變形區(qū)位置、變形性質(zhì)，變形分布，應(yīng)力狀態(tài)及分布規(guī)律都有很大的區(qū)別。因此確定工藝參數(shù)、工序數(shù)目及順序、模具設(shè)計(jì)均有差別。按變形特點(diǎn)可分為： 直壁旋轉(zhuǎn)體－圓筒形零件； （如不銹鋼的水杯） 曲面旋轉(zhuǎn)體－球面、錐面零件； （如鋼筆） 直壁非旋轉(zhuǎn)體－盒形件；（如飯盒） 曲面非旋轉(zhuǎn)體－復(fù)雜形狀零件（如汽車覆蓋件等）,第六章 直壁形狀零件拉深,a) 軸對(duì)稱旋轉(zhuǎn)體拉深件 b) 盒形件 c) 不對(duì)稱拉深件,第六章 直壁形狀零件拉深,6.2 圓筒形件拉深時(shí)的變形特點(diǎn),1.變形特點(diǎn) 1）變形分析 ：根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)不同，可將拉深過(guò)程的毛坯分成五個(gè)部分。,第六章 直壁形狀零件拉深,法蘭部分－變形區(qū)，徑向拉應(yīng)力，切向壓應(yīng)力； 凹模圓角部位－傳力區(qū)； 側(cè)壁部分－已變形區(qū)、傳力區(qū)，受單向拉應(yīng)力作用； 凸模圓角部位－傳力區(qū)，危險(xiǎn)斷面，直接影響極限變形程度； 底部－不變形區(qū)、傳力區(qū)，材料受兩向拉應(yīng)力作用，厚度略有變薄。,第六章 直壁形狀零件拉深,2）厚度變化 底部略有變薄，壁部上段增厚，下部變薄，側(cè)壁靠近底部圓角處最嚴(yán)重，甚至斷裂，為危險(xiǎn)斷面。另外，拉深件側(cè)壁硬度由底部向口部增大。,硬度變化,第六章 直壁形狀零件拉深,3）變形特點(diǎn) 法蘭部分是變形區(qū)，受切向壓應(yīng)力，徑向拉應(yīng)力，產(chǎn)生切向 壓縮變形，徑向伸長(zhǎng)變形。 極限變形程度主要受傳力區(qū)承載能力限制，同時(shí)受變形區(qū)失 穩(wěn)起皺的限制。 厚度發(fā)生變化，側(cè)壁上部變厚，下部靠近圓角處變薄最嚴(yán)重， 為危險(xiǎn)斷面。,第六章 直壁形狀零件拉深,4）平板毛坯脹形與直壁圓筒形件拉伸變形特點(diǎn)對(duì)比,第六章 直壁形狀零件拉深,4）平板毛坯脹形與直壁圓筒形件拉伸變形特點(diǎn)對(duì)比,,第六章 直壁形狀零件拉深,2.力學(xué)分析,由凸模作用力P引起的毛坯側(cè)壁內(nèi)的拉 應(yīng)力p沿圓周均勻分布，其大小應(yīng)能引起法蘭 部分產(chǎn)生變形，應(yīng)包括如下各項(xiàng)： －使變形區(qū)產(chǎn)生塑性變形所必須的拉應(yīng)力 －克服變形區(qū)上下兩個(gè)表面的摩擦阻力所 必須的力，其值為 －克服毛坯沿凹模圓角運(yùn)動(dòng)必須克服的 彎曲阻力，近似取為,第六章 直壁形狀零件拉深,－考慮到毛坯在凹模圓角表面滑動(dòng)必須克服的摩擦阻力取的摩擦系數(shù)。 綜上，p值應(yīng)為： 而 代入上式得： （1） 其中 在拉應(yīng)力中約占65～75％。,第六章 直壁形狀零件拉深,計(jì)算 1. 平衡條件 （2） 2. 塑性條件 （3） 將（3）代入（2）中得： 取 （變形區(qū)變形抗力的平均值） 故 （4）,,第六章 直壁形狀零件拉深,將（4）代入（3）得 （5） 由（4）（5）式可得毛坯變形區(qū)內(nèi) 與 的應(yīng)力分布曲線，在變形區(qū)外邊緣 最大（絕對(duì)值），內(nèi)邊緣 最大。 當(dāng)R＝r時(shí) （6） 最后得拉深時(shí)必須的拉應(yīng)力：,第六章 直壁形狀零件拉深,分析上式可知，拉深力決定于拉深變形程度、材料機(jī)械性能、零件尺寸、凹模圓角半徑、潤(rùn)滑等。 此時(shí)可得拉深力 生產(chǎn)中常用經(jīng)驗(yàn)公式： 第一次拉深： 第二次及以后的各次拉深： 式中，K1、K2－系數(shù)，可查表。,因此，選擇壓力及時(shí)，總壓力,第六章 直壁形狀零件拉深,第六章 直壁形狀零件拉深,6.3 圓筒形零件拉深系數(shù)及拉深次數(shù)確定,1.拉深系數(shù) 拉深系數(shù)：每次拉深后圓筒工件的直徑與拉深前毛坯（或半成品）的直徑之比。 對(duì)于第一次拉深 ；以后各次拉深 拉深比－拉深系數(shù)的倒數(shù) K=1/m 拉深系數(shù)、拉深比均為拉深變形程度的一種表示方法。,任一瞬間內(nèi)邊緣的徑向拉應(yīng)力 為 當(dāng)拉深開始時(shí)， 則：,第六章 直壁形狀零件拉深,可見，m越小，徑向拉應(yīng)力 越大。在保證側(cè)壁不破壞的情況下所能得到的最小拉深系數(shù)稱為極限拉深系數(shù)。 2.極限拉深系數(shù)影響因素 1）材料機(jī)械性能參數(shù) 材料的塑性越好，組織均勻；屈強(qiáng)比越小；r值大而 ?。籈越大，拉深性能越好，可采用較小的極限拉深系數(shù)。,,,第六章 直壁形狀零件拉深,2）材料相對(duì)厚度 越大，抵抗失穩(wěn)起皺能力越強(qiáng)，壓比力減小或不用壓邊，減小摩擦損耗，變形力減小，拉深系數(shù)減小。 3）模具結(jié)構(gòu) （1）凹模圓角半徑； （2）凸模圓角半徑； （3）間隙 4）潤(rùn)滑條件,第六章 直壁形狀零件拉深,3.拉深次數(shù) 當(dāng)拉深系數(shù)過(guò)小時(shí)，由于拉深力超過(guò)側(cè)壁承載能力而使拉深失敗，此時(shí)可采用多次拉深。 拉深次數(shù)確定法 1）公式法 2）估算法 只要求得總拉深系數(shù)，再查得各次拉深系數(shù)，即可由下式估算出所需拉深次數(shù)。,第六章 直壁形狀零件拉深,3）查表法 由生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)的拉深次數(shù)表，可直接查找。,第六章 直壁形狀零件拉深,6.4 圓筒形零件拉深起皺及防治措施,1.起皺 起皺是毛坯變形區(qū)在切向壓應(yīng)力 的作用下失穩(wěn)所造成的。 起皺不利于拉深變形： 1）由于起皺，毛坯不能被拉過(guò)凸凹模間隙面而拉斷； 2）即使拉過(guò)凸凹模間隙，也會(huì)留下起皺痕跡而影響質(zhì)量。,第六章 直壁形狀零件拉深,2.起皺影響因素 1）毛坯相對(duì)厚度t/D t/D ，抗失穩(wěn)能力下降，易起皺； 2）拉深系數(shù)m m ； 3）材料機(jī)械性能 E、r、屈強(qiáng)比等等 4）凹模工作部分形狀 錐形凹模的作用：,,,,毛坯過(guò)渡形狀抗失穩(wěn)能力強(qiáng)；,凹模圓角半徑摩擦阻力和彎曲阻力降低。,凹模錐面有助于產(chǎn)生切向壓縮變形，拉深力減?。?第六章 直壁形狀零件拉深,3.起皺的判斷 用下式概略估算毛坯是否起皺： 1）錐形凹模拉深不起皺條件 2）平端面凹模拉深不起皺條件 3）利用經(jīng)驗(yàn)表格進(jìn)行判斷,第六章 直壁形狀零件拉深,4.防皺措施：主要采用壓邊圈防皺 1）用于單動(dòng)沖床的彈性壓邊圈 常用動(dòng)源為橡膠、彈簧、氣墊。壓邊力： 中，q－單位壓邊力，可查表。,第六章 直壁形狀零件拉深,第六章 直壁形狀零件拉深,2）用于雙動(dòng)沖床的剛性壓邊圈 主要靠調(diào)整壓邊圈與凹模表面間隙保證防皺。 （1）壓邊圈裝在外滑塊上,（2）錐面壓邊圈 （3）凹模和壓邊圈均做成錐面,第六章 直壁形狀零件拉深,6.5 毛坯尺寸確定,忽略毛坯厚度變化，按拉深前后面積相等的原則進(jìn)行毛坯計(jì)算。并注意修邊余量。 一、按面積相等：,第六章 直壁形狀零件拉深,當(dāng)t1時(shí)，工件直徑按厚度中心線計(jì)算：,第六章 直壁形狀零件拉深,二、毛坯直徑的近似計(jì)算 對(duì)于平底筒形件的毛坯直徑，用下式進(jìn)行近似計(jì)算： D0＝Kd 式中 K——與拉深程度有關(guān)的系數(shù)，可查表,第六章 直壁形狀零件拉深,6.6 帶法蘭零件和階梯零件的拉深,1.帶法蘭零件拉深 1）拉深系數(shù) 當(dāng)?shù)撞颗c法蘭根部半徑相等且為R時(shí)， 毛坯直徑為： 此時(shí),,,第六章 直壁形狀零件拉深,2）判斷能否一次拉深成功 a)查圖線；,第六章 直壁形狀零件拉深,b)極限拉深系數(shù)；,第六章 直壁形狀零件拉深,c)用h/d判斷,第六章 直壁形狀零件拉深,3）多次拉深原則 a) 先拉深成帶法蘭邊的中間毛坯，法蘭邊外徑等于成品零件尺寸（應(yīng)考慮修邊余量） b) 以后各次拉深中，僅筒形部分參加變形，逐步減小其直徑，而法蘭部分不再變形。（因其很小的變形都將引起傳力區(qū)的過(guò)大拉力而發(fā)生破壞）。 c) 模具設(shè)計(jì)時(shí)，通常將第一次拉入凹模的毛坯面積加大3～5％，第二次多拉入1～3％。這部分多余的金屬逐步分配到以后各次拉深中，以補(bǔ)充計(jì)算誤差及厚度的增加，同時(shí)便于試模調(diào)整。,第六章 直壁形狀零件拉深,4）多次拉深工序計(jì)算 a) 在保證dF的情況下，合理確定第一次拉深時(shí)筒形部分直徑d，使其盡可能小。其值可由圖確定。 b) 以后各次拉深時(shí)，逐步減小筒形部分直徑，可按一般筒形件拉深方法處理。如第 n次拉深時(shí)， 。,5）多次拉深方法 a) 圓角半徑不變，縮小直徑，增加高度； b) 高度不變，減小圓角半徑縮小直徑。 當(dāng) 時(shí)，可按一般筒形件拉深，只是在倒數(shù)第二次工序時(shí)才拉出錐形法蘭，最后通過(guò)校正工序壓成水平法蘭。,第六章 直壁形狀零件拉深,第六章 直壁形狀零件拉深,2.階梯形件拉深 應(yīng)力狀態(tài)和變形特點(diǎn)都和圓筒件相似，但工藝計(jì)算卻有所不同。 1）判斷能否一次拉深成功 工件總高度與最小直徑之比小于 直徑為dn的圓筒形件的最大拉深高度 與之比值，可一次拉深成功，即 式中 h－直徑為dn的筒形件最大拉深高度。 若上述條件不能滿足，則需要多次拉深。,第六章 直壁形狀零件拉深,2）多次拉深一般方法 a) 從大階梯到小階梯依次拉深；,當(dāng)每相鄰階梯的直徑比dn/dn-1均大于或等于圓筒形件極限拉深系數(shù)時(shí)用這種拉深方法。類似于圓筒形件拉深。拉深次數(shù)等于階梯數(shù)目。,第六章 直壁形狀零件拉深,b) 從小階梯到大階梯依次拉深,當(dāng)相鄰兩階梯的直徑比小于相應(yīng)圓筒形件拉深系數(shù)時(shí)，應(yīng)采用帶法蘭零件的拉深方法，由小階梯到大階梯拉深。,第六章 直壁形狀零件拉深,6.7 盒形件拉深方法,1.變形分析 毛坯變形區(qū)（法蘭部分）也是徑向受拉，切向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，但由于沿周邊分布不均勻，而使其具有特殊性。 變形前橫向尺寸 變形后橫向尺寸 變形前縱向尺寸 變形后縱向尺寸,第六章 直壁形狀零件拉深,盒形件的拉深變形特點(diǎn),盒形件的拉深應(yīng)力分布,第六章 直壁形狀零件拉深,帶切縫的毛坯拉深,拉深盒形件破裂位置,盒形件拉伸時(shí)的突耳現(xiàn)象,第六章 直壁形狀零件拉深,2.變形特點(diǎn),（1）橫向壓縮、縱向伸長(zhǎng)的拉深變形沿周邊分布不均勻，直邊中間部分最小、靠近圓角部分最大； （2）變形沿高度方向分布不均勻，靠近底部最小，愈往口部愈大； （3）圓角部分與圓筒形件拉深類似，但其變形程度小于同半徑、同高度的圓筒形件。,2）直邊對(duì)圓角變形的減輕作用,（1）直邊部分的切向壓縮變形減輕了圓角部分的拉深變形程度和硬化（圓角部分的金屬得以向直邊流動(dòng)），因此圓角部分所需的拉應(yīng)力也有所降低。 （2）直邊對(duì)圓角的影響決定于相對(duì)圓角半徑r/B，其值越小，影響越顯著。當(dāng)?shù)扔?.5時(shí)，影響不復(fù)存在。,1）變形的不均勻性,第六章 直壁形狀零件拉深,3）直邊對(duì)圓角（在力的傳遞方面）的帶動(dòng)作用,4）變形穩(wěn)定性高,由于直邊部分的材料幾乎是平行移動(dòng)，因此能較快地流入到凹模洞口，而轉(zhuǎn)角部分的材料必須積聚到狹窄的入口而流速慢。因此，變形區(qū)直邊部分的位移速度大于圓角部分，這一材料流動(dòng)的速度差引起變形區(qū)內(nèi)直邊部分對(duì)圓角部分的帶動(dòng)作用，結(jié)果是危險(xiǎn)斷面的拉應(yīng)力數(shù)值有所降低。,5）成形極限高于相應(yīng)的圓筒形件,由于切向壓應(yīng)力由圓角部分向直邊部分逐漸過(guò)渡并減小，與相應(yīng)的圓筒形件比較，起皺趨勢(shì)減小。一般，直邊部分很少起皺。,由于（2）、（3）的原因，第一次拉深得到的零件的最大相對(duì)高度H/r常常超過(guò)半徑為r的圓筒形件。,第六章 直壁形狀零件拉深,3.毛坯形狀和尺寸的確定 正確確定毛坯的形狀和尺寸，不僅能得到口部平齊的零件和節(jié)省材料，而且也利于毛坯的變形和保證零件質(zhì)量。 確定毛坯形狀和尺寸的原則：保證變形前后面積相等；毛坯的形狀保證零件形成等高的側(cè)壁。,第六章 直壁形狀零件拉深,1）可用一道工序拉深成功的低盒形件 a）直邊部分按彎曲變形展開 b）圓角部分按四分之一圓筒拉深件展開 c）再通過(guò)BC和DE中點(diǎn)G和H做圓弧R的 切線，再用圓弧將切線與直線連接，以圓 滑過(guò)渡。,第六章 直壁形狀零件拉深,2）多工序拉深的高盒形件 a）方盒：采用圓形毛坯,方盒形件的形狀和尺寸,第六章 直壁形狀零件拉深,b）矩形盒 當(dāng)A/B1.2時(shí)，若2H/B (A/B+1)，采用圓形毛坯； 若2H/B(A/B+1)，采用長(zhǎng)圓形毛坯，此時(shí)毛坯窄邊曲率半徑按半個(gè)方盒計(jì)算，R`=D/2,第六章 直壁形狀零件拉深,4.盒形件初次拉深的成形極限 盒形初次拉深仍受圓角部分側(cè)壁強(qiáng)度的限制，盒形件極限變形程度可用相對(duì)高度H/r表示，其受r/B、t/B及材料性能影響。,盒形件初次拉深的最大相對(duì)高度,第六章 直壁形狀零件拉深,5.盒形件的多次拉深 變形特點(diǎn)不僅與圓筒形件不同，而且與盒形件初次拉深變形也有很大差別。 變形區(qū)－寬度為b的環(huán)形部分； 不變形區(qū)－高度為h1的直立側(cè)壁（待變形區(qū)）； 傳力區(qū)－毛坯底部和已進(jìn)入凹模的高度h2,第六章 直壁形狀零件拉深,在拉深力不超過(guò)側(cè)壁承載能力的前提下，保證拉深變形區(qū)內(nèi)各部分伸長(zhǎng)變形均勻一致，不產(chǎn)生附加應(yīng)力，因此不產(chǎn)生材料的局部堆聚和過(guò)度拉伸是確定過(guò)渡毛坯形狀和尺寸的基礎(chǔ)，也是模具設(shè)計(jì)、工序計(jì)算及其他工藝參數(shù)確定的主要依據(jù)。,第六章 直壁形狀零件拉深,,保證不產(chǎn)生附加應(yīng)力的條件: 在凸模作用下，變形區(qū)內(nèi)邊緣以及凸模相同的速度Vp向下運(yùn)動(dòng)。由于變形區(qū)內(nèi)的徑向伸長(zhǎng)變形，變形區(qū)外邊緣位移速度均小于Vp。要保證變形區(qū)的徑向伸長(zhǎng)變形相等，即 ，則會(huì)保證變形區(qū)外邊緣上各點(diǎn)具有相等的位移速度V1，這時(shí)不變形區(qū)的各部分以相同的速度下降，并且在同一時(shí)間內(nèi)向變形區(qū)供給等量材料，這種情況下，不變形區(qū)內(nèi)不出現(xiàn)附加應(yīng)力。,第六章 直壁形狀零件拉深,多次拉深方案 1）正方盒形件－過(guò)渡形狀為圓形 采用直徑為D0的圓形毛坯，中間每道均拉成圓筒形，最后一道得成品零件。計(jì)算由倒數(shù)第二道，即（