冲压工艺及冲模设计冷冲压变形基础ljh

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1、冲压工艺及冲模设计机械与动力工程学院LJH@CQUST一、影响金属塑性和变形抗力的因素金属塑性变形概念：在外力的作用下，金属产生的形状和尺寸变化称为变形，变形分为弹性变形与塑性变形。弹性：卸载后变形可以恢复特性，可逆性。塑性：物体产生永久变形的能力，不可逆性。第二章冷冲压变形基础2.1冷冲压变形基本原理塑性变形的内因外力破坏原子间原有的平衡状态，造成原子排列的畸变，引起金属形状和尺寸的变化。变形的实质是原子间的距离产生变化。塑性变形：金属形状和尺寸产生永久改变，这种改变不可恢复，该变形称为塑性变形。金属的塑

2、性与变形抗力1.塑性及其衡量指标塑性：指金属在外力的作用下，能稳定的发挥塑性变形而不破坏其完整性的能力。塑性指标：常用的塑性指标有延伸率断面收缩率2.变形抗力金属抵抗变形的力称为变形抗力，常用屈服强度σs来表征。塑性与变形抗力是两个不同的概念：塑性：反映变形的能力。变形抗力：是塑性变形的难易程度。影响金属的塑性与变形抗力的主要因素1.变形温度1）温度升高，原子热运动加剧；2）温度升高，回复与再结晶；3）温度升高，晶界强度下降。总体而言，随着温度的升高，金属塑性增强，变形抗力下降。实际情况下由于金属和合金种类

3、繁多，温度变化引起的材料物理—化学状态的变化各不相同，所以温度对各种金属和合金塑性及变形抗力的影响规律将更为复杂。（教材图例2-1）对于塑性变形量比较大的成形工艺中，一般都采用加热的方法提高材料的塑性，同时降低材料的变形抗力，减轻设备和工装的负担。2.变形速度对塑性和变形抗力的影响速度大时，塑性变形来不及扩展，没有足够时间回复、再结晶，塑性降低，变形抗力增大。另一方面，速度大时，发热效应显著，变形温度升高对塑性增加有利。应力、应变状态外力　　　内力模具毛坯零件毛坯的变形都是模具对毛坯施加外力所引起内力或由内

4、力直接作用的结果。应力就是毛坯内单位面积上作用的内力。应力应理解为一极小面积上的内力与该面积比值的极限，即：其中，P表示作用物体某一微元面积F上的内力，即应力σ是内力P与面积F当F趋于零时比值的极限。二、一点的应力与应变状态（补充）（１）一点的应力状态：是指通过变形体内某点的单元体所有截面上的应力的有或无、大小、方向等情况。应力是个张量，一点的全应力σ可分解为三个应力分量：一个正应力（与平面垂直）和两个剪切力（与平面相切）九种主应力状态图总可以找到三个互相垂直的平面，其上仅有正应力而无剪应力，这三

5、个应力叫主应力（σ1、σ2、σ3）。反过来，只要三个主应力是已知的，就可以计算出任意平面上作用的正应力与剪应力，也就是说该点的应力状态是已知的。主应力的作用方向成为主轴。显然，主轴的方向仅仅决定于该点的应力状态，而与座标轴的选取是无关的。（2）一点的应变状态塑性变形过程中，毛坯的形状和尺寸都发生变化，变化的大小可用应变表示。1）相对应变相对应变为变形长度与原始长度之比这种变形表示方法没有考虑材料的变形是一个逐渐积累的过程，因此其计算结果与实际情况比较是有误差的，且变形量越大，误差越大，只能用于小变形中（<1

6、0%）。2）真实应变（对数应变）真实应变为为变形后长度与变形前长度之比取对数。3）相对应变与真实应变关系真实应变能反映变形的连续过程，而相对应变只与变形的始末尺寸有关，不反映变形的连续过程。4）一点的主应变状态体积不变定律该式说明：金属塑性变形前后，只有形状的变化，而无体积的变化。三个推论：﹡塑性变形时，只有形状的变化，而无体积的变化；﹡不论什么应变状态，其中一个主应变的符号与另外两个主应变的符号相反；﹡已知两个应变就可求第三个应变。主变形图只可能有三种形式三种主应变状态图应力、应变状态的影响应力状态对塑性

7、的影响也比较复杂。对提高塑性有利的应力条件往往对降低变形抗力不利；而变形抗力低的应力状态下，金属的塑性往往又不好。工程上主要考虑塑性指标。例：挤压时为三向受压状态（静水压力），拉拔时为两向受压一向受拉的状态。一般情况下：压应力的数量愈多，则其塑性愈好；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。三、塑性条件（屈服准则）单向应力作用时，金属由弹性变形转化为塑性变形的条件是应力达到屈服极限，即在复杂应力状态下，金属进入并保持塑性变形的条件称为塑性条件，也称屈服准则。1）屈雷斯加(H.Tresca)屈服准则（最大剪应力准则）

8、屈雷斯加于1864年提出：当材料中的最大剪应力达到某一定值时，材料即行屈服。因此，该准则又称为最大剪应力屈服准则。其数学表达式为：三、塑性条件（屈服准则）2）米塞斯(VonMises)屈服准则（能量准则）米塞斯于1913年提出了另一屈服准则：当材料中的等效应力达到某一定值时（单位体积变形位能为一定值），材料就开始屈服。由单向拉伸试验可确定该值，该值为材料的屈服点σs。其数学表达式为：或四、塑性变形时应力与应变的关