冷冲压工艺及模具.ppt

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1、 冷冲压工艺及模具设计 2021/9/251 第一章第一章 冲压加工概述与冲压设备冲压加工概述与冲压设备1.1 冲压加工概述冲压加工概述1.1.1 冷冲压的概念冷冲压的概念 冷冲压是在常温下利用冲模在冲压设备上对材料（板冷冲压是在常温下利用冲模在冲压设备上对材料（板料）施加压力，使其产生分离或变形，以获得所需要的零料）施加压力，使其产生分离或变形，以获得所需要的零件形状和尺寸。冷冲压工艺建立在金属塑性变形的基础上，件形状和尺寸。冷冲压工艺建立在金属塑性变形的基础上，是一种先进的金属加工方法。是一种先进的金属加工方法。1.1.2 冷冲压工序的分类冷冲压工序的分类1.1.2.1 分离工序分离工序

2、分离工序是将冲压件或毛坯沿一定的轮廓进行断裂分分离工序是将冲压件或毛坯沿一定的轮廓进行断裂分离加工，以获得所需要的零件形状和尺寸，又称为冲裁工离加工，以获得所需要的零件形状和尺寸，又称为冲裁工序。序。分离工序种类：落料、冲孔、切断、切边、剖切、切分离工序种类：落料、冲孔、切断、切边、剖切、切舌等舌等。1.1.2.2 成形工序成形工序 成形工序是在材料不发生破坏的前提下使毛坯发生塑成形工序是在材料不发生破坏的前提下使毛坯发生塑性变形，以获得所需要的零件形状和尺寸。性变形，以获得所需要的零件形状和尺寸。成形工序种类：弯曲、拉深、翻边、胀形、起伏成形、成形工序种类：弯曲、拉深、翻边、胀形、起伏成形、

3、缩口、扩口、旋压、校形等。缩口、扩口、旋压、校形等。2021/9/252 1.1.2.3 冲压工艺方案冲压工艺方案 冲压工艺方案是在分析冲压件工艺性的基础上，确定冲压工艺方案是在分析冲压件工艺性的基础上，确定冲压工序性质、工序数目、工序顺序、工序组合及其它辅冲压工序性质、工序数目、工序顺序、工序组合及其它辅助工序，即确定冲压件的工艺路线。正确的工艺路线对于助工序，即确定冲压件的工艺路线。正确的工艺路线对于冲压件质量、生产效率、模具设计制造和经济成本具有重冲压件质量、生产效率、模具设计制造和经济成本具有重大意义。大意义。1.1.3 冷冲压工艺的特点及应用冷冲压工艺的特点及应用1.1.3.1 冷冲

4、压工艺的特点冷冲压工艺的特点1、优点：、优点：1）冷冲压是金属薄板成形的重要工艺方法；）冷冲压是金属薄板成形的重要工艺方法；2）冷冲压件质量稳定、互换性好；）冷冲压件质量稳定、互换性好；3）材料利用率高、成本较低；）材料利用率高、成本较低；4）工艺操作简单、生产率高；）工艺操作简单、生产率高；5）适合于成批、大量零件生产。）适合于成批、大量零件生产。2、缺点：、缺点：1）模具结构复杂、生产成本较高；）模具结构复杂、生产成本较高；2）一般不适于单件、小批量零件生；）一般不适于单件、小批量零件生；3）工作环境有待改善提高。）工作环境有待改善提高。1.1.3.2 冷冲压工艺的应用冷冲压工艺的应用 冷

5、冲压工艺具有许多突出的优点，在机械制造、电子冷冲压工艺具有许多突出的优点，在机械制造、电子电器等各行各业中都得到了广泛的应用，尤其在汽车、拖电器等各行各业中都得到了广泛的应用，尤其在汽车、拖拉机、电机、电器、仪器、仪表、电子产品和日用品的生拉机、电机、电器、仪器、仪表、电子产品和日用品的生产中占据十分重要的地位，有的产品其冲压件的数量约占产中占据十分重要的地位，有的产品其冲压件的数量约占工件总数的工件总数的7080%以上。以上。2021/9/253 随着国民经济的发展，对由金属薄板制成的冲压产品的需求随着国民经济的发展，对由金属薄板制成的冲压产品的需求量将会越来越大，因此，学习、研究和发展冷冲

6、压技术，对我国量将会越来越大，因此，学习、研究和发展冷冲压技术，对我国制造业的发展和民族振兴具有极大的意义。制造业的发展和民族振兴具有极大的意义。1.1.4 冷冲压工艺的发展冷冲压工艺的发展1、工艺分析计算方法现代化、工艺分析计算方法现代化 采用有限变形的弹塑性有限元等先进的算法，对复杂成形件采用有限变形的弹塑性有限元等先进的算法，对复杂成形件的成形过程进行应力应变分析和计算机仿真模拟，以预测某一工的成形过程进行应力应变分析和计算机仿真模拟，以预测某一工艺方案对零件成形的可行性及可能发生的问题。从根本上改变了艺方案对零件成形的可行性及可能发生的问题。从根本上改变了传统的依赖经验和反复试验及修改

7、，才能转入批量生产的模式。传统的依赖经验和反复试验及修改，才能转入批量生产的模式。2、模具设计制造现代化、模具设计制造现代化 大力开展模具大力开展模具CAD/CAM技术的研究和应用，已有许多成熟的模技术的研究和应用，已有许多成熟的模具具CAD/CAM一体化软件应用于模具的设计及制造，使设计者尽一体化软件应用于模具的设计及制造，使设计者尽可能将时间和精力用于创新开发。可能将时间和精力用于创新开发。3、冷冲压生产的机械化和自动化、冷冲压生产的机械化和自动化 大力推进冲压工艺中的送料、冲压、取件甚至装配等生产环大力推进冲压工艺中的送料、冲压、取件甚至装配等生产环节的机械化和自动化研究和应用，使生产率

8、得到极大的提高。节的机械化和自动化研究和应用，使生产率得到极大的提高。4、适应多品种、小批量的市场需求、适应多品种、小批量的市场需求 研究和发展新的成形工艺、简易模具、通用组合模具、数控研究和发展新的成形工艺、简易模具、通用组合模具、数控冲压设备和冲压柔性制造系统冲压设备和冲压柔性制造系统，使冲压工艺适应产品更新换代快使冲压工艺适应产品更新换代快和生产批量小的现代市场的特点和生产批量小的现代市场的特点。2021/9/254 5、不断改进板料的冲压成形性能、不断改进板料的冲压成形性能 实践证明，研制和生产高性能的冲压钢板比改进冲压实践证明，研制和生产高性能的冲压钢板比改进冲压工艺和模具结构更具有

9、现实意义。随着现代冲压技术的发工艺和模具结构更具有现实意义。随着现代冲压技术的发展，成形钢板的工艺性能和表面质量将会成为制约冲压工展，成形钢板的工艺性能和表面质量将会成为制约冲压工艺进步的瓶颈。艺进步的瓶颈。1.2 冲压设备冲压设备1.2.1 曲柄压力机的基本组成曲柄压力机的基本组成1、工作机构、工作机构 即为曲柄连杆机构，由曲轴、连杆、滑块组成，即为曲柄连杆机构，由曲轴、连杆、滑块组成，是压力机完成工作的主要机构。冲模的上模固定在滑块上。是压力机完成工作的主要机构。冲模的上模固定在滑块上。2、传动系统、传动系统 包括电动机、带轮传动和齿轮传动等机构，其包括电动机、带轮传动和齿轮传动等机构，其

10、作用是将电动机的运动和能量按照一定要求传给工作机构。作用是将电动机的运动和能量按照一定要求传给工作机构。其中带轮又称飞轮，能够使压力机在整个工作周期里负荷其中带轮又称飞轮，能够使压力机在整个工作周期里负荷均匀，能量得以充分利用。均匀，能量得以充分利用。3、操纵系统、操纵系统 由空气分配系统、制动器、离合器和电气控制由空气分配系统、制动器、离合器和电气控制箱等组成。压力机的工作是通过操纵机构进行控制的。箱等组成。压力机的工作是通过操纵机构进行控制的。4、支承部件、支承部件 包括床身、工作台、拉紧螺栓等部分。床身是包括床身、工作台、拉紧螺栓等部分。床身是压力机的基础，保证设备所要求的精度、强度和刚

11、度。床压力机的基础，保证设备所要求的精度、强度和刚度。床身上固定有工作台，用于安装冲模的下模。身上固定有工作台，用于安装冲模的下模。2021/9/255 5、辅助系统、辅助系统 包括气路系统和润滑系统。包括气路系统和润滑系统。6、附属装置、附属装置 包括过载保护、气垫、滑块平衡装置、移动工包括过载保护、气垫、滑块平衡装置、移动工作台、快速换模和监控装置等。作台、快速换模和监控装置等。1.2.2 曲柄压力机的主要结构类型曲柄压力机的主要结构类型1、按床身结构分、按床身结构分 分为开式压力机和闭式压力机两种。分为开式压力机和闭式压力机两种。开式压力机开式压力机 床身前、左和右三个方向是敞开的，操床

12、身前、左和右三个方向是敞开的，操作和安装模具很方便，便于自动送料。但由于床身呈作和安装模具很方便，便于自动送料。但由于床身呈C字字型，刚性较差。当冲压力较大时，床身易变形，影响模具型，刚性较差。当冲压力较大时，床身易变形，影响模具寿命，因此只适用于中、小型压力机。寿命，因此只适用于中、小型压力机。闭式压力机闭式压力机 床身两侧封闭，只能前后送料，操作不床身两侧封闭，只能前后送料，操作不如开式的方便。但机床刚性较好，能承受较大的冲压力，如开式的方便。但机床刚性较好，能承受较大的冲压力，适用于一般要求的大、中型压力机和精度要求较高的轻型适用于一般要求的大、中型压力机和精度要求较高的轻型压力机。压力

13、机。2、按滑块行程是否可调分、按滑块行程是否可调分 分为曲轴压力机和偏心压力机两分为曲轴压力机和偏心压力机两种。种。曲轴压力机曲轴压力机 压力机行程较大且不能调节，但曲轴受压力机行程较大且不能调节，但曲轴受力结构合理，负荷均匀，可制造大行程和大吨位压力机。力结构合理，负荷均匀，可制造大行程和大吨位压力机。偏心压力机偏心压力机 压力机行程较小且能适当调节，但由于压力机行程较小且能适当调节，但由于偏心轴受力结构的关系，因此只适用于中、小型压力机。偏心轴受力结构的关系，因此只适用于中、小型压力机。2021/9/256 3、按连杆的数目分、按连杆的数目分 可分为单点、双点和四点压力可分为单点、双点和四

14、点压力机。机。4、按滑块数目分、按滑块数目分 可分为单动、双动和三动压力机。可分为单动、双动和三动压力机。5、按传动方式分、按传动方式分 可分为上传动和下传动压力机。可分为上传动和下传动压力机。6、按工作台结构分、按工作台结构分 可分为可倾式、固定式和升降可分为可倾式、固定式和升降台式。台式。1.2.3 曲柄压力机工作部分的结构及调整曲柄压力机工作部分的结构及调整1.2.3.1 压力机工作部分的结构压力机工作部分的结构J23-40B压力机工作部分的结构如左图所示：压力机工作部分的结构如左图所示：1）连杆滑块机构）连杆滑块机构 由曲轴、连杆、调节螺杆、由曲轴、连杆、调节螺杆、滑块组成，是压力机完

15、成工作的主要机构。其中滑块组成，是压力机完成工作的主要机构。其中滑块用来安装上模。滑块用来安装上模。2）工作台）工作台 是压力机的工作平台，用来安装下是压力机的工作平台，用来安装下模模 3）工作空间）工作空间 位于滑块下底面和工作台上表面位于滑块下底面和工作台上表面之间，是安装模具和进行工作的主要空间。之间，是安装模具和进行工作的主要空间。4）打料机构）打料机构 由横杆和止动杆组成。是冲压的由横杆和止动杆组成。是冲压的辅助机构，和模具配合进行工作。辅助机构，和模具配合进行工作。2021/9/257 1.2.3.2 连杆滑块结构的调整连杆滑块结构的调整连杆滑块机构剖面如下图所示：连杆滑块机构剖面

16、如下图所示：1）连杆由连杆体和调节螺杆组成，通过调整调节螺杆可改变）连杆由连杆体和调节螺杆组成，通过调整调节螺杆可改变连杆的长度，进而改变压力机的工作空间。连杆的长度，进而改变压力机的工作空间。2）滑块上设置模柄夹持机构用来安装上模，通过锁紧螺钉将）滑块上设置模柄夹持机构用来安装上模，通过锁紧螺钉将上模锁紧固定。上模锁紧固定。3）连杆和滑块体通过保险块连接，可预防因冲压过程中意外）连杆和滑块体通过保险块连接，可预防因冲压过程中意外的负荷过载而导致设备或模具的损坏。的负荷过载而导致设备或模具的损坏。2021/9/258 3 模具在压力机上的工作过程模具在压力机上的工作过程 模具在压力机上的工作过

17、程大致分为：模具在压力机上的工作过程大致分为：1）条料送进和定位）条料送进和定位 2）冲压过程）冲压过程 3）卸料、推件过程）卸料、推件过程 4）取出制件）取出制件 为了从上模中打下工件或废料，压力机的滑块中为了从上模中打下工件或废料，压力机的滑块中装有打料装置，在滑块的矩形横向孔中，放有横杆。装有打料装置，在滑块的矩形横向孔中，放有横杆。当滑块回程，横杆与床身上的止动杆相碰时，即可通当滑块回程，横杆与床身上的止动杆相碰时，即可通过上模中的推杆和推件块将工件或废料从上模中推下。过上模中的推杆和推件块将工件或废料从上模中推下。调节止动杆的长度，便可控制打料行程。调节止动杆的长度，便可控制打料行程

18、。1.2.4 曲柄压力机的主要技术参数曲柄压力机的主要技术参数 压力机的主要技术参数是反映一台压力机的工艺压力机的主要技术参数是反映一台压力机的工艺能力，所能加工零件的尺寸范围和生产率等指标，也能力，所能加工零件的尺寸范围和生产率等指标，也是模具设计中选择冲压设备、确定模具结构的重要依是模具设计中选择冲压设备、确定模具结构的重要依据。据。1、1、公称压力公称压力 公称压力公称压力是指压力机曲柄旋转到离下止点前某一是指压力机曲柄旋转到离下止点前某一特定角度特定角度 a（称为公称压力角，一般小于（称为公称压力角，一般小于300）时，）时，滑块上所容许的最大工作压力。滑块上所容许的最大工作压力。在冲

19、压生产中，必须使冲压工序工艺力在冲压生产中，必须使冲压工序工艺力行程曲行程曲线不超出压力机的许用压力曲线，如左图所示。线不超出压力机的许用压力曲线，如左图所示。2021/9/259 2、滑块行程、滑块行程 滑块行程是指滑块从上死点到下死点所经过的距离。滑块行程是指滑块从上死点到下死点所经过的距离。对于曲柄压力机，其值即为曲柄半径的两倍。对于曲柄压力机，其值即为曲柄半径的两倍。在冲压生产中，应根据模具结构、零件高度尺寸和生在冲压生产中，应根据模具结构、零件高度尺寸和生产率等因素来选择所需行程的压力机。产率等因素来选择所需行程的压力机。3、滑块每分钟行程次数、滑块每分钟行程次数 是指滑块每分钟往复

20、的次数。滑决每分钟行程次数的是指滑块每分钟往复的次数。滑决每分钟行程次数的多少，关系到生产率的高低。一般压力机行程次数都是固多少，关系到生产率的高低。一般压力机行程次数都是固定的。定的。4、闭合高度、闭合高度 压力机的闭合高度是指滑块在下止点时，滑块底面到压力机的闭合高度是指滑块在下止点时，滑块底面到工作台面的高度。模具的闭合高度应小于压力机的最大闭工作台面的高度。模具的闭合高度应小于压力机的最大闭合高度。合高度。5、压力机工作台面尺寸、压力机工作台面尺寸 压力机工作台面尺寸应大于冲模的最大平面尺寸。一压力机工作台面尺寸应大于冲模的最大平面尺寸。一般工作台面尺寸每边应大于模具下模座尺寸般工作台

21、面尺寸每边应大于模具下模座尺寸5070mm，以便于安装固定模具用的螺钉和压板。以便于安装固定模具用的螺钉和压板。125 曲柄压力机的型号与规格曲柄压力机的型号与规格 压力机的型号是按锻压机械标准的类、列、组编制的。压力机的型号是按锻压机械标准的类、列、组编制的。如：如：JB23 100A 其中其中 J 表示锻压机械的类别，表示锻压机械的类别，J为机械式压力机；为机械式压力机；B 表示压力机的变型次数（次要参数与基本型号不表示压力机的变型次数（次要参数与基本型号不同）；同）；2021/9/2510 2 表示列别；表示列别；3 表示组别；表示组别；100 表示压力机的公称压力（表示压力机的公称压力

22、（1000千牛）；千牛）；A 表示压力机的改进次数（结构、性能等的改进）。表示压力机的改进次数（结构、性能等的改进）。本节中的本节中的JB2340B型是机械式曲柄压力机，属于第型是机械式曲柄压力机，属于第2列第列第3组，为开式双柱可倾式压力机，公称压力组，为开式双柱可倾式压力机，公称压力400千牛，千牛，经过第经过第2次变形和第次变形和第2次改进。次改进。各种压力机的规格参数可参照有关冲压设备的标准。各种压力机的规格参数可参照有关冲压设备的标准。1.3 练习思考题练习思考题1、谈一谈冷冲压的概念及其工艺特点？、谈一谈冷冲压的概念及其工艺特点？2、试绘制一实际冲压零件的形状简图，分析其由哪几道工

23、序、试绘制一实际冲压零件的形状简图，分析其由哪几道工序冲压制成，并叙述各工序的主要变形特点？冲压制成，并叙述各工序的主要变形特点？3、结合具体事例谈一谈自己对冷冲压技术在国民经济中的地、结合具体事例谈一谈自己对冷冲压技术在国民经济中的地位及其发展的认识？位及其发展的认识？4、比较开式偏心压力机和闭式曲轴压力机的特点和应用场合、比较开式偏心压力机和闭式曲轴压力机的特点和应用场合？5、解释、解释JC2363、J23100B压力机规格的含义？压力机规格的含义？2021/9/2511 第二章第二章 金属塑性成形的基本概念金属塑性成形的基本概念 2.1 塑性变形的物理性质塑性变形的物理性质2.1.1 塑

24、性变形的概念塑性变形的概念2.1.1.1 晶体结构晶体结构1）晶体和多晶体）晶体和多晶体 从金属学的观点来看，所有的固态金属都是晶体。工从金属学的观点来看，所有的固态金属都是晶体。工业上常用的金属中，最常见的晶格结构有面心立方结构、业上常用的金属中，最常见的晶格结构有面心立方结构、体心立方结构和密排六方结构。体心立方结构和密排六方结构。晶体中由原子组成的平面称为晶面，由原子组成的直晶体中由原子组成的平面称为晶面，由原子组成的直线称为晶向。每种晶格不同晶面上的原子密度和不同晶向线称为晶向。每种晶格不同晶面上的原子密度和不同晶向上的原子间距是不同的，这就导致了金属晶体不同方向上上的原子间距是不同的

25、，这就导致了金属晶体不同方向上的性质差异，这是结晶物质的特点，也是金属各向异性的的性质差异，这是结晶物质的特点，也是金属各向异性的根源。根源。工业上用于塑性成形的金属和合金都是多晶体。多晶工业上用于塑性成形的金属和合金都是多晶体。多晶体中每个晶粒都是各向异性的，但大量结晶方位互不相同体中每个晶粒都是各向异性的，但大量结晶方位互不相同的晶粒聚集在一起，在宏观上使金属各个方向呈现出大体的晶粒聚集在一起，在宏观上使金属各个方向呈现出大体相同的性质，称为伪同向性。相同的性质，称为伪同向性。了解晶体结构及其特点是了解金属及合金塑性变形的了解晶体结构及其特点是了解金属及合金塑性变形的基础。基础。2021/

26、9/2512 2）晶体的缺陷）晶体的缺陷 晶体缺陷是指实际晶体结构中和理想的晶体点阵结构晶体缺陷是指实际晶体结构中和理想的晶体点阵结构发生偏差的区域。根据晶体缺陷的几何形态特征，一般将发生偏差的区域。根据晶体缺陷的几何形态特征，一般将之分成三大类：之分成三大类：a）点缺陷）点缺陷 如空位、间隙原子、溶质原子。如空位、间隙原子、溶质原子。b）线缺陷）线缺陷 如位错。如位错。c）面缺陷）面缺陷 如晶界、相界、孪晶界、堆垛层错。如晶界、相界、孪晶界、堆垛层错。在晶体中，缺陷随着各种条件的改变而不断变化，它们在晶体中，缺陷随着各种条件的改变而不断变化，它们可以产生、发展、运动和交互作用，而且能合并和消

27、失。可以产生、发展、运动和交互作用，而且能合并和消失。晶体缺陷对金属的许多性能有很大的影响，特别是对塑性、晶体缺陷对金属的许多性能有很大的影响，特别是对塑性、强度、扩散等有着决定性的作用。强度、扩散等有着决定性的作用。2.1.1.2 塑性变形塑性变形1）塑性变形）塑性变形 金属受外力作用就会发生变形，表现为形状、尺寸、金属受外力作用就会发生变形，表现为形状、尺寸、体积等的变化。变形力去除后，能恢复原状的变形称为弹体积等的变化。变形力去除后，能恢复原状的变形称为弹性变形；不能恢复原状的永久变形称为塑性变形。除脆性性变形；不能恢复原状的永久变形称为塑性变形。除脆性材料外，大部分固体材料变形时都呈现

28、出明显的弹性变形材料外，大部分固体材料变形时都呈现出明显的弹性变形阶段和塑性变形阶段。阶段和塑性变形阶段。弹性变形时，金属内原子的位置发生变化，表现为原弹性变形时，金属内原子的位置发生变化，表现为原子间距有微小的改变，从而引起了体积的变化。此时，原子间距有微小的改变，从而引起了体积的变化。此时，原子的稳定平衡状态遭到破坏，作用在物体上的外力和企图子的稳定平衡状态遭到破坏，作用在物体上的外力和企图使原子恢复到最小势能位置的原子间反作用力相平衡，这使原子恢复到最小势能位置的原子间反作用力相平衡，这种反作用力称为内力，单位面积上的内力就称为应力。种反作用力称为内力，单位面积上的内力就称为应力。202

29、1/9/2513 当金属所受外力较大时，使原子偏离其稳定平衡位置当金属所受外力较大时，使原子偏离其稳定平衡位置超过某一数值，外力去除后原子就不会再回到其原来位置，超过某一数值，外力去除后原子就不会再回到其原来位置，而是停留在邻近的稳定平衡位置上，发生了永久性变形，而是停留在邻近的稳定平衡位置上，发生了永久性变形，这种变形称为塑性变形。这种变形称为塑性变形。作用在变形体上的外力去除后，原子也可能既未回到作用在变形体上的外力去除后，原子也可能既未回到原来的稳定平衡位置，也未转移到新的稳定平衡位置上去，原来的稳定平衡位置，也未转移到新的稳定平衡位置上去，则原子仍处于受力状态，此时原子所受的内力称为残

30、余应则原子仍处于受力状态，此时原子所受的内力称为残余应力。残余应力经常带来不利影响，但在清除残余应力的过力。残余应力经常带来不利影响，但在清除残余应力的过程中，金属也要发生一定的变形。程中，金属也要发生一定的变形。2）塑性变形的主要方式）塑性变形的主要方式 研究表明，再结晶温度以下晶体的塑性变形主要通过研究表明，再结晶温度以下晶体的塑性变形主要通过晶内滑移和孪动两种方式进行，其中以晶内滑移变形为主。晶内滑移和孪动两种方式进行，其中以晶内滑移变形为主。在晶体内部，一定的晶面和一定的晶向组成一个滑移系。在晶体内部，一定的晶面和一定的晶向组成一个滑移系。当其它条件相同时，晶体的滑移系愈多，则滑移时可

31、能出当其它条件相同时，晶体的滑移系愈多，则滑移时可能出现的滑移空间位向愈多，金属的塑性就愈好。现的滑移空间位向愈多，金属的塑性就愈好。实际观察表明，晶体的滑移变形就是在切应力的作用实际观察表明，晶体的滑移变形就是在切应力的作用下通过滑移面上的位错运动进行的。一个位错移到晶体表下通过滑移面上的位错运动进行的。一个位错移到晶体表面形成一个原子间距的滑移量。同一个滑移面上许多位错面形成一个原子间距的滑移量。同一个滑移面上许多位错移到晶体表面便形成明显的滑移线。许多滑移线聚集在一移到晶体表面便形成明显的滑移线。许多滑移线聚集在一起便形成滑移带，这种滑移带一般可在光滑的拉伸变形金起便形成滑移带，这种滑移

32、带一般可在光滑的拉伸变形金属试样表面上观察到，如上图所示。属试样表面上观察到，如上图所示。多晶体的变形，由于还存在着晶粒之间的相对滑动和多晶体的变形，由于还存在着晶粒之间的相对滑动和转动，这种晶粒之间的变形称为晶间变形。所以多晶体的转动，这种晶粒之间的变形称为晶间变形。所以多晶体的变形实质上是晶内变形和晶间变形综合作用的结果。变形实质上是晶内变形和晶间变形综合作用的结果。2021/9/2514 2.1.1.3 塑性变形对塑性成形工艺的影响塑性变形对塑性成形工艺的影响 在金属塑性变形的过程中，材料的性能和组织状态都在金属塑性变形的过程中，材料的性能和组织状态都会发生变化，对冲压成形工艺和制件质量

33、有相当大的影响。会发生变化，对冲压成形工艺和制件质量有相当大的影响。常见问题如下：常见问题如下：1、制件表面质量的下降、制件表面质量的下降 粗晶粒的板料在冲压变形的过程中，由于晶粒之间的粗晶粒的板料在冲压变形的过程中，由于晶粒之间的相对转动，会使制件表面呈现出凹凸不平的所谓相对转动，会使制件表面呈现出凹凸不平的所谓“桔皮桔皮”现象。对于光亮表面的细晶粒板料，亦会因表面出现大量现象。对于光亮表面的细晶粒板料，亦会因表面出现大量的滑移线和滑移带而导致表面质量明显下降。的滑移线和滑移带而导致表面质量明显下降。2、应变硬化现象、应变硬化现象 在冲压成形的过程中，随着变形程度的提高，材料的在冲压成形的过

34、程中，随着变形程度的提高，材料的变形阻力增大，强度和硬度升高，而塑性、韧性下降，这变形阻力增大，强度和硬度升高，而塑性、韧性下降，这种现象称为应变硬化（又称为加工硬化）。金属应变硬化种现象称为应变硬化（又称为加工硬化）。金属应变硬化的原因目前还不能妥善解释，一般是认为由于塑性变形使的原因目前还不能妥善解释，一般是认为由于塑性变形使位错大量增殖，位错之间以及位错与其它缺陷间的交互作位错大量增殖，位错之间以及位错与其它缺陷间的交互作用导致进一步滑移的临界应力提高，而出现用导致进一步滑移的临界应力提高，而出现“硬化硬化”现象。现象。硬化会阻碍进一步的塑性变形，不利于工序的进行。但也硬化会阻碍进一步的

35、塑性变形，不利于工序的进行。但也有有利的一面，如在大变形工序中能阻止板料局部过分变有有利的一面，如在大变形工序中能阻止板料局部过分变薄而提早破坏；另外如拉丝等一些工艺正是利用了硬化的薄而提早破坏；另外如拉丝等一些工艺正是利用了硬化的现象。现象。3、残余应力的影响、残余应力的影响 由于变形不均匀，晶粒内部和晶粒之间的原子未能到由于变形不均匀，晶粒内部和晶粒之间的原子未能到达稳定平衡位置，变形结束后，原子仍处于受力状态，作达稳定平衡位置，变形结束后，原子仍处于受力状态，作为残余应力，保留在材料或制件内部。在使用的过程中，为残余应力，保留在材料或制件内部。在使用的过程中，会导致自动发生变形甚至开裂，

36、带来了有害的影响。会导致自动发生变形甚至开裂，带来了有害的影响。2021/9/2515 4、板料性能的各向异性、板料性能的各向异性 板材轧制时，材料内的各晶粒沿其变形最大的方向伸长，另外材料中的夹杂物、区域偏析及第二相等也沿着变形方向被拉长。当变形程度很大时，则显著伸长，形成所谓的纤维组织。如果变形程度大到一定的数值，多晶体内各个晶粒的位向会因滑移面的转向而逐渐趋向一致，形成变形织构。一般地，当金属的变形量达到1020%时，材料性能的取向现象便可以达到可以察觉的程度；当变形量达到8090%时，板材的性能，尤其是机械性能将呈现明显方向性，称为各向异性各向异性。如不经处理，用这样的板材生产冲压制件

37、，会给制件的形状和尺寸精度带来较大的不利影响。如拉深制件在加工中会出现沿口不齐的“突耳”现象，如左图所示。2.1.2 影响塑性变形的主要因素影响塑性变形的主要因素2.1.2.1 塑性与变形抗力的概念 塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。塑性可用材料在不破坏条件下能获得的塑性变形的最大值来评定，其值与变形条件有关。变形抗力变形抗力（强度）是指金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力，其大小也与变形的条件有关。2021/9/2516 塑性和变形抗力是两个不同的概念。塑性是从变形量的角度反映了材料塑性变形能力的大小；而变形抗力则是从变形力的角度反映了材料塑性变形的难易程

38、度。金属材料的变形抗力和塑性是两个很重要的力学性能，决定了材料冲压成形的工艺性能，同时又是材料的重要使用性能。在不同的条件下，其影响因素以及控制机理构成了塑性成形工艺的重要理论基础。2122 影响塑性变形的主要因素1、金属成份与组织的影响、金属成份与组织的影响 通常工业用金属都是合金。合金元素与基体金属的结合有固溶体、化合物和中间相。化合物和中间相是属电子键结合，原子间结合力强，表现出的变形抗力大而塑性差。固溶体，特别是置换式固溶体，并不改变基体金属的晶格型式，只是使晶格略有畸变，因而变形抗力和塑性与基体金属并无显著差别。因此，从塑性成形工艺的要求来说，加入的元素应能和基体金属形成固溶体，且数

39、量要控制在形成固溶体所能容纳的溶解度以下，以避免生成化合物。另外杂质的数量和分布形态对金属材料的塑性成形性能的影响也是极大的。一般冲压钢板的碳含量小于0.1%，常用的冲压钢板C0.08%，优质冲压钢板C0.04%，超深冲钢板（IF钢）则达到C 0，3=0，属平面应力状态。利用全量理论公式分析可以判断变形区的变形情况，这时，1=2=3/2，在拉应力作用方向为伸长变形，而在厚度方向为压缩变形。由此可见，胀形变薄是比较显著的。4）当毛坯变形区三向受压时，利用全量理论公式分析可知在最大压应力3方向上的变形一定是压缩变形，而在最小压应力1方向上的变形必为伸长变形。由上述分析可知，判断毛坯变形区在哪个方向

40、伸长，在哪个方向缩短，不能仅依据应力的性质来决定，而是要根据主应力的差值才能判定。当变形区内拉应力的绝对值最大时，此方向必为伸长变形，变形区板料会减薄；当变形内压应力的绝对值最大时，此方向必为压缩变形，变形区板料会增厚。2.2.5 薄板成形问题分析方法（薄板成形问题分析方法（*）薄板成形问题分析是以金属塑性变形的基本规律屈服准则和应力应变关系为基础的。分析的目的是通过对各种成形过程中薄板的应力应变状态、分布和变化规律的揭示，使我们更为深入地认识和掌握薄板成形问题的特点和规律，探求和发展更为经济、有效的成形方法。薄板成形的实际问题层出不穷，分析计算的方法也多种多样。而工程问题的求解，往往并不片面

41、地强调方法的严谨，追求过高的精度，更重要的是简单便利、行之有效，但必须建立在科学的基础上。2021/9/2536 薄板成形问题的众多分析求解方法中，主应力法和塑性材料力学法运用得比较广泛，实际效果也很好。2.2.5.1 主应力法主应力法也称为切取微体法，这种方法以求解薄板材料变形区各个主应力的分布规律为目标，并根据问题的需要，在已求得的主应力分布规律的基础上，再进一步求出主应变分布、成形力、变形能等其它问题。其解题方法的基本过程如下：1）针对薄板成形的特点，合理提出一些简化假设。常用假设如：薄板均匀连续各向同性，或在板面内为各向同性，只有厚向异性存在；变形过程近似为简单加载，采用应变全量理论；

42、忽略薄板的厚向应力，认为薄板变形处于平面应力状态；忽略摩擦对应力、应变主轴方向的影响；薄板平面内应力沿板厚均匀分布；忽略其它一些次要因素对变形过程的影响等。2）为了简化计算，以应力、应变主轴作为坐标轴。薄板塑性变形问题的分析计算，目前能够取得明确答案的（即解析解），只有轴对称问题，这类问题的主轴方向极易确定。对于薄板成形的轴对称问题，主轴方向为：切向、径向和厚向。2021/9/2537 其次，根据各个成形工序薄板的变形特点，分析判断主轴方向应力、应变分量的性质及存在与否，确定各个分量代数值的大小顺序。3）从薄板变形区内切取任一微体，根据微体的静力平衡条件，建立未知主应力与点的坐标的函数关系。4

43、）建立薄板变形区内任一微体的塑性变形方程，由变形的几何关系、应力、应变之间的物理关系以及最大主应变max的几何特点，将未知主应力再表示为点的坐标的另一函数关系。通常这一函数关系的形式为：如假设材料为理想塑性体，则应力强度为一与变形程度无关的常数，这样求得了问题的结果后，可根据实际情况再加以修正。5）利用边界条件，联立求解以上诸方程，即可获得应力、应变的解析解。6）以此解析解为基础，可进而求得其它有关力、能、变形的结果。2.2.5.2 塑性材料力学法2021/9/2538 塑性材料力学法着眼于薄板材料变形区内的某一特定点，通过解析法或试验法求出此点的应变分量，再由应变分量得出各个应力分量。这种方

44、法能够避免繁杂甚至不可解决的数学运算，在生产中便于推广运用。在非轴对称的、比较复杂的成形问题分析中，大都运用这一方法进行分析、研究工艺参数和变形条件对薄板成形过程的影响。其解题方法的基本过程如下：1）根据问题的需要，首先定出所要研究的点的部位，采用解析计算法或者试验测量法，求出此点的主应变分量1、2、3。解析计算法为：分析变形过程中研究点所在部位的应力应变状态，确定该点变形主轴方向，由薄板变形前后的几何关系以及体积不变条件，分析计算出主应变分量。试验测量法为：在薄板坯料表面印刷坐标网格，一般为圆形网格。对薄板坯料进行变形试验。变形后，圆形网格成为椭圆形网格，测量椭圆形网格长、短轴的长度（椭圆的

45、长、短轴方向即为主应变方向），按照实际应变的定义和体积不变条件，即可计算出研究点的三个主应变分量大小。2）根据三个主应变，按应变强度的定义确定研究点的应变强度i。3）由材料的一般性应力应变关系，确定研究点的应力强度i。4）利用薄板厚向应力为零的条件，并根据应力、应变关系式计算出板面内的主应力分量。2021/9/2539 5）在获得上述结果的基础上，即可根据问题的需要，求得其它有关力、能、变形的结果。2.3 板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能2.3.1 冲压成形性能的概念冲压成形性能的概念板料对各种冲压成形方法的适应能力，称为板料的冲压成形性能。板料在成形过程中可能出现两种失稳现象，一种是板料

46、在拉应力作用下局部出现缩颈或断裂，称为拉伸失稳；另一种是板料在压应力作用下出现起皱，称为压缩失稳。板料失稳之前可能达到的最大变形程度叫成形极限。成形极限分为总体成形极限和局部成形极限。总体成形极限反映板料失稳前总体尺寸可以达到的最大变形程度。而局部成形极限则反映板料失稳前局部尺寸可以达到的最大变形程度。如复杂制件成形时，局部的极限应变即属于局部成形极限。由于复杂制件变形的不均匀性，各处变形差异很大，因此用局部成形极限来描绘制件上各点的变形程度。总的来说，成形极限愈高，则板料的冲压成形性能愈好。这样的板料便于冲压加工，生产率高，成本低，容易得到高质量的冲压制件。板料的冲压成形性能是一个综合性的概

47、念，它包括了材料的抗破裂性、贴模性和定形性等。抗破裂性抗破裂性可用板料在各种冲压成形工艺中的成形极限来衡量。如极限拉伸系数、极限胀形系数、极限翻边系数等都与材料的抗破裂性有关。板料的冲压成形性能愈好，板料的抗破裂性也愈好，其成形极限就愈高。2021/9/2540 板料的贴模性贴模性是指板料在冲压成形中取得与模具形状一致性的能力。由于各方面因素的影响，板料在冲压成形中会发生起皱、翘曲、塌陷和鼓起等缺陷，使贴模性降低。板料的定形性定形性是指零件脱模后保持其在模具内既得形状的能力。影响定形性的诸因素中，由于弹塑性共存现象而带来的弹性回复（简称回弹）是主要因素，制件脱模后，常因回弹过大而产生较大的形状

48、误差。板料的贴模性和定形性是决定制件形状尺寸精度的重要因素。研究和提高板料的贴模性和定形性，对提高冲压件质量尤其是汽车覆盖件等大而复杂制件的成形质量有较大的意义。这方面的研究及其试验方法在发达工业国家已经取得较好的进展，工艺应用比较成熟，汽车覆盖件等大而复杂制件的质量很高。我国亦在“七五”期间将“薄板成形性能研究”列为国家重点科技攻关项目。经过多年的攻关研究，在薄板成形性能的基础理论及检测评定方法、提高薄板成形性能的冶金生产工艺与技术、充分发挥和合理使用薄板成形性能的方法与途径等方面取得了一系列研究成果，但总体水平和发达工业国家相比仍有较大的差距。目前我国在冲压生产和板料生产中，仍然用抗破裂性

49、作为评定板料冲压成形性能的主要指标。即除了制件形状、冲压工艺、模具、设备及操作等诸因素外，板料性能的影响十分重要，尤其对复杂和精密成形件的影响更为显著。很多事实表明，大力提高板材的冲压成形性能比单纯提高冲压工艺及模具技术更具有现实意义。2021/9/2541 2.3.2 冲压成形性能的试验方法冲压成形性能的试验方法现在有很多种板料冲压成形性能的试验方法，概括起来，可以分为间接试验和直接试验两类。1、间接试验间接试验方法有拉伸试验、硬度试验、金相试验等，尤其是拉伸试验简单易行。虽然试验时试样的受力情况和变形特点与实际冲压变形有一定的差别，但研究表明，这种试验能从不同角度反映板材的冲压成形性能，因

50、此板材的拉伸试验是一种很重要的试验方法。2、直接试验直接试验也称模拟试验，是直接模拟某一类实际成形方式来成形小尺寸的试样。由于应力应变状态基本相同，故试验结果能更确切的反映这类成形方式下板料的冲压成形性能。直接试验方法有多种，常用有以下两种：1）胀形成形性能试验2）拉深成形性能试验其它直接试验方法还有弯曲、扩孔、拉深一胀形复合成形性能试验等，具体试验方法可查阅有关标准。此外，生产中为了解决一些具体问题，例如为了分析材料的流动与变形方式，以便确定合理的毛坯形状和尺寸、修改模具、改进润滑或提出改进零件设计的建议等，常利用应变分析网格法来进行更为直接的工艺试验。这种方法的实质是：在毛坯表面预先作出一