冲压模具设计冲压模具设计.pptx
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1、第二章 冷冲压变形(bin xng)基础第一节第一节 冷冲压变形的基本原理概述冷冲压变形的基本原理概述第二节第二节 冷冲压材料及其冲压成形性能冷冲压材料及其冲压成形性能第一页,共47页。第一节第一节 冷冲压变形冷冲压变形(bin xng)(bin xng)的基本的基本原理概述原理概述一、影响金属塑性和变形抗力(kn l)的因素 对于大多数金属,总的影响趋势是:随着(su zhe)温度的升高,塑性增加,变形抗力下降。所以在冲压工艺中,有时也采用加热成形的方法,提高材料的塑性,增加在一次成形中所能达到的变形程度;降低材料的变形抗力,减轻设备和工装的负担。1.变形温度第二页,共47页。第一节第一节
2、冷冲压变形冷冲压变形(bin xng)(bin xng)的基本的基本原理概述原理概述一、影响金属塑性和变形(bin xng)抗力的因素1.变形(bin xng)温度图2-1 碳钢塑性随温度变化曲线第三页,共47页。应变速率是指单位时间内应变的变化量。一般来说,由于塑性变形需要一定的时间来进行,因此应变速率太大,塑性变形来不及在塑性变形体中充分扩展和完成,而是更多地表现为弹性变形,致使变形抗力增大。又由于断裂抗力基本不受应变速率的影响,所以变形抗力的增大就意味着塑性的下降(xijing),如图所示,高速下的极限变形程度1显然小于低速时的2。2.应变(yngbin)速率一、影响金属塑性和变形(bi
3、n xng)抗力的因素第四页,共47页。2.应变(yngbin)速率一、影响金属塑性(sxng)和变形抗力的因素图2-2 应变速率对变形抗力(kn l)和塑性的影响示意图1高速 低速第五页,共47页。塑性变形是在力的作用下产生的,宏观上是力与塑性变形的关系,实际上是变形体微观质点应力和应变状态关系的表现。施加不同形式的力,在变形体中就有不同的应力状态和应变状态,从而(cng r)表现出不同的塑性变形行为。3.应力(yngl)、应变状态一、影响金属塑性和变形(bin xng)抗力的因素第六页,共47页。同一种材料,在其他条件相同时,尺寸越大,塑性越差,变形(bin xng)抗力越小。这是因为材料
4、尺寸越大,组织和化学成分越不均匀,且内部缺陷也越多,应力分布也不均匀。例如厚板冲裁,产生剪裂纹时凸模挤入板料的深度与板料厚度的比值比薄板冲裁时小。4.尺寸(ch cun)因素一、影响金属塑性和变形抗力(kn l)的因素第七页,共47页。弹性变形时,物体体积(tj)的变化与平均应力成正比。实践证明,塑性变形的物体之体积(tj)保持不变,塑性变形以前的体积(tj)等于其变形后的体积(tj),可表示为二、塑性变形体积(tj)不变条件1230式中 1、2、3塑性变形时的三个主应 变分量(fn ling)。第八页,共47页。由体积不变条件(tiojin)可看出,主应变图只可能有三类:具有一个正应变及两个
5、负应变;具有一个负应变及两个正应变;一个主应变为零,另两个应变之大小相等符号相反。二、塑性变形体积(tj)不变条件图2-3 主应变(yngbin)图第九页,共47页。2三、塑性条件(屈服(qf)准则)屈雷斯加屈服准则(zhnz)的数学表达式是maxmaxmins2式中 max质点(zhdin)的最大切应力;max、min代数值最大、最小 的主应力;s金属在一定的变形温度、变 形速度下的屈服点。第十页,共47页。式中 1、2、3 质点(zhdin)的三个主应力。三、塑性条件(tiojin)(屈服准则)米塞斯屈服(qf)准则的数学表达式是(12)2(23)2(31)2或 ()()()21第十一页,
6、共47页。增量(zn lin)理论又称流动理论,它可表述如下:在每一加载瞬间,应变增量(zn lin)主轴与应力主轴重合,应变增量(zn lin)与应力偏量成正比,即四、塑性变形时应力(yngl)与应变的关系d11-m=d22-md33-m式中 d瞬时(shn sh)常数,在加载的不同瞬时(shn sh)是变 化的;m平均主应力(静水应力)。第十二页,共47页。全量理论(lln)认为,在比例加载(也称简单加载,是指在加载过程中所有外力从一开始起就按同一比例增加)的条件下,无论变形体所处的应力状态如何,应变偏张量各分量与应力偏张量各分量成正比,即四、塑性变形时应力与应变(yngbin)的关系1-
7、m1-m2-m2-m3-m3-m 11-m22-m33-m 由于塑性变形时体积(tj)不变,即m0,所以上式可写成式中 比例系数,它与材料性质和加载历程有 关,而与物体所处的应力状态无关。第十三页,共47页。五、冷冲压成形(chn xn)中的硬化现象图2-4 几种材料的硬化(ynghu)曲线第十四页,共47页。五、冷冲压成形(chn xn)中的硬化现象 为了实用上的需要,在塑性力学(l xu)中经常采用直线和指数曲线来近似代替实际硬化曲线,如图所示为四种简化类型。图2-5 硬化曲线(qxin)的简化类型)幂指数硬化曲线(qxin))刚塑性硬化曲线(qxin))刚塑性硬化直线)理想刚塑性水平直线
8、第十五页,共47页。一般来说,材料的塑性是有限的。当拉伸变形(bin xng)达到某一量之后,便开始失去稳定,产生缩颈,继而发生破裂,这就是所谓的塑性拉伸失稳。六、塑性拉伸失稳及极限(jxin)应变1.塑性拉伸(l shn)失稳的概念图2-6 单向拉伸试验)拉断后的试样)试验曲线第十六页,共47页。六、塑性(sxng)拉伸失稳及极限应变2.单向拉伸缩(shn su)颈的条件及极限应变(1)分散性缩颈 板料单向拉伸时,瞬时载荷为 F1A 式中 1 实际应力(yngl);A 板料的瞬时断面积。第十七页,共47页。六、塑性拉伸(l shn)失稳及极限应变2.单向拉伸缩颈的条件及极限(jxin)应变
9、(2)集中性缩颈条件 根据Hill理论,当板料的应力变化率等于厚度的减薄率时,此处的变形(bin xng)不能向外转移,便开始产生集中性缩颈。这就是产生集中性缩颈的条件,可表达为 d11dttd3第十八页,共47页。六、塑性拉伸(l shn)失稳及极限应变3.双向拉伸缩颈的条件(tiojin)及极限应变图2-7 板料双向拉伸(l shn)第十九页,共47页。六、塑性(sxng)拉伸失稳及极限应变3.双向拉伸缩颈的条件(tiojin)及极限应变 (1)缩颈条件 板料开始产生(chnshng)分散性颈缩失稳时,dF10,dF20,类似于单向拉伸时的情况,求导可得到双向拉伸时的分散性失稳条件为d11
10、1d222第二十页,共47页。与单向拉伸一样,产生(chnshng)集中性缩颈的条件是:板料的应力变化率与厚度的减薄率相等,表达式为六、塑性拉伸失稳及极限(jxin)应变3.双向拉伸缩(shn su)颈的条件及极限应变d11-d3dttd22-d3dtt第二十一页,共47页。(2)失稳极限(jxin)应变六、塑性拉伸(l shn)失稳及极限应变3.双向拉伸缩(shn su)颈的条件及极限应变 板料冲压成形时,坯料内部的应力和应变状态一般都不均匀且不断变化的,因此,研究板料塑性拉伸失稳条件及极限应变,对分析解决冲压成形工艺问题有直接的指导意义。第二十二页,共47页。在冲压成形过程中,材料的最大变
11、形限度(xind)称为成形极限。第二节第二节 冷冲压冷冲压(chngy)(chngy)材料及其冲压材料及其冲压(chngy)(chngy)成形性能成形性能一、板料的冲压(chngy)成形性能1.成形极限第二十三页,共47页。冲压成形失效实际上是塑性变形失稳在冲压工序中的具体表现,其形式(xngsh)可归结为两大类,一类拉伸失效,表现为坯料局部出现过度变薄或破裂;一类是受压失效,表现为板料产生失稳起皱。第二节第二节 冷冲压冷冲压(chngy)(chngy)材料及其冲压材料及其冲压(chngy)(chngy)成形性能成形性能一、板料的冲压成形(chn xn)性能1.成形极限图2-8 起皱与破裂的实
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