1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3 1
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
第三节 冲压变形理论基础
三、塑性力学基础（续）
3．金属塑性变形时的应力应变关系（续） 几点讨论结论： （1）应力分量与应变分量符号不一定一致，• 拉应力不一定对 即 应拉应变，压应力不一定对应压应变； （2）某方向应力为零其应变不一定为零； （3）在任何一种应力状态下，应力分量的大小与应变分量的大 小次序是相对应的，即б1＞б2＞б3，则有ε1＞ε2＞ε3。 （4）若有两个应力分量相等，• 对应的应变分量也相等，即若 则 б1＝б2，则有ε1＝ε2。
方板拉深试验——最小阻力定律试验
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
a)
b)
缩口加工中制件各区的划分 A-传力区；B-变形区；C-已变形区。
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
1.当D-d较大，h较小，翻边。 2.当D-d较小，h较大时：
a. 拉深后切底切边缘；
b. 将D0增大，翻边后再切 边缘。
变形趋向性对冲压工艺的影响
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
4．最小阻力定律（续） 控制变形的趋向性： 开流 和 限流 开流：在需要金属流动的地方减少阻力，使其顺利流动。 如加大圆角半径和间隙、减小摩擦等。 限流： 在不需要金属流动的地方增大阻力，限制金属流动。 如减小圆角半径和间隙、增大摩擦等。 板料各区的划分： 变形区，传力区， 不变形区，已变形区 弱区先变形，变形区为弱区
S S
一般应力状态：σ 1-σ 3=β σ
式中 σ1、σ3 、σS——最大主应 力、最小主应力和屈服应力； β——应力状态系数 ，一般近 似取1.1。
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第三节 冲压变形理论基础
三、塑性力学基础（续）
3．金属塑性变形时的应力应变关系 弹性变形阶段：应力与应变之间的关系是线性的、可逆的， 与加载历史无关； 塑性变形阶段：应力与应变之间的关系则是非线性的、 不可逆的，与加载历史有关。
（2）常用冲压材料 黑色金属、有色金属、非金属材料
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第三节 冲压变形理论基础 本节小结：
1、塑性变形的基本概念； 2、塑性变形对金属组织和性能的影响； 3、塑性力学基础； 4、金属塑性变形的一些基本规律； 5、冲压材料及其冲压成形性能。
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
1）D0/dT小，d0/dT小，拉深 2）D0/dT大，d0/dT大，翻边 3）D0/dT大，d0/dT小，胀形
环形毛坯的变形趋向 （ａ）变形前的模具与毛坯 （ｂ）拉深 （ｃ）翻边 （ｄ）胀形
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
五、冲压材料及其冲压成形性能（续）
2．冲压成形性能的试验 间接试验，直接试验（模拟试验） （1）伸长率： 其数值大，塑性好。 （2）屈强比： s / b 其值小，允许的塑性
变形空间大。
（3）弹性模量E：刚性系数，其值越大，抗失稳能力强，弹性恢复小。 （4）硬化指数n：其值越大，硬化效应越大，材料均匀变形能力越高。
Lk L0 100 % L0 F0 Fk 100 % F0
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第三节 冲压变形理论基础
二、塑性变形对金属组织和性能的影响
金属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化， 而且其内部的组织和性能也将发生变化。一般会产生加工硬化 或应变刚现象： 金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐 增加，而塑性和韧性逐渐降低； 晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生各向 异性； 由于变形不均匀，会在材料内部产生内应力，变形后作为 残余应力保留在材料内部。
五、冲压材料及其冲压成形性能
1．冲压成形性能 材料的冲压成形性能：材料对各种冲压加工方法的适应能力。 冲压加工的依据。 成形极限高 材料的冲压性能好 成形质量好 便于冲压加工
伸长类变形： 当作用在坯料变形区的拉应力的绝对值最大时， 在此方向上发生的变形一定是伸长变形，如胀 形、扩口、内孔翻边。 压缩类变形： 当作用在坯料变形区的压应力的绝对值最大时， 在此方向上发生的变形一定是压缩变形，如拉 深、缩口。
第一章 冲压模具设计与制造基础
复习上次课内容
如何选择冲压设备？
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第三节 冲压变形理论基础
一、塑性变形的基本概念
变形：弹性变形、塑性变形。
塑性：表示材料塑性变形能力。它是指固体材料在外力作用下
发生永久变形而不破坏其完整性能力。 塑性指标：衡量金属塑性高低的参数。常用塑性指标为延伸率 δ 和断面收缩率ψ 。
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第三节 冲压变形理论基础
三、塑性力学基础
1．点的应力与应变状态 为了全面、完整地描述变形区内各点的受力和变形情况。 应力——正应力、剪应力 应力状态： 通常是围绕该点取出一个微小（正）六面体（即所 谓单元体），用该单元体上三个相互垂直面上的九 个应力分量来表示。已知该九个应力分量，则过此 点任意切面上的应力都可求得。 主应力状态： 塑性变形可能出现九种主应力状态。
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
4．最小阻力定律（续）
限制变形的趋向性措施：
（1）材料本身的特性 冲压工序的性质 工艺参数 （2）板料的应力状态 模具结构参数（如凸模、凹模工作 部分的圆角半径，摩擦和间隙等。 局部加热或深冷：降低变形区的变 形抗力，提高传力区强度。
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
类似有应变状态的概念。一般认为金属材料在塑性变形时体积 不变， 因此主应变状态图只有三种。
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第三节 冲压变形理论基础
三、塑性力学基础（续）
2．金属的屈服条件
屈服——塑性状态，主要取决于两方面的因素： （1）在一定的变形条件（变形温度和变形速度）下材料的物理 机械性质——转变的根据； （2）材料所处的应力状态——转变的条件。 单向应力状态： σ =σ
点的应力状态 a）任意坐标系 b）主轴坐标系
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9种主应力状态图
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3种主应变状态图
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金属的应力-应变图 1-实际应力曲线 2-假象应力曲线
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硬化曲线
第一章 冷冲压模具设计与制造基础
（5）板厚方向性系数： b / t 值大些较好
（6）板平面方向性：△r小一些好，各向异性不明显。
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3．板料的机械性能与冲压成形性能的关系
板料的强度指标越高，产生相同变形量的力就越大；
塑性指标越高，成形时所能承受的极限变形量就越大； 刚度指标越高，• 形时抵抗失稳起皱的能力就越大。 成
一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，可证明满足：
ε
1
+ε
2
&#冷冲压模具设计与制造基础
第三节 冲压变形理论基础
四、金属塑性变形的一些基本规律（续）
4．最小阻力定律
在塑性变形中，破坏了金属的整体平衡而强制金属流动，当 金属质点有向几个方向移动的可能时，它向阻力最小的方向移动。 在冲压加工中，板料在变形过程中总是沿着阻力最小的方向发 展。这就是塑性变形中的最小阻力定律。
五、冲压材料及其冲压成形性能（续）
4．冲压材料 （1）对冲压材料的要求
a．对冲压成形性能的要求：良好的塑性，屈强比小，• 性模量 弹 高，板厚方向性系数大，板平面方向性系数小。• b．对材料厚度公差的要求：材料的厚度公差应符合国家规定标准。 因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，• 料厚度公差太大，不仅直 材 接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。 c．对表面质量的要求：材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质 的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。• 面质量好的材料，冲压时不易 表 破裂，不易擦伤模具，工件表面质量好。
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第三节 冲压变形理论基础
四、金属塑性变形的一些基本规律
1．硬化规律 加工硬化： 塑性降低，变形抗力提高。能提高变形均匀性。 硬化曲线： 实际应力曲线或真实应力曲线。表示硬化规律。 这种变化规律可近似用指数曲线表示。
σ =Aε
n
n—硬化指数，n越大，表示在冷变形过程中，材料的变形抗 力随变形程度的增加而迅速的增大，同时材料的均匀变形能力 增强。
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第三节 冲压变形理论基础
四、金属塑性变形的一些基本规律（续）
2．卸载弹性恢复规律和反载软化现象
反载软化曲线
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第三节 冲压变形理论基础
四、金属塑性变形的一些基本规律（续）
3．体积不变条件 金属材料在塑性变形时，体积变化很小，可以忽略不计。
不同冲压工序对板料的机械性能的具体要求有所不同。
工序名称 性能要求
具有足够的塑性，在进行冲裁时材料不开裂；材料的硬度一 般应低于冲模工作部分的硬度。
具有足够的塑性、较低的屈服极限和较高的弹性模量 具有高塑性、屈服极限低和板厚方向性系数大，板料的屈强 比小，板平面方向性系数小。
冲裁 弯曲
拉深
第一章 冷冲压模具设计与制造基础