冷冲压工艺与模具设计
1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素
• 一、金属成分与组织对塑性变形的影响
– 1、化学成分(以碳钢为例)
• 碳含量增加，塑性下降。 • 杂质元素含量增加，一般对塑性变形不利。(如P、S) • 合金元素：塑性降低，变形抗力提高。
– 2、组织
• 塑性：“面心立方”好于“体心立方”好于“密排 六方”；
– 温度升高，产生新的塑性变形方式— 不稳定的状态，若晶体受到外力作用，原子就会沿着应力梯度方 向，由一个平衡位置转移到另一个平衡位置(不是沿着一定的晶面 和晶向)，使金属产生塑性变形，称热塑性。
– 温度升高，导致晶界的切变抗力显著降低，晶界易于滑动；又 由于 扩散作用的加强，及时消除了晶界滑动所引起的微裂纹。 故金属在高温下具有良好的塑性和低的变形抗力。
– ① 纤维组织：各晶粒沿最大的变形方向伸长， 形成纤维状的晶粒组织，即纤维组织。
– ② 加工硬化： – ③ 残余应力： – ④ 织构现象：各向异性
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1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素
• 塑性：产生永久变形而不被破坏的能力。
– 影响因素：
• 金属本身的晶格类型、化学成份和金相组织等。 • 变形时的外部条件：变形温度、变形速度、变形
方式等。
• 变形抗力：抵抗塑性变形的能力。
– 影响因素：
• 金属的内部性质： • 金属的变形条件：
– 塑性和变形抗力是两个不同的概念。塑性反 映材料破坏前的变形程度大小，变形抗力是 从力的角度反映塑性变形的难易程度。
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1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素 • 一、金属成分与组织对塑性变形的影响 • 二、变形温度对塑性变形的影响 • 三、变形速度对塑性变形的影响 • 四、应力应变状态对塑性变形的影响
• 变形：外力作用下，形状和尺寸发生变化的现象叫变 形。分为弹性变形和塑性变形。
• 弹性变形：在外力作用，金属的形状和尺寸发生变化， 当外力去除时，金属完全恢复了原始的形状和尺寸， 这样的变形称为弹性变形。
• 塑性变形：在外力作用，产生不可恢复的永久变形， 称为塑性变形。单晶体一般有滑移和孪生两种形式， 多晶体则有晶内变形(滑移和孪生)、晶间变形。
防止表面裂纹的产生。
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1.3 金属塑性变形的力学条件
• 一、弹塑性变形共存规律 • 二、硬化曲线（真实应力—应变曲线）
– 真实应力：塑变过程中，屈服应力在变化，即为真实应力。 – 真实应变：冲压塑性成形通常属于大变形，物体塑性变形是一个逐渐积
累的结果。在这种情况下，要反映真实的应变，就只能取变形过程中的 某一微小时间间隔内的变形来考察，是谓真实应变。 – 1、硬化曲线：多数近似于抛物线。
• 立方晶格金属： • 硬化指数ｎ是表明材料冷变形硬化的重要参数，对板料的冲压性能以及冲压
件的质量都有较大影响。ｎ大时，冷作硬化显著，对后续变形工序不利，有 时需增加中间退火工序。但ｎ值大对于以伸长变形为特点的成形工艺（如胀 形、翻边等），由硬化引起的变形抗力的显著增加，可以抵消毛坯变形处局 部变薄而引进的承载能力的减弱，制止变薄处的进一步的发展，使之转移到 别的尚未变形的部位，提高了变形均匀性，使变形后的零件壁厚均匀，刚性 好，精度高。
• 蓝脆(200-400℃)、热脆(800-950℃)
为了提高材料的变形程度，减小变形力，确定变形温度时，必 须根据材料的——力学性能曲线，以及加热对于材料产生的不 利影响(如晶间腐蚀、氢脆、氧化、脱碳等)合理选用，避免盲 目性。
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1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素
• 三、变形速度对塑性变形的影响
• 目前常规冲压使用的压力机工作速度较低，对金属塑性变 形性能的影响不大。
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1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素
• 四、应力应变状态对塑性变形的影响
– 1、塑性变形时的应力应变状态
• 点的应力状态：9种主应力图(1、2、3拉、压，1(2)拉1(2)压) • 点的应变状态：3种主应变图(1伸1缩，1伸2缩，2伸1缩)
• 晶粒细化：塑性和变形抗力均提高； • 塑性：“单晶组织”好于“多相组织”(如㳽散强化)。
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1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素
• 二、变形温度对塑性变形的影响
– 温度升高，发生了回复与再结晶，塑性显著提高，变形抗力显 著降低。
– 温度升高，临界剪应力降低，滑移系增加，大大提高了金属的 塑性。
第一章 冲压成形原理
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第一章 冲压成形原理
• 1.1 金属塑性变形的概念 • 1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素 • 1.3 金属塑性变形的力学条件 • 1.4 冲压成形中的变形趋向性及其控制 • 1.5 板料的冲压成形性能和试验方法
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1.1 金属塑性变形的概念
• (单晶体)滑移：晶体一部分沿一定的晶面和晶向相对于 另一部分作相对移动。
• 孪生：晶体一部分相对另一部分，对应于一定的晶面 沿一定方向发生转动。
• 晶间变形：在外力作用下，多晶体中各晶粒之间相对 移动(滑动或转动)而产生变形。
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1.1 金属塑性变形的概念
塑性变形对金属性能和组织的变化：
– 2、应力状态对塑性变形的影响
• 静水压力：三向等压应力状态。 • 影响：
– 应力状态中压应力个数越多，压应力越大，即静水压力大，材 料的塑性越好；反之，压应力个数少，压应力小，甚至存在拉 应力，则塑性差。
• 原因：
– 1)压应力阻止或减少晶间变形，提高塑性； – 2)压应力会消除或抑制晶体塑性变形引起的微观变化(破坏)； – 3)压应力能抑制或消除原有的晶格缺陷； – 4)三向压缩作用能抵消由于不均匀变形所引起的附加拉应力，
• 变形速度：指单位时间内应变的变化量。
– 影响：
• ① 变形速度大时，临界切应力升高，变形抗力增加，塑性 降低。
• ② 变形速度大时，温升高，金属软化。
– 选择：
• ① 对于大型复杂零件的成形，宜用低速，以免变形不均匀， 引起局部拉裂和起皱。
• ② 对于不锈钢、耐热合金、钛合金等对变形速度敏感的材 料，宜用低速。