钣金成形性能一概论1 .钣金成形性能研究课题的范围和性质金属变形的两个明显不同的范畴，弹性与塑性。

金属成形，必须在塑性范围内进行，才可以得到永久变形，其定义不像弹性那样精确，然而也有一些解析方法和试验结果，并诞生了塑性理论。

钣金成形必须超过弹性极限，但不应超过缩颈阶段，因为超过缩颈阶段，特别是出现局部缩颈后纵然可以得到所要求的形状，但在后续成型工序及使用中横容易招致破坏。

所以研究的范围主要是限于弹性极限到局部缩颈点之间的塑性区。

对象限与3mm以内的薄板料1）应力与应变虽然是一个统一体的两面，但用塑性理论解决问题时，主要是考虑受力及应力状态，故叫塑性力学。

成形性能主要考虑变形及应变形态，尤其是最大的极限变形状态。

2）由于以上关系，塑性理论解决问题必用的平衡方程，考虑成形性能时就不见得用到，因为成形性能主要考虑变形的过程及结果，不是某一个平衡状态。

体积不变条件，是这方面唯一经常用到的条件3）工艺参数如极限压延比，是一种工艺的综合极限指标，成形性能考虑的是各个局部的（极限）变形，两者既有联系，又有区别。

2 .钣金成形性能研究的内容和问题1）材料加工性能和钣金的成形性能实践证明，改善材料的加工性能，常常比改进加工方法本身能收到更大的经济效益。

图1-2所以，为一个钣金在整个生产过程中，希望能具备的各种加工性能。

钣金加工阶段所需要的加工性能，可叫做冲压性，一般包括冲剪性，成形性和定性性三个方面。

冲剪性是指板材适应冲裁与剪裁加工的能力。

80% ~ 90%钣金件的毛料是经冲剪提供的成形性是指板材适应各种成形加工的能力。

大多数钣金零件都需要成形工序，使平板毛料变成具有一定形状的零件。

定形性是指在成形外力卸去后，板料保持其已得形状的能力。

由于塑性变形中总包含有弹性分量，外力卸除时，已成形的板料会产生一定的回弹。

由于回弹的互相牵制，还会出现残余应力，零件在储存和使用期间，这些残余应力还可能引起零件变形和开裂。

在上述三个方面中，成形性国外研究得最早，最多，也最有实际效果，故我们也首先抓成形性的研究。

按材料在成形过程中所承受的变形方式来分类，一般可分为：（1）弯曲成形（包括拉弯）（2）压延成形（3）胀形（还包括拉形、局部成形）（4）拉深成形（包括单向拉深、翻孔、凹弧翻边等）（5）收缩成形（包括收边、管子缩颈、收口、凸翻边等）。

（6）体积成形（包括旋薄、变薄压延、喷丸成形、压印等）当前所谓板料的成形性，一般是指板料对前四类成形方法的适应能力。

剧统计，形状复杂，成形难度较大的钣金件，绝大多数属于压延或胀形，或这两者不同的复合成形。

成形性中最为重要的是成形极限的大小。

钣金在成形过程中存在两种成形极限，一是起皱，另一是破裂。

成形极限可以用“发生起皱或破裂之前，材料能承受的最大变形程度”来表示。

薄钣金很容易起皱，对应不起皱的允许变形程度常常很小。

在实际生产中，起皱可用压边圈（或类似的机械夹持）等方法来预防，故起主导作用的的极限经常是破裂。

材料的破裂是在受拉的情况下，经过弹性变形—均匀塑性变形—分散性失稳—集中性失稳几个阶段才发生的。

故在成形性研究中，板料抵抗拉伸失稳的能力，是个重要的内容。

对汽车钣金来讲，更换材料遇到最大的困难就是成形性的问题。

下面是日本冶金公司对他们的几百中钢、铝、铜等薄板提供六个方面15项成形性能方面的数据，供订货者选择。

A 板厚B 单向拉深试验的数据①抗拉强度бb②屈服点бs③屈服比бs / бb④极限伸长率еp⑤均匀伸长率δ⑥应变刚指数n值⑦厚向异性系数γ值⑧平面异性系数△γ值C 弯曲试验的数据R/t（弯曲内半径与厚度比，弯角180°）D 硬度试验的数据——硬度值E 成形试验的数据①埃利克森值——IE（A），IE（B）②斯威弗特压延比值——L.D.R（或βk）③福井试验值——C.C.VF 显微组织试验的数据——晶粒度2）成形性能研究的问题成形性能中最为重要的是成形极限的大小。

成形极限可理解成为钣金在发生破裂前能够得到的变形程度，也就是我们说的“塑性”。

塑性不是金属的本性，而是金属的一种状态。

一种金属的塑性大小，不仅与其成分、组织有关，还与下列因素有关：①变形方式——材料在变形过程中所受的应力应变状态②变形条件——变形温度、速度、外摩擦等条件③变形经历——（变形历史）④附近材料的应变剃度再者，在具体生产中，一种牌号钣金的塑性，还与以下具体生产条件有关①尺寸效应（因尺寸的增大或缩小而引起的成形性差别）②边缘状况③模具参数④机床工作参数⑤摩擦润滑情况⑥工人操作情况故同一种牌号的钣金，即使对同一种成形方式，因具体生产条件不同，其适应能力还可能不同，因此评定一重钣金成形性能的指数，如要求能与各种具体生产工艺参数定量地相对应，则非常的繁琐，指数过分繁多了，就失去评定的意义。

但如评定的指数过少，则将有很多因素的影响不能得到反映。

用尽量少的指数，把各种主要因素的影响都包括进去。

此外，钣金的成形性能在成形过程中，还是随变形程度的增加而变化的，需要找到变化的规律，并统一规定用多大变形程度的成形性能指数，来代表材料的成形性能。

所以，钣金成形性能研究的问题可概括为“四多一变”。

即零件形状多，成形方法多，材料牌号多，影响因素多，而且一种牌号材料成形性能，在成形过程中还是变化的。

3.鉴定钣金成形性能的指数与试验1）概述①基本成形性能指数及试验②模拟成形性能指数及试验③成形性能曲线及试验④特定成形性能指数及试验⑤金属学的成形性能指数及试验A 基本成形性能指数及其试验ⅰ. 单拉试验求得的成形性能相关指数从单拉试验求得的使用性能数据，可找到下述与成形性相关的定性关系：①屈服点бs和抗拉强度бb高，所需要的成形力大② 屈强比бs/бb 小或屈强差бb-бs 大，成形性好③ 均匀伸长率εB 大，极限伸长率еp 大，强度与伸长率乘积бb ·еp 大，屈强差与均匀伸长率乘积（бb-бs ）·εB 大，成形性好； ④ бs/E 小，回弹小；⑤ 屈服点伸长率еY.P 大，零件的表面目视质量差。

材料按假象应力应变关系曲线的形状分有两种类型。

第一类材料没有明显的屈服点，一般用0.2%永久伸长时应力б0.2作为屈服强度。

第二类材料有不连续的屈服现象，当屈服时有一段应力上下波动的应变区，这个应变区的长度叫屈服点伸长еY.P 。

第二类材料成形经过屈服时，材料表面会产生目视可见的滑移线（Luder ’s lines ）滑移线十分明显时，零件表面将会不平滑，即使不太明显，零件的外观亦会受到严重损害。

这种不连续屈服现象最易在退火状态的冷扎钢板中产生。

еY.P 值往往达百分之几，其机理是钢中的固溶碳和氮与位错的相互作用。

对退火钢板施以轻度调质扎制，可增加材料中的动位错，从而消除不连续屈服现象。

但固溶氮和碳随时间延长而发生的扩散聚集，会使增加的这些动位错又重新被固定下来，这种现象叫应变时效。

ⅱ. 单向拉伸求得的成形性能特定指数60年代以来，研究工作的重大成就之一，是证明了：通过单拉试验求得的下述指数，能够令人满意的表明钣金成形性能的好坏。

① 厚向异性指数r 值② 应变强化指数n 值，又叫应变刚指数③ 应变速率敏感指数m 值，又叫应变速率强化指数如变形不是在室温条件下进行，变形温度对材料的塑性变形有重要影响。

更 全面的看，材料单拉实际应力曲线应采用如下形式表示：),,,(T K f mn∙=εεσ其中∙ε=dt d /ε，叫实际应变的应变速率，T 为绝对温度（K o ）。

在室温常速条件下，m=0，则实际应力曲线可表示为： n K εσ=在变形温度高于0.5熔T 时，将没有应变强化，即n=0，则实际应力曲线可表示为：mC *=εσ∙∙∙∙∙∙-∙===εεσεεεεεσd m d mC d mC d mm 1可知)//()/(∙∙=εεσσd d m因而m 值可定义为：单拉试验中，变形抗力增长率对应变速度增长率的比值。

有两种测量m 值方法。

第一种方法（图a ）是用两个不同的试件以不同的应变速率进行拉伸（12∙∙>εε），由实际应力—应变曲线计算m 值：)/log()/log(1212∙∙=εεσσm用这个方法的缺点是，由于两个试件的热效应不同，试验条件是不同的。

比较好的用图b 所示的方法；这是在拉伸试验中，试验机的活动头原以速度1V 运动，然后跳到另一个速度2V 。

在每个速度都有其相应的载荷1P 和2P ，而后可以用下式计算m 值：)/log()/log(1212V V P P m =当试件某局部有出现细颈的趋势时，该处的应变速率将急剧增大，如果材料的m 值大，则该处的变形抗力也将急剧增大，从而将变形转移到抗力尚低的区域去，阻止拉伸失稳（局部缩颈）的发生，故提高了材料的延伸性能。

我们把m 值大的材料，叫超塑性材料，对于有面心立方晶格的金属，m ≈0；对于体心立方晶格，m ≈0.005；对于超塑性金属，m ≈0.6；对于聚已烯，m ≈1。

故m 值在热成形中具有重要的意义,但对于常温常速成形，m 值没有什么重要意义。

m 除用在高温成形外，由于m 是应变速率强化指数，也是确定动力屈服强度的指数，在高速变形中，也有实际意义；例如对于汽车车身壁板，用指数m 高的钣金，可以提高抗冲击强度和不容易发生冲击凹坑的缺陷。

拉伸试件，变形速度的变化及其效应，可作如下的理解：拉伸试件在开始（即扩散）缩颈中，只在缩颈区变形。

设L 为缩颈前的试件总长度，B L 是缩颈部分的长度，t l d d /是试验机所加的延伸速度，则应变速度∙ε为：在缩颈前：Ldtdl 1⨯=∙ε在缩颈后：BB L dtdl 1⨯=∙ε得BBL 1=∙∙εε该比值在缩颈开始时较大，由于缩颈区的应变速度有较大的增加，增加了这部分继续变形的抵抗力，这说明为什么缩颈开始时在较大的范围内进行，即所谓扩散缩颈，最后才集中在局部进行，即所谓局部缩颈。

在高温下，这种扩散性缩颈作用扩散到整个试件，范围广，时间长，出现所谓超塑性现象。

以上拉伸试验得到的各种参数与成形性能的关系，如下表ⅲ. 硬度试验求得的硬度值一般来说，材料的硬度越大，其成形性越差，但没有什么定量的联系，而且还有很多例外。

故硬度只能用来在同种钣金之间，作成形性能相对好坏的比较。

而不能用在不同种类的材料之间作比较。

硬度一般是用压痕试验来确定的。

常用的有 ① 维氏硬度HV21891.0d P HV式中 P ——所加载荷（N ）d ——永久压痕对角线长度（mm ）② 布氏硬度 HB102.0)(222⨯--=d D D D P HB π式中 P ——所加载荷（N ） D ——钢球直径（mm ） d ——压痕直径（mm ） ③ 洛氏硬度 HR它是通过测定小载荷下时的压小深度和大载荷压下深度之差，来表示硬度。