冲压模具设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二,章,章,冷,冷冲,压,压变,形,形基,础,础,第一节 冷冲压变形的基本原理概述,第二节,冷冲压材料及其冲压成形性能,第一,节,节,冷,冷冲,压,压变,形,形的,基,基本,原,原理,概,概述,一、,影,影响,金,金属,塑,塑性,和,和变,形,形抗,力,力的,因,因素,对于,大,大多,数,数金,属,属，,总,总的,影,影响,趋,趋势,是,是：,随,随着,温,温度,的,的升,高,高，,塑,塑性,增,增加,，,，变,形,形抗,力,力下,降,降。,所,所以,在,在冲,压,压工,艺,艺中,，,，有,时,时也,采,采用,加,加热,成,成形,的,的方,法,法，,提,提高,材,材料,的,的塑,性,性，,增,增加,在,在一,次,次成,形,形中,所,所能,达,达到,的,的变,形,形程,度,度；,降,降低,材,材料,的,的变,形,形抗,力,力，,减,减轻,设,设备,和,和工,装,装的,负,负担,。,。,1.,变形,温,温度,第一,节,节,冷,冷冲,压,压变,形,形的,基,基本,原,原理,概,概述,一、,影,影响,金,金属,塑,塑性,和,和变,形,形抗,力,力的,因,因素,1.,变形,温,温度,图,2-1,碳钢,塑,塑性,随,随温,度,度变,化,化曲,线,线,应变,速,速率,是,是指,单,单位,时,时间,内,内应,变,变的,变,变化,量,量。,一,一般,来,来说,，,，由,于,于塑,性,性变,形,形需,要,要一,定,定的,时,时间,来,来进,行,行，,因,因此,应,应变,速,速率,太,太大,，,，塑,性,性变,形,形来,不,不及,在,在塑,性,性变,形,形体,中,中充,分,分扩,展,展和,完,完成,，,，而,是,是更,多,多地,表,表现,为,为弹,性,性变,形,形，,致,致使,变,变形,抗,抗力,增,增大,。,。又,由,由于,断,断裂,抗,抗力,基,基本,不,不受,应,应变,速,速率,的,的影,响,响，,所,所以,变,变形,抗,抗力,的,的增,大,大就,意,意味,着,着塑,性,性的,下,下降,，,，如,图,图所,示,示，,高,高速,下,下的,极,极限,变,变形,程,程度,1,显然,小,小于,低,低速,时,时的,2,。,2.,应变,速,速率,一、,影,影响,金,金属,塑,塑性,和,和变,形,形抗,力,力的,因,因素,2.,应变,速,速率,一、,影,影响,金,金属,塑,塑性,和,和变,形,形抗,力,力的,因,因素,图,2-2,应变,速,速率,对,对变,形,形抗,力,力和,塑,塑性,的,的影,响,响示,意,意图,1,高速,低速,塑性,变,变形,是,是在,力,力的,作,作用,下,下产,生,生的,，,，宏,观,观上,是,是力,与,与塑,性,性变,形,形的,关,关系,，,，实,际,际上,是,是变,形,形体,微,微观,质,质点,应,应力,和,和应,变,变状,态,态关,系,系的,表,表现,。,。施,加,加不,同,同形,式,式的,力,力，,在,在变,形,形体,中,中就,有,有不,同,同的,应,应力,状,状态,和,和应,变,变状,态,态，,从,从而,表,表现,出,出不,同,同的,塑,塑性,变,变形,行,行为,。,。,3.,应力,、,、应,变,变状,态,态,一、,影,影响,金,金属,塑,塑性,和,和变,形,形抗,力,力的,因,因素,同一,种,种材,料,料，,在,在其,他,他条,件,件相,同,同时,，,，尺,寸,寸越,大,大，,塑,塑性,越,越差,，,，变,形,形抗,力,力越,小,小。,这,这是,因,因为,材,材料,尺,尺寸,越,越大,，,，组,织,织和,化,化学,成,成分,越,越不,均,均匀,，,，且,内,内部,缺,缺陷,也,也越,多,多，,应,应力,分,分布,也,也不,均,均匀,。,。例,如,如厚,板,板冲,裁,裁，,产,产生,剪,剪裂,纹,纹时,凸,凸模,挤,挤入,板,板料,的,的深,度,度与,板,板料,厚,厚度,的,的比,值,值比,薄,薄板,冲,冲裁,时,时小,。,。,4.,尺寸,因,因素,一、,影,影响,金,金属,塑,塑性,和,和变,形,形抗,力,力的,因,因素,弹性,变,变形,时,时，,物,物体,体,体积,的,的变,化,化与,平,平均,应,应力,成,成正,比,比。,实,实践,证,证明,，,，塑,性,性变,形,形的,物,物体,之,之体,积,积保,持,持不,变,变，,塑,塑性,变,变形,以,以前,的,的体,积,积等,于,于其,变,变形,后,后的,体,体积,，,，可,表,表示,为,为,二、,塑,塑性,变,变形,体,体积,不,不变,条,条件,1,2,3,0,式中,1,、,2,、,3,塑性变形,时,时的三个,主,主应,变分量。,由体积不,变,变条件可,看,看出，主,应,应变图只,可,可能有三,类,类：具,有,有一个正,应,应变及两,个,个负应变,；,；具有,一,一个负应,变,变及两个,正,正应变；,一个主,应,应变为零,，,，另两个,应,应变之大,小,小相等符,号,号相反。,二、塑性,变,变形体积,不,不变条件,图,2-3,主应变图,2,三、塑性,条,条件,(,屈服准则,),屈雷斯加,屈,屈服准则,的,的数学表,达,达式是,max,max,min,s,2,式中,max,质点的最,大,大切应力,；,；,max,、,min,代数值最,大,大、最小,的主应力,；,；,s,金属在一,定,定的变形,温,温度、变,形速度下,的,的屈服点,。,。,式中,1,、,2,、,3,质点的三,个,个主应力,。,。,三、塑性,条,条件,(,屈服准则,),米塞斯屈,服,服准则的,数,数学表达,式,式是,（,1,2,）,2,（,2,3,）,2,（,3,1,）,2,或,(,),(,),(,),2,1,增量理论,又,又称流动,理,理论，它,可,可表述如,下,下：在每,一,一加载瞬,间,间，应变,增,增量主轴,与,与应力主,轴,轴重合，,应,应变增量,与,与应力偏,量,量成正比,，,，即,四、塑性,变,变形时应,力,力与应变,的,的关系,d,1,1,-,m,=,d,2,2,-,m,d,3,3,-,m,式中,d,瞬时常数,，,，在加载,的,的不同瞬,时,时是变,化的；,m,平均主应,力,力（静水,应,应力）。,全量理论,认,认为，在,比,比例加载,（,（也称简,单,单加载，,是,是指在加,载,载过程中,所,所有外力,从,从一开始,起,起就按同,一,一比例增,加,加）的条,件,件下，无,论,论变形体,所,所处的应,力,力状态如,何,何，应变,偏,偏张量各,分,分量与应,力,力偏张量,各,各分量成,正,正比，即,四、塑性,变,变形时应,力,力与应变,的,的关系,1,-,m,1,-,m,2,-,m,2,-,m,3,-,m,3,-,m,1,1,-,m,2,2,-,m,3,3,-,m,由于塑性,变,变形时体,积,积不变，,即,即,m,0,，所以上,式,式可写成,式中,比例系数,，,，它与材,料,料性质和,加,加载历程,有,有,关，而与,物,物体所处,的,的应力状,态,态无关。,五、冷冲,压,压成形中,的,的硬化现,象,象,图,2-4,几种材料,的,的硬化曲,线,线,五、冷冲,压,压成形中,的,的硬化现,象,象,为了实用,上,上的需要,，,，在塑性,力,力学中经,常,常采用直,线,线和指数,曲,曲线来近,似,似代替实,际,际硬化曲,线,线，如图,所,所示为四,种,种简化类,型,型。,图,2-5,硬化曲线,的,的简化类,型,型,）幂指,数,数硬化曲,线,线）,刚,刚塑性硬,化,化曲线,）刚塑,性,性硬化直,线,线）,理,理想刚塑,性,性水平直,线,线,一般来说,，,，材料的,塑,塑性是有,限,限的。当,拉,拉伸变形,达,达到某一,量,量之后，,便,便开始失,去,去稳定，,产,产生缩颈,，,，继而发,生,生破裂，,这,这就是所,谓,谓的塑性,拉,拉伸失稳,。,。,六、塑性,拉,拉伸失稳,及,及极限应,变,变,1.,塑性拉伸,失,失稳的概,念,念,图,2-6,单向拉伸,试,试验,）拉断,后,后的试样,）试验,曲,曲线,六、塑性,拉,拉伸失稳,及,及极限应,变,变,2.,单向拉伸,缩,缩颈的条,件,件及极限,应,应变,（,1,）分散性,缩,缩颈板料单向,拉,拉伸时，,瞬,瞬时载荷,为,为,F,1,A,式中,1,实际应力,；,；,A,板料的瞬,时,时断面积,。,。,六、塑性,拉,拉伸失稳,及,及极限应,变,变,2.,单向拉伸,缩,缩颈的条,件,件及极限,应,应变,（,2,）集中性,缩,缩颈条件根据,Hill,理论，当,板,板料的应,力,力变化率,等,等于厚度,的,的减薄率,时,时，此处,的,的变形不,能,能向外转,移,移，便开,始,始产生集,中,中性缩颈,。,。这就是,产,产生集中,性,性缩颈的,条,条件，可,表,表达为,d,1,1,d,t,t,d,3,六、塑性,拉,拉伸失稳,及,及极限应,变,变,3.,双向拉伸,缩,缩颈的条,件,件及极限,应,应变,图,2-7,板料双向,拉,拉伸,六、塑性,拉,拉伸失稳,及,及极限应,变,变,3.,双向拉伸,缩,缩颈的条,件,件及极限,应,应变,（,1,）缩颈条,件,件板料开始,产,产生分散,性,性颈缩失,稳,稳时，,d,F,1,0,，,d,F,2,0,，类似于,单,单向拉伸,时,时的情况,，,，求导可,得,得到双向,拉,拉伸时的,分,分散性失,稳,稳条件为,d,1,1,1,d,2,2,2,与单向拉,伸,伸一样，,产,产生集中,性,性缩颈的,条,条件是：,板,板料的应,力,力变化率,与,与厚度的,减,减薄率相,等,等，表达,式,式为,六、塑性,拉,拉伸失稳,及,及极限应,变,变,3.,双向拉伸,缩,缩颈的条,件,件及极限,应,应变,d,1,1,-,-,d,3,d,t,t,d,2,2,-,-,d,3,d,t,t,（,2,）失稳极,限,限应变,六、塑性,拉,拉伸失稳,及,及极限应,变,变,3.,双向拉伸,缩,缩颈的条,件,件及极限,应,应变,板料冲压,成,成形时，,坯,坯料内部,的,的应力和,应,应变状态,一,一般都不,均,均匀且不,断,断变化的,，,，因此，,研,研究板料,塑,塑性拉伸,失,失稳条件,及,及极限应,变,变，对分,析,析解决冲,压,压成形工,艺,艺问题有,直,直接的指,导,导意义。,在冲压成,形,形过程中,，,，材料的,最,最大变形,限,限度称为,成,成形极限,。,。,第二节,冷,冷冲压材,料,料及其冲,压,压成形性,能,能,一、板料,的,的冲压成,形,形性能,1.,成形极限,冲压成形,失,失效实际,上,上是塑性,变,变形失稳,在,在冲压工,序,序中的具,体,体表现，,其,其形式可,归,归结为两,大,大类，一,类,类拉伸失,效,效，表现,为,为坯料局,部,部出现过,度,度变薄或,破,破裂；一,类,类是受压,失,失效，表,现,现为板料,产,产生失稳,起,起皱。,第二节,冷,冷冲,压,压材料,及,及其冲,压,压成形,性,性能,一、板,料,料的冲,压,压成形,性,性能,1.,成形极,限,限,图,2-8,起皱与,破,破裂的,实,实例,）板,料,料的贴,模,模性，,指,指板料,在,在冲压,过,过程中,取,取得模,具,具形状,的,的能力,，,，成形,过,过程中,发,发生的,内,内皱、,翘,翘曲、,塌,塌陷和,鼓,鼓起等,几,几何面,缺,缺陷均,会,会使贴,模,模性降,低,低。,）板,料,料的定,形,形性（,也,也叫冻,结,结性）,，,，指零,件,件脱模,后,后保持,其,其在模,内,内既得,形,形状的,能,能力。,）板,料,料性能,的,的各向,异,异性，,特,特别是,板,板平面,方,方向与,板,板厚方,向,向的性,能,能差异,的,的大小,，,，是影,响,响冲压,成,成形后,板,板厚变,化,化的重,要,要因素,。,。,一、板,料,料的冲,压,压成形,性,性能,2.,成形质,量,量,）板,料,料表面,的,的原始,状,状态、,晶,晶粒大,小,小、冲,压,压时材,料,料粘模,的,的情况,等,等都将