ch金属塑性成型性能试验实用实用教案

二二. .锻造成型性能试验的内容锻造成型性能试验的内容第1页/共58页第一页，共59页。第二节第二节 金属塑性成型性能金属塑性成型性能(xngnng)(xngnng)试验试验的分类及目的的分类及目的 间接试验又称基础试验，是使材料进行单纯的变形过程，通过测定各种与材料成型性能相关的各种参数，把握其物理意义，掌握强度及变形特性。第2页/共58页第二页，共59页。第3页/共58页第三页，共59页。第三节第三节 金属塑性成型金属塑性成型(chngxng)(chngxng)性能试验方法性能试验方法一一. .冲压成型冲压成型(chngxng)(chngxng)性能试验的方法性能试验的方法第4页/共58页第四页，共59页。1.1.板材拉伸板材拉伸(l (l shn)shn)试验试验1.1拉伸试验(shyn)原理第5页/共58页第五页，共59页。 利用板材的单向拉伸试验可以得到许多利用板材的单向拉伸试验可以得到许多(xdu)(xdu)与板材与板材冲压性能密切相关的试验值冲压性能密切相关的试验值（1）屈服点（2）抗拉强度(kn l qin d)（3）屈强(q qin)比第6页/共58页第六页，共59页。（5）硬化(ynghu)指数（6）各项异性(yxng)指数（4）均匀(jnyn)伸长率第7页/共58页第七页，共59页。大多数金属板材的硬化规律接近于幂函数的关系，n值大的板材，在冲压成型时加工硬化剧烈， 变形抗力(kn l)增加较快。拉伸试验确定n值的方法很多，例如两点法：计算出拉伸过程中某两点的真实应力与应变，则可利用公式=Kn ，计算出n与K的数值。第8页/共58页第八页，共59页。板厚方向性系数r值是在拉伸过程中板材试样的宽度应变b与厚度应变l的比值。r值大时，表明板材在厚度方向上的变形比较困难，比板平面方向上的变形小，在伸长类成型中，板材的变薄量小，有利于这类冲压成型。但试验与理论分析都证明，当板料的r值较大时，它的拉深性能也好，板材的极限拉伸系数Mc更小。由于板材的r值常具有(jyu)方向性，这时可以按平均值计算：r0、r45与r90分别是与板材轧制方向成0、45与90的方向上截取的拉伸试样的测得r值。板平面(pngmin)方向型系数第9页/共58页第九页，共59页。测定试样的屈服点s、抗拉强度b、屈服比s/b、均匀伸长率u、硬化指数n以及各向异性系数r。观察材料在拉伸试验中的各种现象，并绘出拉伸曲线和名义应力拉伸曲线。注意观察端口形貌学习(xux)和掌握万能材料试验机的构造和工作原理，以及其使用方法。1.2板材冲压性能(xngnng)拉伸试验方法试验(shyn)目的第10页/共58页第十页，共59页。试样是从待试验的板材上截取，加工按GB2975标准(biozhn)，拉伸试验的试样长度按标准(biozhn)（GB22887）确定，试样的宽度，根据原材料的厚度采用10、15、20和30mm四种，宽度尺寸偏差不宜大于0.02mm。拉力试验机（机械式或液压式）游标卡尺和XY函数记录仪试验试样、工具(gngj)及设备第11页/共58页第十一页，共59页。注明材料性能(xngnng)、取样部位纤维方向、试验温度规范、速度规范、试样形状、尺寸、试样断口形状、试样是否均匀变形。试验结果的每一组数据，应至少来自五个试样，包括最大值、最小值和平均值。试验报告可根据试验内容自行设计。 试验报告及要求(yoqi)试验(shyn)步骤原始尺寸测量：测量板宽W0， 确定标距。 根据试样的负荷和变形水平，相应地设定试验机的量程范围快速（一般50mm/min）调节上下夹头的距离，安装试样并保持上下对中。设定加载速度（一般0.640.919.10.100.911.3013.00.151.301.8618.60.151.862.5025.00.25第24页/共58页第二十四页，共59页。对不同材料按试验要求制备试样，并按逐级增大顺序依次把放好。根据试样按表119选择模具，并将测得的参数记录到表1110中。对模具、试验装置和试验机进行清理、检查和润滑。装好模具，进行预试验，确定合理的压边力。将经过润滑处理(chl)的试样准确地放置在凹模与压边圈之间。 夹紧试样，注意夹紧的压边力的大小对拉深时的起皱与破裂有影响。试验(shyn)步骤第25页/共58页第二十五页，共59页。施加压边力后启动凸模，采用逐级增大试样直径的方法测定拉深杯体底部圆角附近的壁部不产生破裂(pli)时允许使用的最大试样直径(D0)max。试验时所用的初始试样直径可根据经验确定。当初始试样直径难于估计时，允许使用单个试样进行快速试验，一旦发现试样直径接近(D0)max，则应开始对每组试样进行重复试验。将手柄置“正”，调速手柄逐渐向“快”移与中间位置，直至筒形件拉成。取出筒形件，依次换大直径试样，重复步骤（5）（8）。当拉深某一直径毛坯，筒形件发生破裂(pli)时，再用相同直径毛坯重做一次，仍然拉裂，则比该值稍小的毛坯直径即为Dmax。计算LDR=Dmax/dp和Mmin=dp/Dmax并计入表中。试验(shyn)步骤第26页/共58页第二十六页，共59页。换另一种材料的试样，依次从小到达，重复步骤（4）（8）。 每组试样必须进行6次有效重复试验，并记录破裂与未破裂试样的个数。当试验出现下述任一种情况时，试验无效(wxio)：a.破裂位置不在杯体底部圆角附近；b.杯体出现纵向皱褶；c.杯体形状明显不对称，两个对向凸耳的峰高之差大于2mm。试验结束。卸下模具，并整理好各种试验工具。试验(shyn)步骤第27页/共58页第二十七页，共59页。试验(shyn)报告格式自行设计。 如何确定材料的极限拉深系数？使用怎样的计算方法。 注意观察并比较夹紧力对试验(shyn)结果的影响。试验报告及要求(yoqi)序号材料种类材料厚度t(mm)试样直径D(mm)凹模尺寸凸模尺寸间隙Z(mm)拉深力P(N)最大拉深程度LDR=Dmax/dp最小拉深系数mmin=dp/DmaxDd(mm)Rd(mm)dp(mm)Rp(mm)1表1110 杯形件拉深试验(shyn)记录表第28页/共58页第二十八页，共59页。拉深潜力试验(shyn)也叫TZP试验(shyn)或拉深力对比试验(shyn)。这种试验(shyn)方法是由WEngelhardt和HGross开发的。在一定的拉深变形(bin xng)程度下（TZP试验时取毛坯直径D052mm，冲头直径dp30mm）最大拉深力与试验中已经成型的试样侧壁的拉断力之间的关系作为判断拉深成型性能的依据。拉深潜力(qinl)试验原理第29页/共58页第二十九页，共59页。图1112示出了拉深力Pmax与试样(sh yn)最终被拉断的力P，可得到一个表示板材拉深性能的材料特性值T，T值按下式计算：这种方法特点之一是可一次试验成功。当试验进行到拉深力达到峰值Pmax时，随即加大压边力，使试样的法栏边固定，消除在以后拉深程中继续变形和被拉入凹模的可能(knng)。然后，再加大冲头压力直到试样被拉断，并测出拉断时的力P。本试验按JB4409.288标准来执行。方法(fngf)特点T值越大，板材的拉深性能越好。第30页/共58页第三十页，共59页。拉深潜力试验(shyn)方法测定板材(bn ci)的拉深潜力值T，以此来评定材料的拉深成型性能。学习和掌握拉深潜力试验的试验方法。 试验(shyn)目的圆形试样直径取52mm。凸模直径为30mm，凹模和内、外压边圈配做； 游标卡尺。拉深潜力试验机一台（具有双向压边装置）。试验试样、工具及设备第31页/共58页第三十一页，共59页。准备试样,对试验机、模具和试验装置进行清洗、检查和润滑。装好模具，进行预试验。将经过润滑处理的试样准确地放置在凹模和内、外压边圈之间并用外压边圈把试样压紧。 启动凸模运动(yndng)，开始拉深试样。当拉深力达到最大拉深力时，记录该值，并加大内压边圈压边力，把试样压死。通过凸模对试样继续加载直到试样侧壁被拉断，测定试样低部圆角附近破裂时的极限载荷P。试验结束。卸下模具，并整理好各种试验工具。试验(shyn)步骤试验报告及 要 求(yoqi)根据试验结果，画TZP试验中的力行程曲线。分析各种材料的T值，判定其拉深潜力。思考试验中的不足并提出改进措施。 第32页/共58页第三十二页，共59页。对圆片状试样进行拉深时，试样直径D0与最大拉深力Fpmax，以及与拉破试样的极限拉深力Fpf之间具有(jyu)近似的线性关系，利用这种关系，对多种不同直径的试样进行试验测定Fpmax和Fpf以后，可以近似求出拉深杯体底部圆角附近壁部不产生破裂时允许使用的最大试样直径和相应的载荷极限拉深比LDR(T) 。 拉深载荷试验(shyn)原理第33页/共58页第三十三页，共59页。4.1KWI扩孔(ku kn)试验 4.4.板材板材(bn ci)(bn ci)翻边试验翻边试验用有预加工小孔（小孔直径规定为扩孔冲头直径的30）的平板坯料进行扩孔.试验(shyn)时，将试样放在凹模与压边圈之间压死，凸模运动，直至孔口边缘因孔径扩大而出现裂纹为止。测量此时的最大孔径dfmax和最小孔径dfmin，用来计算极限扩孔率。极限扩孔率值是作为鉴定板材翻边成型性能的一个材料特性值,值越大，板材的翻边性能越好。 KWI扩孔试验原理第34页/共58页第三十四页，共59页。4.2 福井、吉田扩孔(ku kn)试验利用球形冲头进行扩孔(ku kn)试验 ,预加工小孔孔径取为冲头直径的2025 ,为了减小试验误差，规定该小孔需经过铰孔或其他切削加工。极限扩孔(ku kn)率来表示，即 福井、吉田扩孔试验(shyn)原理Ri孔缘破裂时的小孔孔半径平均值；ri试样中心预加工小孔半径。其评价意义也是值越大，板材的翻边性能越好。第35页/共58页第三十五页，共59页。5.1最小相对(xingdu)弯曲半径试验原理 5.5.板材板材(bn ci)(bn ci)弯曲试验弯曲试验一般(ybn)用相对与板料厚度t的比值表示，即rmin/t0（rmin最小弯曲半径，t0试样基本厚度）。此比值越小，表明板材的弯曲性能越好。实际上，有好几种弯曲试验方法均是测出弯曲外表面不致产生破环情况下的最小相对弯曲半径。 第36页/共58页第三十六页，共59页。用弯曲模在冲床或液压机上进行(jnxng)弯曲试验，不仅可以测出最小相对弯曲半径，而且可以测出弯曲力及弯曲弹复等试验数据。 第37页/共58页第三十七页，共59页。5.2反复弯曲(wnq)试验原理 将金属板料夹紧在专用试验(shyn)设备的钳口内，左右反复折弯90，以每弯曲90再扳直算作一次，每分钟不得超过60次，直至弯裂为止。弯曲次数可从试验(shyn)机的转数表中读出。试验(shyn)时，折弯的弯曲半径r越小、弯曲次数越多，表明板料的弯曲性能越好。 第38页/共58页第三十八页，共59页。5.2弯曲件的回弹试验(shyn)原理 采用一套凸模易于更换的弯曲模。配有一系列具有不同凸模圆角半径(bnjng)的凸模，其中包括一个制成局部凸起的凸模，其圆角半径(bnjng)与诸凸模中的一个相同。制备一批具有不同材料、相同厚度和相同材料、不同厚度的弯曲件毛坯。用这些毛坯在冲模上依次更换凸模进行弯曲试验，就可以测算出以下几组数据：1相同材料、不同变形程度时的弯曲回弹角2不同材料在同一变形程度时的弯曲回弹角。3局部凸起的凸模与相应的普通凸模所形成 的不同的回弹角。第39页/共58页第三十九页，共59页。6.6.板材硬度板材硬度(yngd)(yngd)试验试验物体硬度的基本(jbn)含义是当其他物体压入时，对于这种压入变形的抵抗程度。硬度试验方法与硬度值有很多种，可适用于金属板料的主要由维氏硬度（HV）、布氏硬度(HB)及渃氏硬度（HRB）等。 板料硬度(HV)板料硬度（HV）纯铝（软）1050SPCEN100110半硬4065不锈钢160210镀锌钢板100105紫铜10011508F125135黄铜90100SPCC90110贝氏体钢板450480SPCD100105第40页/共58页第四十页，共59页。7.7.成型极限成型极限(jxin)(jxin)图试验图试验 板料在发生(fshng)失稳之前可以达到的最大变形程度叫做板料的成型极限。成型极限可分为总体成型极限和局部成型极限。 总体成型极限反映板料失稳前某些特定(tdng)的总体尺寸可以达到的最大变化程度，如极限拉深系数、极限胀形高度和极限翻边系数等局部成型极限反映板料失稳前局部尺寸可达到的最大变化程度，如成型时的局部极限应变即属于局部成型极限。 第41页/共58页第四十一页，共59页。8.8.板料对角板料对角(du jio)(du jio)拉伸试验拉伸试验 研究解决贴模性和定形性问题，1980年吉田青太在ASTM会议上提出了板料对角拉伸试验，用这种试验过程中产生的非均匀拉应力以及诱发产生的压应力可以(ky)模拟板料贴模时的情况 板料对角拉伸试验是沿方形或三角形试样的对角线方向拉伸，测取拉伸过程中试样的起皱高度，用以反映不均匀拉力条件下成型大尺寸零件（如汽车覆盖件）的板料的冲压成型性能。 第42页/共58页第四十二页，共59页。9.9.锥杯试验（锥杯试验（“拉深拉深+ +胀形胀形”复合成型复合成型(chngxng)(chngxng)性能试验）性能试验） 试验时，试样平放在锥角为60的锥形凹模孔内，并取冲头直径dp与试样外径D0的比值为dp/D0=0.35。通过钢球把试样冲成锥杯（锥杯上部侧壁为拉深成型，底部球面为胀形成型），直至锥杯底或附近发生破裂时停止(tngzh)试验并用下述公式计算锥杯试验值CCV作为“拉深+胀形”复合成型性能指标。 第43页/共58页第四十三页，共59页。二二. .锻造成型性能试验锻造成型性能试验(shyn)(shyn)的方的方法法第44页/共58页第四十四页，共59页。1. 1. 拉伸拉伸(l shn)(l shn)试验试验1.1拉伸(lshn)试验原理试验提供的E，s，b，和等指标(zhbio)是评定材质和进行强度和刚度计算的重要依据拉伸试验是在材料试验机上进行，拉伸速度通常在10mm/s以下，对应的应变速率为10-110-3s-1， 第45页/共58页第四十五页，共59页。 弹性变形(bin xng)阶段； 屈服阶段，有些金属有明显的屈服平台，有些金属则没有，把产生0.2%塑性变形(bin xng)时的应力定义为材料的屈服应力0.2； 均匀塑性变形(bin xng)阶段，此阶段中，塑性变形(bin xng)沿整个试样上均匀分布，外力逐渐增大，并达到最大值Pmax； 细颈形成阶段，在此阶段中，变形(bin xng)集中在试样的局部而出现细颈，直到拉断，外力由开始出现细颈时的最大值Pmax逐渐减小。 第46页/共58页第四十六页，共59页。1.2拉伸(lshn)试验方法测定试样的屈服极限s，强度极限b，延伸率，截面收缩率。观察以上(yshng)两种材料拉伸过程中的各种现象，并绘出其拉伸曲线了解万能材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。 试验(shyn)目的标距长度l0为直径d0的10倍和5倍的延伸率圆截面试样。万能材料试验机；游标卡尺；千分尺等试验试样、工具及设备第47页/共58页第四十七页，共59页。测量试件断口的l1值，用刻线机在标距l0范围内每隔5mm刻划一根圆周线，将标距分成10格（对短试件）或20格（对长试件）。根据低碳钢的强度极限b和试样的横截面面积A0估算试样的最大载荷。根据最大载荷的大小，选择合适的测力刻度盘。 先将试样安装在试验机的上夹头内，在移动下夹头使其达到适当位置，并把试样下端夹紧。开动试验机，预加少量载荷（不能超所比例极限），卸载回零点，以检查试验机工作是否正常(zhngchng)。缓慢匀速加载。注意观察测力指针的转动、自动绘图的情况和相应的试验现象。当测力指针不动或倒退时，记录屈服载荷Ps，加载到试样断裂后停机，由随动指针读出最大载荷Pb。取下试样，测量断裂后标距段的长度l1，断口（缩颈）处直径d1，计算断口处的横截面面积A1。 试验(shyn)步骤第48页/共58页第四十八页，共59页。试验数据整理（可列成表格或画出试验曲线），结果计算。1.计算低碳钢的屈服极限(jxin)s和强度极限(jxin)b；2.计算低碳钢的延伸率和截面收缩率。3.画出低碳钢的曲线，并将有关与力学性能指标标注在曲线上 对试验结果作出定性或定量的误差分析及讨论。 试验报告及要求(yoqi)第49页/共58页第四十九页，共59页。2. 2. 压缩压缩(y su)(y su)试验试验压缩(ysu)试验原理压缩试样一般制成圆柱形，其高h0与直径d0之比在13的范围内 试验之前，将试样两端面涂以润滑剂外，同时还需保证试样端面加工应有较高的光洁度。两端面的平行度要好，且与试样轴线垂直。试验时还必须加球型承垫在整个屈服阶段，载荷是上升的，看不到测力指针(zhzhn)倒退的现象，为此，在判定压缩时的Ps，测力指针(zhzhn)的转动将出现减慢，这时所对应的载荷即为屈服载荷Ps 。 第50页/共58页第五十页，共59页。3. 3. 镦粗试验镦粗试验(shyn)(shyn)镦粗试验(shyn)原理将圆柱形试样在压力机或锻锤(dunchu)上进行镦粗而获得金属材料变形时的流动应力的试验 采用的圆柱形试样的高度H0一般为直径D0的1.5倍（例如H0 =30mm，D020mm），用试样侧表面出现第一条裂纹时的压缩程度c作为塑性指标，即： 第51页/共58页第五十一页，共59页。4.4.平面平面(pngmin)(pngmin)应变应变压缩试验压缩试验平面(pngmin)应变压缩试验试验原理平面(pngmin)应变压缩试验法测定材料的冷态流动应力。平面(pngmin)应变压缩下的应力p 、应变3与单向压缩时应力S 、对数应变 关系如下 第52页/共58页第五十二页，共59页。5.5.扭转扭转(nizhun)(nizhun)试验试验扭转试验(shyn)原理塑性(sxng)指标用试样破断前的扭转角或扭转圈数来表示 材料的扭转过程可用M曲线来描述。M代表施加在试样上的扭矩，代表试样的相对扭转角。最大剪应力为： 同种材料在不同受力形式下试验，由于应力状态不同其变形过程、断裂方式及破坏原因也明显不同。，若是不同材料，由于材料的韧脆程度不同其扭转曲线、破坏方式、破坏原因、强度指标有很大差异。第53页/共58页第五十三页，共59页。6.6.开式模锻成型性能开式模锻成型性能(xngnng)(xngnng)试验试验 开式模锻成型(chngxng)性能试验原理开式模锻时飞边槽尺寸对金属充填模膛和变形力的影响试验。 桥部阻力也不宜选得过大。桥部阻力的大小与桥部尺寸、桥部的表面粗糙度等因素有关，其中(qzhng)b/h值对阻力的影响最为明显。 采用三套桥部宽度相同（b=7mm），而桥部高度分别为h=3、1.6、0.6mm的模具，对同样尺寸的铅试样进行模锻，以便分析不同的b/h值对模膛充满程度及模锻变形力的影响。第54页/共58页第五十四页，共59页。7.7.平砧间拔长变形平砧间拔长变形(bin (bin xng)xng)试验试验平砧间拔长变形试验(shyn)原理使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长，拔长是通过逐次(zh c)送进和反复转动坯料进行压缩变形 。 矩形坯料在平砧间拔长时，工艺参数（绝对送进量l0 ）对拔长效率和拔长质量有很大影响。 送进量l0拔长后长度l拔长后平均宽度b拔长量l展宽量b162550第55页/共58页第五十五页，共59页。8.8.金属金属(jnsh)(jnsh)顶顶锻试验法锻试验法金属(jnsh)顶锻试验法原理确定金属材料在冷、热状态下承受规定程度的顶锻变形性能，并显示其缺陷。 应用于直径或边长小于30mm的圆形和方形材料，压力机或锻压机上压或锻至规定高度h0 顶锻后检查试样侧面，在有关标准未作具体规定的情况下，一般如无裂缝、裂口(li ku)、扯破、折迭或气泡，即认为试验合格。 第56页/共58页第五十六页，共59页。第四节第四节 金属塑性金属塑性(sxng)(sxng)成型性能试验工成型性能试验工程应用实例程应用实例一、冲压成型性试验一、冲压成型性试验(shyn)(shyn)的工程应用实例的工程应用实例二、锻造成型性试验二、锻造成型性试验(shyn)(shyn)的工程应用实例的工程应用实例 第57页/共58页第五十七页，共59页。感谢您的欣赏(xnshng)！第58页/共58页第五十八页，共59页。NoImage内容(nirng)总结锻造成型性能。贴膜性，定形性。原始尺寸测量：测量板宽W0，确定标距。这种试验方法是由WEngelhardt和HGross开发的。KWI扩孔试验原理。3.画出低碳钢的曲线，并将有关与力学性能指标标注在曲线上。塑性指标用试样破断前的扭转角或扭转圈数来表示。矩形(jxng)坯料在平砧间拔长时，工艺参数（绝对送进量l0）对拔长效率和拔长质量有很大影响。感谢您的欣赏第五十九页，共59页。