冲压工艺及模具－设计与实践第2章冲压成形工艺及模具设计的基本理论基础

《冲压工艺及模具－设计与实践第2章冲压成形工艺及模具设计的基本理论基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第2章冲压成形工艺及模具设计的基本理论基础2.1金属塑性变形及其对金属性能的影响2.1.1金属塑性与塑性变形基本概念在金属材料中，原子之间作用着相当大的力，足以抵抗重力的作用。当物体受到其他外力作用后，物体的形状和尺寸将发生变化，称为变形。若作用于物体的外力卸载后，由外力引起的变形随之消失，能完全恢复到原有的形状和尺寸，变称为弹性变形。若作用于物体的外力卸载后，不能完全恢复到原有形状和尺寸，称为塑性变形。金属塑性，是指金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力。金属塑性的大小通常用塑性指标来衡量。对应于拉伸试验的塑性指标通常用延伸长率

2、δ和断面收缩率ψ表示。2.1.2影响金属塑性的因素金属的塑性主要包括金属本身的内在因素和变形时的外部条件。1.金属的成分和组织结构。组成金属的晶格类型，杂质的性质、数量及分布情况，晶粒大小、形状及晶界强度等不同，金属的塑性就不同。2.变形温度。变形温度的趋势是：温度升高，塑性增加，变形抗力降低。使金属加热软化，以增加板料的变形程度，降低板料的变形抗力。碳钢加热到200~400℃之间时，因为时效作用(夹杂物以沉淀的形式在晶界滑移面上析出)使塑性降低，变形抗力增加，脆性增大，这个温度范围称为蓝脆区。而在800~950℃范围内，会出现热脆，使塑性降低

3、，原因是铁与硫形成的化合物FeS几乎不溶丁固体铁中，形成低熔点的共晶体(Fe+FeS+FeO)，如果处在晶粒边界的共晶体熔化，就会破坏晶粒间的结合。3.变形速度。所谓变形速度是指单位时间内应变的变化量，塑性成形设备的加载速度在一定程度上反映了金属的变形速度。4.应力状态。压应力有利封闭裂纹阻止继续扩展，减小或阻止晶间变形。2.1.3塑性变形对金属组织和性能的影响1.组织变化1）显微组织发生变化，产生了纤维组织。当变形量很大时，晶粒呈现出一片如纤维状得条纹，称为纤维组织。2）亚结构细化。金属塑性变形过程中，当变形很小时，晶粒内部位错分布相对比较均匀。

4、3）出现变形织构。塑性变形使晶粒具有优取向的组织称为“变形织构”。2.性能变化1）出现加工硬化现象。随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性和韧性降低，这种现象称为加工硬化或形变强化。如图2.1所示，金属薄板在冲压过程，弯角处变形最严重。图2.1冲压示意图2）物理性能和化学性能发生变化。金属材料经塑性变形后，物理性能和化学性能也发生明显变化。如使金属及合金的比电阻增加，导电性能和电阻温度系数下降，导热系数也略为下降。塑性变形还使导磁率、磁饱和度下降，但磁滞和矫顽力增加。3.残余应力金属在塑性变形时，每个晶粒都有不同程度的变形，即附加应

5、力。变形终止后，附加应力残留在金属内部形成残余应力。残余应力的存在对金属材料的性能来说是有害的，它导致金属材料及工件的变形、开裂和应力腐蚀。对于承受单向扭转载荷的零件（如某些汽车中的扭力轴）沿载荷方向进行适量的超载预扭，可以使工件表面层产生相当数量的与载荷方向相反的残余应力。2.2金属塑性变形时的应力应变状态及其对金属变形的影响2.2.1金属塑性变形时的应力应变状态在冲压加工过程中，外力通过模具作用于材料，使之产生塑性变形，同时在材料内部引起反抗变形的内力。1.点的应力状态材料在外力的作用下，各部各个质点间就会产生相互作用的力，称为内力。单位

6、面积上内力称为应力。一点的应力状态是通过在该点沿某种坐标系所取的单元体上各个互相垂直表面上的应力来表示的，如图2.2a所示。应力可沿坐标方向分解为九个应力分量，包括三个正应力和六个剪应力，如图2.2b所示。写成矩阵形式为：图2.2点的应力状态其中，3个正应力和6个剪应力互等，即因此，只要知道3个正应力和3个剪应力，该点的应力状态就可确定。写成矩阵形式为需要注意的是图2.2a和图2.2b中的坐标系XYZ是任意的。使得单元体各表面上只出现正应力，而没有剪应力，如图2.2c所示，1、2、3三个坐标轴称为主轴；三个坐标轴的方向就称为主方向；三个正应力就称

7、为主应力，一般按其代数值大小依次用和表示，即。值可正可负，正值表示拉应力，负值表示压应力。三个主应力的作用面称为主平面。3个主应力大小都相等，即，则称为球应力状态。这种应力状态不产生剪应力，故所有方向都可看做是主方向，而且所有方向的主应力都相同。单元体上三个正应力的平均值称为平均应力，用表示。平均应力的大小取决于该点的应力状态，而与坐标系的选取无关，平均应力为如图2.3所示，任何一种应力状态都可以看成是球应力状态和偏应力状态两种应力状态的叠加。图2.3应力状态的分解主切应力的作用面称为主切应力面。主切应力及其作用面共有三组，如图2.4所示，其主切

8、应力值分别为图2.4主切应力及主切应力面（阴影部分）2.点的应变状态变形体内存在应力必伴随有应变，点的应变状态也是通过单