冲压变形理论基础.ppt

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1、冲压变形理论基础冲压成形是金属塑性成形加工方法之一，是建立在金属塑性变形理论基础上的材料成形工程技术。要掌握冷冲压成形加工技术，就必须具有金属塑性变形理论的基础知识塑性变形的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，所以在没有其它外力作用的条件下，金属物体将保持自有的形状和尺寸。弹性变形-----当物体受到外力作用之后，它的形状和尺寸将发生变化即变形，变形的实质就是原子间的距离产生变化。假如作用于物体的外力去除后，由外力引起的变形随之消失，物体能完全恢复自己的原始形状和尺寸，这样的变形称为弹性变形。塑性变形-

2、----如果作用于物体的外力去除后，物体并不能完全恢复自己的原始形状和尺寸，这样的变形称为塑性变形。塑性变形和弹性变形都是在变形体不破坏的条件下进行的（即连续性不破坏）通常用塑性表示材料塑性变形能力。塑性-----指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力。金属的塑性不是固定不变的，影响它的因素很多，除了金属本身的晶格类型、化学成分和金相组织等内在因素之外，其外部因素——变形方式（机械因素即应力状态与应变状态）、变形条件（物理因素即变形温度与变形速度）的影响也很大。影响金属塑性的主要因素如表1.3.1所示。衡量金属塑性高

3、低的参数称为塑性指标（延伸率δ、断面收缩率ψ）。塑性指标-----是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示，它可借助于各种实验方法测定。目前应用比较广泛的是拉伸试验，对应于拉伸试验的塑性指标，用延伸率δ和断面收缩率ψ表示。δ和ψ的数值由下式确定：需要指出，各种试验方法都是相对于特定的受力状况和变形条件的，由此所测定的塑性指标，仅具有相对的比较意义。变形力-----塑性变形时，使金属产生变形的外力称为变形力。变形抗力-----金属抵抗变形的力称为变形抗力，它反映材料产生塑性变形的难易程度，一般用金属材料产生塑性变形的单位变形力表示其大小。金

4、属受外力作用产生塑性变形后不仅形状和尺寸发生变化，而且其内部的组织和性能也将发生变化。一般会产生加工硬化或应变刚现象，即金属的机械性能，随着变形程度的增加，强度和硬度逐渐增加，而塑性和韧性逐渐降低；晶粒会沿变形方向伸长排列形成纤维组织使材料产生各向异性；由于变形不均，会在材料内部产生内应力，变形后作为残余应力保留在材料内部。塑性力学基础.点的应力与应变状态金属冲压成形时，外力通过模具作用在坯料上，使其内部产生应力，并且发生塑性变形。一定的力的作用方式和大小都对应着一定的变形，受力不同，变形就不同。由于坯料变形区内各点的受力和变形情况不

5、同，为了全面、完整地描述变形区内各点的受力情况，引入点的应力状态的概念。某点的应力状态，通常是围绕该点取出一个微小（正）六面体（即所谓单元体），用该单元体上三个相互垂直面上的应力来表示。一般可沿坐标方向将这些应力分解成9个应力分量，即3个正应力和6个剪应力，如图1.3.1a）所示。由于单元体处于静平衡状态，根据剪应力互等定理（τxy=τyx，τxz=τzx，τyz=τzy），实际上只需要知道6个应力分量，即3个正应力和3个剪应力，就可以确定该点的应力状态。对于任何一种应力状态，总是存在这样一组坐标系，使得单元体各表面只有正应力而无剪应

6、力，如图1.3.1b）所示,这样，应力状态的表示将大大的简化。我们称剪应力为零的平面为主平面，与主平面垂直的各条轴线称主轴，作用在主平面上的正应力称为主应力（一般用б1、б2、б3表示），以主应力表示的应力状态，称为主应力状态，表示主应力有无与方向的图形，称主应力状态图。塑性变形过程中，可能出现的主应力状态图共有九种，如图1.3.2所示。变形体内存在应力必然产生应变。通常用应变状态来描述点的变形情况，点的应变状态与点的应力状态类似。应变也有正应变和剪应变之分，当采用主轴坐标系时，单元体上也只有三个主应变分量:ε1、ε2、ε3金属材料在

7、塑性变形时，体积变化很小，可以忽略不计。因此，一般认为金属材料在塑性变形时体积不变，可证明满足ε1+ε2+ε3=0，由此可见，塑性变形时，三个主应变分量不可能全部同号，只可能有三向和二向应变状态，不可能有单向应变状态。其主应变状态图只有三种，如图1.3.3所示。2．金属的屈服条件众所周知，在材料单向拉伸中，由于质点处于单向应力状态，只要单向拉伸应力达到材料的屈服极限，该质点即行屈服，进入塑性状态。在多向应力状态时，显然就不能仅仅用某一应力分量来判断质点是否进入塑性状态，必须同时考虑其它应力分量。研究表明，只有当各应力分量之间符合一定的

8、关系时，质点才进入塑性状态。这种关系叫做屈服条件，或屈服准则，也称塑性条件或塑性方程。满足屈服条件表明材料处于塑性状态。材料要进行塑性变形，必须始终满足屈服条件。对于应变硬化材料，材料要由弹性变形转为塑性变形，必须满足的