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冲压成形原理 冷冲压工艺与模具设计 第一页，共十五页，2022年，8月28日 冷冲压工艺与模具设计 第一章 冲压成形原理 1.1 金属塑性变形的概念 1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素 1.3 金属塑性变形的力学条件 1.4 冲压成形中的变形趋向性及其控制 1.5 板料的冲压成形性能和试验方法 第二页，共十五页，2022年，8月28日 冷冲压工艺与模具设计 变形：外力作用下，形状和尺寸发生变化的现象叫变形。分为弹性变形和塑性变形。 弹性变形：在外力作用，金属的形状和尺寸发生变化，当外力去除时，金属完全恢复了原始的形状和尺寸，这样的变形称为弹性变形。 塑性变形：在外力作用，产生不可恢复的永久变形，称为塑性变形。单晶体一般有滑移和孪生两种形式，多晶体则有晶内变形(滑移和孪生)、晶间变形。 (单晶体)滑移：晶体一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分作相对移动。 孪生：晶体一部分相对另一部分，对应于一定的晶面沿一定方向发生转动。 晶间变形：在外力作用下，多晶体中各晶粒之间相对移动(滑动或转动)而产生变形。 1.1 金属塑性变形的概念 第三页，共十五页，2022年，8月28日 冷冲压工艺与模具设计 1.1 金属塑性变形的概念 塑性变形对金属性能和组织的变化： ① 纤维组织：各晶粒沿最大的变形方向伸长，形成纤维状的晶粒组织，即纤维组织。 ② 加工硬化： ③ 残余应力： ④ 织构现象：各向异性 第四页，共十五页，2022年，8月28日 冷冲压工艺与模具设计 1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素 塑性：产生永久变形而不被破坏的能力。 影响因素： 金属本身的晶格类型、化学成份和金相组织等。 变形时的外部条件：变形温度、变形速度、变形方式等。 变形抗力：抵抗塑性变形的能力。 影响因素： 金属的内部性质： 金属的变形条件： 塑性和变形抗力是两个不同的概念。塑性反映材料破坏前的变形程度大小，变形抗力是从力的角度反映塑性变形的难易程度。 第五页，共十五页，2022年，8月28日 冷冲压工艺与模具设计 1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素 一、金属成分与组织对塑性变形的影响 二、变形温度对塑性变形的影响 三、变形速度对塑性变形的影响 四、应力应变状态对塑性变形的影响 第六页，共十五页，2022年，8月28日 冷冲压工艺与模具设计 1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素 一、金属成分与组织对塑性变形的影响 1、化学成分(以碳钢为例) 碳含量增加，塑性下降。 杂质元素含量增加，一般对塑性变形不利。(如P、S) 合金元素：塑性降低，变形抗力提高。 2、组织 塑性：“面心立方”好于“体心立方”好于“密排六方”； 晶粒细化：塑性和变形抗力均提高； 塑性：“单晶组织”好于“多相组织”(如?散强化)。 第七页，共十五页，2022年，8月28日 冷冲压工艺与模具设计 1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素 二、变形温度对塑性变形的影响 温度升高，发生了回复与再结晶，塑性显著提高，变形抗力显著降低。 温度升高，临界剪应力降低，滑移系增加，大大提高了金属的塑性。 温度升高，产生新的塑性变形方式——热塑性。 热塑性：温度升高时，原子的热运动加剧，晶格中原子处于一种不稳定的状态，若晶体受到外力作用，原子就会沿着应力梯度方向，由一个平衡位置转移到另一个平衡位置(不是沿着一定的晶面和晶向)，使金属产生塑性变形，称热塑性。 温度升高，导致晶界的切变抗力显著降低，晶界易于滑动；又由于 扩散作用的加强，及时消除了晶界滑动所引起的微裂纹。故金属在高温下具有良好的塑性和低的变形抗力。 蓝脆(200-400℃)、热脆(800-950℃) 为了提高材料的变形程度，减小变形力，确定变形温度时，必须根据材料的——力学性能曲线，以及加热对于材料产生的不利影响(如晶间腐蚀、氢脆、氧化、脱碳等)合理选用，避免盲目性。 第八页，共十五页，2022年，8月28日 冷冲压工艺与模具设计 1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素 三、变形速度对塑性变形的影响 变形速度：指单位时间内应变的变化量。 影响： ① 变形速度大时，临界切应力升高，变形抗力增加，塑性降低。 ② 变形速度大时，温升高，金属软化。 选择： ① 对于大型复杂零件的成形，宜用低速，以免变形不均匀，引起局部拉裂和起皱。 ② 对于不锈钢、耐热合金、钛合金等对变形速度敏感的材料，宜用低速。 目前常规冲压使用的压力机工作速度较低，对金属塑性变形性能的影响不大。 第九页，共十五页，2022年，8月28日 冷冲压工艺与模具设计 1.2 影响塑性和变形抗力的主要因素 四、应力应变状态对塑性变形的影响 1、塑性变形时的应力应变状态 点的应力状态：9种主应力图(1、2、3拉、压，1(2)拉1(2)压) 点的应变状态：3种主应变图(1伸1缩，1伸2缩，2伸1缩)