材料成形技術(shù)基礎(chǔ)郭成塑性成形技術(shù)

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1、第6章塑性成形技術(shù)材料成形技術(shù)基礎(chǔ)塑性成形技術(shù)可分為板料成形和體積成形兩大類。板料成形是對金屬板料在室溫下加壓以獲得所需形狀和尺寸零件的成形方法，習(xí)慣上稱為沖壓或冷沖壓。體積成形是指對金屬塊料、棒料或厚板在高溫或室溫下進(jìn)行成形加工的方法，塑性成形方法分類見表6-1。分類成形方法簡圖特點(diǎn)及應(yīng)用范圍板料成形分離工序落料用模具沿封閉輪廓線沖切，沖下部分是零件。用于制造各種平板零件或者成形工序制坯沖孔用模具沿封閉輪廓線沖切，沖下部分是廢料。用于沖制各類零件的孔形成形工序彎曲把板料沿直線彎曲成各種形狀，板料外層受拉伸力，內(nèi)層受壓縮力?？杉庸ば螤顝?fù)雜的零件表6-1基本塑性形成方法分類成形

2、工序拉深法蘭區(qū)坯料載切向壓應(yīng)力、徑向拉應(yīng)力作用下向直壁流動，制成筒形或帶法蘭的筒形零件脹形平板毛坯或者管坯載雙向拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生雙向伸長變形。用于成形凸包、凸筋或鼓凸空心零件翻邊在預(yù)先沖孔的板料或未經(jīng)沖孔的板料是上，載雙向拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生切向伸長變形，沖制帶有直邊的空心零件分類成形方法簡圖特點(diǎn)及應(yīng)用范圍體積成形鍛造用通用工具或模具對金屬加壓，通過金屬體積轉(zhuǎn)移和分配來獲得零件或毛坯的成形方法。自由鍛主要用于單件、小批量或大鍛件生產(chǎn)；模鍛適用于大批量生產(chǎn)軋制通過一對旋轉(zhuǎn)坯料局部加壓連續(xù)成形的加工方法?？梢陨a(chǎn)型材，板材和管材，也可利用其原理來生產(chǎn)零件或毛坯擠壓通過模具使坯料在強(qiáng)烈

3、壓應(yīng)力作用下從?？字袛D出以獲得所需尺寸、形狀和性能的制件?？缮a(chǎn)各種型材或直接加工零件拉拔使金屬通過凹模進(jìn)行拉伸，得到其截面與凹?？捉孛嫦嗤陌袅?、管材或線材§6.1板料成形方法及其模具材料成形技術(shù)基礎(chǔ)6.1.1沖裁1)沖裁加工特點(diǎn)(1)沖裁過程如圖所示，沖裁包括彈性變形、塑性變形和斷裂分離三個(gè)階段。(2)主要變形區(qū)如圖所示，沖裁加工時(shí)，板料的主要變形區(qū)是以凸模與凹模刃口連線為中心的紡錘形區(qū)域。變形區(qū)的大小與材料特性、模具間隙和約束條件等因素有關(guān)。a)v場b)u場圖6－3變形區(qū)云紋圖（3）變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)圖6-4顯示了無壓料沖變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)，由于刃口側(cè)面的軸向應(yīng)力為拉應(yīng)力，故

4、裂紋往往先從側(cè)面產(chǎn)生，形成毛刺。圖6－4變形區(qū)應(yīng)力狀態(tài)（4）沖裁力－行程曲線圖6-5顯示沖裁力－行程曲線?？梢?，塑性材料在最大剪切力之后產(chǎn)生裂紋，低塑性材料在剪切力上升階段就產(chǎn)生了裂紋。在合理間隙(）條件下，裂紋產(chǎn)生到斷裂，沖裁力急劇下降。小間隙時(shí)，會產(chǎn)生二次剪切，使沖裁力下降緩慢，嚴(yán)重時(shí)會在力的下降階段產(chǎn)生局部回升。（5）沖裁件斷面特征沖裁件斷面由圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺四部分組成。圓角帶是刃口附近板料彎曲和伸長變形的結(jié)果，是變形區(qū)對這部分坯料作用而產(chǎn)生的。光亮帶是在側(cè)壓力作用下板料相對滑移的結(jié)果。由于裂紋的產(chǎn)生一般在刃口側(cè)面，故在普通沖裁加工中總有毛刺產(chǎn)生。圖6-6沖

5、裁件斷面特征2）主要工藝參數(shù)沖裁加工時(shí)，變形區(qū)集中在凸模與凹模刃口連線為中心的狹窄區(qū)域。凸模與凹模間隙的微小變化對變形區(qū)大小及變形區(qū)內(nèi)材料所受應(yīng)力狀態(tài)都有很大影響。因此，凸、凹模間隙c是沖裁工藝計(jì)算及模具設(shè)計(jì)中的主要工藝參數(shù)。一般，合理間隙值為材料厚度的5％～10％。6.1.2彎曲1）彎曲變形特點(diǎn)（1）彎曲變形過程圖6-7顯示了V形件彎曲變形過程。包括彈性彎曲，彈－塑性彎曲、塑性彎曲和校正彎曲四個(gè)階段。圖6-7彎曲變形過程圖6-8彎曲變形區(qū)圖6-9彎曲變形區(qū)及應(yīng)力狀態(tài)變化（2）主要變形區(qū)如圖所示。板料主要變形區(qū)是曲率發(fā)生變化的圓角部分。此處，原正方形網(wǎng)格變成了扇形。在圓角區(qū)

6、，板料內(nèi)層受壓縮短，外層受拉伸長。由內(nèi)、外層表面至板料中心，各層的縮短和伸長程度不同，變形是極不均勻的。在縮短和伸長層之間存在一長度不變的應(yīng)變中性層。（3）變形區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)與板料相對寬度有關(guān)。時(shí)，稱為窄板，彎曲時(shí)，寬度方向上材料可自由變形，沿寬度方向的應(yīng)力近似為零，變形區(qū)處于平面應(yīng)力和立體應(yīng)變狀態(tài)；板料稱為寬板，彎曲時(shí)，寬度方向變形阻力較大，彎曲后板寬基本不變。故沿寬度方向應(yīng)變近似為零，變形區(qū)處于平面應(yīng)變和立體應(yīng)力狀態(tài)。圖6-10變形區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)（4）彎曲力—行程曲線圖6-11顯示了彎曲時(shí)的力—行程曲線。從曲線中可以看出，板料首先發(fā)生彈性彎曲，之后進(jìn)入彈

7、塑性和塑性彎曲。在此階段，變形程度增大，硬化加劇，但與此同時(shí)變形區(qū)范圍減小，故彎曲力基本不變或略有減小。當(dāng)凸、凹模與板料貼合并進(jìn)行校正彎曲時(shí)，彎曲力將急劇增大。圖6-11彎曲力-行程曲線（5）彎曲件尺寸與厚度變化特征以中性層為界，外層受拉伸長而厚度減薄，內(nèi)層受壓縮短使板料增厚。在r/t≤4時(shí)，中性層位置內(nèi)移。結(jié)果使外層拉伸變薄區(qū)擴(kuò)大，內(nèi)層壓縮增厚區(qū)減小，外層的減薄量大干內(nèi)層的增厚量，從而使板料變薄，總長度有所增加。2）主要工藝參數(shù)彎曲加工中，相對彎曲半徑r/t反映彎曲變形程度，當(dāng)r/t≤(r/t)min