37680-1a,第一节 塑性变形知识及冷冲压工艺分类,一、塑性变形知识,1.主应力和主应变 (1)应力和应变 在外力作用下，物体内各质点之间会产生相互作用的力，称为内力。 (2)点的应力状态 为研究变形体各点的内力和变形状态，就必须研究各点的应力状态和应变状态，以及它们之间的关系。,图1-1 点的应力状态,1.主应力和主应变,(3)主应力和主应力图 图1-1a虽可以表示任意一点的应力状态，但由于有9个应力分量，对研究和分析问题十分不便。,图1-2 主应力图,1.主应力和主应变,(4)主应变和主应变图 点的应变状态通过单元体的变形表示， 与应力状态类似，也可以用主应变图来表示点的应变状态，其可能的主应变状态仅有图示三种状况，如图1-3所示。,图1-3 主应变图,2.塑性的概念 (1)塑性与塑性变形 所谓塑性，是指固体材料在外力作用下发生永久变形，而不破坏其完整性的能力。 1)塑性变形是不可逆的，应力与应变之间没有一般的单值关系。 2)一般材料在塑性变形之前及塑性变形时，都伴随有弹性变形。 3)实践证明，物体发生塑性变形时，其体积基本保持不变，即1+2+3=0。 4)在塑性变形中，当变形体的质点有可能沿不同方向移动时，每个质点总是沿其阻力最小的方向移动，称此为最小阻力定律。 (2)塑性与变形抗力 进行塑性加工时，作用在工具表面单位面积上变形力的大小称为变形抗力。,2.塑性的概念,(3)影响金属塑性的主要因素 1)变形时材料的内部因素。 2)变形时的外部条件。 (4)塑性的评定 为了衡量金属塑性，需要有一种数量上的指标，这就是塑性指标。 (5)加工硬化 对于常用的金属材料，在正常温度下进行塑性变形，随着变形程度增加，其强度指标(s和b)增加，而同时塑性指标(和)下降，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化。,3.冲压成形的力学特点,(1)两个屈服准则(塑性条件) 当物体中某点处于单向应力状态时，只要该应力值达到材料的屈服点，该点就开始屈服，由弹性状态进入塑性状态。 1864年法国工程师屈雷斯加(HTresca)认为，材料中最大切应力达到一定值时就开始屈服，此关系称为屈雷斯加屈服准则，其数学表达式为,1913年德国学者密席斯(Von Mises)提出，当某点的等效应力达到一定值时，材料就开始屈服。这个准则称为密席斯屈服准则，可以表达为,3.冲压成形的力学特点,(2)冲压成形的力学特点和变形趋向性的控制 冲压成形时毛坯内各点的应力、应变状态都不相同，应力状态满足屈服准则的区域，材料将发生塑性变形，称为变形区，应力状态不满足屈服准则的区域，材料将不产生塑性变形，称为非变形区。,图1-4 缩口变形毛坯各区的划分 A变形区 B传力区 C已变形区,3.冲压成形的力学特点,在板料成形过程中，垂直于板料平面的应力数值较小，可以认为板料处于平面应力状态。变形区的应力状态可分为两向拉应力、两向压应力及一向拉应力一向压应力三种情况。因此，板料的变形大致可分为伸长类变形和压缩类变形两大类。伸长类变形的主要特征是主应力中绝对值最大的应力是拉应力，材料在该方向上的变形为伸长变形，材料厚度减薄，拉裂是变形的主要危险。压缩类变形的主要特征是主应力中绝对值最大的是压应力，材料在该方向的变形为缩短变形，材料变厚，失稳起皱是变形的主要危险。,二、冷冲压工艺分类,当前在生产中所采用的冷冲压工艺方法是多种多样的，但概括起来可分为分离工序和成形工序两大类。常见的冲压加工方法见表1-1。,表1-1 冷冲压工序分类,二、冷冲压工艺分类,表1-1 冷冲压工序分类,二、冷冲压工艺分类,表1-1 冷冲压工序分类,第二节 冲 压 材 料,一、板料的冲压性能指标,冷冲压所使用的材料大多数是金属材料，这就要求金属板料不仅能满足冲压件的使用要求，还要满足冲压工艺要求。具体说，就是板料应具有良好的冲压成形性能，良好的表面状态，力学性能、化学成分、板料厚度均应符合国家标准。其中良好的冲压成形性能是指能否用简便的工艺方法，高效率地利用板材生产出优质冲压件，这也是冷冲压对材料的主要要求。 通过常规实验测得的材料力学性能，能间接反映出板料的各种冲压性能，现在就其中几项说明如下。,4.塑性应变比(r),4.塑性应变比(r) 由于金属结晶和板材轧制等原因，板料的塑性会因方向不同而异，称为板料的塑性各向异性。塑性应变比r是在单向拉伸应力作用下，试样宽度应变b和厚度应变t之比，又称为板厚方向系数。r，可减小材料的变薄，提高抗拉压失稳能力，这对提高极限变形程度是有利的。,由于板材轧制时形成的纤维组织，各个方向的力学性能并不一致，所以板料的塑性应变比常用其加权平均值r作为标准，即,5.凸耳参数(r),5.凸耳参数(r) 如上所述，板材经轧制后在板平面内出现各向异性，冲压成形性能将受到影响。例如，由于板平面方向性使拉深制件口部不齐，形成“凸耳”。板平面各向异性值的大小可以用板厚方向凸耳系数r来表示，即,二、常用冲压材料,常用冲压材料一般可分为三大类：钢铁板料、非铁金属板料和非金属板料。 1.钢铁板料 常用钢铁板料主要是普通碳素钢、优质碳素钢、电工硅钢和不锈钢等。国家标准GB/T 7102008规定，优质碳素结构钢钢板和钢带按拉延级别分为三级：Z最深拉延级，S深拉延级，P普通拉延级。 2.非铁金属板料 非铁金属板料主要有黄铜板和铝板。常用牌号有H68、H62、QSn442.5、1070A、1060、1200、2A01、2A02及2A12等。 3.非金属板料 非金属板料有纸板、橡胶板、塑料板和皮革等。 主要冲压材料的牌号、规格、力学性能及化学成分等性能参数可查表1-2表1-6或有关资料。,3.非金属板料,表1-2 板料单向拉伸性能与冲压成形性能的关系,表1-3 各种钢板的单向拉伸性能(轧制方向),3.非金属板料,表1-4 各种钢板的单向拉伸性能(与轧制方向倾斜45),表1-5 各种钢板的单向拉伸性能(与轧制方向垂直),3.非金属板料,表1-6 高强钢板、不锈钢板和非铁金属板的n、 值,第三节 板料的剪裁,一、平刃剪床剪裁,一、平刃剪床剪裁 平刃剪床剪裁实际上是一种特殊的曲柄压力机，如图1-5所示。它的主要工作机构是曲柄滑块机构，但滑块是一长而薄的长方形，其上安装有上刀片1，工作台上安装有下刀片3，通过曲柄连杆机构带动滑块上、下运动，将放置在上、下刀片之间的板材剪成条料。,图1-5 平刃剪床剪裁示意图 1上刀片 2板料 3下刀片 4工作台 5滑块,二、斜刃剪床剪裁 斜刃剪床的结构形式和工作原理与平刃剪床相同，只是上切削刃呈偏斜状态，与下切削刃形成一个夹角(图1-6)。斜刃剪床工作时，不是整个刃口同时接触板材，板材分离是逐步完成的，故剪切力较小。角一般取13，因此，板材扭曲现象严重，而省力效果十分明显，故其使用比平刃剪床更为广泛。,图1-6 斜刃剪床剪裁示意图,三、剪床规格型号,0107.TIF,三、剪床规格型号 我国规定剪床的代号为Q，其规格大小按剪床能裁剪板料的宽度和厚度来表示。如Q1162500剪板机，表示可剪板材最大尺寸(厚宽)是6mm2500mm。这是剪板机的主要参数，也是选择剪板机的主要依据。图1-7为CNC后定距液压剪床外形图。,第四节 冲 压 设 备,一、曲柄压力机的规格型号和主要参数,常用的冲压设备有曲柄压力机、摩擦压力机和液压机。本节以曲柄压力机为主介绍冲压设备结构、工作原理和选用原则。 一、曲柄压力机的规格型号和主要参数 开式双柱可倾式压力机的规格型号和主要参数详见表1-7。,表1-7 开式双柱可倾式压力机的部分技术参数,一、曲柄压力机的规格型号和主要参数,表1-7 开式双柱可倾式压力机的部分技术参数,1.规格型号,1.规格型号 压力机的规格型号是按照锻压机械的类别、列、组编制的。压力机的类别、列、组、规格分别用字母和数字表示，例如,型号的第一个字母表示类别，曲柄压力机是机械压力机，用“机”字的汉语拼音第一个大写字母“J”表示。 型号的第二个字母表示压力机次要参数在基本型号基础上经过第一次、第二次变型设计。,2.主要参数,(1)公称压力 曲柄压力机的公称压力是指滑块离下止点前某一位置或指曲轴旋转到离下止点前某一角度(此角称压力角，一般取2030)时，滑块上所能容许承受的最大作用力，它是压力机的主要参数。,37680H171.eps,2.主要参数,(2)滑块行程 指滑块从上止点运动到下止点所经过的距离，其数值一般按曲柄半径的两倍计算。 (3)行程次数 指滑块每分钟从上止点运动到下止点，然后再回到上止点所往复的次数。 (4)连杆调节长度 又称装模高度调节量，曲柄压力机的连杆通常做成两部分，使其长度可以调整。 (5)闭合高度 指滑块在下止点位置时，滑块下端面到工作台上表面之间的距离。 除了上述的主要参数外，尚有工作台尺寸、滑块底面尺寸、模柄孔尺寸等参数，也是进行模具设计时必不可省的数据。,二、曲柄压力机的结构和工作原理,根据床身结构形式的不同，曲柄压力机可分为开式和闭式两类。开式压力机具有结构紧凑、体积小、可三个方向操作(闭式压力机仅能在前后两个方向操作)、工艺性能好等优点，一般中小型压力机均采用这种结构形式。下面以J2380型压力机为例，说明曲柄压力机的结构和工作原理。,二、曲柄压力机的结构和工作原理 1.支承系统 J2380型压力机如图1-8所示，其床身由两部分组成，呈C形。床身14的上部分可相对于底座转动一定角度(约30)从而使工作台倾斜。C形床身有两个立柱，工作时可以从三个方向操作，故称为开式双柱可倾式曲柄压力机。这种压力机可以纵、横两个方向送料，当采用纵向送料时，制件(或废料)可以沿倾斜的工作台从两立柱之间自动滑下，操作方便。开式压力机床身的主要缺点是刚性差，影响制件精度和模具寿命。,2.传动系统,压力机传动系统如图1-9所示。电动机的转动经二级减速传给曲轴，曲轴通过连杆带动滑块作上下往复运动。这种压力机的曲轴是横向布置的，齿轮、带轮均在床身之外，装配容易，维修方便，但占据空间大，零部件分散，安全系数低，外形美观性较差。,图1-9 曲柄压力机传动系统示意图 1电动机 2传动带 3小齿轮 4曲轴 5离合器 6连杆 7滑块 8制动器 9飞轮,37680H172.eps,3.操纵系统 操纵系统包括离合器、制动器和电气控制装置等。曲柄压力机使用的离合器有摩擦离合器和刚性离合器两类。J2380型压力机采用双转键刚性离合器(图1-10)。它的主动部分包括大齿轮8，中套4,图1-11 压力机功率变化曲线,4.能源系统 能源系统由电动机和飞轮组成。压力机在一个工作周期内只在较短时间内承受较大工作载荷，而在较长时间内为空运转，故采用飞轮储备能量，可减小电动机功率。,5.工作机构,图1-12 滑块机构 1连杆 2调节螺杆 3滑块 4打杆横梁 5锁紧机构 6棘轮机构 7球形垫 8熔断器 9夹持器,5.工作机构 工作机构即曲柄滑块机构。由图1-12可知，压力机的连杆由连杆1和调节螺杆2组成，通过棘轮机构6，旋转调节螺杆2可改变连杆长度，从而达到调节压力机闭合高度的目的。当连杆调节到最短时，压力机的闭合高度最大；当连杆调节到最长时，压力机的闭合高度最小。压力机的最大闭合高度减去连杆调节长度就得到压力机最小闭合高度。,5.工作机构,图1-13 打料装置 a)滑块在下止点 b)滑块在上止点 1打料螺钉 2打杆横梁 3打杆 4凹模 5制件 6板料 7凸模,压力机上有多种辅助系统，如润滑系统、保护系统、气垫等。为从下模中顶出制件或为拉深工艺提供压边力，在一些压力机工作台下装有气垫，其结构原理如图1-14所示。,6.辅助系统,图1-14 JA36-160压力气垫,图1-15 曲轴纵放内传动结构压力机,三、摩擦压力机和液压机,摩擦压力机的结构如图1-16所示。其主要特点是