沖壓變形理論基礎(chǔ)ppt課件(已修改)
2025-11-10 17:51 本頁面
【正文】 沖壓變形理論基礎(chǔ) 沖壓成形是金屬塑性成形加工方法之一，是建立在金屬塑性變形理論基礎(chǔ)上的材料成形工程技術(shù)。要掌握冷沖壓成形加工技術(shù)，就必須具有金屬塑性變形理論的基礎(chǔ)知識 塑性變形的基本概念 ? 在金屬材料中，原子之間作用著相當大的力，足以抵抗重力的作用，所以在沒有其它外力作用的條件下，金屬物體將保持自有的形狀和尺寸。 ? 彈性變形 當物體受到外力作用之后，它的形狀和尺寸將發(fā)生變化即變形，變形的實質(zhì)就是原子間的距離產(chǎn)生變化。假如作用于物體的外力去除后，由外力引起的變形隨之消失，物體能完全恢復自己的原始形狀和尺寸，這樣的變形稱為彈性變形。 ? 塑性變形 如果作用于物體的外力去除后，物體并不能完全恢復自己的原始形狀和尺寸，這樣的變形稱為塑性變形。塑性變形和彈性變形都是在變形體不破壞的條件下進行的（即連續(xù)性不破壞） 通常用塑性表示材料塑性變形能力。 塑性 指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性能力。金屬的塑性不是固定不變的，影響它的因素很多，除了金屬本身的晶格類型、化學成分和金相組織等內(nèi)在因素之外，其外部因素 —— 變形方式（機械因素即應力狀態(tài)與應變狀態(tài)）、變形條件（物理因素即變形溫度與變形速度）的影響也很大。影響金屬塑性的主要因素如表 所示。 ? 衡量金屬塑性高低的參數(shù)稱為塑性指標（延伸率 δ、斷面收縮率ψ）。 ? 塑性指標 是以材料開始破壞時的塑性變形量來表示，它可借助于各種實驗方法測定。目前應用比較廣泛的是拉伸試驗，對應于拉伸試驗的塑性指標，用延伸率 δ和斷面收縮率 ψ表示。 δ和 ψ的數(shù)值由下式確定： ? 需要指出，各種試驗方法都是相對于特定的受力狀況和變形條件的，由此所測定的塑性指標，僅具有相對的比較意義。 ? 變形力 塑性變形時，使金屬產(chǎn)生變形的外力稱為變形力。 ? 變形抗力 金屬抵抗變形的力稱為變形抗力，它反映材料產(chǎn)生塑性變形的難易程度，一般用金屬材料產(chǎn)生塑性變形的單位變形力表示其大小。 ? 金屬受外力作用產(chǎn)生塑性變形后不僅形狀和尺寸發(fā)生變化，而且其內(nèi)部的組織和性能也將發(fā)生變化。一般會產(chǎn)生加工硬化或應變剛現(xiàn)象，即金屬的機械性能，隨著變形程度的增加，強度和硬度逐漸增加，而塑性和韌性逐漸降低；晶粒會沿變形方向伸長排列形成纖維組織使材料產(chǎn)生各向異性；由于變形不均，會在材料內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應力，變形后作為殘余應力保留在材料內(nèi)部。 塑性力學基礎(chǔ) ? .點的應力與應變狀態(tài) ? 金屬沖壓成形時，外力通過模具作用在坯料上，使其內(nèi)部產(chǎn)生應力，并且發(fā)生塑性變形。一定的力 的作用方式和大小都對應著一定的變形，受力不同，變形就不同。 ? 由于坯料變形區(qū)內(nèi)各點的受力和變形情況不同，為了全面、完整地描述變形區(qū)內(nèi)各點的受力情況，引入點的應力狀態(tài)的概念。某點的應力狀態(tài)， 通常是圍繞該點取出一個微?。ㄕ┝骟w（即所謂單元體），用該單元體上三個相互垂直面上的應力來表示。一般可沿坐標方向?qū)⑦@些應力分解成 9個應力分量，即 3個正應力和 6個剪應力，如圖 a）所示。由于單元體處于靜平衡狀態(tài)，根據(jù)剪應力互等定理（ ηxy=ηyx ， ηxz=ηzx ， ηyz=ηzy），實際上只需要知道 6個應力分量，即 3個正應力和 3個剪應力，就可以確定該點的應力狀態(tài)。 ? 對于任何一種應力狀態(tài)，總是存在這樣一組坐標系，使得單元體各表面只有正應力而無剪應力，如圖 ）所示 , 這樣，應力狀態(tài)的表示將大大的簡化。我們稱剪應力為零的平面為主平面， 與主平面垂直的各條軸線稱主軸，作用在主平面上的正應力稱為主應力（一般用 б б б3表示），以主應力表示的應力狀態(tài)，稱為主應力狀態(tài)，表示主應力有無與方向的圖形， 稱主應力狀態(tài)圖。 塑性變形過程中，可能出現(xiàn)的主應力狀態(tài)圖共有九種，如圖 所示。 ? 變形體內(nèi)存在應力必然產(chǎn)生應變。通常用應變狀態(tài)來描述點的變形情況，點的應變狀態(tài)與點的應力狀態(tài)類似。應變也有正應變和剪應變之分，當采用主軸坐標系時，單元體上也只有三個主應變分量 :ε1 、 ε2 、 ε3金屬材料在塑性變形時，體積變化很小，可以忽略不計。因此，一般認為金屬材料在塑性變形時體積不變，可證明滿足 ε1 +ε2 +ε3=0 ，由此可見，塑性變形時，三個主應變分量不可能全部同號，只可能有三向和二向應變狀態(tài)，不可能有單向應變狀態(tài)。其主應變狀態(tài)圖只有三種，如圖 。 2．金屬的屈服條件 ? 眾所周知，在材料單向拉伸中，由于質(zhì)點處于單向應力狀態(tài)， 只要單向拉伸應力達到材料的屈服極限，該質(zhì)點即行屈服，進入塑性狀態(tài)。在多向應力狀態(tài)時， 顯然就不能僅僅用某一應力分量來判斷質(zhì)點是否進入塑性狀態(tài)，必須同時考慮其它應力分量。研究表明，只有當各應力分量之間符合一定的關(guān)系時，質(zhì)點才進入塑性狀態(tài)。這種關(guān)系叫做屈服條件，或屈服準則，也稱塑性條件或塑性方程。 ? 滿足屈服條件表明材料處于塑性狀態(tài)。材料要進行塑性變形，必須始終滿足屈服條件。 對于應變硬化材料，材料要由彈性變形轉(zhuǎn)為塑性變形，必須滿足的屈服條件叫初始屈服條件；而塑性變形要繼續(xù)發(fā)展，必須滿足的屈服條件則叫后繼屈服條件。 在一般應力狀態(tài)下，塑性變形過程的發(fā)生、發(fā)展，實質(zhì)上可以理解為一系列的彈性極限狀態(tài)的突破 —— 初始屈服和后繼屈服。 ? 材料是否屈服和進入塑性狀態(tài)，主要取決于兩方面的因素： ? (1）在一定的變形條件（變形溫度和變形速度）下材料的物理機械性質(zhì) ——轉(zhuǎn)變的根據(jù)。 ? (2）材料所處的應力狀態(tài) —— 轉(zhuǎn)變的條件。 ? 目前在工程上常用的屈
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