第一章板料冲压性能与成形极限第二次课

山东科技大学冲压工艺与模具设计主讲人：苏春建机电学院材料成型专业冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限本节内容1、成形极限(FormingLimitDiagram,FLD)的基本概念2、FLD理论基础(拉伸失稳理论)3、成形极限曲线的制作4、影响成形极限曲线的因素5、基于Dynaform的应力成形极限图的应用1.4、常用材料的冲压性能冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限1.3板料的成形极限1.成形极限(FormingLimitDiagram,FLD)的基本概念所谓冲压成形极限是指板料在冲压加工中所能达到的最大变形程度。评定材料的成形性能方法单向拉伸试验模拟方法进行的工艺试验冲压成形极限图利用板料的单向拉伸试验所得的机械性能指标来评定材料的成形性能，是一种最为简便的方法。材料的硬化指数n值大，应变分布比较均匀，有利于拉胀类零件的成形；厚向异性指数r值高，板材不容易变薄，深压延性就好。但是，根据单向拉伸试验所提供的机械性能指标，只能定性地分析材料完成某一成形工序的难易，而不能直接用来估算具体零件冲压过程的成败。以往鉴定板料的成形性能，大多依赖用模拟方法进行的工艺试验。例如Swift杯形件压延试验，福井锥形件压延试验和压坑试验等。模拟试验条件比较单纯，试件形状简单划一。因此，对于指导形状复杂、变形状态复杂的零件的生产，其试验结果往往很难在生产中直接应用。成形极限图是20世纪60年代由keeler和goodwin等人提出的概念，用来反映板料的成形性能，为定性和定量研究板料的局部成形性能建立了基础。成形极限图是判断和评定板料成形性的最为简便和直观的方法，是解决板料冲压问题的一个非常有效的工具。冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限FLD是板料在不同应变路径下的局部失稳极限应变e1和e2（工程应变）或ε1和ε2（真实应变）构成的条带形区域或曲线。它全面反映了板料在单向和双向拉应力作用下的局部成形极限。Keeler提出了右半部分即拉-拉区goodwin提出了左半部分即拉-压区板料成形的基本变形方式,不外两种类型、四种状态。即以拉伸为主的“放”,包括拉一拉、拉一压两种状态和以压缩为主的“收”包括压一拉、压一压两种状态。目前在生产中已经获得广泛应用的成形极限曲线,虽属“放”的范畴,实际上仅在单拉与双向等拉之间。应变图L冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限2.FLD理论基础(拉伸失稳理论)拉伸失稳理论是建立FLD的理论基础失稳概念1）单向拉伸失稳△l(ε)Pmax1.b点之前均匀变形之后不均匀变形2.力学分析3.b为失稳点4.bc段比较平稳，这时材料承载能力的薄若环节，在一个较宽的变形区内交替转移称为分散性失稳。5.cp段，材料承载能力的薄弱环节集中在某一更小的局部剖面，无法转移出去，称为集中性失稳。其极限状态则为断裂.dp=0（失稳临界条件）D冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限2）双向拉伸失稳双向拉伸过程的失稳问题是在平面应力状态下进行的，假定板料平面内的两个主应力分别为σ1和σ2，厚度方向上的主应力σ3=0，且有σ1σ20σ1σ2双向拉伸失稳同样具有两个不同的发展状态，即所谓分散性失稳与集中性失稳，最后形成集中性细颈，而其发展的极限状态，则是拉断。结论：单从板料拉伸变形的稳定性着眼，可以用分散性失稳，从板料破裂前极限变形程度的估计着眼，就要以集中性失稳作为标准。冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限失稳理论假设分散性失稳区板料的原始长、宽、高为a0、b0、t0,拉伸变形到a、b、t。1）Swift分散性失稳理论沿1轴方向的拉力P1为：P1=btσ1=b0t0eε2+ε3σ1=b0t0e-ε1σ1沿2轴方向的拉力P2为：P2=atσ2=a0t0eε1+ε3σ2=a0t0e-ε2σ2Swift提出，以dP1=0和dP2=0作为出现分散性失稳的判据。这时材料承载能力在两个方向上同时出现极值。将P1和P2表达式微分，可得：板条单向拉伸时，外载荷的加载失稳点和变形的分散性失稳点基本上同时发生。所以，单向拉伸的分散性失稳条件可以写成下式dd（Swift失稳理论）因为dAdA所以材料的强化率恰好等于断面的减缩率。故分散性失稳又可称为宽向失稳。（Swift失稳理论）冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限2）Hill集中性失稳理论分散性失稳的颈缩扩散发展到一定程度以后，变形集中在某一狭窄条带内（与板厚为同一数量级），发展成为沟槽，称为集中性失稳(单向拉伸)。集中性失稳开始以后，沟槽加深，外载急剧下降，板条最后分离为二。集中性失稳产生的条件是：材料的强化率与其厚度的减缩率恰好相等。这就是R.Hill的集中性失稳理论，故集中性失稳也可称为厚向失稳tddtdt分散性失稳理论认为当外力达到最大时,板料失稳。但是板料经过分散性失稳后仍有相当的变形能力,所以在板成形领域人们更关心集中性失稳,即通常将集中性失稳作为板成形过程的变形极限。结论：单从板料拉伸变形的稳定性着眼，可以用分散性失稳，从板料破裂前极限变形程度的估计着眼，就要以集中性失稳作为标准。冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限3.成形极限曲线的制作成形极限曲线可以用试验方法制作,也可以根据生产中积累的对破裂零件或濒于破裂零件的测量数据得出。试验法中，坐标网格技术是制作成形极限图的重要手段。通过测量变形后的坐标网格的网目尺寸，并进行计算，可以获得有关板料变形和应力的大小、分布等重要信息，研究板料的变形状态、变形路径、破坏时的极限应变等。冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限步骤：1)试验前，在毛坯表面做出直径为1.5~2.5mm的小圆圈坐标网2)试验时，将球形凸模压入材料，当试件出现裂纹时即停止。冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限3)取出试件，在离裂纹最近的完整网格上测量小圆圈变成椭圆的尺寸。4)对试样进行测量后，我们得到的是变形后椭圆长轴和短轴的长度。先根据工程应变的计算公式得到工程主应变e1和工程次应变e2。再有工程应变计算出真实应变。计算公式如下式中，d1,d2,d0分别为椭圆长轴长度，椭圆短轴长度，基圆直径。e1,e2分别为长轴工程应变，短轴工程应变式中，ε1,ε2分别为长轴和短轴的真实应变冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限5)通过改变毛坯的形状和尺寸以及润滑方式等方法来改变应力值的比值，再测得不同的应变状态。将这些极限应变点(ε1,ε2)绘在ε1-ε2坐标系中，并以尽可能小的区域将这些点都包括进去，将这些点以多项式拟合成一条光滑的曲线，即可得到该试验材料的成形极限曲线（FLC）。冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限4.影响成形极限曲线的因素不同的材料种类,不同的应变测量准则,所得的成形极限曲线也不一样。此外,诸如材料的n、r和m值,应变梯度,应变途径和应变率等因素,也对成形极限曲线的形状和位置产生很大的影响.材料的机械性质的影响a)硬化指数n值大,材料的强度效应大,应变分布比较均匀。因此,板料的压制成形性能愈好,成形极限曲线升高。硬化指数对颈缩极限曲线的影响冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限b)厚向异性指数r值大,拉一拉区的极限应变值就低。实验结果显示,除了平面应变端以外,r值对成形极限曲线影响不太显著,但是可以看出r值增大,极限应变值下降。其他的因素对成形极限的影响还有待于研究冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限5.基于Dynaform的应力成形极限图的应用冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限组织同学自学1.4常用材料的冲压性能冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限总结：作业：认真上网查多篇成形极限图应用的文章，熟练掌握成形极限图的应用下课了，该醒醒了！冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限对板料冲压来说，厚度方向的应力很小，可以忽略不计，一般都认为是平面应力状态。σ3=0OA：应力状态为单向拉应力σ1，应变状态为一拉二压，即ε1=-2ε2=-2ε3(厚向应变)OB：应力状态为两向拉应力σ1=2σ2，应变状态平面变形状态，即ε1=-ε3，ε2=0OC：应力状态为两向等拉应力σ1=σ2，应变状态为两向等拉加一向压缩，即ε1=ε2=-1/2ε3返回冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限基勒－固德文成形极限图TheFLDofKeeler-Goodwin020-30δ１/(%)103040-10-20-40204060801001200临界区临界区破裂区安全区δ2/(%)返回冲压工艺及模具设计第一章板料冲压性能与成形极限单向拉伸力学分析板料单向拉伸时，先是整个试样的均匀伸长，然后变形集中在某一局部形成细径，最后被拉断。所以试样沿长度方向的应变分布是不均匀的。细径中心(拉断处)材料的应变量最大。细颈点的发生、发展过程及其作用简述如下。返回