1、单位代码 学 号 分 类 号 密 级 XX大学毕业设计文献翻译院（系）名称工学院机械系专 业 名 称 材料成型及控制工程 学 生 姓 名 指 导 教 师20xx年 03 月 10 日冲压成形的特点与板材冲压成形性能冲压是通过模具使板材产生塑性变形而获得成品零件的一种成形工艺方法。由于冲压通常在冷态下进行，因此也称冷冲压。只有当板材厚度超过8100 mm时，才采用热冲压。冲压加工的原材料一般为板材或带材，故也称板材冲压。某些非金属板材（如胶木板、云母片、石棉、皮革等）亦可采用冲压成形工艺进行加工。冲压广泛应用于金属制品各行业中，尤其在汽车、仪表、军工、家用电器等工业中占有极其重要的地位。冲压成形
2、需研究工艺、设备和模具三大类基本问题。板材冲压具有下列特点：1） 材料利用率高，2） 可加工薄壁、形状复杂的零件，3） 冲压件在形状和尺寸精度方面的互换性好，4） 能获得质量轻而强度高、刚性好的零件，5） 生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。冲压模具制造成本高，因此适合于大批量生产。对于小批量、多品种生产，常采用简易模具，同时引进冲压加工中心等新型设备，以满足市场求新求变的需求。板材冲压常用的金属材料有低碳钢、钢、铝、镁合金及高塑性的合金钢等。如前所述，材料形状有板材和带材。冲压生产设备有剪床和冲床。剪床是用来将板材剪成具有一定宽度的条料，以供后续冲压工序使用，冲床可用于剪切及成形。1
3、.1 冲压成形的特点生产实践中所采用的冲压成形工艺方法有很多，具有多种形式和名称，但其塑性变形的本质是相同的。冲压成形具有如下几个非常突出的特点。1） 垂直于板面方向的单位面积上的压力，其数值不大便足以在板面方向上使板材产生塑性变形。由于垂直于板面方向上的单位面积上的压力的数值远小于板面方向上的内应力，所以大多数的冲压变形都可以近似地当作平面应力状态来处理，使其变形力学的分析和工艺参数的计算等工作都得到很大的简化。2） 由于冲压成形的板材毛坯的相对厚度很小，在呀应力作用下的抗失稳能力也很差，所以在没有抗失稳装置（如压边圈等） 的条件下，很难在自由状态顺利地完成冲压成形过程。因此，以拉应力作用为
4、主的伸长类冲压成形过程多于以压应力作用为主的压缩类成形过程。3） 冲压成形时，板材毛坯内应离的数值等于或小于材料的屈服应力。在这一点上，冲压成形与体积成形的差别很大。因此，在冲压成形时变形区应力状态中的静水平压力成分对成形极限与变形抗力的影响，已失去其在体积成形时的重要程度，有些情况下，甚至可以完全不予考虑，即使有必要考虑时，其处理方法也不相同。4） 在冲压成形时，模具对板材毛坯作用力所形成的约束作用较轻，不像体积成形（如模锻等）是靠与制件形状完全相同的型腔对毛坯进行全面接触而实现的强制成形。在冲压成形中，大多数情况下，板材毛坯都有某种程度的自由度，常常是只有一个表面与模具接触，甚至有时存在板
5、材两侧表面都不与模具接触的变形部分。在这种情况下，这部分毛坯的变形是靠模具对其相邻部分施加的外力实现其控制作用的。例如，球面和锥面成形时的悬空部分和管端部的卷边成形等都属于这种情况。由于冲压成形具有上述一些在变形与力学方面的特点，致使冲压技术也形成了一些与体积成形不同的特点。1） 由于不需要在板材毛坯的表面施加很大的单位压力即可使其成形，所以在冲压技术中关于模具强度与刚度的研究并不重要，相反地却发展了许多简易模具技术。由于相同的原因，也促使靠气体或液体压力成形的工艺方法得以发展。2） 因冲压成形时的平面应力状态或更为单纯的应变状态（与体积成形相比），当前对冲压成形中的毛坯的变形与力能参数方面的
6、研究较为深入，有条件运用合理的科学方法进行冲压加工。借助于电子计算机与先进的测试手段，在对板材性能与冲压变形参数进行实时测量与分析的基础上，实现冲压过程智能化控制的研究工作也在发展。3） 在对冲压成形过程有了较为深入的了解之后，已经认识到冲压成形与原材料有十分密切的关系。所以，对板材冲压性能即成形性与形状稳定性的研究，目前已成为冲压技术的一个重要内容。对板材冲压性能的研究工作不仅是冲压技术发展的需要，而且也促进了钢铁工业生产技术的发展，为提高板材的质量提供了一个可靠的基础与依据。1.2 冲压变形的分类冲压成形工艺可完成多种工序，其基本工序可分为分离和变形工序两大类。分离工序是使毛坯的一部分与另
7、一部分相互分离的工艺方法，主要有落料、冲孔、切边、剖切、修整等。其中又以冲孔、落料应用最广。变形工序是使毛坯的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工艺方法，主要有拉深、弯曲、局部成形、胀形、翻边、缩径、校形、旋压等。从本质上看，冲压成形就是毛坯的变形区在外力的作用下产生相应的塑性变形，所以变形区内应力状态和变形性质是决定冲压成形性质的基本因素。因此，根据变形区应力状态和变形特点进行的冲压成形分类，可以把成形性质相同的成形方法概括成一个类型并进行体系化的研究。绝大多数冲压成形时毛坯变形区均处于平面应力状态。通常认为在板材表面上不受外力的作用，即使有外力作用，其数值也是较小的，所以可以认为垂直与
8、板面方向上的应力为零，使板材毛坯产生塑性变形的是作用于板面方向上相互垂直的两个主应力。由于板厚较小，通常都近似地认为这两个主应力在厚度方向上是均匀分布的。基于这样的分析，可以把各种形式冲压成形中的毛坯变形区的受力状态与变形的特点，在平面应力的应力坐标系中（冲压应力图）与相应的两向应变坐标系中（冲压应变图）以应力与应变坐标决定的位置来表示。也就是说，冲压应力图与冲压应变图中的不同位置都代表着不同的受力情况与变形特点。1、冲压毛坯变形区受两向拉应力作用时，可以分为两种情况：即 和 。在这种情况下，绝对值最大的应力都是拉应力。以下对这两种情况分别进行分析。1）当时，按全量理论可以写出如下应力与应变的
9、关系式： （1.1）式中 和 分别是轴对称冲压成形时的径向主应变，切向主应变和厚度方向上的主应变； 和 分别是轴对称冲压成形时的径向主应力，切向主应力与厚度方向上的主应力；平均应力，； 常数。在平面应力状态时，见式（1.1）具有如下形式： （1.2）因为 ，所以必定有 与 。这个结果表明：在两向拉应力的平面应力状态时，如果绝对值最大的拉应力是，则在这个方向上的主应变一定是正应变，即是伸长变形。又因为，所以必定有 与，即在板材厚度方向上的应变是负的，即为压缩变形，厚度变薄。在方向上的变形取决于 与的数值：当 时，；当 时，；当时,。的变化范围是。在双向等拉力状态时，由式（1.2）得 及 ；在单向
10、拉应力状态作用时，由式（1-2）可得，。根据上面的分析可知，这种变形情况处于冲压应变图中的AON范围内（见图1.1）；而在冲压应力图中则处于GOH范围内（见图1.2）。2） 当时，由式（1.2）可知：因为，所以一定有 与。这个结果表明：对于两向拉应力的平面应力状态，当的绝对值最大时，则在这个方向上的应变一定是正的，即一定是伸长变形。又因为，所以一定有 与 ，即在板厚方向上的应变是负的，是压缩变形，厚度变薄。在方向上的变形取决于 与的数值，当时，；当时，。这时的变化范围是。当时，也就是在双向等拉的应力状态下，在两个拉应力方向上产生数值相同的伸长变形；当时，也就是说，在单向应力状态下，其变形性质与
11、一般的简单拉伸是完全一样的。这种变形与受力情况，处于冲压应变图中的AOC范围内（见图1.1），处于冲压应力图中的AOH范围内（见图1.2）。上述两种冲压变形情况，仅在最大应力的方向上不同，而两个应力的性质以及它们引起的变形都是一样的。因此，对于各向同性的均质材料，这两种变形是完全相同的。2、 冲压毛坯变形区受两向压应力的作用，这种变形也分两种情况分析，即 和 。1） 当且时，由式（1-2）可知：因为，所以一定有 与。这个结果表明，在两向压应力作用的平面应力状态时，如果绝对值最大的应力是，则在这个方向上的应变一定是负的，即压缩应变。又因为，所以必定有与，即在板厚方向上的应变是正的，板料增厚。在方
12、向上的变形取决于与的数值：当 时，；当 时，；当时,。这时的变化范围是与0之间。时，是双向等压的平面应力状态，故有；当时，是单向受压的应力状态，所以。这种变形情况处于冲压应变图的EOG范围内（见图1.1），而在冲压应力图中则处于COD范围内（见图1.2）。2）当且时，由式（1-2）可知：因为，所以一定有及。这个结果表明：对于两向压应力作用的平面应力状态，如果绝对值最大的应力是，则在这个方向上的应变一定是负的，一定是压缩应变。又因为，必定有及，即在板厚方向上的应变是正的，板厚增大。方向上的变形取决于应力和的数值：当时，；当时，；当时，。这时的数值只能在之间变化。当时，是双向等压力的应力状态，所以
13、；当时，是单向受压的应力状态，所以有。这种变形情况，在冲压应变图中处于GOL的范围内（见图1.1），而在冲压应变图中处于 图1.1 冲压应边图 图1.2 冲压应力图DOE范围内（见图1.2）。3、冲压毛坯变形区受两个方向上异号应力的作用，而且拉应力的绝对值大于压应力的绝对值。这种变形共有两种情况，分别做如下的分析。1）当，及|时，由式（1-2）可知：因为，及|，所以一定有 及。这个结果表明，在异号的平面应力状态时，如果绝对值最大的应力是拉应力，则在这个绝对值最大的拉应力方向上的应变是正的，即为伸长变形。又因为，及|，所以必定有，即在厚度方向上的应变是负的，是压缩变形。这时，的数值只能在和的范围
14、内。当时，而且|=|；当时，而且，这时单向受拉的应力状态。这种变形状态处于应变图中的MON范围内（见图1.1），而在冲压应力图中处于FOG范围内（见图1.2）。2）当,，及|时，利用式（1.2），用与前项相同的方法分析可得。即在异号应力作用的平面应力状态下，如果绝对值最大的应力是拉应力，则在这个方向上的应变是正的，是伸长变形；而在压应力方向上的应变是负的（），是压缩变形。这时的数值只能介于与之间。当时，, ，而且有|=|；当时，, ，而且。这种变形处于冲压应变图中的COD范围内（见图1.1），而在冲压应力图中则处于AOB范围内（见图1.2）。虽然这两种情况的表示方法不同，但从变形的本质上看是一
15、样的。4、冲压毛坯变形区受两个方向上异号应力的作用，而且压应力的绝对值大于拉应力的绝对值。以下对这种变形的两种情况分别进行分析。1）当，而且|时，由式（1.2）可知：因为，与|，必定有及。这个结果表明：在异号应力的平面应力状态下，如果绝对值最大的应力是压应力，则在这个方向上的应变是负的，是压缩变形。又因为，必定有 及 ，即在拉应力方向上的应变是正的，是伸长变形。这时的数值只能介于与之间。当时，, ，而且；当时，, ，而且。这种变形处于冲压应变图中的MOL范围内（见图1.1），而在冲压应力图中则处于EOF范围内（见图1.2）。2）当，而且|时，利用式（1.2）的关系，并用与前项相同的分析方法可得。即在异号应力作用的平面应力状态下，如果绝对值最大的应力是压应力，则在这个方向上的应变是负的，是压缩变形；而在拉应力作用方向上的应变是正的，
