2015 年春季学期研究生课程考核
（读书报告、研究报告）
考核科目: 板材成形性能与塑性失稳理论学生所在院（系）:材料科学与工程学院
学生所在学科:材料工程
学生姓名
学号
学生类别:应用型
考核结果阅卷人
高速率板材冲压成形
高速率成形技术指在极短的时间内，将巨大能量通过介质（空气或水等）以高压冲击波作用于工件，使其在极高的速度下变形和紧贴模具而成形的一种加工方法。它在大约几十到几百微秒的短促时间内，将能量由化学能源、电能源或其它机械能源，通过介质(空气或水等)以高压冲击波作用于工件，高速率成形的成形速率高达50-300m/s，与传统金属成形工艺最大的不同在于压力大、压力持续时间短，工件变形速度快，主要靠获得的动能，在惯性力的作用下成形。与机械冲压成形技术、准静态液压成形技术等传统成形技术相比，具有成形力量大、成形时间短、装置简单等特点。
高速动车、航空航天、武器装备等制造业结构的轻量化要求对高强度难成形材料（如铝合金、镁合金、高强度钢等）应用日益增加，高速率成形技术因其具有提高难成形材料成形性能和减小工件回弹的优势，显示出越来越重要的应用价值。高速率成形技术包括爆炸成形、电磁成形和液电成形等。
在高速率成形中，极高的成形压力在极短时间内加载使得工件上具有非常大的惯性力和动能，惯性的作用不可忽略。因为高速率成形是高能量在短时间内的释放，所以高速率成形也称为高能率成形(High Energy Rate Forming)〕。高成形速率使得多种难金属工件的成形性得到提高，使某些难加工的金属也能变得容易成形，并且在正确选择工艺参数及边界条件的情况下，可以使金属得到远大于传统准静态成形所能达到的变形程度。
1.爆炸成形技术
爆炸成形是利用爆炸物质在爆炸瞬间释放出巨大的化学能使金属坯料产生塑性变形的高速率成形方法。爆炸瞬间释放出的巨大化学能转化为周围介质的高压冲击波，并以脉冲形式作用于毛坯，使其发生塑性变形。爆炸成形技术可将成形能量直接作用于金属坯料，也可以通过空气、水和砂等介质传播后作用于坯料。利用介质传播爆炸成形能量的成形方法主要用于板材和管件成形、压印和翻边等，直接作用于金属坯料的爆炸成形主要用于胀形、挤压、焊接、粉末压实和表面强化等。爆炸成形技术作为高速率成形技术相较于传统成形技术具有简化的设备和模具，高速率成形带来的低回弹率，以及可以对大型零件生产加工等特点。但是，爆炸成形多为户外作业，受气候环境影响严重，且自动化程度低，生产效率较低，只适合单件小批量生产；危险性高、操作条件高，阻碍了其广泛应用。
2.液电成形技术
液电成形是在液中高压放电产生冲击波实现零件高速成形。图2.1是液电成形的电路原理。电源电压经升压整流后形成高压，对高压电容器进行充电，电容器电压达到放电开关辅助间隙的击穿电压时，高压脉冲电容所储存的能量在放电电极上突然释放，在强电场作用下，液体介质发生解离和碰撞电离，形成放电通道，高压电容器会瞬时向放电通道输入巨大电能，使放电通道骤然膨胀，由液体介质传递冲击波向四周高速膨胀，实现零件高速成形。
图2.1 高电压冲击电流发生装置
液电成形技术特点有以下几点：
（1）成形速度快。液中放电产生的爆炸冲击力可达103至104MPa，产生的冲击波传播速度可达超音速，成形速度达每秒几百米，远高于传统成形技术成形速度的每秒几米至几十米。
（2）成形质量高。高成形速率提高了材料的塑性变形性能和减小了材料回弹，液体介质代替模具减小了零件表面磨损，因而，液电成形具有良好的成形精度和表面质量。一般认为液电成形技术精度可达到0.02至0.05mm。图2.2是研究人员对比机械冲压成形、准静态液压成形和液电成形Ｖ型槽的实验，准静态液压成形获得的零件顶端半径为1.75mm，而液电成形技术获得的零件顶端半径为0.8mm。
（3）易于实现机械化和自动化。液电成形的成形能量由电容储存电能提供，因此，成形能量可通过电容器的电容和充电电压来控制，易于实现，且重复性好，有利于生产过程的机械化和自动化。
（4）设备通用性强。液电成形设备主体是一套电器装置，成形部分只需凸
模或凹模其中之一，改变放电元件参数及模具即可完成多种加工。设备不需要运动部分，维护简单。
图2.2 不同成形方式实验装置对比
3.电磁成形技术
电磁成形(EMF，Electromagnetic Formingl是利用磁场力使金属坯料变形的高速成形方法。它是利用脉冲电容器突然释放储存的能量，通过线圈产生强而短促的磁场,同时在金属毛坯上产生感应磁场，利用磁场力使金属成形。因为在成形过程中载荷是以脉冲的方式作用于坯料的，故又称之为磁脉冲成形。由于电磁成形中电磁脉冲能产生准静水压力，非常有利于防止工件起皱及回弹问题的改善。电磁成形中材料变形时间短，一般在10一100ms之间完成，材料的高变形速率使得材料本身产生高塑性(HyPcrplasticity)现象，很大程度上提高了材料的延展性，并且成形后材料的残余应力低，回弹较小，相对于传统的静压成形改善了材料的应变。
图3.1 平板电磁成形示意图
电磁成形是利用金属在脉冲磁场中受力作用而使其变形的一种加工方法，由于金属是在脉冲磁场中受力作用而变形的，也称磁脉冲成形，变形区内金属流动
的速度可达到300m/s。电磁成形加工中的磁场力一般为几十兆帕，峰值压力可达400一450兆帕。电磁成形是利用磁场力，而不是利用机械力实现对金属的加工。目前电磁成形工艺主要用于平板毛坯成形、管状毛坯的胀形缩径、连结以及冲裁。
电磁成形工作原理图
电磁成形是利用金属在强脉冲磁场中受力作用而使工件发生塑性变形的一种金属成形方法。原理如下:通过变压电源对储能电容器C充电,当高压开关K 闭合后,电容对工作线圈L放电,`在线圈中通过强的脉冲电流,工作线圈在其周围产生强的脉冲磁场,当工作线圈产生的磁场中有工件时,就可以在工件中产生强的涡流,涡流在磁场中受到强的脉冲力,如果超过了工件的屈服极限,工件就发生塑性变形。图3.2是它的充放电原理图,图3是它的工作原理图。
Tl一变压器原边 TZ一变压器副边 R一回路中的电阻 D一二极管C一电容
K一隔离间隙 L一电感线圈
图3.2电磁成形充放电原理图
图3.2 电磁成形工作原理图
电磁成形的主要优点
1.可以很方便的实现高速成形,每分钟可工作数百次,具有与普通冲压加工
相近似的生产效率。
2.可以方便的实现各种工艺参数和成形过程的控制,所以容易实现生产过
程的机械化和自动化。
3.电磁成形工艺不产生摩擦,无需润滑剂,也就省去了后续的清理工序,因
此,对生产环境没有特殊要求,不会造成环境的污染和危害,可以在普通
的金属加工厂内应用。
4.电磁成形机没有运动部分,维护工作十分简单,也不会出现机械压力机因
使用不当而出现的超载损坏等问题。
5.电磁成形工艺装备及模具十分简单,只需一个凸模或凹模即可实现加工,
所以模具及工装的费用低。
6.电磁成形可以实现金属和非金属的连接和装配,对装配前的零件加工精
度无特殊要求,并且不必担心非金属装配零件的损坏。
7.电磁成形时,毛坯的变形不是由刚体模具的外力,而是由电磁力(体积力)
引起的,因此,毛坯的表面不受损伤,可以将表面抛光工序等安排在成型
加工和装配之前,而且可以减轻因刚体模具引起的局部过度变簿,另外,
磁场可以穿透非金属材料,所以可以对有非金属涂层或放在容器内的工
件进行加工。
8.电磁成形工艺适于加工铜、铝和低碳钢等良导体材料,对导电性能差的材
料,加工效率低,但可以利用良导体做驱动片进行间接加工,或采用特制
的高频率机器。
9.电磁成形的零件精度高,残余应力低,形状冻结性好,有利于提高产品的
质量和使用寿命。
电磁成形工艺设计要点
电磁成形可实现各种冲压加工工序,在制定电磁成形工艺过程时,应该着重分析和正确处理以下几个问题。
1.毛坯材料
在电磁成形时,为使毛坯产生塑性变形所需要的作用力,是由于交变磁场(脉冲磁场)的作用使毛坯内产生感应电流作用的结果,因此,只有毛坯材料是电导体的条件下,才有可能进行电磁成形,工业用各种金属,都是电导材料,但是,它们的导电性并不相同,一般认为,导电率差的材料,可以用放电频率较高(50KHz)的电磁成形机稍补偿。
导电性能差的材料,电磁成形时的效率较低,金、银、铝、铜和它们的各种合金,导电性能好,是最适合于电磁成形加工的金属材料,低碳钢的导电性能较差,导电性能更差的金属有各种合金钢,钦合金等,在用电磁成形方法加工这些毛坯时,为了提高变形过程的效率,应该在毛坯和成形线圈之间放置一个“驱动片,利用驱动片的高导电性,使其带动低导电性材料变形。
驱动片材料应具有良好的导电性和低的强度,生产中常用退火的紫铜制作驱动片,驱动片的形状应保证能够产生较大的磁场力,对毛坯的合理作用和尽量小地消耗
能量,因此,驱动片的厚度要适宜,太薄时,磁场扩散透过了驱动片,作用力减小,驱动片太厚时,则由于驱动片本身的变形耗能太大,而减少了工件的变形效果,试验表明,对于某一确定的条件,驱动片厚度有一最佳值,例如,对0.5毫米厚不锈钢平板毛坯变形时驱动片厚度最佳值为0.4毫米。
2.毛坯几何形状.
毛坯的几何形状必须保证感应电流不受阻碍,畅通无阻,因此电磁成形作用的毛坯上不应开有细长的孔,以免切断感应电流的通路。从原理上讲,电磁成形毛坯的厚度与尺寸的上限是没有的,只要电磁成形机的能量足够,大尺寸零件的成形应当不成问题的,但是,目前最大的电磁成形机的能量是500KJ,因此,从经济角度出发,电磁成形零件的厚度和尺寸均不宜过大,电磁成形零件的厚度不宜过小,否则成形效率低,而且严重时可能影响效果,电磁成形的最小厚度决定于被加工金属的种类,电磁成形机的放电频率等因素,如果被加工的金属导电性能良好(金、银、铜、铝、镁、等),而且应用放电频率较高(5OKHZ)的电磁成形机时,材料的最小厚度可达到0.3-0.5毫米。
3.模具
电磁成形模的模腔形状,与成形件相应部分的形状,尺寸相同,电磁成形时,毛坯以很快的速度向模具表面贴靠,所以模腔内应设有足够的排气孔,必要时,应设有抽真空系统,排气孔的直径可取为成形材料厚度的一半。电磁成形模材料,取决于成形零件的形状,厚度和材料的力学性能,当成形零件的生产批量大,所用的材料较硬时,应该采用合金模具钢或工具钢等,在小批量生产而且成形零件的原材料较软时,也可以用非金属模具,如玻璃钢、增强树脂等,冲孔模材料,应采用工具钢或冷冲模具钢。在选用模具材料时,应尽量避免使用导电性能好的材料。当采用导电性能好的材料制作模具时,工作线圈的脉冲电流也将在凹模内产生感应电流,其结果能阻碍毛坯向模具贴靠,有时甚至可能对毛坯产生排斥柞用。尤其当成形毛坯较薄时,这种现象更为严重。
4.工作线圈
工作线圈是把电能转变成磁场能量,是毛坯产生塑性变形的关键元件,其结构形式及电参数将直接影响成形效果。由于电磁成形工艺的种类及成形件形状不同,在实际上有多种形式线圈,按使用情况,工作线圈可分为一次性使用线圈和多次使用线圈;按成形工艺性质,工作线圈可分为缩口用线圈、胀形用线圈及平板毛坯成形用线圈;按结构形式,有螺旋管线圈、平面线圈及带集磁器线圈。线圈通常用方形断面或矩形断面的紫铜、黄铜、青铜等材料绕制,并用酚醛树脂、纤维增强塑料、陶瓷的线圈架固定,绝缘材料常使用聚酞亚胺、聚四氟乙烯等,线圈的固定是用浸有环氧树脂的玻璃纤维。为了满足电磁成形的工艺要求,工作线圈应具有如下特点:
(1)高效率的把电能转变成毛坯塑性变形功。
(2)有足够的强度及可靠的绝缘性。
(3)适宜的放电频率。
(4)必要的冷却。
上述几个要求非常重要,特别是电磁成形时,工作线圈既受到工件给予的作用力,又受到线圈各匝之间的作用力,其强度和使用寿命更加突出,一般来说,可采用在线圈骨架上加工下线槽,在导线和骨架之间充填环氧树脂等加固方法,但是,对于螺线管线圈,其径向力可用线圈骨架支撑平衡,而其轴向力往往会造成线圈的变形和破坏,为此,当线圈高于工件时,防破措施是在线圈两端部加防护套,而对线圈与工件等高且对称放置时不必采用特殊的防破措施。
电磁成型中曲面线圈结构
在电磁成形中，工件绝不仅限于管件与平板，它将会有各种复杂的几何形状，而且对于复杂工件，一般都是采取逐步多次成形的方式，所以工件在成形的各个不同阶段也会有各种不同的形状，Vohnout认为，对于复杂工件的成形，线圈形状应该调整到和工件的几何形状相匹配，以保证线圈与工件之间有较小的间隙。因此，针对复杂形状的工件，传统简单的圆柱螺旋线圈和平板线圈已很难进行高效的成形，设计与工件结构相匹配的新型线圈才是最好的解决方法。
图3.3a 所示为未经过成形的初始平板，图3.3b 是经过冲压或电磁胀形后的板料，胀形轮廓为半球状壳体，这种板料是许多复杂工件初加工的基本形状，可以根据工件最终形状需要，对其进行深度加工，如对板料进行径向的扩张或深度方向的拉深。本章针对如图 4b 所示的特殊形状板材，提出了两种线圈设计思路，设计了两种新型曲面线圈，利用 ANSYS 建立 3D 电磁场模型，分析了两种曲面线圈在工件上产生的磁场力分布，从而可以根据工件最终形状的需要，选择合适的加工工艺，进而选择合适的线圈。
图3.3 板料形状
当线圈的形状与工件几何形状相匹配，即线圈间隙与工件较小时，线圈才能发挥最大的成形效率，因此，本章提出了线圈的两种设计思路：一种是将线圈沿垂直方向绕制，得到曲面螺旋线圈，如图 5a 所示；另一种是将线圈沿水平方向绕制，得到曲面匀压力线圈，如图 5b 所示。这两种线圈的外轮廓均为半球形，能保证与图 5b所示板料较小的间隙。由于
绕制方法的不同，导致了这两种线圈结构上的差异，因此，二者在平板上产生的磁场力分布也各有不同。
图5两种结构的线圈
参考文献
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Characteristics of Stamping and Properties of Sheet Metal Forming 1．overview Stamping is a kind of plastic forming process in which a part is produced by means of the plastic forming the material under the action of a die. Stamping is usually carried out under cold state, so it is also called stamping. Heat stamping is used only when the blank thickness is greater than 8~100mm. The blank material for stamping is usually in the form of sheet or strip, and therefore it is also called sheet metal forming. Some non-metal sheets (such as plywood, mica sheet, asbestos, leather)can also be formed by stamping. Stamping is widely used in various fields of the metalworking industry, and it plays a crucial role in the industries for manufacturing automobiles, instruments, military parts and household electrical appliances, etc. The process, equipment and die are the three foundational problems that needed to be studied in stamping. The characteristics of the sheet metal forming are as follows: (1)High material utilization (2)Capacity to produce thin-walled parts of complex shape. (3)Good interchangeability between stamping parts due to precision in shape and dimension. (4)Parts with lightweight, high-strength and fine rigidity can be obtained. (5)High productivity, easy to operate and to realize mechanization and automatization. The manufacture of the stamping die is costly, and therefore it only fits to mass production. For the manufacture of products in small batch and rich variety, the simple stamping die and the new equipment such as a stamping machining center, are usually adopted to meet the market demands. The materials for sheet metal stamping include mild steel, copper, aluminum, magnesium alloy and high-plasticity alloy-steel, etc. Stamping equipment includes plate shear punching press. The former shears plate into
C型冲床材料的冲压成形性能 卷料对冲压成形工艺的适应能力叫做卷料的冲压成形性能。卷料的冲压成形性能是一个综合性的概念，包括成形极限和成形质量两个方面。 (1)成形极限：在C型冲床冲压成形过程中板料在发生失稳前所能达到的最大变形程度。卷料在成形过程中可能出现两种失稳现象，一种叫拉伸失稳；即在拉应力作用下局部出现颈缩或拉裂；另一种失稳叫压缩失稳：即在压应力作用下起皱。对于不同的成形工序，成形极限是采用不同的极限变形系数来表示的。在变形坯料的内部，凡是受到过大拉应力作用的区域，就会使坯料局部严重变形，甚至拉裂而使冲件报废；只是受到过大压应力作用的区域，若超过了临界应力就会使坯料失稳而起皱。 (2)成形质量：C型冲床的冲压件的质量指标主要是指尺寸和形状精度、厚度变化、表面质量及成形后材料的物理性能等。冲压件不但要求具有所需形状，还必须保证产品质量。影响形状和尺寸精度的主要因案是回弹与劝变，因为在塑性变形过程总包含着一定的弹性变形，卸载后或多或少会出现回弹现象，使得尺寸和形状的精度降低。影响厚度变化的主要原因是冲压成形伴随有伸长或压缩变形，由塑性交形体积不变定律可知，势必导致厚度变化。影响表面质量的主要因素是中由于冲模间隙不合理或不均匀、模具表面祖糙以及材料粘附模具在C型冲床冲压过程所造成的擦伤。 (3)板料的冲压成形性能试验方法：卷料的冲压成形性能试验方法通常分为三种；力学试验、金属学试验(又称间接试验)、和工艺试验(直接试验)。力学试验方法有简单拉伸试验和双向拉伸试验等，用以测定板料的力学性能指标；间接试验方法有硬度试验、金相试验等，用以测定材料的硬度、表面粗糙度、化学成分等；直接试验方法有弯曲试验、胀形试验、拉深性能试验等，是用模拟实际生产中的某种冲压成形工艺的方法测定出相应的工艺参数。
金属板材的牌号及选用 我们通常所说的板材，是指薄钢板（带）；而所谓的薄钢板，是指板材厚度小于4mm的钢板，它分为热轧板和冷轧板。众所周知，在家电制造领域里，冷轧板以及以冷轧板为原板的镀锌板的用途十分广泛，冰箱、空调、洗衣机、微波炉、燃气热水器等等的零件材料的选用都与它紧密相连。近年来，国外牌号钢材的大量涌入，丰富了国内钢材市场，使板材选用范围逐步扩大了，这对提高家电产品的制造质量，提供更丰富的款式和外观，起到了显而易见的作用；然而，由于国外的板材型号与我国板材牌号及标记不一致，再加上目前市面上很少有这方面专门介绍的资料和技术书籍，这给如何选用比较恰当的钢板带来了一定的困惑。 本文针对上述情况，介绍了在我国经常用到和使用最多的几个国家（日本、德国、俄罗斯）的冷轧薄钢板以及以冷轧板为原板的镀锌板的基本资料，并归纳出与我们国家钢板牌号的相互对应关系，借此提高我们对国外板材的识别和认知度，并能熟练选用之。 一、板材牌号及标记的识别 1.冷轧普通薄钢板 冷轧薄钢板是普通碳素结构钢冷轧板的简称，俗称冷板。它是由普通碳素结构钢热轧钢带，经过进一步冷轧制成厚度小于4mm的钢板。由于在常温下轧制，不产生氧化铁皮，因此，冷板表面质量好，尺寸精度高，再加之退火处理，其机械性能和工艺性能都优于热轧薄钢板，在许多领域里，特别是家电制造领域，已逐渐用它取代热轧薄钢板。 适用牌号：Q195、Q215、Q235、Q275；
符号：Q—普通碳素结构钢屈服点（极限）的代号，它是“屈”的第一个汉语拼音字母的大小写；195、215、235、255、275—分别表示它们屈服点（极限）的数值，单位：兆帕MPa（N/mm2）；由于Q235钢的强度、塑性、韧性和焊接性等综合机械性能在普通碳素结构钢中属最了，能较好地满足一般的使用要求，所以应用范围十分广泛。 标记：尺寸精度—尺寸—钢板品种标准 冷轧钢板：钢号—技术条件标准 标记示例：B-0.5×750×1500-GB708-88 冷轧钢板：Q225-GB912-89 产地：鞍钢、武钢、宝钢等 2.冷轧优质薄钢板 同冷轧普通薄钢析一样，冷轧优质碳素结构钢薄钢板也是冷板中使用最广泛的薄钢板。冷轧优质碳素薄钢板是以优质碳素结构钢为材质，经冷轧制成厚度小于4mm的薄板。 适用牌号：08、08F、10、10F 符号：08、10—钢号开头的两位数字表示钢的含碳量，以平均碳含量×100表示；F—不脱氧的沸腾钢；b—半镇静钢，Z—一般脱氧的镇静钢（有时无字母表示）。 例如：08F表示其平均含碳量为0.08%的不脱氧沸腾钢；由于08F钢板的塑性好，冲压性能也好，大多用来制造一般有拉延结构的钣金件制品。 拉延级别：Z—最深拉延级，S—深拉延级，P—普通拉延级
板料冲压件螺纹底孔冲压成形技术 摘要：在板料冲压件上，按其料厚不同分别采用精冲小孔、变薄翻边、冷冲挤等工艺方法，成形螺纹底孔。本文论述了上述螺纹冲压成形工艺、冲模结构及其设计与制造技术。 主题词：冲件螺纹底孔冲小孔变薄翻边冷冲挤成形技术 螺纹联接结构，尤其紧螺纹联接结构，是各种机电与家电产品中零部件最主要的联接结构型式。薄板冲压件进行紧螺纹联接，需要有大于料厚的联接螺纹长度，以确保其联接可靠性，增强其负载能力，才能达到使薄板冲件联接牢靠、重量小的目的，从而使其成为结实、轻巧、紧凑的理想结构零件。 在仪器仪表、电子电器、各类家电、家用器具、玩具等产品的板料冲压件上，经常采用M2-M10的小螺纹紧联接结构。为提高效率并满足大量生产的需求，采用精冲小孔、变薄翻边、冷冲挤等工艺方法，冲压成形这些小螺纹底孔，不仅能以冲压制孔取代钻孔而大幅度提高生产效率，同时能获得尺寸精确、一致性好的底孔，并可使螺纹联接有足够的长度，从而确保其联接可靠性及设计要求的承载能力。所以，用冲压成形技术加工小螺纹底孔，具有优质高产的效果，也是一种成熟而值得推广的工艺技术。 1 螺纹底孔的计算 合适螺纹底孔的大小，不仅取决于螺纹直径，而且与其螺距有着密切的关系，通常可按下式计算： 当t L≤1时，取：d Z=d-t L
当t L>1时，取：d Z=d-～t L (2) 式中 t L-螺距，mm d z-螺纹底孔直径，mm d-螺纹直径，mm 表1 螺纹底孔直径的合理值(mm) 螺纹直径d 螺 距 t L 底 孔 直 径d z M1 M2 M3 M4 M5 M6 M8 M10 M12 1 5
M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27 M302 2 3 3 2 冲制螺纹底孔的基本工艺方法 用冷冲压冲制板料冲压件上螺纹底孔的主要工艺方法有如下几种： (1)厚料冲小孔与精冲孔 当冲件厚t可以满足螺纹联接所需长度时，可用冲压制孔工艺解决。通常在这种情况下，多为厚料冲小孔，即冲制螺纹底孔的直径dz≤t或稍大于t，见表2。螺纹联接的最小有效长度取决于螺纹直径、螺距并与联接件的材料种类密切相关。
Harbin Institute of Technology 实践环节实验报告 课程名称：金属板材成型性能测试与评价院系：材料科学与工程学院 学生：孙巍 学号： 14S109063 哈尔滨工业大学
实践环节-杯突实验报告 一、实验目的 1、学习确定板材胀形性能的实验方法； 2、了解金属薄板试验机的构造及操作。 二、实验内容 将板材用模具压好，冲头以一定的速度冲压板材，直至板材出现裂缝为止 三、实验原理 板材的冲压性能是指板材对各种冲压加工方法的适应能力。目前，有关板材冲压性能的试验方法，概括起来可分为直接试验和间接试验两类。而直接试验法又包括实物冲压试验和模拟试验两种。模拟试验，即把生产实际存在的冲压成形方法进行归纳与简化处理，消除许多过于复杂的因素，利用轴对称的简化了的成形方法，在保证实验中板材的变形性质与应力状态都与实际冲压成形相同的条件下进行的冲压性能的评定工作。为了保证模拟试验结果的可靠性与通用性，规定了十分具体的关于实验用工具的几何形状与尺寸、毛坯的尺寸、实验条件。杯突实验是目前应用较多，而且具有普遍意义的模拟试验方法之一。 杯突实验时，借助杯金属薄板试验机进行。用一规定的球状冲头向夹紧于规定球形凹模内的试样施加压力，直至试样产生微细裂纹为止，此时冲头的压入深度称为材料的杯突深度值。板材的杯突深度值反映板材对胀形的适应性，可作为衡量板材胀形、曲面零件拉深的冲
压性能指标。 四、实验设备及用具 试验机一台、杯突实验模具、游标卡尺、深度尺等。 五、实验步骤 1、先了解金属薄板试验机的结构、原理和操作方法，了解各按钮的作用； 2、装好模具； 3、把试样清洗干净，在试样与冲头接触的一面和冲头球面上涂上润滑油，把试样放在下模上。 4、将下模向上提起，压好试样。按下压边按钮，设定压边力。 5、按中心活塞上行按钮，注意观察试样。当试样圆顶附近出现有能够透光的裂缝时，迅速停止。 6、将下模向下移动，然后将冲头向下移动，取出试件。 7、实验完毕后，将模具拆下。
薄壁不锈钢水管原材料基础知识（六） -- 不锈钢材料的基本性能 不锈钢水管（薄壁不锈钢管）具有很高的强度和良好的加工成型性能,使不锈钢水管能承受很高的水压（可达10MPA 以上），容易安装,而且抵御外来破坏的能力也远远高于PPR 管和铜管。 不锈钢材料的基本性能如下： 1、屈服强度（力学符号Rp0.2 ，英文缩写YS） Rp0.2=P0.2/F0 P0.2—拉伸试样塑性变形量为0.2%时承受的载荷 F0 —拉伸试样的原始截面积材料的屈服强度小，表示材料容易屈服，成形后 回弹小，贴模性和定形性好。 2、抗拉强度（力学符号Rm，英文缩写TS） Rm =Pb/F0 Pb—拉伸试样断裂前承受的最大载荷 F0—拉伸试样的原始截面积材料的抗拉强度大，材料变形过程中不容易被拉断，有利于塑性变形。 3、屈强比（Rp0.2/Rm ） 屈强比对材料冲压成形性能影响很大，屈强比小，材料由屈服到破裂的塑性变形阶段长，成形过程中发生断裂的危险性小，有利于冲压成形。一般来讲，较小的屈强比对材料在各种成形工艺中的抗破裂性都有利。 表6-1 常见不锈钢材料的屈强比
4、延伸率（力学符号A，英文缩写EL） 延伸率是材料从发生塑性变形到断裂的总的伸长长度与原有长度的比值，即：L— L。 A =100% L 式中A —材料的延伸率（%） L —试样被拉断时的长度（mm） L0 —拉伸前试样的长度（mm） 材料的延伸率大，就是材料允许的塑性变形程度大，抗破裂性好，对拉深、翻 边、胀形各类变形都有利。 一般来说，材料的翻边系数和胀形性能（埃里克森值）都与延伸率成正比关系。 5、不锈钢的冲压性能 对应的材料的性能为胀形成形性能、翻边成形性能、扩孔成形性能和弯曲 成形性能。要了解冲压成形性能首先要了解冲压成形工艺。基本的冲压成形加 工工艺有：拉深工艺、胀形工艺、翻边工艺（包括扩孔）、弯曲工艺。 1 ）拉深成形工艺 拉深是利用专用模具将冲裁或剪裁后所得到的平板坯料制成开口的空心件的一种冲压工艺方法。 其特点是板料在凸模的带动下，可以向凹模内流动，即依靠材料的流动
板料冲压性能及测试--成形性能分类 板料的成形性能分为广义和狭义两个内容，它们的关系是： 狭义成形性能反映冲压加工中材料不发生破裂（或缩颈）所能达到的最大变形程度，故也叫抗破裂性。 冲压成形性能试验如下：
板料冲压性能及测试--力学性能参数 在材料的力学性能参数中，屈服强度ζ s 、屈服比ζ s /ζ b 、伸长率 δ等强度指标与塑性指标，可用来表示材料的基本成形性能。 金属材料的力学性能包括强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性和缺口敏感性等。他们主要取决于材料的化学成分、组织结构、冶金质量、参与应力及表面和内部缺陷等内在因素，但在外在因素如载荷类型、应力状态、温度、环境介质等对材料的力学性能影响也很大。在生产中普遍应用的、最基本的常规力学性能试验有拉伸、硬度、压缩、弯曲、剪切、冲击、扭转及高温持久强度、蠕变、松弛试验等。 板料冲压性能及测试--加工硬化指数 硬化指数n（n值）是评定板料伸长类成形性能的一个重要参数。n 值大，则拉伸失稳时的极限应变大。这对于胀形、扩孔、内凹曲线翻边等伸长类成形来说，可以在一次成形中获得较大的极限变形程度。n值对复杂形状零件的成形也有影响，在以胀形为主的成形工艺中，n值大的板料，成形性能好。 n值可以根据拉伸试验结果所得的硬化曲线，利用关系式ζ=cεn 来求得。也可以利用阶梯形试件（图1），拉伸至缩颈或断裂后，由下面的公式计算得到： 图1 阶梯形试样 b0=12.70 bⅠ0=12.83 bⅡ0=13.97
式中ε Ⅰ、ε Ⅱ —测量初始宽度为b Ⅰ0 和b Ⅱ0 工作部分的伸长应变。 板料冲压性能及测试--厚向异性系数 厚向异性系数r（也叫塑性应变比r，简称r值）是评定板料压缩类 成形性能的一个重要参数。r值是板料试件单向拉伸试验中宽度应变ε b 与 厚度应变ε t 之比，即 r=ε b /ε t 板料r值的大小，反映板平面方向与厚度方向应变能力的差异。r=1时，为各向同性；r≠1时，为各向异性。当r＞1，说明板平面方向较厚度方向更容易变形，或者说板料不易变薄。r值与板料中晶粒的择优取向有关，本质上是属于板料各向异性的一个量度。 r值与冲压成形性能有密切的关系，尤其是与拉深成形性能直接相关。板料的r值大，拉深成形时，有利于凸缘的切向收缩变形和提高拉深件底部的承载能力。图1示出拉深时的应力状态，对照各向异性板料的屈服椭圆（图2）知；拉深件凸缘的应力状态类似于屈服椭圆第二象限区的情况，而底部的应力状态则类似于第一象限区的情况。r值增加，会同时使底部的强度增加和凸缘的变形抗力减小，这对拉深是非常有利的。大型覆盖件成形，基本上是一咱拉深与胀形相结合的复合成形，当拉深变形的成分占主导地位时，板材r值大，成形性能好。 板平面中最主要的三个方向是与轧制方向呈0°、45°和90°，相 应地用r 0、r 45 和r 90 表示。由于不同方向上测得的数值是变化的（图3），板 料的厚向异性系数常用平均值表示。 板平面内各向异性的差别用△r表示。
(金属板材不同变形方式下冲压成形极限减薄率测试及评价方 【一】工作简况 1.1任务来源 《金属板材不同变形方式下冲压成形极限减薄率测试及评价方法》团体标准是由中国汽车工程学会批准立项，任务号为2018-47。本标准由中国汽车轻量化技术创新战略联盟提出，由宝山钢铁股份有限公司、同济大学、泛亚汽车技术股份有限公司、河钢集团邯钢公司等共同起草。 1.2编制背景与目标 成形极限图和减薄率是评价材料成形性〔开裂、起皱〕的重要指标，零件不同变形区域呈现不同的应变状态，成形性与应变状态相关。成形极限图是数值仿真的重要评价依据，减薄率是汽车厂和零部件厂在评估材料成形性时通常会考虑的一个指标，而当前多数都考虑单一减薄率数值作为成形性评价指标，即同一材料〔强度级别〕只规定1个减薄率，极少考虑变形方式的妨碍。同时，零件的边部成形性与板材的边部质量相关，特别是一些先进超高强钢材料，尤其敏感。建立一种能够综合考虑不同变形方式及边部质量下材料极限厚度建薄率测试方法，是完善当前成形性评价方法的重要工作，对汽车厂和零部件厂开展零件设计和模具开发兼具指导意义 1.3要紧工作过程 2018年5月召开轻量化团体标准制定工作讨论会，确定待立标准 2018年6月-8月完成相关内容前期调研，初步确定标准的相关参数和指标 2018年8月15日参加标准立项评审，汇报标准的要紧内容，专家给予确信，并提出相关撰写意见 2018年9月-12月进行标准初稿撰写 2018年12月21日参加中国汽车学会组织的标准创新大会，汇报了本标准的背景、目标和要紧内容，听取参会代表意见 2019年1月-3月对不同材料开展标准方法试验，验证方法适用性 2019年4月-5月完成标准初稿，开展标准的意见征询和试用工作 【二】标准编制原那么和要紧内容 本标准制定的金属板材不同变形方式下冲压成形极限减薄率测试及评价方法，充分调研了国内主机厂和零部件厂对材料冲压可成形性评价方法的现状，并对国内外相关研究进展进行了检索，充分吸取、参考现行标准的良好应用经验，并结合标准起草组相关单位多年积存和对本标准约定方法的试验验证，本着科学性、通用性、指导性的原那么进行标准的编制。 科学性原那么，本标准提出的方法是在国内和国外学者进行科学研究的基础上，对其研发成果的应用延伸，对不同应变方式下的减薄率测试采纳何种方法以及边部开裂的实现和应变测量，均通过了相关理论分析和大量试验验证。 有用性原那么，本标准的需求来自于长期与主机厂和零部件厂冲压工程师，对其而言，减薄率是使用最为便利和现场最直观的评价指标。本标准建议的试验方法能够获得材料在不同变形方式包括边部的极限减薄率，试验方法在编制组内认可，且通过试验材料验证可行。 指导性原那么，本标准能够指导包括主机厂、零部件厂和材料供应商在内的技术人员基于常规成形极限图测量模具，获得所需板料的成形失效判据，试验方法和数据处理都相对简单，可操作性强，所测结果可用于数值仿真和现场冲压对零件成形性进行评判。
板料成形有限元分析的发展综述 摘要：在参阅和分析大量有关文献的基础上，对有限元法的产生和弹塑性有限元的发展进行了总结，特别是对当前应用广泛的板料成形有限元数值模拟在国内外的发展概况和发展趋势进行了详尽的剖析，为深入了解板料成形有限元的发展提供了有益的参考。 关键词：板料成形；数值模拟；有限元法；有限元分析；弹塑性 引言 有限单元法是工程计算领域的一种主要的数值计算方法，其基本思想就是将连续区域上的物理力学关系近似地转化为离散规则区域上的物理力学方程。它是一种将连续介质力学理论、计算数学和计算机技术相结合的一种数值分析方法。此方法由于其灵活、快捷和有效，已迅速发展成为板料冲压成形中求解数理方程的一种通用的数值计算方法。 有限元法源于40年代提出的结构力学的矩阵算法。“有限元法”这一术语是R.W.Clough于1960年在论文“The finite element method in plane stress analysis”中首次提出来的，他用这种方法首次求解了弹性力学的二维平面应力问题。1963年，Besseling证明了有限元法是基于变分原理的Ritz法的另一种形式，从而使Ritz分析的所有理论基础都适用于有限元法，确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。 板料成形数值模拟涉及到连续介质力学中材料非线性、几何非线性、边界条件非线性等三非线性问题的计算，难度很大。随着非线性连续介质力学理论、有限元法和计算机技术的发展，通过高精度的数值计算来模拟板料成形过程已成为可能。从70年代后期开始，经过近二十年的发展，板料成形数值模拟逐渐走向成熟，并开始在汽车、飞机等工业领域得到实际的应用。 1 弹塑性有限元分析研究发展概况 有限元法建立之初，只能处理弹性力学问题，无法应用于金属塑性成形分析。1965年Marcal提出了弹塑性小变形的有限元列式求解弹塑性变形问题，揭开了有限元在塑性加工领域应用的序幕。1968年日本东京大学的Yamada推导了弹塑性小变形本构的显式表达式，为小变形弹塑性有限元法奠定了基础。但小变形理论不适于板料冲压成形这样的大变形弹塑性成形问题，因此人们开始致力于研究大变形弹塑性有限元法。1970年美国学者Hibbitt等首次利用有限变形理论建立了基于Lagrange格式（T.L格式）的弹塑性大变形有限元列式。1973年Lee 和Kabayashi提出了刚塑性有限元法。1973年Oden等建立了热-弹粘塑性大变形有限元列式。1975年Mcmeeking建立了更新Lagrange格式（U.L格式）的弹塑性大变形有限元列式。1978年Zienkiewicz等提出了热耦合的刚塑性有限元法。1980年Owen出版了第一本塑性力学有限元的专著，全面系统地论述了材料非线性和几何非线性的问题。至此，大变形弹塑性有限元理论系统地建立起来了。 2 板料成形有限元数值模拟国内外研究发展概况
板料冲压成形性能及冲压材料 板料的冲压成形性能 板料对各种冲压成形加工的适应能力称为板料的冲压成形性能。具体地说，就是指能否用简便地工艺方法，高效率地用坯料生产出优质冲压件。冲压成形性能是个综合性的概念，它涉及到的因素很多，其中有两个主要方面：一方面是成形极限，希望尽可能减少成形工序；另一方面是要保证冲压件质量符合设计要求。下面分别讨论。 (一)成形极限 在冲压成形中，材料的最大变形极限称为成形极限。对不同的成形工序，成形极限应采用不同的极限变形系数来表示。例如弯曲工序的最小相对弯曲半径、拉深工序的极限拉深系数等等。这些极限变形系数可以在各种冲压手册中查到，也可通过实验求得。 依据什么来确定极限变形系数呢？这要看影响成形过程正常进行的因素是哪些。冲压成形时外力可以直接作用在毛坯的变形区（例如胀形），也可以通过非变形区，包括已变形区（例如拉深）和待变形区（例如缩口、扩口等），将变形力传给变形区。因此，影响成形过程正常进行的因素，可能发生在变形区，也可能发生在非变形区。归纳起来，大致有下述几种情况： 1.属于变形区的问题 伸长类变形一般是因为拉应力过大，材料过度变薄，局部失稳而产生断裂，如胀形、翻孔、扩口和弯曲外区等的拉裂。压缩类变形一般是因为压应力过大，超过了板材的临界应力，使板材丧失稳定性而产生起皱，如缩口、无压边圈拉深等的起皱。 2.属于非变形区的问题 传力区承载能力不够：非变形区作为传力区时，往往由于变形力超过了该传力区的承载能力而使变形过程无法继续进行。也分为两种情况： 1)拉裂或过度变薄；例如拉深是利用已变形区作为拉力的传力区，若变形力超过已变形区的抗拉能力，就会在该区内发生拉裂或局部严重变薄而使工件报废。 2)失稳或塑性镦粗：例如扩口和缩口工序是利用待变形区作为压力的传力区，若变形力超过了管坯的承载能力，待变形区就会因失稳而压屈，或者发生塑性镦粗变形。 非传力区在内应力作用下破坏：非变形区不是传力区时，由于变形过程中金属流动的不均匀性，也可能产生过大的内应力而使之破坏。根据发生问题的部位不同，可分为： 1)待变形区拉裂或起皱：例如在盒形件的后续拉深工序中，待变形区金属流入变形区的速度不一致，靠直边部分流入速度快，角部金属流入速度慢。在这两部分金属的相互影响下，直边部分容易发生拉裂，角部则容易沿高度方向压屈起皱。 2)已变形区拉裂或起皱：如薄壁件反挤时，若金属从变形区流到已变形区的速度不均匀，则速度快的部位易因受附加压应力而起皱，速度慢的部位易受附加拉应力的作用而开裂。
汽车厚板料零件冲压成形分析及回弹计算 作者：中国第一汽车集团富壮王广盛 摘要：汽车上板厚大于5mm 的厚板料零件的冲压成形CAE技术在材料、工艺、计算和评估等方面都与薄板料零件有所不同，基于MSC.Marc 软件并结合作者在厚板料零件冲压成形CAE 分析方面的实际工作，对计算模型建立时需注意的问题如单元选择、单元划分、屈服准则、硬化曲线、工况设定和回弹计算等进行了详细说明，并对厚板料零件上的伸长类翻边结构的成形极限问题进行了探讨。 关键词：厚板料；冲压成形；成形极限；CAE 引言 随着我国汽车板料零件设计、制造水平的不断提高，薄板料零件冲压成形CAE 技术的应用已日趋成熟，相关产品的设计和制造部门针对不同软件及计算方法建立起了对应的材料、工艺、计算和评估方面的标准和规范。这些标准和规范经过实践的检验和修正，目前在产品设计和生产制造环节中得到了广泛应用。 与薄板料零件不同，对于板厚大于5mm 的厚板料零件，例如商用车车架横梁、纵梁和加强板类零件，其在冲压成形、失效判定和回弹计算方面还没有一个明确的计算方法和分析思路，应用也远不如薄板料零件冲压成形CAE 技术广泛和成熟，这是与厚板料零件冲压成形的特点及其CAE 技术有关的。 目前国内针对这方面的研究相对少，这部分工作也有进一步研究和完善的必要，为此作者将近年关于厚板料零件冲压成形CAE 技术方面的工作进行了总结，并对其中一些具体问题进行了深入探讨。当然由于个人能力有限并且所面对问题又是行业内公认的“顽疾”，因此所做的工作远没有达到解决精确回弹计算的程度。 本文所讨论的相关内容都是基于MSC.Marc 平台的，选择MSC.Marc 软件除了非线性计算功能方面的考量外，更主要的是作者有十年以上该软件的使用经验，对于成形和回弹计算模型的精度和效率的控制有一定把握。 1 厚板料零件冲压成形及其CAE 技术的特点
材料冲压性能试验方法 一 前言 板料冲压性能是指板料对冲压加工方法的适应能力，如便于加工，容易得到高质量和高精度的冲压件，生产效率高，模具消耗低，不易产生废品等。 板材的冲压性能的试验方法很多，概括起来分为直接试验与间接试验两类。见图1-1。直接试验中板材的应力状态和变形情况与真实冲压时基本相同，所得结果也比较准确；而间接试验时板材的受力情况与变形特点与实际冲压时有一定的差别。所以，所得结果也只能间接的反映材料的冲压性能，有时侯还要借助于一定的分析方法才能做到。本文只介绍拉伸试验的试验方法． 图1-1 冲压性能试验方法 二 拉伸试验 试样标准 拉伸试验是评价板材的基本力学性能的主要试验方法。由于简单易行，所以是目前普遍采用的一种方法。 拉伸试验是利用图2-1(a)所示尺寸符合要求的标准拉伸试样，在拉伸机上进行。利用拉伸力行程测试与记录装置，得到图2-1(b)所示的拉伸曲线，经过必要的处理与计算，即可得到与成形性能有关的拉伸试验值：s σ、b σ、b s σσ/、δ、
u δ、n 、r 、r ?、φ等值。 (a) (b) 图2-1 拉伸试样与拉伸曲线 (a) 拉伸试样 (b) 拉伸曲线 1 常规拉伸试样(图2-1(a)) 常规拉伸试样又分为比例试样和非比例试样两种。 比例试样标距0l 按下式计算 00A K L = 式中 0A -----原始截面积； K -----系数，当65.5=K 时，为短比例试样；当3.11=K 时，为长比例试样。 非比例试样标距0L 与原始截面积无一定关系。 两种试样的标距L 应不小于2 00b L +，试样宽度0b 通常为10、15、20、30(mm)等。试样的宽度加工精度为：=0b 10、15()mm 时，偏差为)(2.0mm ±，在0L 范围 内最大与最小宽度之差不得大于()mm 1.0；=0b 20、30()mm 时，偏差为)(5.0mm ±，
金属板材不同变形方式下冲压成形极限减薄率测试及评价方法 1适用范围 本规范规定了金属板材不同变形方式下成形极限减薄率测试的相关术语和定义、试验原理、参数定义、符号和说明、试验方法、试验环境、试验装备、试验过程、数据处理和试验报告要求等。适用于金属板材，包括金属钢板、铝合金、镁合金等冲压用板材的成形极限减薄率评价，适用金属板材厚度区间0.35-3.0mm。 2规范性引用文件 下列文件对于本技术规范的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本文件。 1）GB/T 1.1 规范化工作导则第1部分：规范的结构和编写； 2）GBT 15825.1-2008 金属薄板成形性能与试验方法第1部分：成形性能和指标； 3）GBT 15825.2-2008 金属薄板成形性能与试验方法第2部分：通用试验规程； 4）GBT 15825.3-2008 金属薄板成形性能与试验方法第3部分：拉深与拉深载荷试验； 5）GBT 24524-2009 金属材料薄板和薄带扩孔试验方法； 6）GBT 232-2010 金属材料弯曲试验方法(2011-6-1实施)； 7）GBT 24171.1-2009 金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定第1部分：冲压车间成形极限图的测量及应用； 8）GBT 24171.2-2009 金属材料薄板和薄带成形极限曲线的测定第2部分：实验室成形极限曲线的测定； 9）GBT 228-2008 金属材料拉伸试验方法； 注：执行引用标准的最新版本，当引用标准与本标准发生不一致值，需要对本标准进行更新。
冲压成形工艺 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
冲压成型资料 1 冲压成型工艺定义： 冲压工艺是通过模具对毛坯施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的工件的加工方法。冲压工艺的应用范围十分广泛，既可以加工金属板料、棒料，也可以加工多种非金属材料。由于加工通常是在常温下进行的，故又称为冷冲压。 2冲压工艺的特点： 2.1 用冷冲压加工方法可以得到形状复杂、用其他加工方法难以加工的工件，如薄壳零件等。冷冲压件的尺寸精度是由模具保证的，因此，尺寸稳定，互换性好。 2.2 材料利用率高，工件重量轻、刚性好、强度高、冲压过程耗能少。因此，工件的成本较低。 2.3 操作简单、劳动强度低、易于实现机械化和自动化、生产率高。 2.4 冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，生产周期较长、成本较高， 3 冲压材料的基本要求： 冲压所用的材料，不仅要满足产品设计的技术要求，还应当满足冲压工艺的要求和冲压后的加工要求 (如切削加工、电镀、焊接等)。冲压工艺对材料的基本要求主要有： 3.1 对冲压成形性能的要求： 对于成形工序，为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有：良好的塑性(均匀伸长率δb高)、屈强比(σs/σb)小、板厚方向性系数大、板平面方向性系数小、材料的屈服强度与弹性模量的比值 (σs /E)小。
对于分离工序，并不需要材料有很好的塑性，但应具有一定的塑性。塑性越好的材料，越不易分离。 3.2 对材料厚度公差的要求： 材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。 3.3 对表面质量的要求 材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其它附着物。表面质量好的材料，冲压时不易破裂，不易擦伤模具，工件表面质量也好。 4 冲压常用材料： 冷冲压用材料大部分是各种规格的板料、带料和块料。板料的尺寸较大，一般用于大型零件的冲压。对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。带料 (又称卷料)有各种规格的宽度，展开长度可达几十米，适用于大批量生产的自动送料，材料厚度很小时也可做成带料供应。块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金属的冲压。 4.1 黑色金属普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、电工硅钢等。 对冷轧钢板，根据国家标准GB708-88规定，按轧制精度（钢板厚度精度）可分为A、B级： A──较高精度； B──普通精度。
金属板材的冲压成形性能 作者：旭日笑出自：旭日笑浏览/评论：845/0 日期：2007年7月18日 16:28 金属板材的成形性能是指板材对冲压成形工艺的适应能力。板材成形性能的好坏会直接影响到冲压工艺过程，生产率，产品质量和生产成本。板料的冲压成形性能好，对冲压成形方法的适应性就强，就可以采用简便工艺，高生产率设备，生产出优质低成本的冲压零件。对冲压成形件来说，不产生破裂是基本前提，同时对它的表面质量和形状尺寸精度也有一定要求，故板料冲压成形性应包括：抗破裂性，贴模性和形状冻结性能等几个方面。所谓冲压成形就是板材可成形能力的总称，或者叫做广义的冲压成形性能。广义成形性能中的抗破裂性能，可视为狭义的冲压成形性能。板料在成形过程中，一是由于起皱，塌陷和鼓包等缺陷而不能与模具完全贴合；另一方面因为回弹，造成零件脱模后较大的形状和尺寸误差。通常将板材冲压成形中取得与模具形状一致的能力，称为贴模性；而把零件脱模后保持其既得形状和尺寸的能力，称为形状冻结性。通常把材料开始出现破裂时的极限变形程度作为板料冲压成形性能的判定尺度。目前对抗破裂性的研究已取得了不少成果。根据把冲压成形基本工序依其变形区应力应变的特点分为伸长类（拉伸类）与压缩类两个基本类别的理论，可以把这种冲压成形的分类与冲压成形性能的分类建立如表1-3所示的对应关系。板料冲压成形的试验方法有多种，概括起来分为直接试验和间接试验两类。直接试验中板材的应力和变形情况与真实冲压基相同，所得的结果也比较准确；而间接试验时板材的受力情况与变形特点却与实际冲压时有一定的差别。所以，所得的结果也只能间接地反映板材的冲压性能，有时还要借助于一定的分析方法才能做到。常用的方法为：直接试验中的模拟试验和间接试验中的拉伸试验。表1-3 冲压成形性能的分类冲压成形类别成形性能类别提高极限变形程度的措施伸长类冲压成形(翻边、胀形等) 伸长类成形性能(翻边性能、胀形性能等) 1) 提高材料的塑性 2) 减少变形不均匀程度 3) 消除变形区局部硬化层和应力集中 压缩类冲压成形(拉深、缩口等) 压缩类成形性能（拉深性能、缩口性能等） 1) 降低变形区的变形抗力、摩擦阻力 2) 防止变形区的压缩失稳(起皱) 3) 提高传力区的承载能力 复合类冲压成形(弯曲、曲面零件拉深成形等) 复合类成形性能 (弯曲性能等) 根据所述成形类别的主次，分别采取相应措施 一、板材拉伸试验拉伸试验是评价板材的基本力学性能用成形性能的主要试验方法。由于简单可行，所以是目前普遍采用的一种方法。由单向拉伸试验所能获得的材料特性值如图1-3所示。图1-3 单向拉深实验所得到的材料特性值示意图拉伸试验与冲压成形性能有密切关系的几项主要性能参数如 下： 1) 称屈强比较小的屈强比几乎对所有的冲压成形都是有利的。屈强比小，对压缩类成形工艺有利。拉深时，如果板材的屈服点低，材料起皱的趋势小，防止起皱所必需的压边力和摩擦损失也会降低，对提高极限变形程度有利。例如，低碳钢的时，极限拉深系数 m=0.48~ 0.5 65Mn 的时，极限拉深系数则为m=0.68~ 0.7 在伸长类成形工艺中，如胀形，拉型，拉弯，曲面形状的成形等，当低时，为消除零件的松弛等弊病和为使零件的形
课题：板料冲压成型模拟 姓名：李仁庚 学号：0905010710
板料冲压成型模拟 0905010710 李仁庚（一）摘要 利用有限元分析软件Marc分析板料在冲压成型过程中，板料内部的应力分布，从而辅助确定合理的生产工艺参数,本文阐明了板料冲压成型有限元模拟的一般步骤,预测了可能出现的缺陷。 （二）引言 板材冲压成型是金属成型的一种重要方法,在机械加工业中占有重要地位。在板料冲压成型的过程中,冲压件的成型质量取决于模具的结构和工艺设计,而模具的结构和工艺设计又依赖于有限元数值模拟过程,因此板材冲压成型必须立足于以计算机为基础的数值方法来预测其成型规律。 随着计算机技术的迅速发展，有限元方法不断成熟，采用有限元法对板材成型过程进行计算机模拟和分析的技术也得到广泛应用。本文通过成型过程的数值模拟来分析板料各部分在成型过程中的变形情况，阐明了板料冲压成型有限元模拟的一般步骤,预测了可能出现的缺陷，辅助确定合理的生产工艺参数。（三）原理 板料冲压过程实际上十分复杂，其变化过程与模具与板料的接触与摩擦、模具和压板的运动以及压力机加载过程有关，因此在用有限元分析软件模拟时必须将问题适当的规范和简化，建立合适的力学模型。 由于板料冲压成型过程中，模具的刚性通常远远大于板料的刚性，因此模具
的变形相对板料的变形来说极小，可以忽略不计。在冲压成型过程计算机仿真中应考虑的问题就可归结为如下几个方面：板料在载荷作用下弹塑性变形的描述和内部应力的计算；模具的几何描述和运动形式；压力机加载过程的描述和模拟。 本课题可以抽象为：一定厚度的板料放置在U型刚体模具上，圆形刚体以一定的运动方式加载在板料中间，通过有限元数值模拟，研究板料在冲压过程中形态和内部应力的变化。 模拟基本过程①建立力学模型，划分网格。板料尺寸为0.2×2mm,U型模具宽0.5mm,截面为圆形模具半径为0.2mm,如下图所示。 ②确定定义材料性质：材料泊松比为0.3，杨氏模量为71000MPa，屈服强度为340MPa，抗拉强度为430MPa。③定义接触：板料及模具的摩擦系数均为0.1，圆形模具的运动方式：向下运动0.3mm。④定义边界条件。⑤定义工况。⑥定义工作条件。⑦后处理，分析板料各处应力分布。 （四）关键技术分析
2015 年春季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目: 板材成形性能与塑性失稳理论学生所在院（系）:材料科学与工程学院 学生所在学科:材料工程 学生姓名 学号 学生类别:应用型 考核结果阅卷人
高速率板材冲压成形 高速率成形技术指在极短的时间内，将巨大能量通过介质（空气或水等）以高压冲击波作用于工件，使其在极高的速度下变形和紧贴模具而成形的一种加工方法。它在大约几十到几百微秒的短促时间内，将能量由化学能源、电能源或其它机械能源，通过介质(空气或水等)以高压冲击波作用于工件，高速率成形的成形速率高达50-300m/s，与传统金属成形工艺最大的不同在于压力大、压力持续时间短，工件变形速度快，主要靠获得的动能，在惯性力的作用下成形。与机械冲压成形技术、准静态液压成形技术等传统成形技术相比，具有成形力量大、成形时间短、装置简单等特点。 高速动车、航空航天、武器装备等制造业结构的轻量化要求对高强度难成形材料（如铝合金、镁合金、高强度钢等）应用日益增加，高速率成形技术因其具有提高难成形材料成形性能和减小工件回弹的优势，显示出越来越重要的应用价值。高速率成形技术包括爆炸成形、电磁成形和液电成形等。 在高速率成形中，极高的成形压力在极短时间内加载使得工件上具有非常大的惯性力和动能，惯性的作用不可忽略。因为高速率成形是高能量在短时间内的释放，所以高速率成形也称为高能率成形(High Energy Rate Forming)〕。高成形速率使得多种难金属工件的成形性得到提高，使某些难加工的金属也能变得容易成形，并且在正确选择工艺参数及边界条件的情况下，可以使金属得到远大于传统准静态成形所能达到的变形程度。 1.爆炸成形技术 爆炸成形是利用爆炸物质在爆炸瞬间释放出巨大的化学能使金属坯料产生塑性变形的高速率成形方法。爆炸瞬间释放出的巨大化学能转化为周围介质的高压冲击波，并以脉冲形式作用于毛坯，使其发生塑性变形。爆炸成形技术可将成形能量直接作用于金属坯料，也可以通过空气、水和砂等介质传播后作用于坯料。利用介质传播爆炸成形能量的成形方法主要用于板材和管件成形、压印和翻边等，直接作用于金属坯料的爆炸成形主要用于胀形、挤压、焊接、粉末压实和表面强化等。爆炸成形技术作为高速率成形技术相较于传统成形技术具有简化的设备和模具，高速率成形带来的低回弹率，以及可以对大型零件生产加工等特点。但是，爆炸成形多为户外作业，受气候环境影响严重，且自动化程度低，生产效率较低，只适合单件小批量生产；危险性高、操作条件高，阻碍了其广泛应用。