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第7章板料成形性能以及成形极限

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板料成形的基本变形方式、变形稳定性和成形性能

板料成形的基本变形方式、变形稳定性和成形性能

Er
I
d2 y d x2

Py
13
与弹性状态下的一样，临界载荷：
P cr
E2 I r
L2
塑性变形与弹性变形是的临界压力表达式完全一样
Er ：折减弹性模数
反映材料的弹性模数和应变强化模数的综合效应。
上式的条件：dP=0
实际：|dP|〉0，皱纹凸面的伸长量小于压力递增而 产生的压缩变形增量，因而不引起局部卸载。皱纹
(1 r)

1
2rm 1 r

m2
d
1 m
2
微分等效应力强度


[r(1 m) 1]d [r(1 m) m]d
d i d i d
i
1
2
1
2
1
2
(1 r)
1

2rm 1 r

m2
假定材料的应力应变满足幂次式：
E
tt


1 2
btt

D
tc


1 2
btc
因为：tt tc t
tt
Dt E D
tc
Et E D
12
剖面的弯曲力矩：
M M t t t t t t M

(1 b ) 2 (1 b ) 2 b ( 2 2)
t
c
t2 t3t
拉 — 拉 拉 — 压 压 — 拉 压 — 压
4
板面内主应变： ma、 mi

应变状态比值：


mi ma
根据（3.10）
1

车身工艺制造工艺学冲压330

车身工艺制造工艺学冲压330

《汽车车身制造工艺学（冲压工艺）》复习要点第一章冲压工艺概论一、学习内容1冲压工艺的特点及冲压工序的分类2金属塑性变形的力学规律3板料的冲压成形性能和成形极限图4车身冲压材料5汽车冲压技术概论二、学习目的1．通过本章学习要求学员了解冲压工序的分类（分离工序和成形工序）、塑性应力应变关系、板料性能指标对冲压成形性能的影响；2．掌握成形极限图的概念及应用三、自我测试1．名词解释冲压成形工艺分离工序成形工序主应力三向应力状态屈斯加准则米塞斯准则增量理论全量理论板料的冲压成形性能成形极限图板料的各项异性2．简述题汽车车身分为哪五部分?冲压生产线有哪两种类型?冲压加工的优点有?冲压生产三大要素?常用的分离成形工序 ( 至少三种 )?冲压成形性能包括哪几方面?材料的力学性能指标都有哪些？冲压用钢板的几种类型？常用的钢板冲压成形性能模拟试验方法有哪些？3．案例汽车车门内板的冲压工艺过程?4.选择题杯突试验结果能反映哪种冲压工艺的成形性能（）A.缩孔B.弯曲C.胀形D外凸外缘翻边塑性变形时应力应变关系是（）A. .非线性的、不可逆的B.线性的 C 可逆的 D.可叠加的冲压工序按照加工性质的不同，可以分为两大类型，即（）A.分离工序B.冲孔工序C. 成形工序D.拉深工序E. 翻边工序5.课本思考题 1 ， 3 ，5第二章冲裁工艺一、学习内容1冲裁的变形过程2冲裁间隙3冲裁模刃口尺寸4冲裁力和冲模压力中心5冲模及冲裁模6冲裁件缺陷原因及分析二、学习目的1．通过本章学习，掌握冲裁间隙的确定方法、冲裁力及其计算方法2.通过本章学习，掌握冲裁力及其计算方法3.了解冲裁件缺陷原因及分析三、自我测试1．名词冲裁光亮带冲裁间隙卸料力模具的压力中心复合模闭合高度2．简述题简述冲裁变形过程。

冲裁模刃口尺寸确定原则有哪些？影响冲裁力的主要因素有哪些？降低冲裁力的措施？冲模的种类？毛刺产生的原因有哪些？3. 选择题计算冲裁力的目的是为了合理选用压力机和设计模具，压力机的公称压力必须（）所计算的冲裁力A. 小于B.等于C.大于D. 无所谓模具的闭合高度H、压力机的最大装模高度、最小装模高度之间的关系为（）A. 无所谓B.H ≤C.≤H≤D. H≥下列哪种部件不属于模具的定位部件（）A. 定位销B. 定位侧刃C. 顶料销 D导正销冲裁的工件断面明显的分为哪几个特征区（）A. 圆角带B.起皱带C. 断裂带D. 减薄带E.光亮带模具的导向部件包括（）A.导块B. 导套C. 定位销D. 导板E. 导柱冲裁间隙对下列哪些因素有影响（）A. 冲裁件断面质量B.滑块平度C.冲裁力的大小D. 模具寿命E.冲裁件的尺寸精度按照工艺性质分类，冲模可分为哪几种（）A.拉深模B. 弯曲模C.胀形模D.翻边模E.冲裁模冲裁工序包括（）A. 修边B.落料C.扩孔D.切口E.冲孔4.综合应用题冲压工艺都有哪些特点5.课本思考题 1 , 6第三章弯曲工艺一、学习内容1弯曲的变形过程2弯曲的变形特点（应力应变分析）3弯曲力的计算4弯曲件毛坯尺寸的确定5弯曲件质量分析与控制6 弯曲模具二、学习目的1．通过本章学习，掌握弯曲变形的过程、特点2.通过本章学习，掌握弯曲件质量分析与控制3.了解弯曲模具制造过程三、自我测试1．名词解释弯曲弯曲中性层回弹2．简述题简述弯曲变形过程。

板料的冲压成形性能与成形极限

板料的冲压成形性能与成形极限

§6.1 概述
成形极限图（FLD）就是由不同应变路径下的局部极限 应变构成的曲线或条带形区域，它全面反映了板料在单向和 双向拉应作用下抵抗颈缩或破裂的能力，经常被用来分析解 决成形时的破裂问题。
§6.1 概述
全面地讲，板料的冲压成形性能包括抗破裂性、贴模性 （fitability）和定形性（shape fixability），故影响因素很多， 如材料性能、零件和冲模的几何形状与尺寸、变形条件（变 形速度、压边力、摩擦和温度等）以及冲压设备性能和操作 水平等。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
一、各种冲压成形方法的力学特点与分类
正确的板料冲压成形工艺的分类方法，应该能够明确地 反映出每一种类型成形工艺的共性，并在此基础上提供可能 用共同的观点和方法分析、研究和解决每一类成形之艺中的 各种实际问题的条件。在各种冲压成形工艺中毛坯变形区的 应力状态和变形特点是制订工艺过程、设计模具和确定极限 变形参数的主要依据，所以只有能够充分地反映出变形毛坯 的受力与变形特点的分类方法，才可能真正具有实用的意义。
§6.2 现代冲压成形的分类理论
1、变形毛坯的分区
冲压成形时，在应力状态满足屈服准则的区域将产生塑 性变形，称为塑性变形区（A区）。不同工序，随着外力作 用方式和毛坯及模具的形状、尺寸的不同，变形区所处的部 位也不相同。应力状态不满足屈服准则的区域，不会产生塑 性变形，称为非变形区。根据变形情况，非变形区又可进一 步分为已变形区(B)、待变形区(C)和不变形区(D)。有时已变 形区和不变形区还起传力的作用，可称其为传力区(B 、C)。 图所示为拉深、翻边、缩口变形过程中毛坯各区的分布。
贴模性（fittability）：板料在冲压过程中取得模具形状 的能力。
定形形（shape fixability）：零件脱模后保持其在模内 既得形状的能力。

冲压工艺学-7-成形工序_曲面成形与翻边

冲压工艺学-7-成形工序_曲面成形与翻边
2）当 0.5 t / D0 100 3时， 用带压边的模具拉深，压边装置的作用：防止法兰部分起皱；增大径向拉
应力防内皱。 3）当 t / D0 100 0.5 时，
容易发生内皱。用带拉深筋的凹模或反拉深。
采用拉深筋 13
反锥形压料面
预拉深过渡成形
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第七章 曲面形状零件成形
24
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第八章 翻边
b) 切向应变 在内边缘最大，其值可达 max ln(D / d0 ) ； 整个变形区都要变薄，内边缘最严重，t / 2 ； r 在一部分区域为压应变，因此变形区（ D d0 ）的宽度将略有收缩，即翻 边终了时，零件高度略有降低。
c) 属伸长类成形，变形程度主要受内边缘拉裂的限制。
压边力对球形零件成形的影 响
外皱
内皱 压边力不足时的情况
内、外混合皱
顶部破裂 压边力过大时的情况
合格零件 压边力合适时的情况
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第七章 曲面形状零件成形
较深的抛物面零件拉深模（带拉深筋）
11
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第七章 曲面形状零件成形
7.2 球形零件的拉深方法
1.半球形零件
拉深系数：与零件直径大小无关的常数。
2
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第七章 曲面形状零件成形
2.变形机理
第一种变形机理：
假如变形毛坯厚度不发生变化， 按面积相等，变形前平板毛坯上一点 D变形后于D1点贴模，而d1<d0，这时 D点金属必产生一定的切向压缩变形， 这种变形性质与圆筒拉深时一向受拉
D
一向受压的变形特点相同。这是曲面
零件第一种变形机理—拉深变形。

冲压工艺--板料的冲压成形性能与成形极限

冲压工艺--板料的冲压成形性能与成形极限

t0
Dp
备注
0.5以下 10.~20 2ri≈0.2Dp 0.5~2.0 30~50 D0≥2.5Dp 2.0以上 50~100
3杯形件拉深试验（Swift试验）
Swift试验是以求极限拉深比LDR作为评定板材拉 深性能的试验方法。 试验所用装置与试验标准分别见图和表。
Swinft试验装置（1-冲头 2-压边圈 3-凹 模 4-试件）
六、板料的冲压成形性能与成形极限
板料基本性能与冲压成形性能的关系 衡量薄板性能的优劣，过去一般以薄板的基本 性能指标来评价，但是随着汽车、家电工业的发展， 对薄板成形性能的要求日益苛刻，从而使成形性指 标的测定越来越受到人们的重视和广泛研究。薄板 成形性（sheet metal formability），根据 BG/T15825.1-1995的定义，就是指金属薄板对 于冲压成形的适应能力。
具有最佳成形性能的材料应具有如下特点： 均匀分布应变； 承受平面内压缩应力而无起皱现象； 可以达到较高应变而无颈缩和断裂； 承受平面内剪切应力而无断裂； 零件由凹模出来后保持其形状 保持表面光洁，阻止表面损伤。
薄板本身固有的基本特性值与其成形性能之间具有一 定的相关性见下表。对于冷轧冲压钢板，往往希望具有 低的屈服强度、低的屈强比、高的n、r值。
坯料受到双向拉应力作用而实现胀形变形。 在胀形中当试件出现裂缝时，冲头的压入深度称为胀形深度或 Erichsen试验深度，简计为IE值。IE值作为评定板材胀形成 形能力的一个材料特性值。实际上，胀形是典型的拉伸类成形 工序，故IE值也是评定拉伸类冲压成形性能的一个材料特性值。 很明显，IE值越大，胀形性能越好。
2) 杯突试验（ERICHSEN TEST） 杯突试验是历史较为悠久、操作简便、在目前仍然广泛采用 的工艺试验方法，主要用来评定薄板材料的深冲性能，一般适 用于厚度等于或小于2mm，必要时也可试验厚度为2~4mm 的板材和带材，1914年是由德国的A.E.Erichsen做了专用的 试验设备，所以也叫Erichsen试验。其试验装置如图。 试验时，先将平板坯料试件放在凹模平面上，用压边圈压住试 件外圈，然后，用球形冲头将试件压入凹模。由于坯料外径比 凹模孔径大很多，所以，其外环不发生切向压缩变形，而与冲 头接触的试件中间部分。

冲压模具设计

冲压模具设计

dε2 σ2-σm
=
dε3 σ3-σm
=ｄλ
式中 dλ——瞬时常数，在加载的不同瞬时是变
σm——平均主应力（静水应力）。
四、塑性变形时应力与应变的关系
全量理论认为，在比例加载（也称简单加 载，是指在加载过程中所有外力从一开始起就 按同一比例增加）的条件下，无论变形体所处 的应力状态如何，应变偏张量各分量与应力偏
b／B越小，拉深性能越
图2-12 拉楔试验
二、板料冲压成形性能的测定 （3）拉深性能试验
2）冲杯试验
也叫Swift拉深试验、LDR试验，是采用φ50mm的平底 凸模将试样拉深成形，图是GB／T 15825.3-1995“金属薄 板成形性能与试验方法拉深与拉深载荷试验”的示意图。
图2-13 冲杯试验
图是GB／T 15825.5-1995“金属薄板成形性能 与试验方法 弯曲试验”示意图。
二、板料冲压成形性能的测定 （5）锥杯试验
图是GB／T 15825.6— 1995“金属薄板成形性能与试 验方法锥杯试验”的示意图，
取冲头直径Dp与试样直径D0的
比值为0.35。
图2-17 锥杯试验
三、板料的基本性能与冲压成形性能的关系
三、板料的基本性能与冲压成形性能的关系
4.应变硬化指数n
硬化指数n表示材料在冷塑性变形中材料硬化 的程度。n值大的材料，硬化效应就大，这意味着 在变形过程中材料局部变形程度的增加会使该处 变形抗力较快增大，这样就可以补偿该处因截面 积减小而引起的承载能力的减弱，制止了局部集 中变形的进一步发展，致使变形区扩展，从而使 应变分布趋于均匀化。也就是提高了板料的局部 抗失稳能力和板料成形时的总体成形极限。
成形极限图Forming Limit Diagrams，缩写为 FLD）或成形极限曲线（Forming Limit Curves， 缩写为FLC）着眼于复杂零件的每一变形局部，它

第7章 板料的冲压成形性能与成形极限

第7章 板料的冲压成形性能与成形极限

提高两类成形方法的成形极限的途径与方法不一致：
A、提高拉伸类成形极限的措施
1）、提高材料的塑性 如成形前（包括冲裁后）的退火、多次成形时的中间退 火，都是为了消除原材料或坯料的硬化、冲裁时生成的断面硬 化层及成形工序中形成的硬化，以提高材料塑性，从而提高极
限变形程度。
2）、减小变形不均匀的程度
向上的变形一定是伸长变形——伸长类成形。包括冲压应变图 中MON、NOA、AOB、BOC、COD。 作用于毛坯变形区内的压应力的绝对值最大时，在这个方 向上的变形一定是压缩变形——压缩类成形。包括冲压应变图
中MOL、LOH、HOG、GOEC、EOD。
MOD是伸长类成形和压缩类成形分界线（冲压应变图中）。 FOB是伸长类成形和压缩类成形分界线（冲压应力图中）。
F）
当0 > σ1 > σ2 >σ3 时，在最小压应力σ3方向上的变
形一定是压缩变形，而在最小压应力σ1 方向上的变形一定 是伸长变形。
例如：
缩口变形区的切向压应力绝对值最大，
故切向为压缩变形；径向压应力绝对值最小， 故径向为拉伸变形。
2、冲压成形的力学特点与分类
对冲压件变形毛坯进行分区：
成形工 序 变形区 已变形 区 待变形区 传力区 单纯不变区
二、冲压成形区域与成形性能的划分 1、冲压成形区域划分 四种典型成形：圆柱形凸模胀形、 伸长类翻边（包括扩孔）、拉深、弯曲。 （教材图P6-1、6-2、 6-3、 6-4 、 6-5）
2、冲压成形性能划分
在四种典型成形中，破裂有三种典型形式： α破裂——由于板料所受拉应力超过材料强度极限引起的
破裂；
第7章
板料的冲压成形性能与成形极限
航空航天工程学部

板料成形性能及CAE分析

板料成形性能及CAE分析

板料成形性能及CAE分析文献综述引言随着强度的提高，高强度钢板塑性变差、成形难度增加。

对典型高强度钢板，如DP 钢、TRIP 钢和BH 钢等在汽车上的应用情况进行介绍，介绍了目前处在实验测试阶段的TWIP钢，具有许多优良的性能，只是投入生产中还存在一些尚待解决的问题。

对高强度钢板冲压生产时成形性差、回弹严重，以及冲模受力恶劣等常见问题进行了分析，最后对高强度钢板冲压成形性能研究现状和回弹影响因素进行了总结。

结果表明，高强度钢板成形性随材料、模具和工艺参数变化而波动，所以须综合研究三者的影响规律，从而提高高强度钢板的成形性能。

1 高强度钢板在汽车上的应用情况高强度钢板的拉伸强度一般在350MPa 以上，它不但具有较高的拉伸强度，还有较高的屈服点，具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点，在汽车上得到了广泛的应用[1]。

高强度钢板最初主要用于车身的前保险杠和车门抗侧撞梁。

近年来，随着高强度钢板的研制和开发，其成形性、焊接性、疲劳强度和外观质量都有所提高，现在高强度钢板已被广泛用来代替普通钢板制造车身的结构构件和板件[2]。

1. 1 双相钢( DP 钢)DP 钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到，其显微组织主要为铁素体和马氏体，马氏体以岛状弥散分布在铁素体机体上，DP 钢的显微组织示意如图1 所示[3]。

软的铁素体赋予DP钢较低的屈强比、较大的延伸率，具有优良的塑性; 而硬的马氏体则赋予其高的强度。

DP 钢的强度主要由硬的马氏体相的比例来决定，其变化范围为5% ～20%，随着马氏体的含量增加，强度线性增加，强度范围为500 ～ 1 200MPa。

目前大量使用的有DP590、DP780，热镀锌合金化DP980 的研发工作正在进行中[4]。

DP 钢具有低屈强比、高加工硬化指数、高烘烤硬化性能、无屈服延伸和室温时效等特点，一般用于需要高强度、高的抗碰撞吸收且也有一定成形要求的汽车零件，如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等。

板料成形性能及CAE分析

板料成形性能及CAE分析

第一节 板料成形性基本理论
二、板料成形应力、应变问题
• 从本质上看，板料成形就是在力的作用下使板料产生相应的塑性变 形，所以变形区内的应力状态和变形性质是决定板料成形性质的基本因 素。根据变形区应力状态和变形特点进行的板料成形分类方法，可以把 成形性质相同的成形方法概括成同一个类型并进行体系化的研究。 • 绝大多数板料成形过程中，变形区均处于平面应力状态。通常在板料 表面上不受外力的作用,可以认为垂直于板面方向上的应力为零。使板 料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,可以把所有各种形式的冲压成形中的毛坯变形区 的受力状态与变形特点，在平面应力坐标系中(板料变形应力图)与相应 的两向应变坐标系中(板料变形应变图)以应力与应变坐标决定的位置来 表示。图1-1和图1-2分别简要描述一下板料成形中的应力应变问题，表 示为板料成形应变图与板料成形应力图。把各种应力状态在板料成形应 力图和板料成形应变图中所处的位置以及两个图的对应关系列于表11，表（1-2）中列出了伸长类变形与压缩类变形在板料成形工艺方面的 特点。
第一节 板料成形性基本理论
• 1）弯曲变形的过程和特点 • 以V形件弯曲为例说明弯曲的变形过程，V形件弯曲是一种很普通的板 料弯曲，其弯曲过程如图1-3所示。
图1-3 弯曲过程 • 研究材料的冲压变形规律，常采用画网格的方法进行辅助分析。如图 1-4所示，先在板料毛坯侧面用机械刻线或照相腐蚀的方法画出网格， 观察弯曲变形后网格的变形情况，就可分析出板料的变形特点。
第一节 板料成形性基本理论
图1-1 板料成形应变图 图1-2 板料成形应力图
第一节 板料成形性基本理论

板料的力学性能与成形性能

板料的力学性能与成形性能

板料的力学性能与成形性能汽车车身钣金件生产过程中，经常遇到一些不明具体原因的停台，我们将其中的一些归类为材料停台：比如说，这一拍料生产时很顺利，一换另一拍料板料就缩径拉裂、四处开花。

但是，我们并不清楚材料哪里出了问题。

我们明眼就能看出的板料问题：如板料脏、有杂物（灰尘、料屑、皮带上的杂物等）、板料锈蚀和夹杂、坑包和棱子。

但是这和板料内部的性能并没有太大的关系。

那么，板料的力学性能包括哪些方面，它们具体指什么，与板料的成形有什么关系呢？厂家提供的质量说明书中包含的内容有：①卷料的基本尺寸、重量；②化学成分；③室温拉伸试验得到的力学性能参数；④镀层重量。

其中，力学性能参数包括屈服强度（yield strength，87版国标为σs，2002版国标为R eL）、抗拉强度（tensile strength，87版国标为σb，2002版国标为R eM）、延伸率（elongation，87版国标δ，现用国标为A）、垂直轧制方向的应变硬化指数（n）、塑性应变比（R，也叫厚向异性系数）这五个参数。

这些力学性能参数都是通过取垂直板材轧制方向取样后，进行单向拉伸试验后得到的。

因此，在了解这些力学性能参数之前，先讨论一下拉伸试验是有必要的。

进行拉伸试验后，可以得到载荷—行程曲线，经过转换后得到一条应力—应变曲线。

应力的概念类似于压强，是指单位面积上力的大小。

工程应变指试样在单位长度上的变形相对于原长度的百分比。

下图是产生微量变形时的应力—应变曲线。

板料在开始产生塑性变形前，先产生弹性变形。

对于目前车间使用的钢板、铝板，均没有像低碳钢那样的屈服台阶，所以我们一般取产生0.2%应变时的应力为板材的屈服强度。

我们把整个成形过程中的最大应力（也是缩颈开始产生时的应力）称为抗拉强度。

断裂时试样的伸长比例，称为板料的延伸率。

屈服应力大小直接影响冲压力及成形后回弹量大小。

在相同工艺条件下，低的屈服强度板材成形后回弹量小，形状更稳定。

板材成形性实验(课程实验)-新剖析

板材成形性实验(课程实验)-新剖析

板料成形性能测试实验姓名：学号：班级： ______________________航空宇航制造工程系机电学院西北工业大学基本知识概述1.1成形极限图板料的冲压成形性能包括抗破裂性、贴模性和定形性。

影响板料冲压成形性能的因素较多，如材料性能、零件和冲模的几何形状与尺寸、变形条件（变形速度、压边力、摩擦和温度等）以及冲压设备性能和操作水平等。

板料的贴模性是指板料在冲压过程中取得模具形状的能力，定形性是指零件脱模后保持其在模具内所取得的形状的能力。

影响贴模性的因素通常有成形过程中发生的内皱、翘曲、塌陷和鼓起等，这些几何面缺陷会使贴模性降低。

在影响定形性的诸因素中，回弹是最主要的因素。

零件脱模后，常因回弹较大而产生较大的形状偏差。

板料贴模性和定形性的好坏与否，是决定零件形状尺寸精确度的重要因素。

抗破裂性则通常被作为评定板料冲压成形性能的指标。

板料在成形过程中会出现失稳现象，即拉伸失稳和压缩失稳。

拉伸失稳是板料在拉应力作用下局部出现颈缩或破裂；压缩失稳是板料在压应力作用下出现皱纹。

板料在失稳前可以达到的最大变形程度通常称为成形极限。

成形极限分为总体成形极限和局部成形极限。

总体成形极限反映板料失稳前某些特定的总体尺寸可以达到的最大变形程度，如极限拉深系数、极限胀形高度和极限翻边系数等均属于总体成形极限。

总体成形极限常用作工艺设计参数。

局部成形极限反映板料失稳前局部尺寸可以达到的最大变形程度，如成形时的局部极限应变即属于局部成形极限。

成形极限图（Forming Limit Diagrams缩写FLD是板料在不同应变路径下的局部失稳极限©和e2（工程应变）或r和；2 （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，由Keeler和Goodwii等人在60年代中期提出的。

成形极限图为定性和定量研究板料的局部成形性能奠定了基础。

在此之前，板料的各种成形性能指标或成形极限大多以试样的某些总体尺寸变化到某种程度（如发生破裂）来衡量，而这些总体成形性能指标或成形极限不能反映板料上某一局部危险区的变形情况。

LS-DYNA第七章：材料模型

LS-DYNA第七章：材料模型

第七章材料模型ANSYS/LS—DYNA包括40多种材料模型，它们可以表示广泛的材料特性，可用材料如下所示。

本章后面将详细叙述材料模型和使用步骤。

对于每种材料模型的详细信息，请参看Appendix B，Material Model Examples或《LS/DYNA Theoretical Manual》的第十六章(括号内将列出与每种模型相对应的LS-DYNA 材料号）。

线弹性模型·各向同性（#1）·正交各向异性(＃2）·各向异性（＃2）·弹性流体（#1）非线弹性模型·Blatz-ko Rubber(＃7)·Mooney—Rivlin Rubber(＃27）·粘弹性(#6)非线性无弹性模型·双线性各向同性（#3）·与温度有关的双线性各向同性（#4）·横向各向异性弹塑性（#37）·横向各向异性FLD(#39)·随动双线性(＃3)·随动塑性（＃3）·3参数Barlat（＃36）·Barlat各向异性塑性（#33）·与应变率相关的幂函数塑性（#64)·应变率相关塑性（#19）·复合材料破坏（＃22）·混凝土破坏（＃72）·分段线性塑性(＃24）·幂函数塑性（＃18)压力相关塑性模型·弹—塑性流体动力学（#10）·地质帽盖材料模型（＃25)泡沫模型·闭合多孔泡沫(＃53)·粘性泡沫(#62)·低密度泡沫（＃57）·可压缩泡沫(＃63)·Honeycomb(＃26)需要状态方程的模型·Bamman塑性（＃51）·Johnson—Cook塑性（＃15）·空材料（＃9）·Zerilli—Armstrong(＃65)·Steinberg（＃11）离散单元模型·线弹性弹簧·普通非线性弹簧·非线性弹性弹簧·弹塑性弹簧·非弹性拉伸或仅压缩弹簧·麦克斯韦粘性弹簧·线粘性阻尼器·非线粘性阻尼器·索（缆）（#71)刚性体模型·刚体（#20）7.1定义显示动态材料模型用户可以采用ANSYS命令 MP， MPTEMP， MPDATA , TB， TBTEMP和TBDATA以及ANSYS/LS-DYNA命令 EDMP来定义材料模型。

板材成形极限

板材成形极限
板材成形极限
一、拉伸失稳与成形极限
拉伸失稳 是指在拉应力作用下，材料在板平面
方向内失去了塑性变形稳定性而产生缩颈，继 续往下发展，就会发生破裂。
拉伸失稳可分为分散失稳和集中失稳两种。
分散失稳
是指当缩颈刚开始时，在一个比较长的变 形区段中，由于材料性能不均匀或厚度不 均匀等，缩颈在变形区段的各部分 交替产生，此时缩颈 点不断地转移。
集中失稳
由于缩颈的变形程度很小，变形力虽略有下降， 但发展较缓慢，而且由于材料硬化的增强，变 形抗力又有所提高，最薄弱的部位逐渐显示出 来，缩颈逐步集中到某一狭窄区段，这样就形 成了集中失稳 ;
产生集中失稳时，缩颈点已不可能再转移出去， 此时金属产生了不稳定流动，由于这时的承载 面积急剧减小，变形力也就急剧下降，很快就 导致破裂。
3 取 ε2为横坐标，ε1为纵坐标，绘制成形极限曲 线
成形极限 是指材料不发生塑性失稳破坏时的极
限应变值。
成形极限有两种定义：
1 开始产生缩颈的失稳点作为成形极限； 2 将材料破裂点作为成形极限。
成形极限可以看成不是一个点，而是一 个区间。
Байду номын сангаас
二、成形极限曲线 （FLC FLD）
成形极限曲线：是对板材成形性能的一 种定量描述，同时也是对冲压工艺成败 性的一种判断曲线。
ε1和 ε2的极限值。
冲压板材表面坐标网格的制取方法较多， 常用的有照相腐蚀法、电化学浸蚀法 等．网格圆直径一般采用2—7mm
测定板平面内极限应变
1 首先选择破裂处的临界基准网格圆，及其在变 形前后的直径变化；
2 测出变形后的长轴d1和短轴d2的长度时，若基 准网格圆变形前的直径为d0，则可求得板平面 内两个主应变的极限值；1 ln(d1 / d0),2 ln(d2 / d0)

成形极限

成形极限

解决方法
应力分析法
应变分析法
第一种简称为应力分析法，是使板料在成形过程中最危险处的最大应力≤板料的允许(极限)应力。用这种方 法，一般先要找到在成形过程的某一瞬间板料上各点应力的分布规律．以便找出最危险处(危险点)。然后还要找 到危险点应力在不同瞬间的变化规律．以便找出最危险的时刻。最危险处在最危险时刻的应力，才是最大应力。 这个应力，对于轴对称零件，一般可通过联立求解微分平衡方程、协调方程和塑性方程求出。对非轴对称零 件．则需用塑性有限元等方法才能求出。总之都是相当繁琐的。而不等式的右边—板料的允许(极限)应力。对同 一种板料，在不同的应力状态下也是不同的，并非一个常数。故用应力分析法来解决板料大塑性变形的成形极限 问题，是很困难的。
成形极限
工程领域术语
01 板料
03 理论图
目录
02 图 04 解决方法
挤压变形程度、凹模半锥角、润滑状态及摩擦因子等是影响塑性失稳成形极限的主要因素。将不同应力状态 下测得的两个主应变的许用值，分别标在以板面内较小的那个主应变为横坐标、较大的那个主应变为纵坐标的坐 标系里，定下一些点，由这些点连成的曲线就称为板料的成形极限图FLD。
理论图
板料在以拉为主的变形方式下，其成形极限与应力状态密切有关。对于一些塑性材料，可据以判断板料在不 同应力状态下所能达到的成形极限，根据以上受拉失稳分析，建立以板料开始失稳作为判断准则的理论成形极限 图如4。
图4
图5为以试验为基础的板料成形极限图。将其与理论成形极限图进行对比，得出如下结论：
图5
板料
工程应力-应变曲线上的最大值相当于材料的拉伸强度σb。最大载荷时的应变是拉伸试件的一种稳定伸长量， 即随试样伸长而横截面积稳定均匀减少情况下的计量长度。对于伸长类的变形工序，如航空器零件的拉伸成形、 汽车覆盖件(护板)的成形以及局部颈缩决定了材料的成形极限，在这种情况下稳定伸长是材料延展性的一项重要 测量指标。

金属薄板成形性能与试验方法 成形极限图(FLD)试验

金属薄板成形性能与试验方法 成形极限图(FLD)试验

１． 试样表面上网格圆畸变后的形状如图３ ０５ 所示， 畸变后网格圆的长轴记作ｄ 短轴记作ｄ、 ２并将ｄ ，
和 ｄ 近似视为试样平面内一点上的两个主应变方向。 ７
ｄ 夕 ｄｏ ｄ ＜ｄｏ ， ，
ｄＪ ｄｏ ｄ －ｄ． ， ，
ｄ ｄ， ｄ ， ｄ ＞ ａｄ， ， 户
图 ３ 网格圆畸变 １． 测量临界网格圆的长、 ０６ 短轴 ｄ 和 ｄ 时， ， ２ 可以使用读数显微镜、 测量显微镜、 投影仪或专门设计的 测量工具、 检测装置等压 如工程应变比例尺， 见附录 Ａ（ 参考件）。 」 １． 根据测量结果， ０７ 按公式（）（） １ ，２计算试样的表面极限应变。
图 ２ 网格圆图案
６２ 试样表而的网格圆可用照像制版、 ． 光刻技术、 电化学腐蚀或其他方法制取。
６３ 网格圆初始直径ｄ 的大小， ． 。 影响试验的测量计算结果， 其选用原则为： 采用大尺 寸 模具时可将 ｄ ， 的数值取大一些， 而用小尺寸 模具时则取小一些。
６４ 如果使用本标准 ７ １ ． ． 条推荐的凸模尺寸， 则推荐使用 ｄ＝１５ ＂． 的网格圆。 ｏ ． ２５ ＾ ｍｍ ６５ 网格圆直径的偏差不大 ｆ ． － 其数值的 ２ Ｙ４ ｏ
了 模具
７１ 对于试验模具的几何尺寸 （ ． 包括拉深筋的部位、 形状和尺寸等） 不作具体规定， 仅推荐使用直径为
伸试验和液压胀形试验 。 ４２ 刚性凸模胀形试验时， ． 将一侧表面制有网格圆的试样置于凹模与压边圈之间， 利用压边力压紧拉 国家技术监督局 １ ９ 一 ２ １ 批准 ９５１一３ １ ９ 一 ８ ０ 实施 ９ ６０ 一 １
ＧＢ Ｔ ５ ２ ． 一 １ ９ ／ １ ８ ５ ８ ９ ５
深筋以外的试样材料， 试样中部在凸模力作用下产生胀形变形并形成凸包（ 见图 １ ， ）其表而上的网格圆 发生畸变， 当凸包上某个局部产生缩颈或破裂时 ， 停止试验 ， 测量缩颈区（ 或缩颈区附近） 或破裂区附近 的网格圆长轴和短轴尺寸， 由此计算金属薄板允许的局部表面极限主应变量（， 或（， ２。 ｅ，２ 。、 ） ｅ） 。

板料成形性能及冲压材料

板料成形性能及冲压材料

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。

第7章板料成形性能与成形极限-精品文档

第7章板料成形性能与成形极限-精品文档

图7-3 扩孔试验
3）弯曲试验 如图7-4,采用一系列具有不同底 部弧面半径的凸模，将试样按照规定的弯曲角 成形后，采用肉眼使用5倍放大镜观察，检查 其变形区外侧表面，观察到裂纹或显著凹陷后， 在实际弯曲半径上增加0.1mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ安全裕度作为试 样的最小弯曲半径，以该表面不产生裂纹或显 著凹陷时的最小相对弯曲半径rmin /t作为金属 薄板的弯曲性能指标。
图7-4 弯曲试验
4)锥杯试验 如图7-5, 圆片试样放在锥形 凹模孔内，通过钢球对试样进行复合成形， 即锥杯成形，发生破裂时停机,测量锥杯口 部最大外径Dmax和最小外径Dmin，用它们 计算锥杯值CCV作为金属薄板的“拉深+ 胀形”复合成形性能指标。
1 CCV ( ) D D m ax m in 2
(D0 )max LDR dp
图7-1 拉深试验方法
b. 拉深载荷试验 对圆片状试样进行拉深 时，试样直径D0与最大拉深力Fpmax,以及 与拉破试样的极限拉深力Fpf之间均具有近 似线性关系，利用这种关系，对多种不同 直径的试样进行试验测定Fpmax和Fpf以后， 可以求出杯体底部圆角附近壁部不产生破 裂时允许使用的最大试样直径和相应的载 荷极限拉深比。
板料发生失稳之前可以达到的最大变形 程度叫做成形极限。板料在冲压过程中可能 出现两种失稳现象，一种是拉伸失稳，表现 为板料在拉应力作用下局部产生缩颈和破裂； 另一种是压缩失稳，表现为板料在压应力作 用下起皱。
弯曲、拉深、胀形和翻边各节中提到的 工艺参数，最小相对弯曲半径r min ∕t、极限 拉深系数mmin、最大胀形深度hmax和极限翻边 系数Kfmin等反映板料拉伸失稳前总体尺寸可 以达到的最大变形程度，称为总体成形极限； 而在本章介绍的成形极限图，则是反映板料 失稳前局部尺寸可达到的最大变形程度，称 为局部成形极限。一般而言，板料的成形性 能越好，成形极限也就越高。
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图7-7 试验简图
下述两种方法可获得不同应变路径下表面
极限主应变。
a. 改变试样与凸模接触面间润滑条件 测定
FLD右半部分（双拉变形区，即e1＞0、e2≥0 或ε1＞0、ε2≥0）。
b.采用不同宽度的试样 用来测定成形极限图
的左半部分（拉-压变形区，即e1＞0、e2≤0或 ε1＞0、ε2≤0）。
a.分析危险点的位置(见图7-10和图7-11) b.分析破裂产生的原因,指导工艺或模具的改 进 c.进行冲压(结构)件的极限设计 d.保证大批量生产的稳定性 e.板料成形计算机模拟的判据(见图7-12和图 7-13)
a）应变状态图 b）板厚应变分布 图7-10 筒形件拉深件的应变状态图
a）应变分布 b）应变状态图 图7-11 胀形件的应变状态图
图7-15 平面应力状态屈服轨迹上的应力分类图
根据变形区板料所受应力和应变状态，可分
为两大类：伸长类成形和压缩类成形。
当作用于变形区内平均应力σm >0,即拉应
力的绝对值最大时，在这个方向上的变形属伸
长变形，称这种冲压成形为伸长类成形。
当作用于变形区内平均应力σm <0,即压应
力的绝对值最大时，在这个方向上的变形属压
网格变形后形状如图7-8所示，长轴为d1、 短轴为d2,将d1和d2近似视为试样平面内一点上
的两个主应变方向。
图7-8 网格圆畸变
根据测量结果，计算试样表面极限应变。
e1 e2

d1 d0 d0
d2 d0 d0
100%


100%
1 2
ln d1 d0
ln d 2 d0
著凹陷时的最小相对弯曲半径rmin /t作为金属
薄板的弯曲性能指标。
图7-4 弯曲试验
4)锥杯试验 如图7-5, 圆片试样放在锥形 凹模孔内，通过钢球对试样进行复合成形， 即锥杯成形，发生破裂时停机,测量锥杯口
部最大外径Dmax和最小外径Dmin，用它们 计算锥杯值CCV作为金属薄板的“拉深+
胀形”复合成形性能指标。
缩变形，称这种冲压成形为压缩类成形。
图7-16 平面应力状态屈服轨迹上的应变分类图
在图7-15中，FOB是伸长类成形和压缩类成 形的分界线；在应变分区图7-16中，MOD是伸 长类成形和压缩类成形的分界线。
伸长类成形包括应变分区图中MON、NOA、 AOB、BOC及COD五个区。压缩类成形包括应 变分区图中MOL、LOH、HOG、GOE及EOD 五个区。
3）变形区受异号应力作用且拉应力绝对值大
于压应力绝对值 分为两种情况：σθ>0>σr 和 σr>0>σθ 。这两种情况在应力分区图中 处于GOF和AOB范围，在应变分区图中处于
MON和COD范围，相对应的工序有扩口等。
4）变形区受异号应力作用且压应力绝对值大
于拉应力绝对值，分两种情况： σθ>0>σr 和 σr>0>σθ 。这两种情况在应力分布区图 中处于EOF和BOC范围，在应变分区图中处于
（2）直接（模拟）试验 针对特定工艺的试验。有：胀形（杯突）试
验、拉深与拉深载荷试验、扩孔试验、弯曲试 验、锥杯试验、凸耳试验等。
1)拉深与拉深载荷试验 a. 拉深试验 如图7-1,将圆片试样压置于用不同直径的试样，并按照逐级增大直径 的操作程序进行拉深试验，以测定拉深杯体底 部圆角附近的壁部不产生破裂时允许使用的最 大试样直径(D0)max ，试验结束后用(D0)max计算
γ=εb /εt =ln（b0/b）/ln（t0/t）
2）材料力学性能与板料成形性能的关系
a.屈强比 σs /σb 越小，板料拉深性能越好。 b.塑性应变比 γ值越大，板料拉深性能好。 c.伸长率 δ越大，板料的弯曲与内孔翻边性能
越好。
d.加工硬化指数 n值越大，胀形性能越好。
3）用间接试验反映材料成形性能存在的缺陷 间接（力学性能）试验方法简单成熟，标准化 程度高。但是，由于试验是在单向应力状态下 进行的，故其不能反映应力状态对板料成形性 能的影响，也不能定量反映板料对不同成形工 序的成形性能。
(1)冲压成形时毛坯的区域划分
a)拉深 b)内缘翻边 c)缩口 d)扩口 e)弯曲
图7-14 冲压成形时毛坯各区划分举例
(2)冲压成形的力学分类 变形区的主应力状态图和主应变状态图不仅
从力学方面决定了冲压工序的性质，而且与成 形极限、成形质量以及所需的变形力与变形功 有密切的关系。它是制定成形工艺、设计模具 和确定极限参数的主要依据。研究冲压成形过 程，必须全面、清晰地了解整个变形区内的应 力应变状态特征以及在应力、应变场中连续变 化的规律。这样才能从本质上揭示各成形方式 之间的力学特点，并根据这些特点对各种成形 方法分类。
根据表面极限应变量在坐标系中的分布特 征，将它们连成适当的曲线（图7-9a）或构成 条带形区域（图7-9b），即为成形极限曲线 （FLC）。
图7-9 成形极限图（FLD）标绘 注：• —表面极限应变量
3) 成形极限图的应用 根据成形极限图，将板料 划分为三个区域：安全区、破裂区和临界区。 不同工艺，不同工艺参数都会导致板料表面应 变量的不同，从而可以根据该工艺所处成形极 限图的位置，确定板材在冲压成形过程中抵抗 局部缩颈或破裂的能力。具体而言,成形极限图 有如下用途:
形极限图(Forming Limit Diagram，缩写FLD) 。
图7-6 成形极限图（FLD）
2)成形极限图（FLD）试验 将一侧表面制有网 格的试样置于凹模与压边圈之间，压紧拉深筋 以外的材料，试样中部在外力作用下产生变形 （见图7-7），其表面上的网格圆发生变形，当 某个局部产生缩颈或破裂时，停止试验，测量 缩颈区或破裂区附近的网格圆长轴和短轴尺寸， 计算板料允许的局部表面极限主应变量（e1、 e2）或（ε1、ε2）。
弯曲、拉深、胀形和翻边各节中提到的 工艺参数，最小相对弯曲半径r min ∕t、极限 拉深系数mmin、最大胀形深度hmax和极限翻边
系数Kfmin等反映板料拉伸失稳前总体尺寸可
以达到的最大变形程度，称为总体成形极限； 而在本章介绍的成形极限图，则是反映板料 失稳前局部尺寸可达到的最大变形程度，称 为局部成形极限。一般而言，板料的成形性 能越好，成形极限也就越高。
1
D D CCV (

2
max
)
m in
图7-5 锥杯试验
5)用模拟试验反映材料成形性能存在的缺陷 直接或模拟试验能反映板料对某特定工艺的 成形性能。但是,它不具有一般性 。此外,它只 能反映材料宏观平均性能,不能反映材料的局 部性能。
(3)板料成形极限图及其应用 成形极限图（FLD）或成形极限线（FLC）是评定金
所有冲压变形方式按毛坯变形区的应力状态 和变形特点，从塑性变形力学理论的角度又可 归纳为以下四种情况。
1）变形区受双向拉应力作用 可有以下两种 情况：σθ>σr>0和σr>σθ>0。在平面应 力状态屈服轨迹上的应力分区图（图7-15） 中处于AOH和HOG范围内，在应变分区图 （图7-16）中处于AOC和AON范围内，与此 相对应的工序是翻边和胀形等。 2）变形区受双向压应力作用 可有以下两种 情况： σθ<σr<0和σr<σθ<0。在应力 分区图中处于DOE和COD范围内，在应变分 区图中处于GOE和GOL范围内，与此相对应 的工序有缩口等。
df

1 (d 2
f
max

d
f
min )
d f d0 100%
d0
图7-3 扩孔试验
3）弯曲试验 如图7-4,采用一系列具有不同底 部弧面半径的凸模，将试样按照规定的弯曲角 成形后，采用肉眼使用5倍放大镜观察，检查 其变形区外侧表面，观察到裂纹或显著凹陷后， 在实际弯曲半径上增加0.1mm安全裕度作为试 样的最小弯曲半径，以该表面不产生裂纹或显

ln(1

e1
)



ln(1

e2
)
如图7-9,以表面应变e2(或ε2)为横坐标、表 面应变e1（或ε1）为纵坐标，建立表面应变坐 标系。在e1-e2坐标系中，习惯将e1和e2分度比 例为1：2，而在ε1-ε2坐标系中两者分度一般 相同。将试验测定表面极限应变量（e1、e2） 或（ε1、ε2）标绘在表面应变坐标系中。
极限拉深比LDR。
LDR (D0 )max dp
图7-1 拉深试验方法
b. 拉深载荷试验 对圆片状试样进行拉深
时，试样直径D0与最大拉深力Fpmax,以及
与拉破试样的极限拉深力Fpf之间均具有近 似线性关系，利用这种关系，对多种不同
直径的试样进行试验测定Fpmax和Fpf以后， 可以求出杯体底部圆角附近壁部不产生破
MOL和DOE范围，相对应的工序有拉深等。
（3）冲压成形力学分类的意义及作用 从变形力学特点将成形工序进行科学的分
类，研究其变形规律和本质差别，有利于找 出其共性问题和解决问题的途径和方法。提 高伸长类成形和压缩类成形方法的成形极限 的途径与方法是不一样的，以下分别加以讨 论。
1)提高伸长类成形极限的措施 a．提高材料的塑性 成形前退火、多次成形 的中间退火，都是为了消除材料硬化，提高 材料塑性，从而提高极限变形程度。
裂时允许使用的最大试样直径和相应的载
荷极限拉深比。
图7—2 拉深载荷试验图
2）扩孔试验 如图7-3,试验时，将中心带有预制 圆孔试样置于凹模与压边圈之间压紧，通过凸 模将其下部试样压入凹模，使预制圆孔直径不 断扩大，直至孔缘局部发生开裂停止凸模运动。 测量试样孔径的最大值和最小值，用它们计算 扩孔率λ作为金属板料的扩孔性能指标。
第7章 板料成形性能与成形极限
板料成形性能是指板料对各种成形工艺的 适应能力。