材料加工工艺15.ppt

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材料加工工艺15

* 金属塑性加工 Metal Forming Processes (6) 清华大学机械工程系 《材料加工》课程工艺部分 主要内容 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 板料成形性能的重要意义 板料成形性能的主要参数 加工硬化指数n 板厚方向性指数r 平面方向性指数?r 板料成形极限图FLD 板料冲压性能试验 6.1 板料成形性能的重要意义 1996年,中国钢材产量跃居世界第一位(1亿吨) 2003年,中国钢材产量连续7年保持在世界第一位(2亿吨) 2006年,中国钢材产量将达到3亿吨 钢铁大国 ≠ 钢铁强国 中国钢材: $300/吨 消耗能源2A/吨 外国钢材: $500/吨 消耗能源 A/吨 产品质 成形用钢板的质量 力学性能:达到要求 成形性能:很难满足成形要求 板料成形件对材料的要求:强度不是主要的,看重的是成 形性能。 1996年 薄板钢材产量 1229.77万吨 比1995年增长 12.33% 进口同类产品 840万吨 比1995年增长47% 出口同类产品 60万吨 比1995年减少65% 板料成形性能的主要内容 板料加工阶段所需要的加工性能,称为冲压性,其 中包括冲剪性、成形性和定形性。 冲剪性:板材适应剪裁加工的能力 成形性:板材适应各种成形加工的能力,平板毛坯 变成具有一定形状零件 定形性:成形模具(力)卸去后,板料保持其已得 形状的能力 板料的成形性能 板料的成形性能分为广义和狭义两个内容,它们的关系是 6.2 板料成形性能的主要参数 n r 8)平面异性指数 ?r 5)均匀延伸率 6)应变硬化指数 7)厚向异性指数 4)极限(总)延伸率 3)屈强比 1)抗拉强度 2)屈服点 δ u δ σ s σ b σ b σ s 板料成形性能的主要参数 在材料的力学性能参数中,屈服强度σs、屈服比 σs/σb、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、残余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 6.3 应变(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值大的材料,在同样的变形程度下,真实应力增加 的要多。在伸长类变形过程中可以使变形均匀化,具有扩 展变形区,减少毛坯的局部变薄和增大极限变形参数等作 用。 硬化指数n的数值,可以根据拉伸试验结果所得的硬化 曲线,也可以利用具有不同宽度的阶梯形拉伸试样所做的 拉伸试验结果,经过一定的计算求得。 6.4 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εw与厚度应变εt之比,即: r=εw/εt w0 ln( 0 ) R值的计算 w f t t f w,t 代表宽度和厚度尺寸 下标0 代表初始尺寸 下标f 代表变形后的尺寸 ln( ) = R90 = ε w ε t 假设轧制方向就是板材的长度方向 厚向异性系数的表达 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r0、r45和r90表 示。由于不同方向上测得的数值是变化的, 板料的厚向异性系数常用平均值r表示 R值对成形的影响 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。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。 大型覆盖件成形,基本上是一种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。 6.5 平面异性系数(凸耳参数) 板平面内各向异性的差别用r表示。 r 对成形的影响 用圆形坯料拉深筒形件,当△r>0时,凸耳出现在0°和90° 方向;当△r<0时,凸耳出现在±45°方向;△r=0时,不产生凸 耳。由于凸耳的位置与大小和△r有关,所以△r也叫凸耳参数。 r值在板平面内的变化 圆筒件拉深的制耳 常见金属材料的平均R值 锌合金(Zinc Alloys) 热轧钢板(Hot-rolled steel) 冷轧沸腾钢板(Cold-r

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