钣金成形性能

钣 金 成 形 性 能

一 概论 1 .钣金成形性能研究课题的范围和性质

金属变形的两个明显不同的范畴，弹性与塑性。 金属成形，必须在塑性范围内进行，才可以得到 永久变形，其定义不像弹性那样精确，然而也有 一些解析方法和试验结果，并诞生了塑性理论。 钣金成形必须超过弹性极限，但不应超过缩颈阶 段，因为超过缩颈阶段，特别是出现局部缩颈后 纵然可以得到所要求的形状，但在后续成型工序 及使用中横容易招致破坏。

所以研究的范围主要是限于弹性极限到局部缩 颈点之间的塑性区。对象限与3mm以内的薄板料

1）应力与应变虽然是一个统一体的两面，但 用塑性理论解决问题时，主要是考虑受力及应力状 态，故叫塑性力学。成形性能主要考虑变形及应变 形态，尤其是最大的极限变形状态。

2）由于以上关系，塑性理论解决问题必用的平 衡方程，考虑成形性能时就不见得用到，因为成形 性能主要考虑变形的过程及结果，不是某一个平衡 状态。体积不变条件，是这方面唯一经常用到的条 件

3）工艺参数如极限压延比，是一种工艺的综合

极限指标，成形性能考虑的是各个局部的（极限）变形，两者既有联系，又有区别。

2 .钣金成形性能研究的内容和问题

1）材料加工性能和钣金的成形性能

实践证明，改善材料的加工性能，常常比改进加工方法本身能收到更大的经济效益。图1-2所以，为一个钣金在整个生产过程中，希望能具备的各种加工性能。 钣金加工阶段所需要的加工性能，可叫做冲压性，一般包括冲剪性，成形性和定性性三个方面。

冲剪性是指板材适应冲裁与剪裁加工的能力。80% ~ 90%钣金件的毛料是经冲剪提供的

成形性是指板材适应各种成形加工的能力。大多数钣金零件都需要成形工序，使平板毛料变成具有一定形状的零件。

定形性是指在成形外力卸去后，板料保持其已得形状的能力。由于塑性变形中总包含有弹性分量，外力卸除时，已成形的板料会产生一定的回弹。由于回弹的互相牵制，还会出现残余应力，零件在储存和使用期间，这些残余应力还可能引起零件变形和开裂。

在上述三个方面中，成形性国外研究得最早，最多，也最有实际效果，故我们也首先抓成形性的研究。

按材料在成形过程中所承受的变形方式来分类，一般可分为：

（1） 弯曲成形（包括拉弯） （2） 压延成形

（3） 胀形（还包括拉形、局部成形）

（4） 拉深成形（包括单向拉深、翻孔、凹弧翻边等） （5） 收缩成形（包括收边、管子缩颈、收口、凸翻边等）。 （6） 体积成形（包括旋薄、变薄压延、喷丸成形、压印等）

当前所谓板料的成形性，一般是指板料对前四类成形方法的适应能力。剧统 计，形状复杂，成形难度较大的钣金件，绝大多数属于压延或胀形，或这两者不同的复合成形。

成形性中最为重要的是成形极限的大小。钣金在成形过程中存在两种成形极限，一是起皱，另一是破裂。成形极限可以用“发生起皱或破裂之前，材料能承受的最大变形程度”来表示。薄钣金很容易起皱，对应不起皱的允许变形程度常常很小。在实际生产中，起皱可用压边圈（或类似的机械夹持）等方法来预防，故起主导作用的的极限经常是破裂。材料的破裂是在受拉的情况下，经过弹性变形—均匀塑性变形—分散性失稳—集中性失稳几个阶段才发生的。故在成形性研究中，板料抵抗拉伸失稳的能力，是个重要的内容。

对汽车钣金来讲，更换材料遇到最大的困难就是成形性的问题。下面是日本冶金公司对他们的几百中钢、铝、铜等薄板提供六个方面15项成形性能方面的数据，供

订货者选择。

A 板厚

B 单向拉深试验的数据 ① 抗拉强度бb ② 屈服点 бs

③ 屈服比бs / бb ④ 极限伸长率еp ⑤ 均匀伸长率δ ⑥ 应变刚指数n值 ⑦ 厚向异性系数γ值 ⑧ 平面异性系数△γ值 C 弯曲试验的数据

R/t（弯曲内半径与厚度比，弯角180°） D 硬度试验的数据——硬度值 E 成形试验的数据

① 埃利克森值——IE（A），IE（B）

② 斯威弗特压延比值——L.D.R（或βk） ③ 福井试验值——C.C.V

F 显微组织试验的数据——晶粒度 2）成形性能研究的问题

成形性能中最为重要的是成形极限的大小。成形极限可理解成为钣金在发生破裂前能够得到的变形程度，也就是我们说的“塑性”。塑性不是金属的本性，而是金属的一种状态。一种金属的塑性大小，不仅与其成分、组织有关，还与下列因素有关：

① 变形方式——材料在变形过程中所受的应力应变状态 ② 变形条件——变形温度、速度、外摩擦等条件 ③ 变形经历——（变形历史） ④ 附近材料的应变剃度

再者，在具体生产中，一种牌号钣金的塑性，还与以下具体生产条件有关 ① 尺寸效应（因尺寸的增大或缩小而引起的成形性差别） ② 边缘状况 ③ 模具参数

④ 机床工作参数 ⑤ 摩擦润滑情况 ⑥ 工人操作情况

故同一种牌号的钣金，即使对同一种成形方式，因具体生产条件不同，其适 应能力还可能不同，因此评定一重钣金成形性能的指数，如要求能与各种具体生产工艺参数定量地相对应，则非常的繁琐，指数过分繁多了，就失去评定的意义。但如评定的指数过少，则将有很多因素的影响不能得到反映。用尽量少的指数，把各种主要因素的影响都包括进去。此外，钣金的成形性能在成形过程中，还是随变形程度的增加而变化的，需要找到变化的规律，并统一规定用多大变形程度的成形性能指数，来代表材料的成形性能。所以，钣金成形性能研究的问题可概括为“四多一变”。即零件形状多，成形方法多，材料牌号多，影响因素多，而且一种牌号材料成形性能，在成形过程中还是变化的。

3.鉴定钣金成形性能的指数与试验

1）概述

① 基本成形性能指数及试验 ② 模拟成形性能指数及试验 ③ 成形性能曲线及试验 ④ 特定成形性能指数及试验 ⑤ 金属学的成形性能指数及试验

A 基本成形性能指数及其试验

ⅰ. 单拉试验求得的成形性能相关指数

从单拉试验求得的使用性能数据，可找到下述与成形性相关的定性关系： ① 屈服点бs和抗拉强度бb高，所需要的成形力大