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第1章 冲压变形基础理论 1

1.1概述 1

1.2应力应变基本概念 2

1.2.1点的应力状态 2

1.2.2点的应变状态 3

1.3屈服准则 3

1.3.1各向同性屈服准则 3

1.3.2各向异性屈服准则 6

1.4材料模型 7

1.5应力应变关系 8

1.5.1塑性应力应变关系与屈服准则的相关性 8

1.5.2各向同性流动理论 8

1.5.3各向异性流动理论 9

1.5.4面内同性厚向异性薄板的平面应力问题 13

1.6塑性变形的基本方程 18

1.7板材失稳理论 18

1.7.1单向拉伸失稳理论 18

1.7.2双向拉伸失稳理论 20

1.7.3理论成形极限图 22

1.8轴对称薄板自由胀形解析 23

1.8.1轴对称薄板自由胀形的几何和力学特点 23

1.8.2轴对称薄板自由胀形解析的理论基础 24

1.8.3主应力之比与胀形轮廓之间的关系 26

1.8.4薄板自由胀形的力学解析 27

1.9圆锥形件拉深过程的能量法解析 32

1.9.1轴对称曲面件拉深过程的力学模型 32

1.9.2接触摩擦的简化处理 33

1.9.3拉深力-行程曲线的能量法解析 34

1.10板材拉深起皱失稳 38

1.10.1法兰起皱失稳 38

1.10.2圆锥形件拉深的侧壁起皱失稳 50

参考文献 54

第2章 冲压用金属板材料 55

2.1新型金属板材料的品种性能及其技术特征 56

2.1.1材料成形性指数 56

2.1.2新型板材的品种与性能 58

2.1.3新型板材的主要技术特征 66

2.2金属板材料的分类 68

2.2.1按晶体结构分类 68

2.2.2按基体金属种类与化学成分分类 70

2.2.3按生产工艺分类 72

2.2.4按用途分类 74

2.2.5按使用性能分类 75

2.2.6按加工与成形工艺特性分类 78

2.3金属材料的晶体结构与强塑性 78

2.3.1金属材料的晶体结构 79

2.3.2位错理论与塑性变形 80

2.3.3临界分切应力与屈服强度 84

2.3.4金属材料屈服强度的影响因素 87

2.3.5晶体结构对塑性的影响 89

2.4金属板材料冲压成形性能 90

2.4.1单向拉伸试验 90

2.4.2冲压成形用材料的强度 92

2.4.3成形性能基本参数的物理意义 95

2.4.4平面应变拉伸试验 96

2.4.5双向拉伸试验 96

2.4.6剪切试验 98

2.5材料成形性能的评定试验方法 99

2.5.1冲压成形的基本类型及其对材料成形性能的要求 99

2.5.2成形性能的专项评定试验方法 100

2.5.3成形极限图及其测试方法 113

2.6国内外常用金属板材料的标准、牌号与性能 115

2.6.1冷轧钢板 118

2.6.2冷轧热镀锌、电镀锌及彩涂钢板 133

2.6.3热轧钢板与钢带 142

2.6.4不锈钢板 148

2.6.5铝合金板 151

2.6.6镁合金板 153

2.6.7钛合金板 155

2.7典型冲压成形材料的成分、工艺、组织与性能 156

2.7.1超深冲钢薄板 156

2.7.2铝合金薄板 159

2.7.3中厚钢板 160

2.8金属材料的强塑化机理与途径 161

2.8. 1金属材料的强化机理与途径 162

2.8.2提高材料塑性与成形性能的方法与工艺 163

2.9金属板材的发展及应用趋势 164

2.9. 1高强度无间隙原子（IF）钢板 164

2.9.2相变诱导塑性（TRIP）钢板 165

2.9.3孪晶诱导塑性（TWIP）钢板 167

2.9.4淬火分离（Q-P）钢板 168

参考文献 168

第3章 冲压工艺 172

3.1冲压工艺概论 172

3.1.1冲压成形的特点及发展趋势 172

3.1.2冲压工艺分类 173

3.1.3冲压成形的基本规律 174

3.2分离 179

3.2. 1冲裁 179

3.2.2管材与型材的冲裁 209

3.2.3精密冲裁 215

3.2.4高速冲裁 217

3.3弯曲 223

3.3.1板料弯曲 223

3.3.2管材弯曲 249

3.4拉深 250

3.4.1拉深基本原理及其工艺性 250

3.4.2圆筒形件拉深工艺性分析 251

3.4.3拉深过程的力学分析及尺寸确定 253

3.4.4拉深过程易出现的缺陷及防止措施 257

3.4.5无凸缘圆筒形件的拉深工艺计算 259

3.4.6压边力、拉深力和拉深功 263

3.4.7有凸缘圆筒形件的拉深 267

3.4.8阶梯形零件的拉深 270

3.4.9曲面形状零件的拉深 271

3.4.10盒形件的拉深 275

3.4.11变薄拉深 279

3.4.12温差拉深 281

3.4.13大型覆盖件拉深 282

3.4.14关键工艺参数的确定 288

3.5成形 291

3.5.1胀形 291

3.5.2翻边 304

3.5.3缩口与扩口 318

3.5.4校形 323

3.5.5旋压 324

3.6特种成形 330

3.6.1板材充液成形 330

3.6.2管材充液成形 332

3.6.3电磁成形 333

3.6.4温热成形 334

3.6.5爆炸成形 335

3.6.6电液成形 336

3.6.7激光冲击成形 337

3.6.8增量成形 337

3.6.9冲锻复合成形 338

参考文献 339

第4章 冲压模具 340

4.1概述 340

4.2冲模技术设计及冲模类型 340

4.2.1冲模技术设计 340

4.2.2冲模的类型及其典型结构 341

4.3冲件及其技术要求 420

4.3.1冲件的精度与尺寸公差等级 420

4.3.2冲件的结构工艺性 425

4.3.3冲件常用材料及其性能 439

4.4冲模设计与制造的技术要求 446

4.4.1冲模模架的技术要求 446

4.4.2冲模零件的技术要求 451

4.5冲模的结构形式与结构主体设计 454

4.5.1冲模结构形式的确定 454

4.5.2冲模结构主体及其典型结构 457

4.6冲裁模的结构与工艺参数 483

4.6.1冲裁过程与冲裁间隙 485

4.6.2凸、凹模刃口的几何参数 492

4.6.3压力中心的计算与确定 494

4.6.4冲裁成形工艺参数 495

4.7弯曲模的结构与工艺参数 497

4.7.1弯曲件的结构工艺性与尺寸公差等级 497

4.7.2弯曲变形过程与凸、凹模圆角半径 500

4.7.3凸、凹模间隙及工作部位尺寸 503

4.7.4弯曲成形条件与工艺参数 504

4.8拉深模的结构与工艺参数 511

4.8.1凸、凹模圆角半径的计算 510

4.8.2凸、凹模间隙的计算与设定 513

4.8.3拉深成形的工艺条件 516

4.9成形模的结构与工艺参数 535

4.9.1起伏成形与胀形模的结构与工艺参数 536

4.9.2翻边模的结构与成形工艺参数 539

4.9.3缩口与扩口成形工艺参数 547

4.10精冲模的类型及其结构与工艺参数 550

4.10.1精冲模的类型与应用 550

4.10.2精冲模的结构与工艺参数 550

参考文献 552

第5章 冲压数值模拟与模具数字化制造 553

5.1板料冲压成形数值模拟基础 553

5.1.1单元模型 553

5.1.2屈服准则 555

5.1.3流动应力方程 558

5.1.4硬化模型 559

5.1.5失稳判据 562

5.1.6模拟算法 562

5.1.7板料成形数值模拟网格划分 565

5.2板料成形软件介绍 566

5.2.1全流程集成化板料成形数值模拟软件——FASTAMP 566

5.2.2全工序板料成形数值模拟软件——AutoForm 567

5.2.3基于动力显式算法的成形数值模拟软件LS-DYNA和PAM-STAMP 2G 568

5.3板料成形数值模拟技术在产品设计过程中的应用 568

5.4板料成形数值模拟技术在冲压行业中的应用 570

5.4.1在汽车覆盖件冲压成形中的应用 570

5.4.2在汽车结构件冲压成形中的应用 572

5.4.3在家电钣金件冲压成形中的应用 574

5.5冲压工艺和模具数字化设计 575

5.5.1冲压工艺和模具设计的步骤 576

5.5.2冲压工艺和模具的数字化设计方法 576

5.5.3应用实例 579

5.6冲压模具的数字化装配 583

5.6.1三维装配技术 583

5.6.2冲压模具的数字化装配方法 585

5.6.3应用实例 587

5.7冲压模具的数控加工技术 589

5.7.1数控加工的基本特点 589

5.7.2数控加工指令的生成方法 590

5.7.3应用实例 595

5.8冲压模具的检测技术 598

5.8.1三坐标测量技术 598

5.8.2冲压模具制造精度的检测方法 601

参考文献 606

第6章 省力与近均匀冲压技术 610

6.1省力成形力学原理及其在屈服图形上的范围 611

6.1.1省力成形力学原理 611

6.1.2应力应变顺序对应规律的证明和应用 622

6.1.3平面应力屈服图形的分区及其省力成形范围 628

6.1.4三向应力屈服图形的分区及其上低载荷成形范围 632

6.2均匀成形及其影响因素 638

6.2.1均匀变形基本概念 638

6.2.2变形均匀性与省力成形的联系 641

6.3降低流动应力来实现省力成形的途径 646

6.3.1影响流动应力的因素 646

6.3.2实现省力成形的途径 647

6.4改变摩擦状态及实现省力成形的途径 656

6.4.1影响摩擦的因素 656

6.4.2实现省力成形的途径 658

6.4.3积极摩擦 662

6.5减小承压面积来实现省力成形的途径 664

6.5.1省力冲裁 664

6.5.2局部锻造成形 665

6.5.3旋压 667

6.5.4摆动辗压 667

6.5.5多点成形 670

6.5.6校平 674

6.5.7弯曲成形 675

6.5.8辊轧成形 676

6.5.9滚弯成形 677

6.5.10单点数控增量成形 678

6.6增大自由流动的可能性来实现省力成形的途径 681

6.6.1省力拉深模具结构 681

6.6.2板材拉深时坯料工艺孔的设计 682

6.6.3弯曲步骤制订 684

6.6.4分流面锻造 684

6.7成形流程对变形均匀性的影响 686

6.7.1成形次数对变形均匀性的影响 686

6.7.2成形顺序对变形均匀性的影响 687

6.7.3采用合理预成形工艺实现均匀成形 689

6.8采用新工艺实现省力及均匀成形 690

6.8.1液压胀形 690

6.8.2粘性介质成形 692

6.8.3板材／体积复合成形工艺 693

6.8.4内高压省力成形方法 697

参考文献 701

第7章 冲压设备 704

7.1冲压设备的分类 704

7.2曲柄压力机 705

7.2.1概述 705

7.2.2曲柄连杆滑块机构 707

7.2.3传动系统 711

7.2.4离合器与制动器 716

7.3冲压液压机 717

7.3.1液压机的主要技术参数 718

7.3.2冲压液压机的结构形式与动作方式 719

7.3.3液压机的发展水平和趋势 720

7.3.4国内具有代表性的冲压液压机 721

7.4伺服压力机 723

7.4.1交流伺服直接驱动技术 723

7.4.2伺服压力机的类型 725

7.4.3典型伺服机械压力机 726

7.4.4伺服机械压力机的典型结构 730

7.5数控冲、剪、折机床 732

7.5.1数控转塔压力机 732

7.5.2数制折弯机 735

7.5.3数控剪板机 736

7.6冲压生产机械化、自动化设备与装置 737

7.6.1板材开卷、校平机 737

7.6.2冲压自动送料装置 738

7.6.3冲压机械手与机器人 742

7.6.4冲压安全保护装置 747

第8章 冲压生产设施 753

8.1概述 753

8.1.1冲压生产设施对冲压生产的重要性 753

8.1.2冲压生产设施涵盖的内容 753

8.1.3确定冲压生产设施的基础 754

8.1.4确定生产设施的原则 756

8.2冲压生产设备设施 756

8.2.1生产设备设施涵盖的内容 756

8.2.2生产设备设施的选用原则 758

8.2.3工艺设备的确定 761

8.2.4冲模与检验夹具的确定 768

8.3车间部门设置及要求 770

8.3.1车间类型及车间组成 770

8.3.2各部门的要求 771

8.4车间区划与平面布置 773

8.4.1区划与平面布置的原则 773

8.4.2区划与平面布置的内容 774

8.4.3区划与平面布置的基本形式 776

8.4.4车间面积分类及计算 778

8.5厂房建筑结构形式 783

8.5.1对厂房建筑结构形式的一般要求 783

8.5.2厂房建筑的结构形式 784

8.5.3车间通道 786

8.5.4车间内的平台 786

8.5.5地面 786

8.5.6设备基础 788

8.6厂房环境 790

8.6.1采光与照度 790

8.6.2通风采暖 791

8.6.3清洁度 791

8.7动能供应 791

8.7.1动能种类及要求 791

8.7.2各种介质耗量 794

8.7.3节约能源及合理利用能源 797

8.8劳动保护及安全技术 798

8.9环保、职业卫生要求及采取的措施 799

8.10消防要求及采取的措施 804