第一章冲压变形的基本原理
1.1 金属塑性变形的基本概念
金属在外力作用下产生形状和尺寸的变化称为变形，变形分为弹性变形和塑性变形。而冲压加
工就是利用金属的塑性变形成形制件的一种金属加工方法。要掌握冲压成形加工技术，首先必须了
解金属塑性变形的一些基本原理。
1.1.1 塑性变形的物理概念
所有的固体金属都是晶体，原子在晶体所占的空间内有序排列。在没有外力作用时，金属中原子处于稳定的平衡状态，金属物体具有自己的形状与尺寸。施加外力，会破坏原子间原来的平衡状态，造成原子排畸变图1.1.1，引起金属形状与尺寸的变化。
图1.1.1 晶格畸变
a)无外力作用；b)外力作用产生弹性畸变；c)晶格滑移或孪动；d)外力卸去后的永久变形
假若除去外力，金属中原子立即恢复到原来稳定平衡的位置，原子排列畸变消失和金属完全恢复了自己的原始形状和尺寸，则这样的变形称为弹性变形（图 1.1.1a ）。增大外力，原子排列的畸变程度增加，移动距离有可能大于受力前的原子间距离，这时晶体中一部分原子相对于另一部分产生较大的错动（图 1.1.1c ）。外力除去以后，原子间的距离虽然仍可恢复原状，但错动了的原子并不能再回到其原始位置（图 1.1.1d ），金属的形状和尺寸也都发生了永久改变。这种在外力作用下产生不可恢复的永久变形称为塑性变形。
受外力作用时，原子总是离开平衡位置而移动。因此，在塑性变形条件下，总变形既包括塑性变形，也包括除去外力后消失的弹性变形。
1.1.2塑性变形的基本形式
金属塑性变形是金属在外力的作用下金属晶格先产生晶格畸变，外力继续加大时，产生晶格错动，而这种错动通常在晶体中采取滑移和孪动两种形式。 。
1.滑移
当作用在晶体上的切应力达到一定数值后，晶体一部分沿一定的晶面，向着一定的方向，与另一部分之间作相对移动，这种现象叫滑移，图1.1.1。金属的滑移面，一般都是晶格中原子分布最密的面，滑移方向则是原子分布最密的结晶方向，因为沿着原子分布最密的面和方向滑移的阻力最小。金属晶格中，原子分布最密的晶面和结晶方向愈多，产生滑移的可能性愈大，金属的可塑性就愈好。晶格的滑移可通过位错理论来解释。滑移时并不需要整个滑移面上的全部原子一齐移动，而只是在位错中心附近的少数原子发生移动。
2.孪生
孪动也是在一定的切应力作用下，晶体的一部分相对另一部分，沿着一定的晶面和方向发生转动的结果，已变形部分的晶体位向发生改变，与未变形部分以孪晶面对称，图1.1.1。
孪动与滑移的主要差别是：①滑移过程是渐进的，而孪动过程是突然发生的；②孪动时原子位置不会产生较大的错动，因此晶体取得较大塑性变形的方式主要是滑移作用；③孪动后，晶体内部出现空隙，易于导致金属的破坏；④孪动所要求的临界切应力比滑移要求的临界切应力大得多，只有滑移过程很困难时，晶体方发生孪动。
3.晶间变形
滑移和孪动都是发生在单个晶粒内部的变形，称为晶内变形。工业生产中实际使用的金属则是多晶体。多晶体中的每个单晶体（晶粒）要受到四周晶粒的牵制，变形不如自由单晶体单纯，可塑性也不易充分发挥，会造成变形不均匀。多晶体的变形方式除晶粒本身的滑移和孪动外，还有在外力作用下晶粒间发生的相对移动和转动而产生的变形，即晶间变形。凡是加强晶间结合力、减少晶间变形、有利于晶内发生变形的因素，均有利于晶体进行的塑性变形。当多晶体间存有杂质时，会使晶间结合力降低，晶界变脆，不利于多晶体进行塑性变形；当多晶体的晶粒为均匀球状时，由于晶粒界面对于晶内变形的制约作用相对较小，也具有较好的可塑性。
1.1.3金属的塑性与变形抗力
1.塑性及塑性指标
所谓塑性，是指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。塑性不仅与材料本身的性质有关，还与变形方式和变形条件有关。所以，材料的塑性不是固定不变的，不同的材料在同一变形条件下会有不同的塑性，而同一种材料，在不同的变形条件下，会表现不同的塑性。塑性是反映金属的变形能力，是金属的一种重要加工性能。
塑性指标是衡量金属在一定条件下塑性高低的数量指标。它是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示，它可借助于
一些实验方法测定。常用的塑性指标有：
拉伸试验所得的延伸
率：(1.1.1)
断面收缩率：(1.1.2)
式中：L0，A0 —拉伸试样原始标距长度(mm)和原始截面积(mm2)；LK、AK分别为试样断裂后标距间长度(mm)和断裂处最小截面积(mm2)；
除了拉伸试验外，还有爱力克辛试验、弯曲试验(测定板料胀形和弯曲时的塑性变形能力)和镦粗试验(测定材料锻造时的塑性变形能力)等。需要指出，各种试验方法都是相对于特定的状况和变形条件下，承受的塑性变形能力，它们说明在某种受力状况和变形条件下，这种金属的塑性比那种金属的塑性高还是低，或者对某种金属来说，在什么样的变形条件下塑性好，
而在什么样的变形条件下塑性差。
2.变形抗力
塑性成形时，使金属发生变形的外力称为变形力，而金属抵抗变形的反作用力，称为变形抗力。变形力和变形抗力大小相等方向相反。变形抗力一般用单位接触面积上的反作用力来表示。在某种程度上，变形抗力反映了材料变形的难易程度。它的大小，不仅取决于材料的流动应力，而且还取决于塑性成形时的应力状态、摩擦条件以及变形体的几何尺寸等因素。塑性和变形抗力是两个不同的概念，前者反映塑性变形的能力，后者反映塑性变形的难易程度，它们是两个独立的指标。人们常认为塑性好的材料，变形抗力低，塑性差的材料变形抗力高，但实际情况并非如此。如奥氏体不锈钢在室温下可经受很大的变形而不破坏，说明这
种钢的塑性好，但变形抗力却很高。
1.1.4影响金属塑性和变形抗力的主要因素
(一）影响金属塑性的主要因素
影响金属塑性和变形抗力的主要因素有两个方面，其一是变形金属本身的晶格类型，化学成份和组织状态等内在因素；其二是变形时的外部条件，如变形温度、变形速度和变形的力学状态等。因此，只要有合适的内、外部条件，就有可能改变金属的塑性行为
1.化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响
化学成份和组织对塑性和变形抗力的影响非常明显也很复杂。下面以钢为例来说明。
①化学成份的影响 在碳钢中，铁和碳是基本元素。在合金钢中，除了铁和碳外还包含有硅、锰、铬、镍、钨等。在各类钢中还含有些杂质，如磷、硫、氨、氢、氧等。
碳对钢的性能影响最大。碳能固溶到铁里形成铁素体和奥氏体固溶体，它们都具有良好的塑性和低的变形抗力。当碳的含量超过铁的溶碳能力，多余的碳便与铁形成具有很高的硬度，而塑性几乎为零的渗碳体。对基体的塑性变形起阻碍作用，降低塑性，抗力提高。可见含碳
量越高，碳钢的塑性成形性能就越差。
合金元素加入钢中，不仅改变了钢的使用性能，而且改变了钢的塑性成形性能，其主要的表现为：塑性降低，变形抗力提高。这是由于合金元素溶入固溶体(α—Fe和γ－Fe)，使铁原子的晶体点阵发生不同程度的畸变；合金元素与钢中的碳形成硬而脆的碳化物(碳化铬、碳化钨等)；合金元素改变钢中相的组成，造成组织的多相性等，都造成钢的抗力提高，塑性
降低。
杂质元素对钢的塑性变形一般都有不利的影响。磷溶入铁素体后，使钢的强度、硬度显著增加，塑性、韧性明显降低。在低温时，造成钢的冷脆性。硫在钢中几乎不溶解，与铁形成塑性低的易溶共晶体FeS，热加工时出现热脆开裂现象。钢中溶氢，会引起氢脆现象，使钢的
塑性大大降低。
②组织的影响 钢在规定的化学成份内，由于组织的不同，塑性和变形抗力亦会有很大的
差别。单相组织比多相组织塑性好，抗力低。多相组织由于各相性能不同，使得变形不均匀，同时基本相往往被另一相机械地分割，故塑性降低，变形抗力提高。
晶粒的细化有利提高金属的塑性，但同时也提高了变形抗力。这是因为在一定的体积内细晶粒的数目比粗晶数目要多，塑性变形时有利于滑移的晶粒就较多，变形均匀地分散在更多的晶粒内，另外晶粒越细，晶界面越曲折，对微裂纹的传播越不利。这些都有利于提高金属的塑性变形能力。另一方面晶粒多，晶界也愈多，滑移变形时位错移动到晶界附近将会受到阻
碍并堆积，若要位错穿过晶界则需要很大的外力，从而提高了塑性变形抗力。
另外钢的制造工艺，如冶炼、浇铸、锻轧、热处理等都影响着金属的塑性和变形抗力。
2.变形温度对塑性和变形抗力的影响
变形温度对金属和合金的塑性有很大的影响。就多数金属和合金而言，随着温度的升高，塑性增加，变形抗力降低。这种情况，可以从以下几个方面进行解释。
①温度升高，发生回复和再结晶。回复使金属的加工硬化得到一定程度的消除，再结晶能
完全消除加工硬化。从而使金属的塑性提高，变形抗力降低。
②温度升高，原子热运动加剧，动能增大，原子间结合力减弱，使临界剪应力降低，不同滑移系的临界剪应力降低速度不一样。因此，在高温下可能出现新的滑移系。滑移系的增加，
提高了变形金属的塑性。
③温度升高，原子的热振动加剧，晶格中原子处于不稳定状态。此时，如晶体受到外力作用，原子就会沿应力场梯度方向，由一个平衡位置转移到另一个平衡位置，使金属产生塑性变形。这种塑性变形的方式称为热塑性，也称扩散塑性。
④温度升高，晶界强度下降，使得晶界的滑移容易进行。同时，由于高温下扩散作用加强，使晶界滑移产生的缺陷得到愈合。
由于金属和合金的种类繁多，上述一般的结论并不能概括各种材料的塑性和变形抗力随温度的变化情况。可能在温升过程中的某些温度间，往往由于过剩相的析出或相变等原因，而使金属的塑性降低和变形抗力增加(也可能降低)。
3.变形速度对塑性和变形抗力的影响
所谓变形速度是指单位时间变形物体应变的变化量，塑性成形设备的加载速度在一定程度上反映了金属的变形速度，它对塑性有两个方面的影响。
①变形速度大时，要同时驱使更多的位错更快地运动，金属晶体的临界剪应力将提高，使变形抗力增大；当变形速度大时，塑性变形来不及在整个变形体内均匀地扩展，此时，金属的变形主要表现为弹性变形。根据虎克定律，弹性变形量越大，则应力越大，变形抗力也就越大。另外，变形速度增加后，变形体没有足够的时间进行回复和再结晶，而使金属的变形
抗力增加，塑性降低。
②在高变形速度下，变形体吸收的变形能迅速地转化为热能(热效应)，使变形体温升高(温度效应)。这种温度效应一般来说对塑性的增加是有利的。
常规的冲压设备工作速度都较低，对金属塑性变形的性能影响不大。考虑变形速度因素，主要基于零件的尺寸和形状。对大型复杂的零件成形，变形量大且极不均匀，易局部拉裂和起皱，为了便于塑性变形的扩展，有利于金属的流动，宜采用低速的压力机或液压机。小型零件的冲压，一般不考虑变形的速度对塑性和变形抗力的影响，主要从生产效率来考虑。
1.3 冲压成形时变形毛坯的力学特点与分类
1.3.1变形毛坯的分区
板料在进行各种冲压成形时，可以把变形毛坯分为变形区和不变形区。变形区是正在进行特定变形的部分；不变形区可能是已经经历了变形的已变形区，或尚未参与变形的待变形区，也可能是在冲压成形的全过程中都不参与变形的不变形区，还有在变形过程中起传递变形力作用的传力区。图1.3.1示出了基本冲压成形工序拉深、翻边和缩口变形过程中的毛坯
各区的分布，具体划分情况见表1.3.1。
图1.3.1毛坯各区划分举例
a)拉深b)翻边c)缩口
表1.3.1? 冲压变形毛坯各区划分情况
从本质上看，各种冲压成形过程就是毛坯变形区在其主应力作用下产生应变的过程。所以，毛坯变形区的受力情况和变形特点是决定各种冲压成形根本性质的主要依据。
1.3.2变形区的应力应变特点
绝大多数板料冲压变形都是平面应力状态。一般在板料表面上不受力或受数值不大的力，所以可以认为在板厚方向上的应力数值为零。使毛坯变形区产生塑性变形应力是在板料平面内相互垂直的两个主应力。除弯曲变形外，在大多数情况下都可以认为这两个主应力在厚度方向上的数值是不变的。因此，可以把所有冲压变形方式按毛坯变形区的受力情况(应力状态)和变形特点从变形力学的角度归纳为以下四种情况。
1.冲压毛坯变形区受两向拉应力的作用
在轴对称变形时，可以分为以下两种情况：
ζr＞ζθ＞0，且ζt＝０
ζθ＞ζr＞0，且ζt＝０
这两种情况在冲压应力图(图1.3.2)中处于GOH和AOH(第Ⅰ象限)范围内，而且在冲压变形图(图1.3.3)中则处于AON及AOC范围内，与此相对应的变形是平板毛坯的局部胀形、
内孔翻边、空心毛坯的胀形等。
图1.3.2冲压应力图
2.冲压毛坯变形区受两向压应力的作用
在轴对称变形时，可以分为下边两种情况：
ζr＜ζθ＜0，且ζt＝０
ζθ＜ζr＜0，且ζt＝０
处于GOE及GOL范围内，与此相对应的变形是缩口变形等。
3.冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且拉应力的绝对值大于压应力的绝对值，在轴对称变形时，可以分为下面两种情况：
ζr＞０＞ζθ，ζt＝０及｜ζr｜＞｜ζθ｜
ζθ＞0＞ζr ，ζt＝０及｜ζθ｜＞｜ζr｜
这两种情况在冲压应力图中处于GOF及AOB范围内，而在冲压变形图中处于MON及COD范围内，与此相对应的冲压变形是扩口等。
1.3.3 冲压变形图
4.冲压毛坯变形区受异号应力的作用，而且压应力的绝对值大于拉应力的绝对值，在轴对称变形时，可以分为以下两种情况：
ζr＞０＞ζθ，ζt＝０及｜ζθ｜＞｜ζr｜
ζθ＞０＞ζr，ζt＝０及｜ζr｜＞｜ζθ｜
DOE范围内，与此相对应的冲压变形是拉深等。
综合上面四种受力情况的分析结果，可以把全部冲压变形概括为两大类别：伸长类变形与压缩类变形。当作用于毛坯变形内的拉应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是伸长变形，称这种冲压变形为伸长类变形。伸长类变形包括冲压变形图中的MON、NOA、AOB、BOC及COD等五个区。当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，称这种冲压变形为压缩类变形。压缩类变形包括冲压变形图中的MOL、LOH、HOG、GOE及EOD等五个区。
伸长类成形的极限变形参数主要决定于材料的塑性，并且可以用板材的塑性指标直接或间接地表示。例如多数实验结果证实：平板毛坯的局部胀形深度、圆柱体空心毛坯的胀形系数、圆孔翻边系数、最小弯曲半径等都与伸长率有明显的正比关系。
压缩类成形的极限变形参数（如拉深系数等），通常都是受毛坯传力区的承载能力的限制，有时则受变形区或传力区的失稳起皱的限制。
由于两类成形方法的极限变形参数的确定基础不同，所以影响极限变形参数的因素和提高极限变形参数的途径和方法也不一样。
1.3.3 冲压成形中的变形趋向性及其控制
在冲压过程中，成形毛坯的各个部分在同一个模具的使用下，却有可能发生不同形式的变形，即具有不同的变形趋向性。这时候，毛坯的各个部分是否变形和以什么方式变形，以及我们能不能借助于正确地设计冲压工艺和模具来保证，在进行和完成预期变形的同时，排除其它一切不必要的和有害的变形等等，则是获得合格的高质量冲压件的根本保证。也是对
冲压过程中变形趋向性及其控制方法进行研究的目的所在。
图1.3.4? 变形趋向性对冲压工艺的影响
变形区发生塑性变形所必需的力，是由模具通过传力区获得的。而同一个毛坯的变形区和传力区都是相毗联的图1.3.1，所以在变形区与传力区的分界面上使用的内力的性质与大小一定是完全相同的。在同一个内力的使用下，变形区和传力区都有可能产生塑性变形。但是，由于它们可能产生的塑性变形的方式不同，而且也由于变形区和传力区之间的尺寸关系不同，通常总是有一个区需要比较小的塑性变形力，首先进入塑性状态，产生塑性变形。因此，可以认为这个区是相对的弱区。为保证冲压过程的顺利进行，必须保证在该道冲压工序
中应该变形的部分—变形区成为弱区，以便在把塑性变形局限于变形区的同时，排除在传力区产生任何不必要的塑性变形的可能。根据上述的道理，可以得出一个十分重要的结论：在冲压过程中，需要最小变形力区是个相对的弱区，而且弱区必先变形，
图1.3.5? 环形毛坯的变形趋向
a)变形前的工具与毛坯b)拉深c)翻边d)胀形
在设计工艺过程，选定工艺方案、确定工序和工序间尺寸时，也必须遵循“弱区必先变形，变形区应为弱区”的道理。如图1.3.4所示的零件，当D-d较大，h较小时，可用带孔的环形毛坯用翻边方法成形；但是当D-d较小，h较大时，如用翻边方法成形，则不能保证毛坯外环是需要变形力较大的强区，以及翻边部分是变形力较小的弱区条件。所以在翻边时，毛坯的外径必然收缩，使翻边成形成为不可能实现的工艺方法。在这种情况下，就必须改变原工艺过程为拉深后切底和切外缘的工艺方法，或采用加大外径的小环形毛坯，经翻边成形
后再冲切外圆的工艺过程(如虚线所示)。
在实际生产当中，用来控制毛坯的变形趋向性的措施，有下列几个方面。
1.合理的确定毛坯尺寸
变形毛坯各部分的相对尺寸关系，是决定变形趋向性的最为重要的因素，所以在设计工艺过程中，一定要合理地确定初始毛坯的尺寸和中间毛坯的尺寸，保证变形的趋向符合于工艺的要求。图1.3.5（a)，所示的毛坯，由于其尺寸D0与dp的相对关系不同，具有三种可能的变形趋向.因此，必须根据冲压件的形状，合理地确定毛坯的尺寸，用以控制变形的趋
向，获得所要求的零件形状和尺寸精度。
改变毛坯的尺寸，可得到图1.3.5三种变形中的一种。当D0/dp与d0／dp都较小时，宽度为D0-dp的环形部分成为弱区，于是得到毛坯外径收缩的拉深变形(b) 图；当D0／dp与d0／dp都比较大时，宽度为dp-d0的环形部分成为弱区，于是得到毛坯内孔扩大的翻边变形(c) 图；当D0/dp很大，而d0/dp很小或等于零时(不带内孔的毛坯)，虽然毛坯外环的拉深变形与内部的翻边变形的变形阻力都增大了，但是毛坯的内部仍是相对的弱区，产生的变形是内部的胀形(d) 图。胀形时，毛坯的外径和内孔的尺寸都不发生变化，或者变化很小，成形仅靠毛坯厚度的变薄实现。图1.3.5中所示毛坯的相对尺寸与变形趋向之间的关系，列表1.3.2。
表1.3.2平板环形毛坯的变形趋向
以变形毛坯尺寸关系对变形趋向性的控制实例很多，如图1.3.6是钢球活座套的冲压工艺过程，共包括有落料a)、拉深b)、冲孔c)、翻边d)等四道冲压工序。在第二道工序拉深时，毛坯的外形是弱区，所以塑性变形发生在毛坯的外形部位，并使其外径由Φ59减到Φ52，当冲Φ24内孔以后，使毛坯的中间部分由强区变成弱区，并使原来是弱区的外缘部分转变成为相对的强区，其结果变形区由毛坯的外部转移到毛坯的中间部分，从而保证了第四道工
序内孔扩翻边变形的进行。
图1.3.6? 钢球活座套的冲压工艺过程中的变形趋向性的控制
a)落料b)拉深c)冲孔d)翻边
2.正确设计模具工作部分形状和尺寸
改变模具工作部分的几何形状和尺寸也能对毛坯的变形趋向性起控制使用。例如增大凸模的圆角半径rp，减小凹模的圆角半径rd(图1.3.5)，可以使拉深变形的阻力增大，并使翻边的阻力减小，所以有利于翻边变形的实现。反之，增大凹模圆角半径rd和减小凸模的圆角半径rp，则有利于实现拉深变形，而不利于实现翻边变形。利用模具工作部分的圆角半
径控制毛坯变形趋向的情况，在生产中是常常见到的。
3.改变毛坯与模具表面的摩擦条件
改变毛坯与模具接触表面之间的摩擦阻力，借以控制毛坯变形的趋向，这也是生产中时常采用的一个方法。例如，加大图1.3.5中所示的压边力Q的作用使毛坯和压边圈及凹模面之间的摩擦阻力加大，结果不利于拉深变形，而有利于翻边和胀形变形的实现。反之，增加毛坯与凸模表面的摩擦阻力，减小毛坯与凹模表面的摩擦阻力，都有利于拉深变形。所以，对变形毛坯的润滑以及对润滑部位的选择，也都是对毛坯变形趋向起相当重要作用的因素。
如拉深毛坯的单面润滑就是这个道理。
4.其它工艺措施
采用局部加热或局部深冷的办法，降低变形区的变形抗力或提高传力区的强度，都能达到控制变形趋向性的目的，可使一次成形的极限变形程度加大，提高生产效率。
1.4 板料冲压成形性能及冲压材料
1.4.1 板料的冲压成形性能
板料的冲压成形性能是指板料对各种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(一次冲压工序的极限变形程度和总的极限变形程度大)，模具消耗低，不易产生废品等。板料的冲压成形性能是一个综合性的概念，冲压件能否成形和成形后的质量取决于成形极限(抗破裂性)，贴模性和
形状冻结性。
成形极限是指板料成形过程中能达到的最大变形程度，在此变形程度下材料不发生破裂。可以认为，成形极限就是冲压成形时，材料的抗破裂性。板料的冲压成形性能越好，板料的抗破裂性也越好，其成形极限也就越高。
板料的贴模性指板料在冲压成形过程中取得模具形状的能力，形状冻结性指零件脱模后保持其在模内获得的形状的能力。影响贴模性的因素很多，成形过程发生的内皱、翘曲、塌陷和鼓起等几何缺陷都会使贴模性降低。形状冻结性影响的最主
要因素是回弹，零件脱模后，常因回弹过大而产生较大的形状误差。
材料冲压成形性能中的贴模性和形状冻结性是决定零件形状精度的重要因素，而成形极限是材料将开始出现破裂的极限变形程度。破裂后的制件是无法修复使用。因此生产中以成形极限作为板料冲压成形性能的判定尺度，并用这种尺度的各种物
理量作为评定板料冲压成形性能的指标。
1.4.2板材冲压成形试验的试验方法
板料冲压性能试验方法通常分为三种类型：力学试验、金属学试验（统称间接试验）和工艺试验（直接试验）。其中常用的力学试验有简单拉伸试验和双向拉伸试验，用以测定板料的力学性能指标，而这些性能与冲压成形性能有着密切的关系；金属学试验用以确定金属材料的硬度、表面粗糙度、化学成分、结晶方位与晶粒度等；工艺试验也称模拟试验，它是用模拟生产实际中的某种冲压成形工艺的方法测量出相应的工艺参数，试件的应力状态和变形特点与相应的冲压工艺基本一致，试验结果能反映出金属板料对该种冲压工艺的成形性能。例如Swift的拉深试验，测出极限拉深比LDR ；T ZP试验，测出对比拉深力的T 值；Erichsen 试验，测出极限胀形深度Er 值；K.W.I扩孔试验测出极限扩孔率λ等。有关的试验方法参见金属板料试验标准。
1.4.3金属板料的力学性能与冲压成形性能的关系
金属板料的力学性能是用板料试样作单相拉伸试验求得的，由于试验的目的不同，该方法和材料力学中评审材料强度性能的拉伸试验有所不同。具体的试验方法和步骤按国家标准(GB228—87)执行。图1.4.1 a)为标准试样图，图b）是拉伸曲线。利用该试样的单相拉伸
试验可以得到与金属板材冲压成形性能密切相关的试验值。这里，仅对其中几项指标说明如下：
图1.4.1 拉伸试验用的标准试样和拉伸曲线
1.屈服极限ζs
许多试验已经证明，屈服极限ζs小，材料容易屈服，变形抗力小，成形后回弹小，贴模性和形状冻结性能好。但在压缩类变形时，易起皱。
2.屈强比ζs／ζb
屈强比ζs/ζb对板料冲压成形性能影响较大，ζs／ζb小，板料由屈服到破裂的塑性变形阶段长(变形区间大)，有利冲压成形。一般来讲，较小的屈强比对板料的各种成形工艺中的抗破裂性有利。而且成形曲面零件时，容易获得较大的拉应力使成形形状得以稳定(冻结)，
减少回弹。故较小的屈强比，回弹也小，形状的冻结性较好。
3.总延伸率δ与均匀延伸率δu
δ是在拉伸试验中试样破坏时的延伸率，称为总延伸率，简称延伸率；δu在拉伸试验开始产生局部集中变形(刚出现细颈时)的延伸率，叫做均匀延伸率，它表示材料产生均匀的或稳定的塑性变形能力。当材料的伸长变形超过材料局部延伸率时，将引起材料的破裂，所以δu也是一种衡量伸长变形时变形极限的指标。实验证明延伸率或均匀延伸率影响翻孔，
扩孔成形性能的最主要指标。
4.硬化指数n
大多数金属板材的硬化规律接近于幂函数ζ＝Ｃεn的关系，可用指数n表示其硬化性能。n大，材料在变形中加工硬化严重，真实应力增大。在伸长类变形中，n值大，变形抗力增长大，从而使变形均匀化，具有扩展变形区，减少毛坏局部变薄和增大极限变形参数等作用。尤其是对于复杂形状的曲面零件的深拉成形工艺，当毛坏中间部分的胀形成分较大时，
n值的上述作用对冲压性能的影响更为显著。
5.板厚方向性系数γ
板厚方向性系数γ，也叫做γ值，它是板料试样拉伸试验中宽度应变εb与厚度应变εt
之比，表达式为：
（1.4.1）
γ值的大小，表明板材在受单向拉应力作用时，板平面方向和厚度方向上的变形难易程度的比较。也就是表明在相同受力条件下，板材厚度方向上的变形性能和板平面方向上的差别。所以叫板厚方向性系数，也叫塑性应变比。γ＞1时，表明板材在厚度方向上的变形比较困难。在拉深成形工序中，加大γ值，毛坯宽度方向易于变形，切向易于收缩不易起皱，有利拉深成形。由于板料轧制时的方向性，在板平面各方向的r值是不同的，因此，采用γ
值应取各方向的平均值，即
(1.4.2)
式中γ0、γ90、γ45分别为板料在纵向、横向和45°方向上的板厚方向性系数。
5.板平面各向异性系数△γ
板料经轧制后，在板平面内也出现各向异性，因此沿各不同方向，其力学性能和物理性能均不同，冲压成形后使其拉深件口部不齐，出现“凸耳”，△γ愈大，“凸耳”愈高，如图
1.4.2所示。尤其在沿轧制45°方向与轧制方向形成的差异更为突出。
图1.4.2 △γ对拉深件质量的影响
板平面各向异性系数△γ，可用厚向异性系数γ在沿轧制纹向0°方向的γ0、45°方向的
γ45和90°方向的γ90 (分别取其试样试验)之平均差别来表示，即：
△γ＝（γ0＋γ90－２γ45）/2 （1.4.3）
由于△γ会增加冲压成形工序(切边工序)和材料的消耗，影响冲件质量，因此生产中应尽应量设法降低△γ值。
1.4.3常用的冲压材料及其性能
1.冲压常用的材料
冲压常用材料，多为各种规格的板料、带料等，它们的尺寸规格，均可在有关标准中查得。在生产中常把板料切成一定尺寸的条料或片料进行冲压加工。在大批生产中，可将带
料在滚剪机上剪成所需宽度，用于自动送料的冲压加工。
冷冲压常用材料有：
1)黑色金属：普通碳素钢、优质碳素钢、碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、不
锈钢、硅钢、电工用纯铁等。
2)有色金属：紫铜、无氧铜、黄铜、青铜、纯铝、硬铝、防锈铝、银及其合金等。在电子工业中，冲压用的有色金属，还有镁合金、钛合金、钨、钼、钽铌合金、康铜、铁镍软
磁合金(坡莫合金)等。
3)非金属材料：纸板、各种胶合板、塑料、橡胶、纤维板、云母等。
部分常用冲压金属板料的力学性能见表1.4.1。
表 1.4.1 部分常用冲压材料的力学性能
2.冲压用新材料及其性能
汽车、电子、家用电器及日用五金等工业的发展，极大地推动着现代金属薄板的发展，许多具有不同新特性的冲压用板材已不断出现。当代材料科学的发展，已经能做到根据使用与制造的要求，设计并制造出新型材料。因此，很多冲压用的新型板材便应运而生。如，高强度钢板、耐腐蚀钢板、双相钢板、涂层钢板及复合板等。新型冲压板材的发展趋势见表1.4.2。
1）高强度钢板高强度钢板是指对普通钢板加以强化处理而得到的钢板。通常采用的金属强化原理有：固熔强化，析出强化，细晶强化，组织强化(相态强化及复合组织强化)，时效强化，加工强化等。其中前5种是通过添加合金成分和热处理工艺来控制板材性质的。高强度钢板的高强度有两方面的涵义：
①屈服点高，其中ζs在270～310ＭＰa范围之内，比一般铝镇静钢的屈服极限要高50%～100%。
②抗拉强度高，目前视其ζb＞400MPa，日本研制的用于汽车零件的高强度钢板的抗拉强度可达600～800ＭPa，而对应的普通冷轧软钢板的抗拉强度只有300MPa。
高强度钢板的应用，能减薄料厚，减轻冲压件的重量，节省能源和降低冲压产品成本。 由于高强度钢板的强化机制常常在一定程度上要影响其它的成形性能，如延伸率降低，回弹大，成形力增高，厚度减薄后抗凹陷能力降低等。因此，必需开发先进的板料成形技术，以适应不同冲压成形(不同冲压件)要求的高强度钢板品种。
2）耐腐蚀钢板开发新的耐腐蚀钢板的主要目的是增强普通钢板冲压件的抗腐蚀能力，它有两类：
一类是加入有新元素的耐腐蚀钢板，如耐大气腐蚀钢板等。我国研制的耐大气腐蚀钢板中，有10CuPCrNi(冷轧)和9CuPCrNi(热轧)，其耐蚀性与普通碳素钢板相比可提高3～5倍。另一类耐腐蚀钢板是涂复各种镀层的钢板，如镀铝钢板、镀锌铝钢板以及镀锡钢板等。
3）双相钢板双相钢板也称复合组织钢板，它也属于高强度钢板中的一种。一般而言，双相钢板的抗拉强度与伸长率基本上成负相关关系，而与屈服点基本上成正相关关系。
国产冷轧07SiMn双相钢板(含C0.08 ，Si0.39，Mnl.19，P＜0.03%)，厚度为1㎜，实际测出其材料特性值与08Al(ZF)钢对比值列于表1.4.3中。这种钢板已开始试用于汽车零件
的生产。
表1.4.3 07SiMn双相钢与08Al性能比较
4) 涂层板在耐腐蚀钢板中提及的镀覆金属层的钢板属于一种层板。因为传统的镀锡板、镀锌板等已不能适应汽车工业、电器工业、农用机械及建筑工业的需要，故一些新品种的镀层钢板不断被开发出来。在涂层板中，各种涂覆有机膜层的板材有更好的防腐蚀、防表面损伤的性能。因此，正被大量用作各类结构零件。
涂覆塑料薄膜钢板还有一优点，即可以提高冲压成形性能。例如用双面涂覆0.04mm 聚氯乙烯薄膜的08F钢板拉深，其极限拉深系数mmin比08F钢板的降低12%，拉深件的相对高度提高29%。为了更有效的提高塑料涂层板的冲压成形性能，塑料涂层在基体钢上应
有单双面之分，以适应不同成形工艺与变形特征的要求。
5)复合板材涂覆塑料的钢板是一种复合板。迭合在一起(如冷轧迭合等)的板材也是一种复合板，或叫迭合复合板。这类复合板材破裂时的变形比单体材料破裂时变形要大，它的某些材料特性值(比如n值)变大。
以钢为基体、多孔性青铜为中间层、塑料为表层的三层复合板特别适用于汽车、飞机
及核反应堆氦循环器中的轴承零件等。因为这类复合板材其冲压性能取决于基体钢，摩擦磨损性能取决于塑料，钢与塑料间通过多孔性青铜层为媒介，获得可靠的结合力。故其性能大
大优于一般涂层板材。
现今，重点开发的复合板材是在两层薄钢板之间用粘弹性材料(树脂)夹层，形成所谓“三明治”型复合板材。这种复合板材是为适应汽车的质量与性能上的“轻量化”及“抗振动”的要求而开发的，它们的优点和性能是复合前单体材料所不能达到的。
习题与思考题一
1-1 弹性变形与塑性变形有什么不同?简述塑性变形的机理?
1-2 当ζ1＞ζ2＞ζ3＞0时，利用全量理论和体积不变定律进行分析：
1）ζ１方向上的变形是什么变形?ζ3方向上的变形是什么变形?
2）每个主应力方向与所对应的主应变方向是否一定一致?
1-3 扼要说明变形温度和变形速度对塑性和变形抗力的影响?
1-4 什么是主应力图、主应变图?主应力图有何作用?
1-5 材料的哪些机械性能对伸长类变形有重大影响?哪些对压缩类变形有重大影响?为什么?
第一章冲压变形的基本原理复习题答案 一、填空题 1.塑性变形的物体体积保持不变，其表达式可写成ε1+ε2+ε3=0。 2.冷冲压生产常用的材料有黑色金属、有色金属、非金属材料。 3.物体在外力的作用下会产生变形，如果外力取消后，物体不能恢复到原来的形状和尺 寸，这种变形称为塑性变形。 4.影响金属塑性的因素有金属的组织、变形温度、变形速度、变形的应力与应变状态、 金属的尺寸因素。 5.在冲压工艺中，有时也采用加热冲压成形方法，加热的目的是提高塑性，降低变形 抗力。 6.材料的冲压成形性能包括成形极限和成形质量两部分内容。 7.压应力的数目及数值愈大，拉应力数目及数值愈小，金属的塑性愈好。 8.在同号主应力图下引起的变形，所需的变形抗力之值较大，而在异号主应力图下引起 的变形，所需的变形抗力之值就比较小。 9.在材料的应力状态中，压应力的成分愈多，拉应力的成分愈少，愈有利于材料塑性的 发挥。 10.一般常用的金属材料在冷塑性变形时，随变形程度的增加，所有强度指标均增加，硬 度也增加，塑性指标降低，这种现象称为加工硬化。 11.用间接试验方法得到的板料冲压性能指标有总伸长率、均匀伸长率、屈强比、硬化指 数、板厚方向性系数γ和板平面方向性系数△γ。 12.在筒形件拉深中如果材料的板平面方向性系数△γ越大，则凸耳的高度越大。 13.硬化指数n值大，硬化效应就大，这对于伸长类变形来说就是有利的。 14.当作用于坯料变形区的拉应力的绝对值最大时，在这个方向上的变形一定是伸长变 形，故称这种变形为伸长类变形。
15. 当作用于坯料变形区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，故称这种变形为压缩类变形。 16. 材料对各种冲压加工方法的适应能力称为材料的冲压成形性能。 17. 材料的冲压性能好，就是说其便于冲压加工，一次冲压工序的极限变形程度和总的极限变形程度大，生产率高，容易得到高质量的冲压件，模具寿命长等。 18. 材料的屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比。屈强比小，对所有的冲压成形工艺都 有利。 二、判断题（正确的打√，错误的打×） 1. 变形抗力小的软金属，其塑性一定好。 （×） 2. 物体的塑性仅仅取决于物体的种类，与变形方式和变形条件无关。 （×） 3. 金属的柔软性好，则表示其塑性好。 （×） 4. 变形抗力是指在一定的加载条件和一定的变形温度下，引起塑性变形的单位变形力。 （×） 5. 物体某个方向上为正应力时，该方向的应变一定是正应变。 （×） 6. 物体某个方向上为负应力时，该方向的应变一定是负应变。 （×） 7. 物体受三向等压应力时，其塑性变形可以很大。 （×） 8. 材料的塑性是物质一种不变的性质。 （×） 9. 金属材料的硬化是指材料的变形抗力增加。 （×） 10. 物体受三向等拉应力时，坯料不会产生任何塑性变形。 （∨） 11. 当坯料受三向拉应力作用，而且0321>>>σσσ时，在最大拉应力σ1方向上的变 形一定是伸长变形，在最小拉应力 σ3方向上的变形一定是压缩变形。 （∨） 12. 当坯料受三向压应力作用，而且σσσ3210>>> 时，在最小压应力σ3方向上的变形一定是伸长变形，在最大压应力σ1方向上的变形一定是压缩变形。 （∨）
地基基础工程事故分析与处理 【摘要】在我国建设工程房屋建筑工程中，随着我国经济建设的发展，全国各地都在兴建各类工厂企业、商业大厦、宾馆饭店、多层与高层住宅等建筑工程。然而在建筑的同时许多建筑在后期却出现质量的问题，基础工程是房屋的的根本，一旦基础出现问题将会导致墙体出现不均匀沉降严重视时楼体将会发生倒塌。本文分析了地基基础工程事故发生的一些因素及原因，提出了相应的防止办法，同时列举了实例加以说明。 【关键词】地基基础；工程事故；地基变形；处理方法 随着我国经济建设的发展，各种现代化的建筑如雨后春笋般出现，确保和提高建筑工程质量就显得尤为重要。而在建筑物使用过程中，由于基础问题最常见的是基础的不均匀沉降从而导致建筑物倾斜、墙体和楼盖的开裂、影响使用和建筑物的耐久性、有碍观看并使人有不安全的则屡见不鲜。在建筑结构的设计和施工过程中，基础工程是房屋建筑工程的关键，一切工程事故的发生可以说是基础工程在勘察的过程中，往往因为勘察不到位勘察未进行到持力层部位，从而设计图纸导致基础无法支撑主体结构造成工程事故。 国内外建筑工程事故调查表明多数工程事故源于地基问题，如若建筑场地地基不能满足建筑物对地基的要求，造成地基基础工程事故，地基基础工程事故发生可能是因勘测、设计、构造、制造、安装与使用等因素相互作用引起的。而这些因素中。某些因素引起突发事故。另一些因素可能导致消耗性逐渐发生的事故，从安全上讲，突发事故是危险的。所以，研究并探讨地基基础工程事故发生的原因，更具有普遍性、地方性和经验性，对每一个事故分析后得到的经验，并采取有效的防治措施，是我们值得重视的问题。 1、建筑物对地基的要求 1﹒1地基承载力或稳定性问题 地基承载力或稳定性问题是指地基在建（构）筑物荷载（包括静、动荷载的各种组合）作用下能否保持稳定。若地基承载力不能满足要求，在建（构）筑物荷载作用下，地基将会产生局部或整体剪切破坏，影响建（构）筑物的安全与正常使用，甚至造成建（构）筑物的破坏。天然地基承载力的高低主要与土的抗剪强度有关，也与基础形式、大小和埋深有关。边坡稳定也属于这类问题。 1﹒2沉降、水平位移及不均匀沉降问题 在建（构）筑物的荷载（包括静、动荷载的各种组合）作用下，地基将产生沉降、水平位移以及不均匀沉降。若地基变形（沉降、水平位移、不均匀沉降）超过允许值，将会影响建（构）筑物的安全与正常使用，严重的将造成建（构）
冷轧钢管变形原理 关于冷轧管轧管过程、变形和应力状态、瞬时变形区、滑移和轴向力、轧制力等的基本理论。 二辊式冷轧管机的轧管过程二辊式冷轧管机工作时，其工作机架借助于曲柄连杆机构作往复移动。管子的轧制(图1)是在一根拧在芯棒杆7上的固定不动的锥形芯棒和两个轧槽块5之间进行的。在轧槽块的圆周开有半径由大到小变化的孔型。孔型开始处的半径相当于管料1的半径，而其末端的半径等于轧成管2的半径。 图1二辊式冷轧管机 1-管料；2-轧成管；3-工作机架；4-曲柄连杆机构；5-轧槽块 6-轧辊；7-芯棒杆；8-芯棒杆卡盘；9-管料卡盘；10-中间卡盘；11-前卡盘 在送进和回转时，孔型和管体是不接触的，为此，轧槽块5上在孔型工作部分的前面和后面，分别加工有一定长度的送进开口(半径比管料半径大)和回转开口(半径比轧成管的半径大)。在轧制过程中，管料和芯棒被卡盘8、9夹住，因此，无论在正行程轧制或返行程轧制时，管料都不能作轴向移动。 工作机架由后极限位置移动到前极限位置为正行程；工作机架由前极限位置移动到后极限位置为返行程。 轧制过程中，当工作机架移到后极限位置时，把管料送进一小段，称送进量。工作机架向前移动后，刚送进的管料以及原来处在工作机架两极限位置之间尚未加工完毕的管体，在由孔型和芯棒所构成的尺寸逐渐减小的环形间隙中进行减径和管壁压下。当工作机架移动到前极限位置时，管料与芯棒一起回转60。～90。。工作机架反向移动后，正行程中轧过的管体受孔型的继续轧制而获得均整并轧成一部分管材。轧成部分的管材在下一次管料送进时离开轧机。
图2多辊式冷轧管机 1-柱形芯棒；2-轧辊；3-轧辊架；4-支承板；5-厚壁套筒；6-大连杆；7- 摇杆；8-管子 多辊式冷轧管机的轧管过程多辊式冷轧管机轧制管材时见(图2)，管子在圆柱形芯棒1和刻有等半径轧槽的3～4个轧辊2之间进行变形。轧辊装在轧辊架3中，其辊颈压靠在具有一定形状的支承板(滑道)4上，支承板装在厚壁套筒5中，而厚壁套筒本身就是轧机的机架，它安装在小车上。工作时，曲柄连杆和摇杆系统分别带动小车和装在工作机架内的轧辊架作往复移动。由于小车和轧辊架是通过大连杆6和小连杆分别与摇杆7相联结的，所以当摇杆摆动时，轧辊与支承板便产生相对运动。当辊径在具有一定形状的支承板表面上作往复滚动时，轧辊和圆柱形芯棒组成的环形孔型就由大变小，再由小变大地作周期性改变。当小车走到后板极限位置时，送进一定长度的管料并将管体回转一个角度。为了降低返行程轧制时的轴向力以防止两根相邻管料在端部相互切入，一般管料的送进和管体的回转，是当小车在后极限位置时同时进行的。当小车离开后极限位置向前移动时，孔型逐渐变小，进行轧制，在返行程轧制时获得均整。 冷轧管时金属的变形和应力状态以二辊式冷轧管机轧管为例，在轧管过程中金属的变形过程如图3所示。送料时工作锥向轧制方向移动一段距离m(送进量)，相当于管料的Ⅰ-Ⅰ截面移动相同的距离到了Ⅰ1-Ⅰ1，位置，Ⅱ一Ⅱ的截面移动同一个距离m到了Ⅱ1一Ⅱ1位置(图3a)。由于在管料送进的时候，工作锥的内表面脱离了芯棒的表面，两者之间形成了一个间隙c，所以，当工作机架前移，工作锥变形时，在变形区中先是减径，然后是压下管壁(图3b)，而且在变形和延伸的过程中，工作锥内表面与位于轧槽块前的芯棒之间的间隙不断增大。同时，工作锥的末端截面移动到Ⅱx一Ⅱx位置。
1 第四章 轧制变形基本原理 金属塑性加工是利用金属能够产生永久变形的能力，使其在外力作用下进行塑性成型的一种金属加工技术，也常叫金属压力加工。基本加工变形方式可以分为：锻造、轧制、挤压、分为：热加工、冷加工、温加工。 金属塑性加工的优点 (1)因无废屑，可以节约大量的金属，成材率较高； (2)可改善金属的内部组织和与之相关联的性能； (3)生产率高，适于大量生产。 第一节 轧钢的分类 轧钢是利用金属的塑性使金属在两个旋转的轧辊之间受到压缩产生塑性变形，从而得到具有一定形状、尺寸和性能的钢材的加工过程。被轧制的金属叫轧件；使轧件实现塑性变形的机械设备叫轧钢机；轧制后的成品叫钢材。 一、根据轧件纵轴线与轧辊轴线的相对位置分类 轧制可分为横轧、纵轧和斜轧。如图１、２、３。 横轧：轧辊转动方向相同，轧件的纵向轴线与轧辊 的纵向轴线平行或成一定锥角，轧制时轧件随着轧辊作 相应的转动。它主要用来轧制生产回转体轧件，如变断 面轴坯、齿轮坯等。 纵轧：轧辊的转动方向相反，轧件的纵向轴线与轧 辊的水平轴线在水平面上的投影相互垂直，轧制后的轧 件不仅断面减小、形状改变，长度亦有较大的增长。它 是轧钢生产中应用最广泛的一种轧制方法，如各种型材和板材的轧制。 斜轧：轧辊转动方向相同，其轴线与轧件纵向轴线在水平面上的投影相互平行，但在垂直面上的投影各与轧件纵轴成一交角，因而轧制时轧件既旋转，又前进，作螺旋运动。它主要用来生产管材和回转体型材。 图1 横轧简图 1—轧辊；2—轧件；3—支撑辊
二、根据轧制温度不同又可分为热轧和冷轧。 所有的固态金属和合金都是晶体。温度和加工变形程度对金属的晶体组织结构及性能都有不可忽视的影响。 金属在常温下的加工变形过程中，其内部晶体发生变形和压碎，而引起金属的强度、硬度和脆性升高，塑性和韧性下降的现象，叫做金属的加工硬化。把一根金属丝固定于某一点在手中来回弯曲多次后，钢丝就会变硬、变脆进而断裂，这就是加工硬化现象的一个例子。 经加工变形后的金属，随着温度的升高，其晶体组织又重新改组为新晶粒的现象，称为金属的再结晶。再结晶无晶体类型的变化。金属进行再结晶的最低温度称为金属的再结晶温度。金属的再结晶可以消除在加工变形过程中产生的加工硬化，恢复其加工变形前的塑性和韧性。金属的再结晶温度的高低，主要受金属材质和变形程度的影响。 将金属加热到再结晶温度以上进行轧制叫热轧。热轧的优点是可以消除加工硬化，能使金属的硬度、强度、脆性降低，塑性、韧性增加，而易于加工。这是因为金属在再结晶温度以上产生塑性变形（即产生加工硬化）的同时，产生了非常完善的再结晶。但在高温下钢件表面易生成氧化铁皮，使产品表面粗糙度增大，尺寸不够精确。 金属在再结晶温度以下进行的轧制叫冷轧。冷轧的优点与热轧相反。 第三节 金属塑性变形的力学条件 一、 内力与外力 材料（入轧件）由于外力（如轧辊的轧制力）的作用，其内部产生的抵抗外力的抗力，叫内力。材料单位面积上的内力叫应力。当应力分布均匀时，或者应力虽不均匀分布，但为例计算简便时： σ=Ｐ／F 式中：σ——平均应力，Mpa ； F ——材料的截面积， 图2 纵轧示意图 图3 斜轧简图 1—轧辊；2—坯料；3—毛管；4—顶头；5—顶杆
第一节轧制变形基本原理 1、金属的塑性变形与弹性变形 1.1 影响金属热塑性变形的主要因素 影响金属热塑性变形的因素，有金属本身内部因素和加热等外部条件。 1)钢中存在碳及其他合金元素，使钢的高温组织，除有奥氏体外，还有其他过剩相。这些过剩相降低钢的塑性。钢中的杂质也是影响金属热塑性变形的内在因素，钢中的硫能使钢产生热脆。 2）影响热轧时塑性变形的外部条件有加热介质和加热工艺，对碳钢而言，当变形条件相同时，变形金属的化学成分及组织结构不同，温度对塑性的影响也不同，如图1-2-1。图中I、II、III、IV表示塑性降低区域（凹谷）；1、2、3表示塑性增高区域（凸峰）。I区中钢的塑性很低；II区（200-400℃）——“蓝脆”区中，钢的强度高而塑性低；III区（850-950℃）——相变温度区又称“热脆”区，钢通常一个相塑性好，另一个相塑性较差；IV区接近于钢的熔化温度，钢在该区加热时易发生过热或过烧，这时钢塑性最低。所以，碳素钢热加工时的最有利的温度范围是 1000-1250℃。对合金钢而言，加 热介质尤为重要。镍含量达2-3% 以上的合金钢，在含硫气氛中加热 时，硫会扩散到金属中，并在晶界 上形成低熔点的Ni3S2化合物，因 而降低了金属的塑性。含铜超过 0.6%的钢，有时甚至是含铜 0.2-0.3%的钢，如在强氧化气氛中 图1-2-1 碳素钢塑性曲线 较长时间的高温加热时，由于选择 性氧化的结果，在钢的表面氧化铁皮下会富集一薄层熔点低于1100℃的富铜合金，这层合金在1100℃时熔化并侵蚀钢的表面层，使钢在热轧加工时开裂。 3）热轧温度选择不合适，也会给金属带来不良的影响。当终轧温度过高时，往往会造成金属的晶粒粗大；若终轧温度过低时，又会造成晶粒沿加工方向伸长的组织，并有一定的加工硬化。在这两种情况下，金属的性能都会变坏。所以，合理控制金属的热轧温度范围，对获得所需要的金属组织和性能，具有重要意义。 1.2 金属的弹性变形 金属晶格在受力时发生歪扭或拉长，当外力未超过原子之间的结合力时，去掉外力之后晶格便会由变形的状态恢复到原始状态，也就是说未超过金属本身弹性极限的变形叫金属的弹性变形。多晶体发生弹性变形时，各个晶粒的受力状态是不均匀的。 2、轧制过程
第一章冲压变形的基本原理 1.1 金属塑性变形的基本概念 金属在外力作用下产生形状和尺寸的变化称为变形，变形分为弹性变形和塑性变形。而冲压加 工就是利用金属的塑性变形成形制件的一种金属加工方法。要掌握冲压成形加工技术，首先必须了 解金属塑性变形的一些基本原理。 1.1.1 塑性变形的物理概念 所有的固体金属都是晶体，原子在晶体所占的空间内有序排列。在没有外力作用时，金属中原子处于稳定的平衡状态，金属物体具有自己的形状与尺寸。施加外力，会破坏原子间原来的平衡状态，造成原子排畸变图1.1.1，引起金属形状与尺寸的变化。 图1.1.1 晶格畸变 a)无外力作用；b)外力作用产生弹性畸变；c)晶格滑移或孪动；d)外力卸去后的永久变形 假若除去外力，金属中原子立即恢复到原来稳定平衡的位置，原子排列畸变消失和金属完全恢复了自己的原始形状和尺寸，则这样的变形称为弹性变形（图1.1.1a ）。增大外力，原子排列的畸变程度增加，移动距离有可能大于受力前的原子间距离，这时晶体中一部分原子相对于另一部分产生较大的错动（图1.1.1c ）。外力除去以后，原子间的距离虽然仍可恢复原状，但错动了的原子并不能再回到其原始位置（图1.1.1d ），金属的形状和尺寸也都发生了永久改变。这种在外力作用下产生不可恢复的永久变形称为塑性变形。 受外力作用时，原子总是离开平衡位置而移动。因此，在塑性变形条件下，总变形既包括塑性变形，也包括除去外力后消失的弹性变形。 1.1.2塑性变形的基本形式 金属塑性变形是金属在外力的作用下金属晶格先产生晶格畸变，外力继续加大时，产生晶格错动，而这种错动通常在晶体中采取滑移和孪动两种形式。。
附录1 外文译文 冲压变形 冲压变形工艺可完成多种工序，其基本工序可分为分离工序和变形工序两大类。 分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法，主要有落料、冲孔、切边、剖切、修整等。其中有以冲孔、落料应用最广。变形工序是使坯料的一部分相对另一部分产生位移而不破裂的工艺方法，主要有拉深、弯曲、局部成形、胀形、翻边、缩径、校形、旋压等。 从本质上看，冲压成形就是毛坯的变形区在外力的作用下产生相应的塑性变形，所以变形区的应力状态和变形性质是决定冲压成形性质的基本因素。因此，根据变形区应力状态和变形特点进行的冲压成形分类，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系统化的研究。 绝大多数冲压成形时毛坯变形区均处于平面应力状态。通常认为在板材表面上不受外力的作用，即使有外力作用，其数值也是较小的，所以可以认为垂直于板面方向的应力为零，使板材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，可以把各种形式冲压成形中的毛坯变形区的受力状态与变形特点，在平面应力的应力坐标系中(冲压应力图)与相应的两向应变坐标系中(冲压应变图)以应力与应变坐标决定的位置来表示。也就是说，冲压应力图与冲压应变图中的不同位置都代表着不同的受力情况与变形特点(1)冲压毛坯变形区受两向拉应力作用时，可以分为两种情况：即σ γ>σ>0σt=0和σ θ>σγ>0，σt=0。再这两种情况下，绝对值最大的应力都是拉应力。以下对这两种情况进行分析。 1)当σγ>σθ>0且σt=0时，安全量理论可以写出如下应力与应变的关系式： (1-1) εγ/（σγ-σm）=εθ/（σθ-σm）=εt/（σt -σm）=k 式中ε γ，εθ，εt——分别是轴对称冲压成形时的径向主应变、切向主应变和厚度方向上的主应变； σγ，σθ，σt——分别是轴对称冲压成形时的径向主应力、切向主应力和厚度方向上的主应力； σm——平均应力，σm=（σγ+σθ+σt）/3； k——常数。在平面应力状态，式（1—1）具有如下形式： 3ε γ/（2σγ-σθ）=3εθ/（2σθ-σt）=3εt/[-（σt+σθ）]=k （1—2）因为σ γ>σθ>0，所以必定有2σγ-σθ>0与εθ>0。这个结果表明：在两向拉应力的平面应力状态时，如果绝对值最大拉应力是σ γ，则在这个方向上的主应变一定是正应变，即是伸长变形。 又因为σ γ>σθ>0，所以必定有-（σt+σθ）<0与εt<0，即在板料厚度方向上的应变是负的，即为压缩变形，厚度变薄。 在σ θ方向上的变形取决于σγ与σθ的数值：当σγ=2σθ时，εθ=0；当σγ>2σθ时，εθ<0；当σγ<2σθ时，εθ>0。 σθ的变化范围是σγ>=σθ>=0 。在双向等拉力状态时，σγ=σθ，有式 （1—2）得ε γ=εθ>0 及εt <0 ；在受单向拉应力状态时，σθ=0，有式
新奥法支护结构设计原则对隧道塌方原因进行了分析，认为未能充分利用新奥法原理指导施工，或所采取的施工方法不当，以及施工过程的不规范行为是造成隧道塌方的主要原因.并以大山塘隧道的塌方处理方案为例，运用平衡拱理论，指导和制定塌方处理方案，对同类围岩隧道施工具有一定的借鉴意义新奥法在隧道工程中的成功应用，当前已被我国作为隧道结构设计和施工的重要方法.虽然锚喷支护的应用为隧道大面积开挖施工创造了有利条件，隧道施工进度也大大加快了，然而已施工锚喷支护的隧道发生塌方的事故仍经常发生，其原因主要是存在不良的地质及水文地质条件，设计考虑不周，采取的施工方法和措施不当所造成： 1 隧道塌方的原因分析 1.1 对新奥法理论认识不足 现阶段隧道的开挖都以新奥法理论为指导，但在实际施工中，常存在未能按规定进行量测，或信息反馈不及时，导致决策失误，措施不力而造成塌方的现象. 所谓新奥法1，其基本要点是: (1)开挖作业宜采用对围岩扰动较少的控制爆破技术和较少的开挖步骤，避免过度破坏岩体的稳定; (2)隧道的开挖应尽量利用围岩的自承能力，充分发挥围岩自身的支护作用; (3)根据围岩特征，采用不同的支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性支护如钢拱架，喷射混凝土和锚杆等，以控制围岩的变形和松弛; (4)在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合，以有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定性; (5)二次衬砌原则上是在围岩和初期支护变形基本稳定的条件下修筑，使围岩和支护结构形成一个整体，从而提高了支护体系的安全度; (6)尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突变处应力集中; (7)通过施工中对围岩和支护结构的动态观测，合理安排施工程序，修正不合理的设计和进行日常施工管理[1]. 分析隧道塌方也即分析已支护围岩受破坏的原因，就必须理解新奥法支护结构设计原理，新奥法支护结构设计原则为: (1)隧道围岩形成塑性滑移楔体，造成支护结构的剪力破坏; (2)支护结构与围岩粘结紧密，两者共同工作，形成无弯矩结构; (3)由锚杆，钢支撑，喷砼等所提供的支护抗力，应与塑性滑移楔体的滑移力相平衡[2]. 从(2)可知，锚喷支护结构要成为无弯矩结构，其前提是支护结构与围岩二者共同工作，二者须粘结紧密，而实际施工中往往因为超挖严重而进行回填，这样支护结构就不能有效地与围岩粘结紧密或因为围岩表面光滑喷砼也无法有效与围岩粘结紧密，由于上述原因，锚喷支护结构违背设计原则，存在塌方隐患;从(3)可知围岩在施工锚喷支护后不断收敛而最终趋于稳定的前提是支护抗力大于或等于滑移力.如果设计支护抗力小于滑移力或由于施工方法不当造成支护抗力小于滑移力皆可导致塌方。 .2 采用施工方法和措施不当 施工中经常存在:施工方法与地质条件不相适应，地质条件发生变化，没有及时改变施工方法;施工支护不及时;地层暴露过久，引起围岩松动，风化;忽略了围岩的变形规律，围岩的变形同时具有连续变形和突然变形的特征.当开挖距离小于D(D为隧道开挖宽度)时，围岩两端由于受到二次衬砌砼和开挖掌子面支撑的约束作用，连续变形很小，主要是爆破后的受震动影响的突然变形，而且在这
建筑物沉降变形事故应急救援预案 （一）事故类型和危害程度分析 1、事故类型：地面沉陷导致建筑物沉降变形事故 本工程施工发生的坍塌事故，主要在盾构掘进过程中可能会发生坍塌事故。 2、事故原因分析： (1)、发生地面沉陷的主要原因是地下水流失，掌子面使稳。（水指地层水、地表水、各种市政水管漏水）。 (2)、因施工方法不当或其它原因造成的沉降变形。 (3)、技术人员和现场操作人员违章作业，未按工程设计和技术交底进行施工造成。 3、危害程度： 地面沉陷事故造成地表建筑物坍塌倾斜，影响城市交通和居民正常生活，社会影响极大。 （二）应急处置基本原则 坚持统一领导，统一指挥，紧急处置，快速反应，分级负责，协调一致的原则，做到局部利益服从整体利益，关爱
生命高于一切，确保施工过程中一旦出现重大事故，能够迅速、快捷、有效启动应急预案。 （三）应急指挥机构及职责 建筑物沉降变形事故应急救援领导小组由总预案中应急救援领导小组人员组成。 在总预案的基础上设置地面建筑物沉降事故应急组织机构，下设应技术支持组、急物资设备组、保卫组和突击队，各职责和总预案中的职责相同。 （四）应急处置 1、响应级别 同总预案一致分为三级 一级——预警，最低应急级别，地面沉陷轻微，地表建筑物基本不受影响，由现场工程师根据实际情况，提出处理方案，经工区总工程师批准，由施工作业班组实施。 二级——现场应急，地表发生小面积（工区界限内）沉陷，地表建筑物有可能在短期内发生倾斜。启动预案，由技术支持组提出处理方案，应急指挥部批准实施。如果不能或
不能立即控制事故，需要及时联系外部援助（如消防、医疗单位的援助）。 三级——全体应急，这是最严重的紧急情况，表明地表沉陷事故已扩散到工区外。地面建筑物已发生倾斜，应立即启动应急预案，全部人员根据具体分工进入抢险应急工作状态。 2、响应程序 在施工过程中，如根据监测数据反映建筑物沉降值过大，超过允许范围或者建筑物内部出现裂缝等异常情况，则测量监测组必须立即将监测数据和建筑物调查情况反映项目经理和总工。同时由总工程师进行原因分析，根据建筑物的结构形式确定危险等级，立即启动相应的应急方案，控制沉降，同时由应急测量监测组提高监测频率。 3、处置措施 ⑴建筑物变形超过警戒值但建筑物结构未发生异常情况 ①立即由总工分析原因，造成沉降原因是注浆不饱满还
地基基础质量事故分析与处理案例 案例1 1 工程概述 北京百盛大厦二期工程，基坑深15米，采用桩锚支护，钢筋混泥土灌注桩直径为800mm，桩顶标高—3.0m，桩顶设一道钢筋混泥土圈梁，圈梁上做3m高的挡土砖墙，并加钢筋混泥土结构柱。在圈梁下2m处设置一层锚杆，用钢腰梁将锚杆固定，其实锚杆长20m，角度15度到18度，锚筋为钢绞线。 该场地地质情况从上到下依次为：杂填土，粉质粘土，粘质粉土，粉细砂，中粗砂，石层等。地下水分为上层滞水和承压水两种。 基坑开挖完毕后，进行底版施工。一夜的大雨，基坑西南角30余根支护桩折断坍塌，圈梁拉断，锚杆失效拔出，砖护墙倒塌，大量土方涌入基坑。西侧基坑周围地面也出现大小不等的裂缝。 2 事故分析 锚杆设计的角度偏小，锚固段大部分位于粘性土层中，使得锚固力较小，后经验算，发现锚杆的安全储备不足。 持续的大雨使地基土的含水量剧增，粘性土体的内摩擦角和粘聚力大大降低，导致支护桩的主动土压力增加。同时沿地裂缝（甚至于空洞）渗入土体中的雨水，使锚杆锚固端的摩阻力大大降低，锚固力减小。 基坑西南角挡土墙后滞留着一个老方洞，大量的雨水从此窜入，对该处的支护桩产生较大的侧压力，并且冲刷锚杆，使锚杆失效。 3 事故处理 事故发生后，施工单位对西侧桩后出现裂缝的地段紧急用工字钢斜撑支护的圈梁，阻止其继续变形。西南角塌方地带，从上到下进行人工清理，一边清理边用土钉墙进行加固。 案例2 1 工程概况 某渔委商住楼为322层钢筋混凝土框筒结构大楼，一层地下室，总面积23150平方米。基坑最深出（电梯井）-6.35M
该大楼位于珠海市香洲区主干道凤凰路与乐园路交叉口，西北两面临街，南面与市粮食局5层办公楼相距3～4M，东面为渔民住宅，距离大海200M。 地质情况大致为：地表下第一层为填土，厚2M；第而层为海砂沉积层，厚7M；第三层为密实中粗砂，厚10M；第四层为黏土，厚6M；-25以下为起伏岩层。地下水与海水相通，水位为-2.0M，砂层渗透系数为K=～51.3m/d。 2 基坑设计与施工 基坑采用直径480MM的振动灌注桩支护，桩长9M，桩距800MM，当支护桩施工至粮食局办公楼附近时，大楼的伸缩缝扩大，外装修马赛克局部被振落，因此在粮食局办公楼前作5排直径为500MM的深层搅拌桩兼作基坑支护体与止水帷幕，其余区段在震动灌注桩外侧作3排深层搅拌桩*（桩长11～13M，相互搭接50～100MM），以形成止水帷幕。基坑的支护桩和止水桩施工完毕后，开始机械开挖，当局部挖至-4M时，基坑内涌水涌砂，坑外土体下陷，危及附近建筑物及城市干道的安全，无法继续施工，只好回填基坑，等待处理。 3 事故分析 止水桩施工质量差是造成基坑涌水涌砂的主要原因。基坑开挖后发现，深层搅拌止水桩垂直度偏差过大，一些桩根本没有相互搭接，桩间形成缝隙、甚至为空洞。坑内降水时，地下水在坑内外压差作用下，穿透层层桩间空隙进入基坑，造成基坑外围水土流失，地面塌陷，威胁临近的建筑物和道路。另外，深层搅拌桩相互搭接仅50MM，在桩长13M的范围内，很难保证相临的完全咬合。 从以上分析可见，由于深层搅拌桩相互搭接量过小，施工设备的垂直度掌握不好，致使相临体不能完全弥合成为一个完整的防水体，所以即使基坑周边作了多排（3～5排）搅拌，也没有解决好止水的问题，造成不必要的经济损失。 4 事故处理 采用压力注浆堵塞桩间较小的缝隙，用棉絮包海带堵塞桩间小洞。用砂白为堰堵砂，导管引水，局部用灌注混凝土的方法堵塞桩间大洞。 在搅拌桩和灌注桩桩顶做一到钢筋混凝土圈梁，增加支护结构整体性。 在基坑外围挖宽0.8M、深2.0M的渗水槽至海砂层，槽内填碎石，在基坑降水的同时，向渗水槽回灌，控制基坑外围地下水位。
坍塌事故案例分析 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
（一）事故经过 1、某师大图书馆附楼坍塌事故 2004年08月16日上午8时30分左右，某局三公司开始用泵送混凝土浇捣附楼报告厅屋面，该屋面轴线面积为294.8平方米（25.2米×38.39英尺），高度为17.65米，模板支撑系统为扣件式钢管满堂模板支架。于20时40分全部浇捣结束。屋面留3人对混凝土表面进行收光，木工班组长在补插钢筋，21时20分左右，模板支撑系统突然整体坍塌，4名工人随之坠落。木工班组长经抢救无效死亡。（图片） 1、2004年08月16日，某师大图书馆附楼坍塌事故 （1）直接原因 1）模板支持系统钢管支架水平和竖向剪刀撑设置严重不足； 2）经省中心检验所检测，扣件（旋转、垂直）抗滑和抗破坏性能不合格，钢管壁厚普遍偏薄。 （2）间接原因 1）公司安全生产责任制落实不到位，对施工现场安全监督检查不力； 2）公司未组织专家进行专项施工方案审查，模板支撑体系专项施工方案没有结合工程实际编制，针对性不强，违反现行有关规定和标准规范要求； 3）公司技术负责人审批把关不严，项目经理、施工员、安全员未认真履行岗位职责；
4）监理单位福建某监理公司未认真履行监理职责，对现场存在安全隐患督促整改不力。 2、三明梅列区某桥坍塌事故 2005年12月14日三明梅列区某桥在施工中整体坍塌，造成6人死亡。该项目由三明市梅列区列西街道列西村龙泉寺寺务委员会集资建设，三明市交通规划设计院设计，中国航空港建设总公司总承包部直属工程处施工（合同承包单位），福建新东南工程建设监理有限公司监理。该桥是三钢到龙泉山村通往龙泉寺的一座石拱桥，桥长70.68米，拱高度20.82米，桥上部结构为单拱（跨径40米），下部结构为明挖扩大基础，U型桥台，桥面宽7.5米，造价96万元，属大桥类。（图片）2．2005年12月14日，三明梅列区某桥坍塌事故 （1）直接原因 1）拱架存在的主要问题：拱架没有按规定设计计算、拱架稳定性差、拱架立柱基础未按有关规定安装、模板及木脚手架支撑体系搭设存在重大隐患。 2）施工过程存在的主要问题：该桥主拱圈砌筑程序未按涉及文件的规定进行、主拱圈砌筑过程中未按照有关规定对拱圈进行拱架施工变形观测、未按桥梁规程和设计要求进行施工砌筑。 （2）间接原因 1）施工现场安全管理失控，项目经理和监理人员从未到过现场，施工单位未编制模板及脚手架安全专项施工方案； 2）建设单位违规发包工程；
作业参考答案 1、什么是冲压加工？冲压成形加工与其他加工方法相比有何特点？答：冲压加工就是建立在材料塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料进行加工，以获得要求的零件的形状、尺寸及精度。 冲压成形加工与其他加工方法相比，具有以下的优点：少、无屑加工；零件精度较高；互换性好；材料利用率高；生产效率高；个人技术等级不高；产品成本低等。 冲压成形加工与其他加工方法相比，具有以下的缺点：模具要求高，制造复杂，周期长，制造费用昂贵；有噪声，不宜小批量生产等。 2、冷冲压有哪些基本工序，各是什么？答：冷冲压按性质分有分离工序和成形工序两类。分离工序包括落料、冲孔、剪切、切断、切槽、切边等几大类；成形工序包括拉深、胀形、翻边、扩口、缩口等工序。 3、什么是金属塑性变形？常见塑性指标有哪些？影响金属的塑性与变形抗力的主要因素有哪些？并作简要分析。答：金属塑性变形就是指金属材料在外力的作用下产生不可恢复的永久变形（形状和尺寸产生永久改变）。 影响金属的塑性和变形抗力的主要因素有：（1）、化学成分和组织——化学成分：铁、碳、合金元素、杂质元素；组织：单向组织、多项组织，不同的组织，金属的塑性和变形抗力会有很大差异。（2）、变形温度——温度升高，原子热运动加剧，热振动加剧（热塑性），晶界强度下降。（3）、变形速度——速度大，塑性变形来不及扩展，没有足够的时间回复、再结晶，塑性降低变形抗力增加。但速度大时热效应显著，变形体有温度效应对塑性增加有利。
二、 1、什么是加工硬化现象？它对冲压工艺有何影响？答：随着冷变形程度的增加，金属材料所有强度和硬度指标都有所提高，但塑形、韧性有所下降。其可制止 局部集中变形的进一步发展，具有扩展变形区、使变形区均匀化和增大极限变形程度的作用。 2、冲裁变形过程分为哪几个阶段？裂纹在哪个阶段产生？首先在什么位置产生？答：冲裁变形过程分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段。裂纹出现在断裂分离阶段。材料内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。 3、冲裁件质量包括哪些方面？其断面具有什么特征？这些特征是如何产生的？影响冲裁件断面质量的因素有哪些？答：冲裁件质量包括断面状况、尺寸精度和形状误差。其断面有4 个特装区，即圆角带、光亮带、断裂带和毛刺。圆角带主要是当凸模下降，刃口刚压入板料时，刃口附近材料被带进模具间隙的结果；光亮带是由于金属材料产生塑性剪切变形时，材料在和模具侧面接触中被模具侧面挤光而形成的光亮垂直面；断裂带是有刃口处微裂纹在拉应力作用下，不断扩展而形成的撕裂面；毛刺是在塑性变形阶段后期，刃口正面材料被压缩，裂纹起点不在刃尖处，在模具侧面离刃口不远处发生，在拉应力作用下，裂纹加长材料撕裂而产生。影响断面质量因素有（1）、 材料力学性能（2）、模具间隙（3）、模具刃口状态（4）、模具结构以及刃口的摩 擦条件等。 1、冲裁模刃口尺寸计算原则是什么？ 答：书本P61
备课本 课程名称金属塑性变形与轧制原理课时数64 适用班级金属材料081、082授课教师孙斌 使用时间2011学年第1学期 冶金工程学院
绪论 0.1金属塑性成形及其特点 金属压力加工：即金属塑性加工，对具有塑性的金属施加外力作用使其产生塑性变形，而不破坏其完整性，改变金属的形状、尺寸和性能而获得所要求的产品的一种加工方法。 金属成型方法分类： （1）减少质量的成型方法:车、刨、铣、磨、钻等切削加工；冲裁与剪切、气割与电切；蚀刻加工等。 （2）增加质量的成型方法：铸造、焊接、烧结等。 （3）质量保持不变的成型方法(金属塑性变形)：利用金属的塑性，对金属施加一定的外力作用使金属产生塑性变形，改变其形状尺寸和性能而获得所要求的产品的一种加工方法。如轧制、锻造、冲压、拉拔、挤压等金属压力加工方法。 金属压力加工方法的优缺点： 优点：1）因无废屑,可节约大量金属； 2）改善金属内部组织及物理、机械性能； 3）产量高，能量消耗少，成本低，适于大量生产。 缺点：1）对要求形状复杂，尺寸精确，表面十分光洁的加工产品尚不及金属切削加工方法； 2）仅用于生产具有塑性的金属； 0.2 金属塑性成形方法的分类 0.2.1按温度特征分类 1.热加工在充分再结晶温度以上的温度范围内所完成的加工过程，T=0.75∽0.95T熔。 2.冷加工在不产生回复和再结晶温度以下进行的加工T=0.25T熔以下。 3.温加工介于冷热加工之间的温度进行的加工. 0.2.2按受力和变形方式分类 由压力的作用使金属产生变形的方式有锻造、轧制和挤压 1.锻造：用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使金属进行塑性变形的过程。分类： 自由锻造：即无模锻造，指金属在锻造过程的流动不受工具限制（摩擦力除外）的一种加工方法。 模锻：锻造过程中的金属流动受模具内腔轮廓或模具内壁的严格控制的一种工艺方法。
冲压成形的理论基础毕业论文 1.1 冲压的概念、基本工序、现状及发展方向 1.1.1 冲压的概念、特点及应用 冲压是利用安装在冲压设备(主要是压力机)上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性交形，从而获得所需零件(俗称冲压件或冲件)的一种压力加工方法。冲压通常是在常温下对材料进行冷变形加工，且主要采用板料来加工成所需零件，所以也叫冷冲压或板料冲压。冲压是材料压力加工或塑性加工的主要方法之一，隶属于材料成形工程技术。 冲压所使用的模具称为冲压模具．简称冲模。冲模是将材料(金属或非金属)批量加工成所需冲件的专用工具。冲模在冲压中至关重要，没有符合要求的冲模，批量冲压生产就难以进行，没有先进的冲模，先进的冲压工艺就无法实现。冲压工艺与模具、冲压设备和冲压材料构成冲压加工的三要素． 与机械加工及塑性加工的其他方法相比，冲压加工无论在技术方面还是经济方面都具有许多独特的优点。主要表现如下。 ①冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压力机的行程次数为每分钟几十次，高速压力机每分钟可达数百次甚至千次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。它们的关系如下图0-1。 ②冲压时由模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不破坏冲压材料的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲压件的质量稳定，互换性好，具有“一
模一样”的特征。 ③冲压可加工出尺寸围较大、形状较复杂的零件，如小到钟表的秒针，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变形硬化效应，冲压件的强度和刚度均较高。 ④冲压一般没有切屑碎料生成，材料的消耗较少，且不需其他加热设备，因而是一种省料，节能的加工方法，冲压件的成本较低。 但是，冲压加工所使用的模具一般具有专用性，有时一个复杂零件需要数套模具才能加工成形，且模具制造的精度高，技术要求高，是技术密集形产品。所以．只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益。 冲压在现代工业生产中，尤其是在大批量生产中应用十分广泛。相当多的工业部门越来越多地采用冲压方法加工产品零部件，如汽车、农机、仪器、仪表、电子、航空、航天、家电及轻工等行业。在这些工业部门中，冲压件所占的比重都相当的
第25卷第2期 河北建筑工程学院学报 Vol.25No.2 2007年6月JOURNAL OF HE BE I I N STI T UTE OF ARCH I TECT URE AND C I V I L E NGI N EER I N G June2007 房屋地基基础变形事故原因分析及处理 赵玉良 燕山大学校园建设管理处 摘 要 地基基础变形事故一般包括沉陷变形、倾斜变形和开裂变形三种.地基变形事故多 数与地基因素有关,其原因往往是综合性的,必须从勘测、地基处理、设计、施工等方面综合分 析,综合治理. 关键词 房屋地基;基础变形;分析处理 中图号 T U4 基础的变形事故一般包括沉陷变形、倾斜变形和开裂变形三种.沉陷变形又分为较大的均匀沉降变形及不均匀沉降变形,它主要是由于地基土在上部结构荷载作用下产生的压缩变形.倾斜变形与沉陷变形有关,它主要是由于地基土产生较大的不均匀沉降而使基础或者建筑物产生超过规范规定值的垂直偏差.开裂变形是由于地基沉降差值较大,地基发生局部塌陷,或者是由于地基冻胀、浸水、地下水位的变化以及相邻建筑物的的影响,使基础产生较宽的裂缝而造成的变形. 房屋基础变形事故多数与地基因素有关,其原因往往是综合性的,必须从勘测、地基处理、设计、施工及使用的方面综合分析.具体的说,造成基础变形的事故的原因有以下几类. (1)地基勘测上的问题.即地基勘测资料不足、不准或勘测深度不够,勘测资料有误;或者根本没有进行地质勘测就盲目进行设计和施工;或者虽进行了地质勘测,但提供的地基承载能力太高,导致地基剪切破坏形成倾斜;土坡失稳导致地基破坏,造成基础倾斜. (2)地下水位条件变化.在施工过程中,为了便于基础的开挖和混凝土的浇捣养护,采用人工降低地下水位,使得在水位下降范围内土的重度由有效重度增大至天然重度,这样就相当于在地基中施加了大面积的荷载,导致地基产生不均匀沉降变形.再者,地基浸水或者地表水渗漏入地基后引起的附加沉降,以及基坑长期泡水后承载能力下降,均会产生不均匀下沉而形成倾斜.当建筑物投入使用后,因大量抽取地下水而造成局部漏斗状缺水区,使得建筑物向漏斗中心倾斜,造成建筑物发生倾斜变形. (3)设计问题.由于地基土质不均匀,其物理力学性能相差较大,或者地基土层厚薄不均匀,压缩变形差大,而建筑物基础又没有采取必要的构造措施,从而使得基础因过大沉降或不均匀沉降而发生挠曲变形.对于软土、膨胀土、冻土或湿陷性黄土地基,由于建筑或结构措施设计不力,造成基础产生过大沉降而变形.建筑体形复杂、上部结构荷载差异较大的建筑物没有按照有关的规范设置构造措施,将会导致基础不均匀下沉.对于筏板基础的建筑物,当地面标高差很大时,基础室外两侧回填土厚度相差过大,则会增加地板的附加偏心荷载;或者建筑物上部结构荷载重心与基础底板形心的偏心距过大,加剧了偏心荷载的影响.正是这些偏心荷载的影响,将会增大基础的不均匀沉降,如设计过程中处理不当,将会造成基础变形事故的发生.此外,建筑物整体刚度差,对地基不均匀沉降敏感,或者在对同一建筑物下的地基加固时采用了长度相差较大的挤密桩等,也会导致基础发生过大的变形而造成事故. (4)施工问题.施工方面大的问题主要有:一是施工顺序及方法不当,例如建筑物各部分施工先后顺序发生紊乱,或者在已有建筑物或基础底板基坑附近,大量堆放被置换的土方或建筑材料,造成建筑物下沉或倾斜;二是施工时扰动或破坏了地基持力层土体的原有结构,使其抗剪强度降低达不到原设计要求,导致地基承载力不足基础下沉;再者在桩基础施工过程中,没有按照正确地打桩顺序进行施工,相邻桩施工间歇时间过短以及打桩质量控制质量不严等原因,会造成桩基础倾斜或产生过大的沉降;此 收稿日期:2007-03-30 作者简介:男,1969年生,助理工程师,秦皇岛市,066004
第2章冲压变形基础（答案） 一、填空 1．在室温下，利用安装在压力机上的模具对被冲材料施加一定的压力，使之产生分离和塑性变形，从而获得所需要形状和尺寸的零件（也称制件）的一种加工方法。 2．用于实现冷冲压工艺的一种工艺装备称为冲压模具。 3．冲压工艺分为两大类，一类叫分离工序，一类是变形工序。 4．物体在外力作用下会产生变形，若外力去除以后，物体并不能完全恢复自己的原有形状和尺寸，称为塑性变形。5．变形温度对金属的塑性有重大影响。就大多数金属而言，其总的趋势是：随着温度的升高，塑性增加，变形抗力降低。 6．以主应力表示点的应力状态称为主应力状态，表示主应力个数及其符号的简图称为主应力图。可能出现的主应力图共有九种。 7．塑性变形时的体积不变定律用公式来表示为：ε1+ε2+ε3=0。 8．加工硬化是指一般常用的金属材料，随着塑性变形程度的增加，其强度、硬度和变形抗力逐渐增加，而塑性和韧性逐渐降低。 9．在实际冲压时，分离或成形后的冲压件的形状和尺寸与模具工作部分形状和尺寸不尽相同，就是因卸载规律引起的弹性回复(简称回弹)造成的。 10. 材料对各种冲压成形方法的适应能力称为材料的冲压成形性能。冲压成形性能是一个综合性的概念，它涉及 的因素很多，但就其主要内容来看，有两个方面：一是成形极限，二是成形质量。 二、判断（正确的在括号内打√，错误的打×） 1．（×）主应变状态一共有9种可能的形式。 2．（×）材料的成形质量好，其成形性能一定好。 3．（√）热处理退火可以消除加工硬化（冷作硬化）。 4．（√）屈强比越小，则金属的成形性能越好。 5．（×）拉深属于分离工序。 三、选择 1．主应力状态中， A ，则金属的塑性越好。 A．压应力的成份越多，数值越大 B. 拉应力的成份越多，数值越大。 2．当坯料三向受拉，且σ1＞σ2＞σ3＞0时，在最大拉应力σ1方向上的变形一定是 A ，在最小拉应力σ3方向上的变形一定是 B A．伸长变形 B.压缩变形 四、思考 1．冷冲压的特点是什么 2．冷冲压有哪两大类基本工序试比较分离工序和成形工序的不同之处。 3．何谓材料的板平面方向性系数其大小对材料的冲压成形有哪些方面的影响 4．何谓材料的冲压成形性能冲压成形性能主要包括哪两方面的内容材料冲压成形性能良好的标志是什么 5．冲压对材料有哪些基本要求如何合理选用冲压材料 1．冷冲压的特点是： （1）便于实现自动化，生产率高，操作简便。大批量生产时，成本较低。 (2) 冷冲压生产加工出来的制件尺寸稳定、精度较高、互换性好。 (3) 能获得其它加工方法难以加工或无法加工的、形状复杂的零件。 (4) 冷冲压是一种少无切削的加工方法，材料利用率较高，零件强度、刚度好。 2．冷冲压的基本工序为：分离工序和变形工序。 分离工序：材料所受力超过材料的强度极限，分离工序的目的是使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，成为所需成品的形状及尺寸。 成形工序：材料所受力超过材料的屈服极限而小于材料的强度极限，成形工序的目的，是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，成为所要求的成品形状和尺寸。