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Dans notre vie quotidienne, nous rencontrons souvent diverses parties, comme le montre la figure 1-1, qui sont étroitement liées à nos vies.

Quelles méthodes de traitement sont utilisées pour produire les pièces ci-dessus, quels matériaux sont utilisés pour les produire, quels outils ou moules sont nécessaires pour produire ces pièces et quels matériaux sont utilisés pour fabriquer ces outils ou moules. C'est ce que nous devons apprendre dans ce cours.

La notion de estampillage et matrice d'estampage

L'emboutissage est l'une des méthodes de traitement avancées et efficaces dans l'industrie de fabrication de machines modernes. Il utilise le moule installé sur la presse pour appliquer une force sur le matériau à température ambiante, le faisant se séparer ou se déformer plastiquement, de manière à obtenir une partie des pièces requises. Type de méthode de traitement sous pression. Le traitement d'estampage est une forme majeure de traitement de coupe. L'emboutissage étant généralement réalisé à température ambiante, il est souvent appelé emboutissage à froid. Et parce que son matériau de traitement est principalement un matériau en feuille, il est également appelé traitement de matériau en feuille. L'emboutissage peut non seulement traiter des matériaux métalliques, mais également des matériaux non métalliques.

Dans estampillage traitement, une pièce d'équipement de traitement spécial pour transformer des matériaux en pièces d'estampage (ou produits semi-finis) est appelée matrice d'estampage ou matrice d'estampage à froid. Les matrices d'emboutissage sont indispensables dans la réalisation du traitement d'emboutissage. Sans matrices d'emboutissage répondant aux exigences, le traitement d'emboutissage ne peut pas être effectué ; sans matrices d'estampage avancées, les processus d'estampage avancés ne peuvent pas être réalisés. La conception de matrice est la clé du traitement d'estampage à froid. Une pièce d'emboutissage a souvent besoin de plusieurs jeux de matrices pour être mise en forme. Dans la production de pièces d'emboutissage, une technologie de formage d'emboutissage raisonnable, des moules avancés et un équipement d'emboutissage efficace sont trois éléments indispensables, comme le montre la figure 1-2.

Caractéristiques du traitement d'estampage

Par rapport à d'autres méthodes de traitement (telles que l'usinage), l'emboutissage présente les caractéristiques suivantes.

• Il est possible d'obtenir des pièces aux formes complexes que d'autres procédés de traitement ne peuvent pas ou sont difficiles à traiter, comme les capots d'automobiles, les portes, etc.

• Étant donné que la précision dimensionnelle est principalement garantie par le moule, les pièces traitées ont une qualité stable, une bonne cohérence et ont les caractéristiques d'« identité ».

• Estampillage le traitement est une sorte de traitement sans coupe. Certaines pièces sont embouties directement sans aucun retraitement et le taux d'utilisation des matériaux est élevé.
• La déformation plastique des matériaux métalliques peut être utilisée pour améliorer la résistance et la rigidité de la pièce.
• Productivité élevée, automatisation facile à réaliser.
• Le moule a une longue durée de vie et un coût de production relativement faible.
• Le processus d'emboutissage est facile à utiliser, mais il présente un certain degré de danger, c'est pourquoi la sécurité doit être prise en compte lors de la production.

Application du traitement d'estampage

En raison des nombreux avantages du traitement d'emboutissage, l'application du traitement d'emboutissage est très étendue. Il occupe une position très importante dans la production d'automobiles, de tracteurs, de moteurs, d'appareils électriques, de jouets-instruments et de produits de première nécessité. De nombreuses pièces fabriquées par des méthodes de moulage, de forgeage et de coupe dans le passé sont maintenant remplacées par des pièces d'emboutissage avec une bonne rigidité et un poids léger.

Selon les statistiques de ces dernières années, dans la production d'électromécanique et d'instrumentation, 60% à 70% des pièces sont complétées par la technologie d'emboutissage. Environ 60% ~ 70% de pièces dans la production automobile sont fabriquées par processus d'emboutissage, et le travail de production d'emboutissage est de 25% ~ 30% du travail de l'ensemble de l'industrie automobile. Dans les produits électroniques, la proportion de pièces d'emboutissage est également assez importante. Les produits métalliques utilisés dans la vie quotidienne des gens, tels que les pots en aluminium, la vaisselle en acier inoxydable, etc., représentent une plus grande proportion des pièces d'emboutissage. Par conséquent, la technologie d'emboutissage est largement utilisée et l'apprentissage, la recherche et le développement de la technologie d'emboutissage revêtent une grande importance pour le développement de l'économie nationale de mon pays et l'accélération de la construction industrielle moderne.

Le développement de la technologie d'emboutissage revêt une grande importance pour le développement de l'économie nationale de mon pays et l'accélération de la construction industrielle moderne.

Le processus de base de l'estampage

En raison des différentes formes, tailles et précisions des pièces d'emboutissage, les types de processus utilisés dans l'emboutissage sont différents. Selon ses caractéristiques de déformation, il peut être divisé en deux catégories suivantes.

• Processus de séparation. Le processus de séparation du matériau en feuille le long d'une certaine ligne de contour pour obtenir une pièce d'estampage (communément appelée pièce de découpage) d'une certaine forme, taille et qualité de section transversale. Le processus de séparation comprend principalement le poinçonnage, le découpage, le rognage et d'autres processus.
• Processus de formation. Le processus de déformation plastique du matériau sans rupture pour obtenir une pièce emboutie avec une certaine forme, taille et précision. Le processus de formage comprend principalement le pliage, l'emboutissage profond, le marquage, le renflement, le tressage, etc.

En outre, pour améliorer la productivité du travail, deux ou plusieurs processus de base sont souvent combinés en un seul processus, tels que le découpage et l'étirage, la coupe et le pliage, le poinçonnage et le bordage, etc., appelés processus composites. En production réelle, la plupart des pièces produites par lots sont complétées par des procédés composites.

Déformation plastique de la tôle et ses lois fondamentales

Les estampillage Le processus de formage des pièces d'emboutissage est essentiellement le processus de déformation plastique de la tôle. En ce qui concerne la théorie de base de la déformation plastique, il y a eu des exposés détaillés et systématiques dans les travaux sur la mécanique du traitement des plastiques, et seule une brève description de la théorie pertinente est donnée ici.

Le concept de base de la déformation plastique du métal

• Plasticité

La plasticité est la capacité d'un métal à subir une déformation permanente de manière stable sans endommager son intégrité sous l'action d'une force extérieure. Il reflète la déformabilité du métal et est une propriété de traitement importante du métal. La taille de la plasticité peut être évaluée par l'indice de plasticité. Par exemple, l'indice de plasticité dans l'essai de traction peut être exprimé par l'allongement δ et la réduction de surface ψ. La plasticité du métal n'est pas fixe, elle est affectée par des facteurs tels que la structure du métal, la température de déformation, la vitesse de déformation et la taille de la pièce.

• Déformation plastique

L'objet se déforme sous l'action d'une force extérieure. Une fois la force externe supprimée, l'objet peut reprendre sa forme et sa taille d'origine. Une telle déformation est appelée déformation plastique.

• Résistance à la déformation

La résistance à la déformation fait référence à la capacité d'un métal à résister aux changements de forme et à la déformation résiduelle. La résistance à la déformation reflète la difficulté de déformation plastique du matériau. De manière générale, une bonne plasticité et une faible résistance à la déformation sont bénéfiques à la déformation par emboutissage, mais on ne peut pas dire que certains matériaux ont une bonne plasticité et une résistance à la déformation doit être inférieure. Lorsque le matériau est extrudé à froid, il présente une bonne plasticité sous l'action d'une contrainte de compression à trois voies, mais la force d'extrusion à froid est également très importante.

• Stress

Sous l'action d'une force externe, la force d'interaction entre les différentes particules de l'objet est appelée force interne. La force interne par unité de surface est appelée contrainte. Il existe des contraintes normales et des contraintes de cisaillement. La contrainte normale est exprimée par et la contrainte de cisaillement est exprimée par τ. L'unité de contrainte est généralement le MPa.

• Souche

Lorsqu'un objet est soumis à des forces externes et internes, il se déforme. La quantité physique qui représente l'ampleur de la déformation d'un objet est appelée contrainte. Comme le stress, la déformation a également la déformation normale et la déformation de cisaillement. La déformation normale est représentée par et la déformation de cisaillement est représentée par γ.

• État du point de contrainte

La force de chaque point dans le matériau est généralement appelée l'état de contrainte du point. L'état de contrainte d'un point est représenté par la contrainte sur chaque surface perpendiculaire l'une à l'autre sur le corps de l'unité prise au niveau du point, comme le montre la figure 1-3(a). Généralement, ces forces peuvent être décomposées en 9 composantes de contrainte le long de la direction des coordonnées, y compris 3 contraintes normales et 6 contraintes de cisaillement, comme le montre la figure 1-3(b).

• Stress principal

Pour tout type d'état de contrainte, il existe toujours un tel ensemble de systèmes de coordonnées, de sorte que seule la contrainte normale apparaît sur chaque surface du corps de l'unité, et il n'y a pas de contrainte de cisaillement, comme le montre la figure 1-3(c). Ces trois contraintes normales sont appelées contraintes principales et sont respectivement représentées par σ1, σ2 et σ3. Lorsque la contrainte 1>0 est appelée contrainte de traction, lorsque la contrainte σ1<0 est appelée contrainte de compression.

Des expériences ont prouvé que l'état de contrainte a une grande influence sur la plasticité des métaux. Plus le nombre de contraintes de compression est élevé, plus la valeur est élevée, meilleure est la plasticité du métal ; plus le nombre de contraintes de traction est élevé, plus la valeur est élevée, plus la plasticité du métal est mauvaise.

• Déformation principale et diagramme de déformation principale.

La contrainte dans le corps déformé doit être accompagnée d'une déformation, et l'état de déformation du point est également représenté par le corps de l'élément. Semblable à l'état de contrainte, un diagramme d'état de contrainte peut également être utilisé pour indiquer l'état de contrainte d'un point. Un ensemble de systèmes de coordonnées peut être trouvé de sorte que seules les composantes de déformation principales ε1, ε2, ε3 et aucune composante de déformation de cisaillement apparaissent sur chaque surface du corps de l'unité, comme le montre la figure 1-4(a). Un état de déformation n'a que la déformation principale primaire. Il n'y a que trois états de déformation possibles, comme le montre la figure 14(b).

L'état de déformation a une grande influence sur la plasticité du métal. On peut savoir par la pratique que le degré de déformation obtenu par compression unidirectionnelle est bien supérieur à celui de l'étirage uniaxial, et l'extrusion à l'état de contrainte de compression tridirectionnelle peut exercer une plus grande plasticité que l'étirage avec compression bidirectionnelle et une -way stretching. A l'état de contrainte, le nombre de contraintes de compression est grand, la contrainte de compression est grande, la plasticité est bonne ; au contraire, le nombre de contraintes de compression est petit, la contrainte de compression est petite, et même une contrainte de traction existe, et la plasticité est mauvaise. Cela est dû au fait que les fissures et les défauts du matériau sont faciles à exposer et à développer dans le sens de la déformation en traction, mais ne sont pas faciles à exposer et à développer dans le sens de la déformation en compression.

Courbe contrainte-déformation

La figure 1-5 montre la courbe contrainte-déformation d'un acier à faible teneur en carbone soumis à un essai de traction. On peut voir sur la figure que le matériau commence à se déformer plastiquement lorsque la contrainte atteint la limite d'élasticité initiale σ0. A ce moment, une déformation importante peut se produire lorsque la contrainte n'est pas augmentée, et une plate-forme apparaît sur la figure. Ce phénomène est appelé céder. Après une période de plastification, la contrainte commence à augmenter avec l'augmentation de la déformation (comme le montre la courbe cGb). S'il est déchargé au milieu de la déformation (G sur la figure), la contrainte et la déformation reviendront le long de la droite GH pour restaurer la déformation élastique (HJ) et conserver sa déformation plastique (OH). Si l'éprouvette est rechargée, la courbe commencera à partir de H et montera le long de la ligne droite HG pour la déformation élastique jusqu'à ce que le point G ne commence pas à céder, et la contrainte et la déformation ultérieures changeront toujours en fonction de la courbe Gb. On peut voir que la contrainte au point G est la limite d'élasticité lorsque l'éprouvette est rechargée. Si vous répétez le processus de déchargement et de chargement ci-dessus, vous constaterez que la limite d'élasticité pendant le rechargement augmente continuellement le long de la courbe Gb en raison de l'augmentation successive de la déformation, ce qui indique que le matériau durcit progressivement. L'écrouissage du matériau a une grande influence sur le formage de la tôle, ce qui non seulement augmente la force de déformation, mais limite également la déformation ultérieure de la laine. Par exemple, lorsqu'une pièce emboutie est emboutie plusieurs fois, elle est généralement recuite avant l'emboutissage suivant pour éliminer l'écrouissage causé par l'emboutissage précédent. Mais le durcissement est parfois bénéfique. Par exemple, dans le processus de formage par allongement, cela peut réduire une déformation locale excessive et rendre la déformation plus uniforme.

Pour des besoins pratiques, la courbe contrainte-déformation doit être exprimée par une formule mathématique. Cependant, comme les courbes de durcissement de divers matériaux ont des caractéristiques différentes, il est impossible de les exprimer avec précision avec la même formule mathématique. Les expressions mathématiques de plusieurs courbes d'écrouissage couramment utilisées actuellement sont toutes approximatives. Par exemple, l'expression linéaire de la courbe contrainte-déformation est σ=σ₀+ Fε

Dans la formule, la limite d'élasticité approximative de σ0 est également l'intersection de la ligne de durcissement sur l'axe des ordonnées ;

F-La pente de la ligne droite de durcissement est appelée module de durcissement, qui indique la taille de la force de durcissement du matériau.

La loi de la variance du volume de déformation plastique

La pratique a prouvé que dans la déformation plastique d'un objet, le volume avant déformation est égal au volume après déformation. C'est la loi d'invariance du volume de déformation plastique du métal. C'est la base pour nous de calculer la taille de l'ébauche dans le processus de déformation à l'avenir. Exprimé par la formule

??₁+ε₂+ε₃=0

La loi de moindre résistance à la déformation plastique

La déformation plastique détruit l'équilibre global du métal et force le métal à s'écouler. Lorsque les points de masse du corps déformable peuvent se déplacer dans des directions différentes, chaque point de masse se déplace dans la direction de moindre résistance, qui est la loi de moindre résistance. L'ébauche se déforme dans le moule, et sa déformation maximale se fera dans le sens de moindre résistance. La loi de la moindre résistance a une application très flexible et étendue dans le processus d'emboutissage, qui peut guider correctement le processus d'emboutissage et la conception de la matrice, et résoudre les problèmes de qualité dans la production réelle.

Conditions plastiques

La condition dite plastique est que, dans un état de contrainte unidirectionnelle, si la contrainte de traction ou de compression atteint la limite d'élasticité du matériau, il peut céder et entrer dans l'état plastique à partir de l'état élastique. Cependant, pour les états de contrainte complexes, il est non seulement possible de juger si un point a cédé en fonction d'une composante de contrainte, mais aussi de considérer l'effet global de chaque composante de contrainte. Dans un état de contrainte complexe, lorsque les composants de contrainte se conforment à une certaine relation, cela peut être équivalent à la limite d'élasticité déterminée sous l'état de contrainte unidirectionnel. Pour que l'objet entre dans l'état plastique à partir de l'état élastique. À ce stade, la relation entre les composants de contrainte est appelée condition plastique ou critère d'élasticité.

Les conditions plastiques doivent être vérifiées expérimentalement. Il existe deux types de conditions plastiques qui ont été testées et reconnues dans la pratique : le critère d'élasticité de H. Tresca et le critère d'élasticité de Von Mises.

• Critère de rendement de Kureisgar

En 1864, l'ingénieur français H. Tresca croyait que le matériau commençait à céder lorsque la contrainte de cisaillement maximale atteignait une certaine valeur, c'est-à-dire le critère d'élasticité Tresca. Son expression mathématique est

Dans la formule, s—la limite d'élasticité du matériau.

• Directives de service Von Mises

En 1913, le savant allemand Von mises a proposé que dans certaines conditions de déformation, quel que soit l'état de contrainte de l'objet déformé, tant que ses trois contraintes principales satisfont aux conditions suivantes, le matériau commencera à céder, c'est-à-dire Missis Rendement

Alors, son expression mathématique est

(σ₁-σ₂)²+(σ₂-σ₃)²+(σ₃-σ₁)²=2σ²_s

La relation entre le stress et la tension

Le corps se déforme sous la force, il doit donc y avoir une certaine relation entre le stress et la tension. Lorsqu'un objet est déformé élastiquement, la relation entre la contrainte et la déformation est linéaire, le processus de déformation est réversible et sa déformation peut être restaurée quel que soit le processus de chargement de l'objet. La relation entre la contrainte et la déformation peut être déterminée par la loi de Hooke généralisée. Mentionné. Une fois que l'objet est entré en déformation plastique, la relation entre sa contrainte et sa déformation est différente. En traction ou compression unidirectionnelle, la relation entre la contrainte et la déformation peut être représentée par une courbe d'écrouissage. Cependant, lorsqu'il est soumis à une contrainte bidirectionnelle ou tridirectionnelle, la relation entre la contrainte et la déformation dans la zone de déformation est assez compliquée. Des études ont montré que sous un chargement simple (seulement chargement et non déchargement pendant le processus de chargement, et les composantes de contrainte augmentent dans une certaine proportion), à chaque instant de déformation plastique, il existe la relation suivante entre la contrainte principale et la déformation principale

Dans la formule, C — constante de proportionnalité non négative ;

??_m-stress moyen. Dans certaines conditions, C n'est lié qu'aux propriétés du matériau et au degré de déformation, et n'a rien à voir avec l'état de contrainte de l'objet, de sorte que la valeur C peut également être obtenue par des expériences de traction uniaxiale.

Les équations physiques mentionnées ci-dessus sont également appelées théorie de la quantité totale de la déformation plastique.

Phénomène d'écrouissage

Les matériaux métalliques couramment utilisés augmentent en résistance et en dureté lors de la déformation plastique, tandis que le phénomène de diminution de la plasticité et de la ténacité est appelé écrouissage ou écrouissage à froid. L'écrouissage a un impact important sur de nombreux procédés d'emboutissage. Par exemple, la réduction de la plasticité limite la déformation supplémentaire de l'ébauche. Il est souvent nécessaire d'augmenter le processus de recuit avant le processus suivant pour éliminer l'écrouissage. L'écrouissage a également un côté positif, comme l'amélioration de la capacité à résister à l'instabilité locale et aux rides.

Recharger le phénomène de ramollissement

Si le matériau est chargé en sens inverse après la déformation plastique à froid, la limite d'élasticité du matériau sera réduite. C'est-à-dire que la déformation plastique est plus susceptible de se produire sous une charge inversée, qui est ce que l'on appelle le phénomène de ramollissement par contre-charge. Le phénomène de ramollissement par contre-charge est d'une importance pratique pour l'analyse de certains procédés d'emboutissage (comme le pliage par étirage).

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