第十二章 金属塑性成型性能试验
第一节 金属塑性成型性能试验的内容
一,冲压成型性能试验的内容
?板材对冲压成型加工的适应能力，
它取决于金属薄板的静态品质，还取
决于冲压过程中的应力应变条件，以
及薄板制件的几何特征
?材料开始出现破裂的极限变
形程度，作为评定冲压性能的
材料特性
成型性能
冻结性能贴膜性能
?衡量金属原材料经受锻造成型的难
易程度的一项工艺性能。
?贴膜性，定形性
?拉深性能
?胀形性能
?扩孔性能
?弯曲性能
?复合成型性能（拉深＋胀形）
?局部成型性能（ FLD）
二,锻造成型性能试验的内容
第二节 金属塑性成型性能试验的分类及目的
间接试验又称基础试验，是使材料
进行单纯的变形过程，通过测定各种与
材料成型性能相关的各种参数，把握其
物理意义，掌握强度及变形特性 。
通过特定的压力设备，让试样所受
到的应力状态和所产生的变形过程都与
在实际加工中试样所受的负荷和产生的
变形过程相似，从而测定特定的负荷或
变形量，当作判定金属成型性能尺度的
一种工艺性试验 。
直接试验
间接试验
实际成型试验 模拟成型试验 力学试验 金属学试验
金属成型性能试验
第三节 金属塑性成型性能试验方法
一,冲压成型性能试验的方法
翻边成型性能试验
板材拉伸试验
成型极限图试验
弯曲成型性能试验
胀形成型性能试验
拉深成型性能试验
冲压成型性能试验方法
板材对角拉伸试验
锥杯试验
硬度试验
1.板材拉伸试验
1.1拉伸试验原理
? 利用板材的单向拉伸试验可以得到许多与板材冲压性能密
切相关的试验值
（ 1）屈服点
（ 2）抗拉强度
（ 3）屈强比
（ 5） 硬化指数
（ 6）各项异性指数
（ 4）均匀伸长率
大多数金属板材的硬化规律接近于幂函数的关系,n值
大的板材，在冲压成型时加工硬化剧烈,变形抗力增
加较快。拉伸试验确定 n值的方法很多，例如
?两点法：计算出拉伸过程中某两点的真实应力 σ与应
变 ε，则可利用公式 σ=Kεn,计算出 n与 K的数值。
?板厚方向性系数 r值是在拉伸过程中板材试样的宽度
应变 εb与厚度应变 εl的比值。
?r值大时，表明板材在厚度方向上的变形比较困难，
比板平面方向上的变形小，在伸长类成型中，板材的
变薄量小，有利于这类冲压成型。但试验与理论分析
都证明，当板料的 r值较大时，它的拉深性能也好，板
材的极限拉伸系数 Mc更小。
?由于板材的 r值常具有方向性，这时可以按平均值计
算,r0,r45与 r90分别是与板材轧制方向成 0°, 45°
与 90° 的方向上截取的拉伸试样的测得 r值。
板平面方向型系数
?测定试样的屈服点 σ s,抗拉强度 σ b,屈
服比 σ s/σ b,均匀伸长率 δ u,硬化指数 n以
及各向异性系数 r。
?观察材料在拉伸试验中的各种现象, 并绘
出拉伸曲线和名义应力拉伸曲线 。
?注意观察端口形貌
?学习和掌握万能材料试验机的构造和工作
原理，以及其使用方法。
1.2板材冲压性能拉伸试验方法
试验目的
?试样是从待试验的板材上截取，加工按
GB2975标准，拉伸试验的试样长度按标准
（ GB228－ 87）确定，试样的宽度，根据原材
料的厚度采用 10,15,20和 30mm四种，宽度
尺寸偏差不宜大于 0.02mm。
?拉力试验机 （ 机械式或液压式 ）
?游标卡尺和 X－ Y函数记录仪
试验试样、
工具及设
备
?注明材料性能, 取样部位纤维方向, 试验
温度规范, 速度规范, 试样形状, 尺寸, 试
样断口形状, 试样是否均匀变形 。
?试验结果的每一组数据, 应至少来自五个
试样, 包括最大值, 最小值和平均值 。
?试验报告可根据试验内容自行设计。
试验报告
及要求
试验步骤
?原始尺寸测量：测量板宽 W0,确定标距。
?根据试样的负荷和变形水平，相应地设定
试验机的量程范围
?快速 （ 一般 <50mm/min） 调节上下夹头的距
离, 安装试样并保持上下对中 。
?设定加载速度 （ 一般 <2mm/min） 开机加载
观察试验现象
?停机,卸下试样观察断口形貌
2.1板材 胀形 试验原理
2.板材胀形试验
板材的胀形性能试验又称为杯突试验或压穴试验 。
一般包括 Erichsen胀形试验和瑞典式纯胀形试验。它是
测定板材冲压性能的一种工艺性试验。
杯突机上用一定规格的钢球或球状
冲头向夹紧与规定的环形凹模内的试样
施加压力，直至式样产生微细裂纹为止，
此时冲头的压入深度称为材料的杯突深
度值。该值反映材料对胀形的适应性，
可作为衡量板料胀形、曲面零件拉深的
冲压性能指标。
杯突试验
先将平板坯料试样放在
凹模平面上，用压边圈压住
试样外圈，然后，用球形冲
头将试样压入凹模。由于坯
料外径比凹模孔径大很多，
所以，其外环不发生切向压
缩变形，而与冲头接触的试
样中间部分坯料受到双向拉
应力作用而实现胀形成型 。
在胀形成型中，把试样
出现裂纹时冲头的压入的深
度称为胀形深度或 Erichsen
试验深度，简计为 Er值。 Er
值越大，胀形性能及拉深类
成型性能越好。
Erichsen
胀形试验
Er值的影响因素很多，如板料的厚度、压边力大小、
润滑条件及模具的粗糙度等对他都有影响。此外，由于
试验设备不同、操作方法不同以及对裂缝判断之差异等
都会影响试验的结果。
?学习确定板料胀形性能的试验方法； 操作
试验机, 熟悉原理图并了解各手柄的作用 。
?了解胀形性能试验机的构造及操作
2.2板材冲压性能胀形试验方法
试验目的
? 08,A1,H62,板材 。
?胀形性能试验模具；游标卡尺；千分尺等
常用工具 。
? BT－ 6型胀形性能试验机一台
试验试样、
工具及设
备
?先将手柄转到, 反, 和, 慢, 的位置上 。
?装好模具, 将冲头装到冲头座中, 再将冲头座
拧紧到活塞上 。
?在试样与冲头接触的一面和冲头球面上涂润滑
油 。
?夹紧试样, 使压边力指示到 10KN。
?将手柄转到, 正, 并逐渐转动调速手柄向, 快,
移动, 速度在 10mm/min左右, 注意观察试样变形
情况, 见有裂纹出现时即停车, 记录杯突深度和
压力值 。
?手柄转到, 反, 启动按钮, 取出式样 。
?重复步骤 （ 3） ～ （ 6）, 每种材料应做两次以
上试验, 将所得胀形深度的算术平均值, 作为该
材料的胀形深度值 。
?试验完毕将模具拆下, 并整理好各种工具
试验步骤
试验报告
及记录表
格
测量胀形性能试验模具尺寸，试样宽度、厚度 。
试样宽度 试样厚度 冲头半径 上模孔径 热模孔径
80 ≤ 2 R10 Φ27 Φ33
胀形性能试验记录表
序
号
材料
种类
试样
宽度
(mm)
厚
度
(m
m)
压力
(N)
胀形深度 h/mm
备
注
1 2 3 平均
值
1
┆
在 Erichsen胀形试验条
件下，试样法兰边或多或少
总会有某种变形，即法兰边
金属会有少许流向凹模内。
于是，中间部分材料的胀形
成分就不十分纯。
瑞典式纯
胀形试验
瑞典式纯胀形试验 在凹
模与压边圈相应位置上设置
了三角形肋槽，以阻止法兰
部分材料流入凹模，使球形
冲头下面所对材料产生纯胀
形。
同 Erichsen试验相对应，纯胀形试验
结果得到最大胀形深度 hmax,hmax越大，表
明板材的胀形性能越好。这个试验和
richsen胀形试验相比，只是模具结构发生
了一点变化，其试验方法、步骤和
Erichsen胀形试验是一致的。
但是，这种工试验方法尚未普及。其
主要原因是，各种因素仍然会对试验结果
产生影响，它不能从根本上取代 Erichsen
胀形试验。
瑞典 式纯胀形试验同 Erichsen试验对比
3.1板材 拉深 试验原理
3.板材拉深试验
Swift求极限拉深比的试验，
也叫 Swift拉深试验
试验方法使用不同直径的圆
形坯料, 并按照逐级增大直径的
操作程序在图示的装置中进行拉
深成型试验, 取试样侧壁不致破
裂时可能拉深成功的最大坯料直
径 D0max与冲头直径 dp之比值, 称
为 极限拉深比 （ LDR）, 即, LDR
值越大, 则板材的拉深成型性能
越好 。
拉深极限
试验原理
我国习惯用极限拉深系数 m0表示拉深
成型的极限变形程度，它是极限拉深比的
倒数，故有。显然，其意义是,m0越小，
表明拉深变形程度越大，板材拉深成型性
能越好。
Swift拉深试验能比较直接地反映板材
的拉深成型性能。但也受试验条件（如间
隙、压边力及润滑等）的影响，使试验结
果的可靠性有所降低。它的最大缺点是须
制备较多的试样、经过多次的试验。
极限拉深系数与极限拉深比
?通过试验测定板材的拉深成型性能参数,
即极限拉深比 LDR和极限拉深系数 mc。
?学习和掌握板料拉深试验方法。
极限拉深试验 方法
试验目的
?圆片状试样, 按规定的直径级差分组, 组数
不少于 2,每组内有效试样数量为 6。 相邻两级
试样的直径级差为 1.25mm,各级试样的外径偏
差不大于 0.05mm。 按 GB/T15825.2规定制备试
样, 并记录试样实测厚度 。
?拉深性能试验模具 ；游标卡尺；千分尺等常
用工具 。
? BT－ 6型 拉深 性能试验机一台
试验试样、
工具及设
备
表 11－ 9 拉深试样和模具尺寸的关系
板料基本厚
度 t0 凸模直径 dp
凸模圆角半径
rp 凹模内径 Dd
凹模圆角半
径 rd
0.45～ 0.64
5.0± 0.1
6.4± 0.10
>0.64～ 0.91 9.1± 0.10
>0.91～ 1.30 13.0± 0.15
>1.30～ 1.86 18.6± 0.15
>1.86～ 2.50 25.0± 0.25
?对不同材料按试验要求制备试样, 并按逐级增
大顺序依次把放好 。
?根据试样按表 11－ 9选择模具, 并将测得的参
数记录到表 11－ 10中 。
?对模具, 试验装置和试验机进行清理, 检查和
润滑 。
?装好模具, 进行预试验, 确定合理的压边力 。
?将经过润滑处理的试样准确地放置在凹模与压
边圈之间 。
?夹紧试样, 注意夹紧的压边力的大小对拉深时
的起皱与破裂有影响 。
试验步骤
?施加压边力后启动凸模, 采用逐级增大试样直
径的方法测定拉深杯体底部圆角附近的壁部不产
生破裂时允许使用的最大试样直径 (D0)max。 试验
时所用的初始试样直径可根据经验确定 。 当初始
试样直径难于估计时, 允许使用单个试样进行快
速试验, 一旦发现试样直径接近 (D0)max,则应开
始对每组试样进行重复试验 。
?将手柄置, 正,, 调速手柄逐渐向, 快, 移与
中间位置, 直至筒形件拉成 。 取出筒形件, 依次
换大直径试样, 重复步骤 （ 5） ～ （ 8） 。 当拉深
某一直径毛坯, 筒形件发生破裂时, 再用相同直
径毛坯重做一次, 仍然拉裂, 则比该值稍小的毛
坯直径即为 Dmax。 计算 LDR=Dmax/dp和 Mmin=dp/Dmax
并计入表中 。
试验步骤
?换另一种材料的试样, 依次从小到达, 重复步
骤 （ 4） ～ （ 8） 。
?每组试样必须进行 6次有效重复试验, 并记录
破裂与未破裂试样的个数 。 当试验出现下述任一
种情况时, 试验无效：
a.破裂位置不在杯体底部圆角附近；
b.杯体出现纵向皱褶；
c.杯体形状明显不对称, 两个对向凸耳的峰高之
差大于 2mm。
?试验结束 。 卸下模具, 并整理好各种试验工具 。
试验步骤
?试验报告格式自行设计 。
?如何确定材料的极限拉深系数？ 使用怎样
的计算方法 。
?注意观察并比较夹紧力对试验结果的影响 。
试验报告
及要求
序
号
材
料
种
类
材
料
厚
度
t(mm)
试样
直径
D(mm)
凹模尺寸 凸模尺寸 间
隙
Z
(mm)
拉
深
力
P(N)
最大
拉深
程度
LDR=
Dmax/dp
最小
拉深
系数
mmin=
dp/Dmax
Dd
(mm)
Rd
(mm)
dp
(mm)
Rp
(mm)
1
┆
表 11－ 10 杯形件拉深试验记录表
拉深潜力试验也叫 TZP试验或拉深力对比
试验。这种试验方法是由 W·Engelhardt和
H·Gross开发的。
在一定的拉深变形程度下
（ TZP试验时取毛坯直径 D0
＝ 52mm,冲头直径 dp＝ 30mm）
最大拉深力与试验中已经成
型的试样侧壁的拉断力之间
的关系作为判断拉深成型性
能的依据 。
拉深潜力
试验原理
图 11－ 12示出了拉深力 Pmax与试样最
终被拉断的力 P，可得到一个表示板
材拉深性能的材料特性值 T,T值按
下式计算：
这种方法特点之一是可一次试验成功 。 当试验
进行到拉深力达到峰值 Pmax时, 随即加大压边力,
使试样的法栏边固定, 消除在以后拉深程中继
续变形和被拉入凹模的可能 。 然后, 再加大冲
头压力直到试样被拉断, 并测出拉断时的力 P。
本试验按 JB4409.2－ 88标准来执行 。
方法特点
T值越大，板材的拉深性能越好 。
拉深潜力 试验方法
?测定板材的拉深潜力值 T,以此来评定材料
的拉深成型性能 。
?学习和掌握拉深潜力试验的试验方法。
试验目的
?圆形试样直径取 52mm。
?凸模直径为 30mm,凹模和内, 外压边圈配做；
?游标卡尺 。
?拉深潜力试验机一台 （ 具有双向压边装置 ） 。
试验试样、
工具及设
备
?准备试样,对试验机, 模具和试验装置进行清
洗, 检查和润滑 。 装好模具, 进行预试验 。
?将经过润滑处理的试样准确地放置在凹模和内,
外压边圈之间并用外压边圈把试样压紧 。
?启动凸模运动, 开始拉深试样 。 当拉深力达到
最大拉深力时, 记录该值, 并加大内压边圈压边
力, 把试样压死 。
?通过凸模对试样继续加载直到试样侧壁被拉断,
测定试样低部圆角附近破裂时的极限载荷 P。
?试验结束 。 卸下模具, 并整理好各种试验工具 。
试验步骤
试验报告
及要求
?根据试验结果, 画 TZP试验中的力－行程曲线 。
?分析各种材料的 T值, 判定其拉深潜力 。
?思考试验中的不足并提出改进措施 。
对圆片状试样进行拉深时，试样直径 D0与
最大拉深力 Fpmax，以及与拉破试样的极限
拉深力 Fpf之间具有近似的线性关系，利
用这种关系，对多种不同直径的试样进行
试验测定 Fpmax和 Fpf以后，可以近似求出拉
深杯体底部圆角附近壁部不产生破裂时允
许使用的最大试样直径和相应的载荷极限
拉深比 LDR(T) 。
拉深载荷
试验原理
4.1K·W·I扩孔试验
4.板材 翻边 试验
?用有预加工小孔 （ 小孔直径规定为扩孔冲头直
径的 30％ ） 的平板坯料进行扩孔,
?试验时, 将试样放在凹模与压边圈之间压死,
凸模运动, 直至孔口边缘因孔径扩大而出现裂纹
为止 。 测量此时的最大孔径 dfmax和最小孔径 dfmin，
用来计算极限扩孔率 。 极限扩孔率 λ 值是作为鉴
定板材翻边成型性能的一个材料特性值,λ 值越大,
板材的翻边性能越好 。
K·W·I扩孔
试验原理
4.2 福井、吉田扩孔试验
利用 球形冲头 进行扩孔试验,预加工小孔孔
径取为冲头直径的 20％ ～ 25％,为了减小试
验误差, 规定该小孔需经过铰孔或其他切削
加工 。 极限扩孔率 λ 来表示, 即
福井、吉
田扩孔 试
验原理
Ri— 孔缘破裂时的小孔孔半径平均值；
ri— 试样中心预加工小孔半径。
其评价意义也是 λ 值越大, 板材的翻边
性能越好 。
5.1最小相对弯曲半径试验原理
5.板材 弯曲 试验
一般用相对与板料厚度 t的比值表示, 即 rmin/t0（ rmin－
最小弯曲半径, t0－试样基本厚度 ） 。 此比值越小, 表
明板材的弯曲性能越好 。 实际上, 有好几种弯曲试验方
法均是测出弯曲外表面不致产生破环情况下的最小相对
弯曲半径 。
用弯曲模在冲床或液压机上进行
弯曲试验，不仅可以测出最小相
对弯曲半径，而且可以测出弯曲
力及弯曲弹复等试验数据。
5.2反复弯曲试验原理
将金属板料夹紧在专用试验
设备的钳口内, 左右反复折
弯 90o,以每弯曲 90o再扳直
算作一次, 每分钟不得超过
60次, 直至弯裂为止 。 弯曲
次数可从试验机的转数表中
读出 。 试验时, 折弯的弯曲
半径 r越小, 弯曲次数越多,
表明板料的弯曲性能越好 。
5.2弯曲件的回弹试验原理
采用一套凸模易于更换的弯曲模。配有一系
列具有不同凸模圆角半径的凸模，其中包括一
个制成局部凸起的凸模，其圆角半径与诸凸模
中的一个相同。制备一批具有不同材料、相同
厚度和相同材料、不同厚度的弯曲件毛坯。用
这些毛坯在冲模上依次更换凸模进行弯曲试验，
就可以测算出以下几组数据：
1相同材料、不同变形程度时的弯曲回弹角
2不同材料在同一变形程度时的弯曲回弹角。
3局部凸起的凸模与相应的普通凸模所形成
的不同的回弹角。
6.板材硬度试验
物体硬度的基本含义是当其他物体压入时, 对于这种压
入变形的抵抗程度 。 硬度试验方法与硬度值有很多种,
可适用于金属板料的主要由维氏硬度 （ HV）, 布氏硬度
(HB)及渃氏硬度 （ HRB） 等 。
板料 硬度 (HV) 板料 硬度（ HV）
纯铝（软） 10～ 50 SPCEN 100～ 110
半硬 40～ 65 不锈钢 160～ 210
镀锌钢板 100～ 105 紫铜 100～ 115
08F 125～ 135 黄铜 90～ 100
SPCC 90～ 110 贝氏体钢板 450～ 480
SPCD 100～ 105
7.成型极限图试验
板料在发生失稳之前可以达到的最大变形程度叫做
板料的成型极限 。 成型极限可分为总体成型极限和局部
成型极限 。
?总体成型极限反映板料失稳
前某些特定的总体尺寸可以达
到的最大变化程度，如极限拉
深系数、极限胀形高度和极限
翻边系数等
?局部成型极限反映板料失稳
前局部尺寸可达到的最大变化
程度，如成型时的局部极限应
变即属于局部成型极限。
8.板料对角拉伸试验
?研究解决贴模性和定形性问题,
1980年吉田青太在 ASTM会议上提
出了板料对角拉伸试验, 用这种
试验过程中产生的非均匀拉应力
以及诱发产生的压应力可以模拟
板料贴模时的情况
?板料对角拉伸试验是沿方形或三
角形试样的对角线方向拉伸, 测
取拉伸过程中试样的起皱高度,
用以反映不均匀拉力条件下成型
大尺寸零件 （ 如汽车覆盖件 ） 的
板料的冲压成型性能 。
9.锥杯试验（, 拉深 +胀形, 复合成型性能试
验）
试验时, 试样平放在锥角 θ 为 60o的锥形凹模孔内, 并取
冲头直径 dp与试样外径 D0的比值为 dp/D0=0.35。 通过钢球
把试样冲成锥杯 （ 锥杯上部侧壁为拉深成型, 底部球面
为胀形成型 ）, 直至锥杯底或附近发生破裂时停止试验
并用下述公式计算锥杯试验值 CCV作为, 拉深 +胀形, 复
合成型性能指标 。
二,锻造成型性能试验的方法
开式模锻成型
性能试验
压缩试验 镦粗试验拉伸试验
平面应变压缩试
验
扭转试验
平砧间拔长变形
试验
金属顶锻
试验
锻造成型性能试验方法
1,拉伸试验
1.1拉伸试验原理
?试验提供的 E,ζs,ζb,δ和 φ等指标是评定材质和进行
强度和刚度计算的重要依据
?拉伸试验是在材料试验机上进行，拉伸速度通常在
10mm/s以下，对应的应变速率为 10-1～ 10-3s-1，
%100
0
0 ??? L LL K?
%1 0 0
0
0 ??? A AA K?
Ⅰ — 弹性变形阶段 ； Ⅱ — 屈服阶段, 有些金属有明显
的屈服平台，有些金属则没有，把产生 0.2%塑性变形时
的应力定义为材料的屈服应力 б 0.2； Ⅲ — 均匀塑性变
形阶段，此阶段中，塑性变形沿整个试样上均匀分布，
外力逐渐增大，并达到最大值 Pmax； Ⅳ — 细颈形成阶段，
在此阶段中，变形集中在试样的局部而出现细颈，直到
拉断，外力由开始出现细颈时的最大值 Pmax逐渐减小 。
)1()1( 0
0
??? ???? FPS
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0
0
00
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d
SS
81 ?
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1.2拉伸试验方法
?测定试样的屈服极限 σ s,强度极限 σ b，
延伸率 δ, 截面收缩率 φ 。
?观察以上两种材料拉伸过程中的各种现象,
并绘出其拉伸曲线
?了解万能材料试验机的构造和工作原理,
掌握其使用方法 。
试验目的
?标距长度 l0为直径 d0
的 10倍和 5倍的延伸率
圆截面试样 。
?万能材料试验机；
游标卡尺；千分尺等
试验试样、
工具及设
备
?测量试件断口的 l1值, 用刻线机在标距 l0范围
内每隔 5mm刻划一根圆周线, 将标距分成 10格 （ 对
短试件 ） 或 20格 （ 对长试件 ） 。
?根据低碳钢的强度极限 σ b和试样的横截面面积
A0估算试样的最大载荷 。 根据最大载荷的大小,
选择合适的测力刻度盘 。
?先将试样安装在试验机的上夹头内, 在移动下
夹头使其达到适当位置, 并把试样下端夹紧 。
?开动试验机, 预加少量载荷 （ 不能超所比例极
限 ）, 卸载回零点, 以检查试验机工作是否正常 。
?缓慢匀速加载 。 注意观察测力指针的转动, 自
动绘图的情况和相应的试验现象 。 当测力指针不
动或倒退时, 记录屈服载荷 Ps,加载到试样断裂
后停机, 由随动指针读出最大载荷 Pb。
取下试样, 测量断裂后标距段的长度 l1,断口
（ 缩颈 ） 处直径 d1,计算断口处的横截面面积 A1。
试验步骤
?试验数据整理 （ 可列成表格或画出试验曲
线 ）, 结果计算 。
1.计算低碳钢的屈服极限 σ s和强度极限 σ b；
2.计算低碳钢的延伸率 δ 和截面收缩率 φ 。
3.画出低碳钢的 σ － ε 曲线, 并将有关与力
学性能指标标注在曲线上
?对试验结果作出定性或定量的误差分析及
讨论 。
试验报告
及要求
2,压缩试验
压缩试验原理
?压缩试样一般制成圆柱形，其高 h0与
直径 d0之比在 1～ 3的范围内
?试验之前，将试样两端面涂以润滑
剂外，同时还需保证试样端面加工应
有较高的光洁度。两端面的平行度要
好，且与试样轴线垂直。试验时还必
须加球型承垫
?在整个屈服阶段，载荷是上升的，
看不到测力指针倒退的现象，为此，
在判定压缩时的 Ps,测力指针的转动
将出现减慢，这时所对应的载荷即为
屈服载荷 Ps 。
3,镦粗试验
镦粗试验原理
?将圆柱形试样在压力机或锻锤上进
行镦粗而获得金属材料变形时的流动
应力的试验
?采用的圆柱形试样的高度 H0一般为直
径 D0的 1.5倍（ 例如 H0 =30mm,D0＝
20mm）,用试样侧表面出现第一条裂
纹时的压缩程度 ε c作为塑性指标，即：
%100
0
0 ???
H
HH k
c?
4.平面应变压缩试验
平面应变压缩试验 试验原理
?平面应变压缩试验法测定材料的冷态流动应力。
?平面应变压缩下的应力 p, 应变 ε 3与单向压缩时应力
S, 对数应变 ε 关系如下
SppS 3223 ?? 或 23
3
2
33 ＝或 ??? ?
5.扭转试验
扭转试验原理
?塑性指标用试样破断前的扭转角或扭转圈数来表示
?材料的扭转过程可用 M－ Φ曲线来描述。 M代表施加
在试样上的扭矩,Φ代表试样的相对扭转角。最大剪
应力为：
pW
M?
max?
p
ss WM??
p
bb WM??
?同种材料在不同受力形式下试验，
由于应力状态不同其变形过程、断
裂方式及破坏原因也明显不同。，
若是不同材料，由于材料的韧脆程
度不同其扭转曲线、破坏方式、破
坏原因、强度指标有很大差异。
6.开式模锻成型性能试验
开式模锻成型性能试验原理
?开式模锻时飞边槽尺寸对金属充填模膛和变形力的影响试验。
?桥部阻力也不宜选得过大。桥部阻力的大小与桥部尺寸、桥
部的表面粗糙度等因素有关，其中 b/h值对阻力的影响最为明
显。
?采用三套桥部宽度相同
（ b=7mm）,而桥部高度分
别为 h=3,1.6,0.6mm的模
具，对同样尺寸的铅试样进
行模锻，以便分析不同的
b/h值对模膛充满程度及模
锻变形力的影响。
7.平砧间拔长变形试验
平砧间拔长变形试验 原理
?使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长，拔
长是通过逐次送进和反复转动坯料进行压缩变形 。
?矩形坯料在平砧间拔长时，工艺参数（绝对送进量 l0 ）
对拔长效率和拔长质量有很大影响 。
送进量 l0 拔长后长度 l 拔长后平均宽度 b 拔长量 Δl 展宽量 Δb
16
25
50
8.金属顶锻试验法
金属顶锻试验法 原理
?确定金属材料在冷、热状态下承受规
定程度的顶锻变形性能，并显示其缺陷。
?应用于直径或边长小于 30mm的圆形和
方形材料，压力机或锻压机上压或锻至
规定高度 h0
?顶锻后检查试样侧面，在有关标准未
作具体规定的情况下，一般如无裂缝、
裂口、扯破、折迭或气泡，即认为试验
合格。
h
hX
顶锻前试样高度
顶锻后试样高度 0?
第四节 金属塑性成型性能试验工程应用实例
一, 冲压成型性试验的工程应用实例
二, 锻造成型性试验的工程应用实例
第一节 金属塑性成型性能试验的内容
一,冲压成型性能试验的内容
?板材对冲压成型加工的适应能力，
它取决于金属薄板的静态品质，还取
决于冲压过程中的应力应变条件，以
及薄板制件的几何特征
?材料开始出现破裂的极限变
形程度，作为评定冲压性能的
材料特性
成型性能
冻结性能贴膜性能
?衡量金属原材料经受锻造成型的难
易程度的一项工艺性能。
?贴膜性，定形性
?拉深性能
?胀形性能
?扩孔性能
?弯曲性能
?复合成型性能（拉深＋胀形）
?局部成型性能（ FLD）
二,锻造成型性能试验的内容
第二节 金属塑性成型性能试验的分类及目的
间接试验又称基础试验，是使材料
进行单纯的变形过程，通过测定各种与
材料成型性能相关的各种参数，把握其
物理意义，掌握强度及变形特性 。
通过特定的压力设备，让试样所受
到的应力状态和所产生的变形过程都与
在实际加工中试样所受的负荷和产生的
变形过程相似，从而测定特定的负荷或
变形量，当作判定金属成型性能尺度的
一种工艺性试验 。
直接试验
间接试验
实际成型试验 模拟成型试验 力学试验 金属学试验
金属成型性能试验
第三节 金属塑性成型性能试验方法
一,冲压成型性能试验的方法
翻边成型性能试验
板材拉伸试验
成型极限图试验
弯曲成型性能试验
胀形成型性能试验
拉深成型性能试验
冲压成型性能试验方法
板材对角拉伸试验
锥杯试验
硬度试验
1.板材拉伸试验
1.1拉伸试验原理
? 利用板材的单向拉伸试验可以得到许多与板材冲压性能密
切相关的试验值
（ 1）屈服点
（ 2）抗拉强度
（ 3）屈强比
（ 5） 硬化指数
（ 6）各项异性指数
（ 4）均匀伸长率
大多数金属板材的硬化规律接近于幂函数的关系,n值
大的板材，在冲压成型时加工硬化剧烈,变形抗力增
加较快。拉伸试验确定 n值的方法很多，例如
?两点法：计算出拉伸过程中某两点的真实应力 σ与应
变 ε，则可利用公式 σ=Kεn,计算出 n与 K的数值。
?板厚方向性系数 r值是在拉伸过程中板材试样的宽度
应变 εb与厚度应变 εl的比值。
?r值大时，表明板材在厚度方向上的变形比较困难，
比板平面方向上的变形小，在伸长类成型中，板材的
变薄量小，有利于这类冲压成型。但试验与理论分析
都证明，当板料的 r值较大时，它的拉深性能也好，板
材的极限拉伸系数 Mc更小。
?由于板材的 r值常具有方向性，这时可以按平均值计
算,r0,r45与 r90分别是与板材轧制方向成 0°, 45°
与 90° 的方向上截取的拉伸试样的测得 r值。
板平面方向型系数
?测定试样的屈服点 σ s,抗拉强度 σ b,屈
服比 σ s/σ b,均匀伸长率 δ u,硬化指数 n以
及各向异性系数 r。
?观察材料在拉伸试验中的各种现象, 并绘
出拉伸曲线和名义应力拉伸曲线 。
?注意观察端口形貌
?学习和掌握万能材料试验机的构造和工作
原理，以及其使用方法。
1.2板材冲压性能拉伸试验方法
试验目的
?试样是从待试验的板材上截取，加工按
GB2975标准，拉伸试验的试样长度按标准
（ GB228－ 87）确定，试样的宽度，根据原材
料的厚度采用 10,15,20和 30mm四种，宽度
尺寸偏差不宜大于 0.02mm。
?拉力试验机 （ 机械式或液压式 ）
?游标卡尺和 X－ Y函数记录仪
试验试样、
工具及设
备
?注明材料性能, 取样部位纤维方向, 试验
温度规范, 速度规范, 试样形状, 尺寸, 试
样断口形状, 试样是否均匀变形 。
?试验结果的每一组数据, 应至少来自五个
试样, 包括最大值, 最小值和平均值 。
?试验报告可根据试验内容自行设计。
试验报告
及要求
试验步骤
?原始尺寸测量：测量板宽 W0,确定标距。
?根据试样的负荷和变形水平，相应地设定
试验机的量程范围
?快速 （ 一般 <50mm/min） 调节上下夹头的距
离, 安装试样并保持上下对中 。
?设定加载速度 （ 一般 <2mm/min） 开机加载
观察试验现象
?停机,卸下试样观察断口形貌
2.1板材 胀形 试验原理
2.板材胀形试验
板材的胀形性能试验又称为杯突试验或压穴试验 。
一般包括 Erichsen胀形试验和瑞典式纯胀形试验。它是
测定板材冲压性能的一种工艺性试验。
杯突机上用一定规格的钢球或球状
冲头向夹紧与规定的环形凹模内的试样
施加压力，直至式样产生微细裂纹为止，
此时冲头的压入深度称为材料的杯突深
度值。该值反映材料对胀形的适应性，
可作为衡量板料胀形、曲面零件拉深的
冲压性能指标。
杯突试验
先将平板坯料试样放在
凹模平面上，用压边圈压住
试样外圈，然后，用球形冲
头将试样压入凹模。由于坯
料外径比凹模孔径大很多，
所以，其外环不发生切向压
缩变形，而与冲头接触的试
样中间部分坯料受到双向拉
应力作用而实现胀形成型 。
在胀形成型中，把试样
出现裂纹时冲头的压入的深
度称为胀形深度或 Erichsen
试验深度，简计为 Er值。 Er
值越大，胀形性能及拉深类
成型性能越好。
Erichsen
胀形试验
Er值的影响因素很多，如板料的厚度、压边力大小、
润滑条件及模具的粗糙度等对他都有影响。此外，由于
试验设备不同、操作方法不同以及对裂缝判断之差异等
都会影响试验的结果。
?学习确定板料胀形性能的试验方法； 操作
试验机, 熟悉原理图并了解各手柄的作用 。
?了解胀形性能试验机的构造及操作
2.2板材冲压性能胀形试验方法
试验目的
? 08,A1,H62,板材 。
?胀形性能试验模具；游标卡尺；千分尺等
常用工具 。
? BT－ 6型胀形性能试验机一台
试验试样、
工具及设
备
?先将手柄转到, 反, 和, 慢, 的位置上 。
?装好模具, 将冲头装到冲头座中, 再将冲头座
拧紧到活塞上 。
?在试样与冲头接触的一面和冲头球面上涂润滑
油 。
?夹紧试样, 使压边力指示到 10KN。
?将手柄转到, 正, 并逐渐转动调速手柄向, 快,
移动, 速度在 10mm/min左右, 注意观察试样变形
情况, 见有裂纹出现时即停车, 记录杯突深度和
压力值 。
?手柄转到, 反, 启动按钮, 取出式样 。
?重复步骤 （ 3） ～ （ 6）, 每种材料应做两次以
上试验, 将所得胀形深度的算术平均值, 作为该
材料的胀形深度值 。
?试验完毕将模具拆下, 并整理好各种工具
试验步骤
试验报告
及记录表
格
测量胀形性能试验模具尺寸，试样宽度、厚度 。
试样宽度 试样厚度 冲头半径 上模孔径 热模孔径
80 ≤ 2 R10 Φ27 Φ33
胀形性能试验记录表
序
号
材料
种类
试样
宽度
(mm)
厚
度
(m
m)
压力
(N)
胀形深度 h/mm
备
注
1 2 3 平均
值
1
┆
在 Erichsen胀形试验条
件下，试样法兰边或多或少
总会有某种变形，即法兰边
金属会有少许流向凹模内。
于是，中间部分材料的胀形
成分就不十分纯。
瑞典式纯
胀形试验
瑞典式纯胀形试验 在凹
模与压边圈相应位置上设置
了三角形肋槽，以阻止法兰
部分材料流入凹模，使球形
冲头下面所对材料产生纯胀
形。
同 Erichsen试验相对应，纯胀形试验
结果得到最大胀形深度 hmax,hmax越大，表
明板材的胀形性能越好。这个试验和
richsen胀形试验相比，只是模具结构发生
了一点变化，其试验方法、步骤和
Erichsen胀形试验是一致的。
但是，这种工试验方法尚未普及。其
主要原因是，各种因素仍然会对试验结果
产生影响，它不能从根本上取代 Erichsen
胀形试验。
瑞典 式纯胀形试验同 Erichsen试验对比
3.1板材 拉深 试验原理
3.板材拉深试验
Swift求极限拉深比的试验，
也叫 Swift拉深试验
试验方法使用不同直径的圆
形坯料, 并按照逐级增大直径的
操作程序在图示的装置中进行拉
深成型试验, 取试样侧壁不致破
裂时可能拉深成功的最大坯料直
径 D0max与冲头直径 dp之比值, 称
为 极限拉深比 （ LDR）, 即, LDR
值越大, 则板材的拉深成型性能
越好 。
拉深极限
试验原理
我国习惯用极限拉深系数 m0表示拉深
成型的极限变形程度，它是极限拉深比的
倒数，故有。显然，其意义是,m0越小，
表明拉深变形程度越大，板材拉深成型性
能越好。
Swift拉深试验能比较直接地反映板材
的拉深成型性能。但也受试验条件（如间
隙、压边力及润滑等）的影响，使试验结
果的可靠性有所降低。它的最大缺点是须
制备较多的试样、经过多次的试验。
极限拉深系数与极限拉深比
?通过试验测定板材的拉深成型性能参数,
即极限拉深比 LDR和极限拉深系数 mc。
?学习和掌握板料拉深试验方法。
极限拉深试验 方法
试验目的
?圆片状试样, 按规定的直径级差分组, 组数
不少于 2,每组内有效试样数量为 6。 相邻两级
试样的直径级差为 1.25mm,各级试样的外径偏
差不大于 0.05mm。 按 GB/T15825.2规定制备试
样, 并记录试样实测厚度 。
?拉深性能试验模具 ；游标卡尺；千分尺等常
用工具 。
? BT－ 6型 拉深 性能试验机一台
试验试样、
工具及设
备
表 11－ 9 拉深试样和模具尺寸的关系
板料基本厚
度 t0 凸模直径 dp
凸模圆角半径
rp 凹模内径 Dd
凹模圆角半
径 rd
0.45～ 0.64
5.0± 0.1
6.4± 0.10
>0.64～ 0.91 9.1± 0.10
>0.91～ 1.30 13.0± 0.15
>1.30～ 1.86 18.6± 0.15
>1.86～ 2.50 25.0± 0.25
?对不同材料按试验要求制备试样, 并按逐级增
大顺序依次把放好 。
?根据试样按表 11－ 9选择模具, 并将测得的参
数记录到表 11－ 10中 。
?对模具, 试验装置和试验机进行清理, 检查和
润滑 。
?装好模具, 进行预试验, 确定合理的压边力 。
?将经过润滑处理的试样准确地放置在凹模与压
边圈之间 。
?夹紧试样, 注意夹紧的压边力的大小对拉深时
的起皱与破裂有影响 。
试验步骤
?施加压边力后启动凸模, 采用逐级增大试样直
径的方法测定拉深杯体底部圆角附近的壁部不产
生破裂时允许使用的最大试样直径 (D0)max。 试验
时所用的初始试样直径可根据经验确定 。 当初始
试样直径难于估计时, 允许使用单个试样进行快
速试验, 一旦发现试样直径接近 (D0)max,则应开
始对每组试样进行重复试验 。
?将手柄置, 正,, 调速手柄逐渐向, 快, 移与
中间位置, 直至筒形件拉成 。 取出筒形件, 依次
换大直径试样, 重复步骤 （ 5） ～ （ 8） 。 当拉深
某一直径毛坯, 筒形件发生破裂时, 再用相同直
径毛坯重做一次, 仍然拉裂, 则比该值稍小的毛
坯直径即为 Dmax。 计算 LDR=Dmax/dp和 Mmin=dp/Dmax
并计入表中 。
试验步骤
?换另一种材料的试样, 依次从小到达, 重复步
骤 （ 4） ～ （ 8） 。
?每组试样必须进行 6次有效重复试验, 并记录
破裂与未破裂试样的个数 。 当试验出现下述任一
种情况时, 试验无效：
a.破裂位置不在杯体底部圆角附近；
b.杯体出现纵向皱褶；
c.杯体形状明显不对称, 两个对向凸耳的峰高之
差大于 2mm。
?试验结束 。 卸下模具, 并整理好各种试验工具 。
试验步骤
?试验报告格式自行设计 。
?如何确定材料的极限拉深系数？ 使用怎样
的计算方法 。
?注意观察并比较夹紧力对试验结果的影响 。
试验报告
及要求
序
号
材
料
种
类
材
料
厚
度
t(mm)
试样
直径
D(mm)
凹模尺寸 凸模尺寸 间
隙
Z
(mm)
拉
深
力
P(N)
最大
拉深
程度
LDR=
Dmax/dp
最小
拉深
系数
mmin=
dp/Dmax
Dd
(mm)
Rd
(mm)
dp
(mm)
Rp
(mm)
1
┆
表 11－ 10 杯形件拉深试验记录表
拉深潜力试验也叫 TZP试验或拉深力对比
试验。这种试验方法是由 W·Engelhardt和
H·Gross开发的。
在一定的拉深变形程度下
（ TZP试验时取毛坯直径 D0
＝ 52mm,冲头直径 dp＝ 30mm）
最大拉深力与试验中已经成
型的试样侧壁的拉断力之间
的关系作为判断拉深成型性
能的依据 。
拉深潜力
试验原理
图 11－ 12示出了拉深力 Pmax与试样最
终被拉断的力 P，可得到一个表示板
材拉深性能的材料特性值 T,T值按
下式计算：
这种方法特点之一是可一次试验成功 。 当试验
进行到拉深力达到峰值 Pmax时, 随即加大压边力,
使试样的法栏边固定, 消除在以后拉深程中继
续变形和被拉入凹模的可能 。 然后, 再加大冲
头压力直到试样被拉断, 并测出拉断时的力 P。
本试验按 JB4409.2－ 88标准来执行 。
方法特点
T值越大，板材的拉深性能越好 。
拉深潜力 试验方法
?测定板材的拉深潜力值 T,以此来评定材料
的拉深成型性能 。
?学习和掌握拉深潜力试验的试验方法。
试验目的
?圆形试样直径取 52mm。
?凸模直径为 30mm,凹模和内, 外压边圈配做；
?游标卡尺 。
?拉深潜力试验机一台 （ 具有双向压边装置 ） 。
试验试样、
工具及设
备
?准备试样,对试验机, 模具和试验装置进行清
洗, 检查和润滑 。 装好模具, 进行预试验 。
?将经过润滑处理的试样准确地放置在凹模和内,
外压边圈之间并用外压边圈把试样压紧 。
?启动凸模运动, 开始拉深试样 。 当拉深力达到
最大拉深力时, 记录该值, 并加大内压边圈压边
力, 把试样压死 。
?通过凸模对试样继续加载直到试样侧壁被拉断,
测定试样低部圆角附近破裂时的极限载荷 P。
?试验结束 。 卸下模具, 并整理好各种试验工具 。
试验步骤
试验报告
及要求
?根据试验结果, 画 TZP试验中的力－行程曲线 。
?分析各种材料的 T值, 判定其拉深潜力 。
?思考试验中的不足并提出改进措施 。
对圆片状试样进行拉深时，试样直径 D0与
最大拉深力 Fpmax，以及与拉破试样的极限
拉深力 Fpf之间具有近似的线性关系，利
用这种关系，对多种不同直径的试样进行
试验测定 Fpmax和 Fpf以后，可以近似求出拉
深杯体底部圆角附近壁部不产生破裂时允
许使用的最大试样直径和相应的载荷极限
拉深比 LDR(T) 。
拉深载荷
试验原理
4.1K·W·I扩孔试验
4.板材 翻边 试验
?用有预加工小孔 （ 小孔直径规定为扩孔冲头直
径的 30％ ） 的平板坯料进行扩孔,
?试验时, 将试样放在凹模与压边圈之间压死,
凸模运动, 直至孔口边缘因孔径扩大而出现裂纹
为止 。 测量此时的最大孔径 dfmax和最小孔径 dfmin，
用来计算极限扩孔率 。 极限扩孔率 λ 值是作为鉴
定板材翻边成型性能的一个材料特性值,λ 值越大,
板材的翻边性能越好 。
K·W·I扩孔
试验原理
4.2 福井、吉田扩孔试验
利用 球形冲头 进行扩孔试验,预加工小孔孔
径取为冲头直径的 20％ ～ 25％,为了减小试
验误差, 规定该小孔需经过铰孔或其他切削
加工 。 极限扩孔率 λ 来表示, 即
福井、吉
田扩孔 试
验原理
Ri— 孔缘破裂时的小孔孔半径平均值；
ri— 试样中心预加工小孔半径。
其评价意义也是 λ 值越大, 板材的翻边
性能越好 。
5.1最小相对弯曲半径试验原理
5.板材 弯曲 试验
一般用相对与板料厚度 t的比值表示, 即 rmin/t0（ rmin－
最小弯曲半径, t0－试样基本厚度 ） 。 此比值越小, 表
明板材的弯曲性能越好 。 实际上, 有好几种弯曲试验方
法均是测出弯曲外表面不致产生破环情况下的最小相对
弯曲半径 。
用弯曲模在冲床或液压机上进行
弯曲试验，不仅可以测出最小相
对弯曲半径，而且可以测出弯曲
力及弯曲弹复等试验数据。
5.2反复弯曲试验原理
将金属板料夹紧在专用试验
设备的钳口内, 左右反复折
弯 90o,以每弯曲 90o再扳直
算作一次, 每分钟不得超过
60次, 直至弯裂为止 。 弯曲
次数可从试验机的转数表中
读出 。 试验时, 折弯的弯曲
半径 r越小, 弯曲次数越多,
表明板料的弯曲性能越好 。
5.2弯曲件的回弹试验原理
采用一套凸模易于更换的弯曲模。配有一系
列具有不同凸模圆角半径的凸模，其中包括一
个制成局部凸起的凸模，其圆角半径与诸凸模
中的一个相同。制备一批具有不同材料、相同
厚度和相同材料、不同厚度的弯曲件毛坯。用
这些毛坯在冲模上依次更换凸模进行弯曲试验，
就可以测算出以下几组数据：
1相同材料、不同变形程度时的弯曲回弹角
2不同材料在同一变形程度时的弯曲回弹角。
3局部凸起的凸模与相应的普通凸模所形成
的不同的回弹角。
6.板材硬度试验
物体硬度的基本含义是当其他物体压入时, 对于这种压
入变形的抵抗程度 。 硬度试验方法与硬度值有很多种,
可适用于金属板料的主要由维氏硬度 （ HV）, 布氏硬度
(HB)及渃氏硬度 （ HRB） 等 。
板料 硬度 (HV) 板料 硬度（ HV）
纯铝（软） 10～ 50 SPCEN 100～ 110
半硬 40～ 65 不锈钢 160～ 210
镀锌钢板 100～ 105 紫铜 100～ 115
08F 125～ 135 黄铜 90～ 100
SPCC 90～ 110 贝氏体钢板 450～ 480
SPCD 100～ 105
7.成型极限图试验
板料在发生失稳之前可以达到的最大变形程度叫做
板料的成型极限 。 成型极限可分为总体成型极限和局部
成型极限 。
?总体成型极限反映板料失稳
前某些特定的总体尺寸可以达
到的最大变化程度，如极限拉
深系数、极限胀形高度和极限
翻边系数等
?局部成型极限反映板料失稳
前局部尺寸可达到的最大变化
程度，如成型时的局部极限应
变即属于局部成型极限。
8.板料对角拉伸试验
?研究解决贴模性和定形性问题,
1980年吉田青太在 ASTM会议上提
出了板料对角拉伸试验, 用这种
试验过程中产生的非均匀拉应力
以及诱发产生的压应力可以模拟
板料贴模时的情况
?板料对角拉伸试验是沿方形或三
角形试样的对角线方向拉伸, 测
取拉伸过程中试样的起皱高度,
用以反映不均匀拉力条件下成型
大尺寸零件 （ 如汽车覆盖件 ） 的
板料的冲压成型性能 。
9.锥杯试验（, 拉深 +胀形, 复合成型性能试
验）
试验时, 试样平放在锥角 θ 为 60o的锥形凹模孔内, 并取
冲头直径 dp与试样外径 D0的比值为 dp/D0=0.35。 通过钢球
把试样冲成锥杯 （ 锥杯上部侧壁为拉深成型, 底部球面
为胀形成型 ）, 直至锥杯底或附近发生破裂时停止试验
并用下述公式计算锥杯试验值 CCV作为, 拉深 +胀形, 复
合成型性能指标 。
二,锻造成型性能试验的方法
开式模锻成型
性能试验
压缩试验 镦粗试验拉伸试验
平面应变压缩试
验
扭转试验
平砧间拔长变形
试验
金属顶锻
试验
锻造成型性能试验方法
1,拉伸试验
1.1拉伸试验原理
?试验提供的 E,ζs,ζb,δ和 φ等指标是评定材质和进行
强度和刚度计算的重要依据
?拉伸试验是在材料试验机上进行，拉伸速度通常在
10mm/s以下，对应的应变速率为 10-1～ 10-3s-1，
%100
0
0 ??? L LL K?
%1 0 0
0
0 ??? A AA K?
Ⅰ — 弹性变形阶段 ； Ⅱ — 屈服阶段, 有些金属有明显
的屈服平台，有些金属则没有，把产生 0.2%塑性变形时
的应力定义为材料的屈服应力 б 0.2； Ⅲ — 均匀塑性变
形阶段，此阶段中，塑性变形沿整个试样上均匀分布，
外力逐渐增大，并达到最大值 Pmax； Ⅳ — 细颈形成阶段，
在此阶段中，变形集中在试样的局部而出现细颈，直到
拉断，外力由开始出现细颈时的最大值 Pmax逐渐减小 。
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0
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0
0
00
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1.2拉伸试验方法
?测定试样的屈服极限 σ s,强度极限 σ b，
延伸率 δ, 截面收缩率 φ 。
?观察以上两种材料拉伸过程中的各种现象,
并绘出其拉伸曲线
?了解万能材料试验机的构造和工作原理,
掌握其使用方法 。
试验目的
?标距长度 l0为直径 d0
的 10倍和 5倍的延伸率
圆截面试样 。
?万能材料试验机；
游标卡尺；千分尺等
试验试样、
工具及设
备
?测量试件断口的 l1值, 用刻线机在标距 l0范围
内每隔 5mm刻划一根圆周线, 将标距分成 10格 （ 对
短试件 ） 或 20格 （ 对长试件 ） 。
?根据低碳钢的强度极限 σ b和试样的横截面面积
A0估算试样的最大载荷 。 根据最大载荷的大小,
选择合适的测力刻度盘 。
?先将试样安装在试验机的上夹头内, 在移动下
夹头使其达到适当位置, 并把试样下端夹紧 。
?开动试验机, 预加少量载荷 （ 不能超所比例极
限 ）, 卸载回零点, 以检查试验机工作是否正常 。
?缓慢匀速加载 。 注意观察测力指针的转动, 自
动绘图的情况和相应的试验现象 。 当测力指针不
动或倒退时, 记录屈服载荷 Ps,加载到试样断裂
后停机, 由随动指针读出最大载荷 Pb。
取下试样, 测量断裂后标距段的长度 l1,断口
（ 缩颈 ） 处直径 d1,计算断口处的横截面面积 A1。
试验步骤
?试验数据整理 （ 可列成表格或画出试验曲
线 ）, 结果计算 。
1.计算低碳钢的屈服极限 σ s和强度极限 σ b；
2.计算低碳钢的延伸率 δ 和截面收缩率 φ 。
3.画出低碳钢的 σ － ε 曲线, 并将有关与力
学性能指标标注在曲线上
?对试验结果作出定性或定量的误差分析及
讨论 。
试验报告
及要求
2,压缩试验
压缩试验原理
?压缩试样一般制成圆柱形，其高 h0与
直径 d0之比在 1～ 3的范围内
?试验之前，将试样两端面涂以润滑
剂外，同时还需保证试样端面加工应
有较高的光洁度。两端面的平行度要
好，且与试样轴线垂直。试验时还必
须加球型承垫
?在整个屈服阶段，载荷是上升的，
看不到测力指针倒退的现象，为此，
在判定压缩时的 Ps,测力指针的转动
将出现减慢，这时所对应的载荷即为
屈服载荷 Ps 。
3,镦粗试验
镦粗试验原理
?将圆柱形试样在压力机或锻锤上进
行镦粗而获得金属材料变形时的流动
应力的试验
?采用的圆柱形试样的高度 H0一般为直
径 D0的 1.5倍（ 例如 H0 =30mm,D0＝
20mm）,用试样侧表面出现第一条裂
纹时的压缩程度 ε c作为塑性指标，即：
%100
0
0 ???
H
HH k
c?
4.平面应变压缩试验
平面应变压缩试验 试验原理
?平面应变压缩试验法测定材料的冷态流动应力。
?平面应变压缩下的应力 p, 应变 ε 3与单向压缩时应力
S, 对数应变 ε 关系如下
SppS 3223 ?? 或 23
3
2
33 ＝或 ??? ?
5.扭转试验
扭转试验原理
?塑性指标用试样破断前的扭转角或扭转圈数来表示
?材料的扭转过程可用 M－ Φ曲线来描述。 M代表施加
在试样上的扭矩,Φ代表试样的相对扭转角。最大剪
应力为：
pW
M?
max?
p
ss WM??
p
bb WM??
?同种材料在不同受力形式下试验，
由于应力状态不同其变形过程、断
裂方式及破坏原因也明显不同。，
若是不同材料，由于材料的韧脆程
度不同其扭转曲线、破坏方式、破
坏原因、强度指标有很大差异。
6.开式模锻成型性能试验
开式模锻成型性能试验原理
?开式模锻时飞边槽尺寸对金属充填模膛和变形力的影响试验。
?桥部阻力也不宜选得过大。桥部阻力的大小与桥部尺寸、桥
部的表面粗糙度等因素有关，其中 b/h值对阻力的影响最为明
显。
?采用三套桥部宽度相同
（ b=7mm）,而桥部高度分
别为 h=3,1.6,0.6mm的模
具，对同样尺寸的铅试样进
行模锻，以便分析不同的
b/h值对模膛充满程度及模
锻变形力的影响。
7.平砧间拔长变形试验
平砧间拔长变形试验 原理
?使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长，拔
长是通过逐次送进和反复转动坯料进行压缩变形 。
?矩形坯料在平砧间拔长时，工艺参数（绝对送进量 l0 ）
对拔长效率和拔长质量有很大影响 。
送进量 l0 拔长后长度 l 拔长后平均宽度 b 拔长量 Δl 展宽量 Δb
16
25
50
8.金属顶锻试验法
金属顶锻试验法 原理
?确定金属材料在冷、热状态下承受规
定程度的顶锻变形性能，并显示其缺陷。
?应用于直径或边长小于 30mm的圆形和
方形材料，压力机或锻压机上压或锻至
规定高度 h0
?顶锻后检查试样侧面，在有关标准未
作具体规定的情况下，一般如无裂缝、
裂口、扯破、折迭或气泡，即认为试验
合格。
h
hX
顶锻前试样高度
顶锻后试样高度 0?
第四节 金属塑性成型性能试验工程应用实例
一, 冲压成型性试验的工程应用实例
二, 锻造成型性试验的工程应用实例
