第一篇：塑性成形工藝及模具設(shè)計課程教案

精編資料

自由鍛工藝過程設(shè)計方法.2,模具形狀對金屬塑性變形和流動的影響.3,課堂進(jìn)行一簡單鍛件的自由鍛工藝過程設(shè)計.六,所需學(xué)時2學(xué)時第八次講課...工藝

《塑性成形工藝及模具設(shè)計》課程教案之二《鍛造工藝學(xué)》輔導(dǎo)教案

關(guān) 小 軍

材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料加工工程系

第一次講課

一、講授內(nèi)容

第一章

緒論

一、鍛造工藝學(xué)及其性質(zhì)

二、鍛造生產(chǎn)的特點及其在國民經(jīng)濟中的作用

三、我國鍛造生產(chǎn)的歷史，現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

四、鍛造生產(chǎn)方法的分類及工藝流程

五、課程的任務(wù)。

第二章

鍛造用原材料及下料方法 第一節(jié)

鍛造用鋼錠及型材

一、鋼錠及其冶煉.二、鋼錠的結(jié)構(gòu)

三、鋼錠的內(nèi)部缺陷

四、型材及其常見缺陷

第二節(jié)

下料方法

一、剪切法

二、鋸切法

三、砂輪片切割法

四、折斷法

五、氣割法

六、其它下料方法

二、難點

1、鋼錠和型材的缺陷產(chǎn)生原因及其危害。

2、各種下料方法的原理。

三、基本概念

偏析、夾雜、縮孔、疏松、濺疤、劃痕、折迭、粗晶環(huán)

四、思考題

1、試闡述鎮(zhèn)靜鋼錠的結(jié)構(gòu)及其主要缺陷的產(chǎn)生部位。

2、鋼錠常見缺陷有哪些？它們產(chǎn)生的原因和危害性是什么？

3、常見的型材缺陷有哪些？它們產(chǎn)生的原因和危害性是什么？

4、鍛造用型材常采用哪些方法下料？各自有何特點？

5、鑄錠作為鍛造坯料時如何下料？

五、要求重點掌握的知識點

1、鋼錠結(jié)構(gòu)及其常見內(nèi)部缺陷。

2、型材及其常見缺陷。

3、常用下料方法及其選擇原則。

六、所需學(xué)時

2小時

第二次講課

一、講授內(nèi)容

第三章

鍛造的熱規(guī)范 第—節(jié)

金屬的鍛前加熱

一、加熱的目的二、加熱方法

第二節(jié)

金屬加熱時產(chǎn)生的缺陷及防止措施

一、氧化

二、脫碳

三、過熱

四、過燒

五、裂紋

第三節(jié)

鍛造溫度范圍的確定

一、始鍛溫度的確定

二、終鍛溫度的確定

第四節(jié)

金屬的加熱規(guī)范

一、加熱規(guī)范制定的原則及方法

二、鋼錠的加熱規(guī)范

三、中、小型鋼坯的加熱規(guī)范

二、難點

1、氧化和脫碳的共性和異性。

2、過熱和過燒的相關(guān)性及其區(qū)別

3、加熱過程溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機理及其應(yīng)力分析。

4、始鍛溫度和終鍛溫度正確選擇的必要性。

5、加熱速度的影響因素及其影響規(guī)律。

三、基本概念

加熱規(guī)范、氧化、脫碳、過熱、過燒、過熱溫度、過燒溫度、始鍛溫度、終鍛溫度、鍛造溫度范圍、金屬加熱規(guī)范、最大可能的加熱溫度、允許的加熱溫度、溫度頭、均熱保溫、最小保溫時間、最大保溫時間

四、思考題

1、試說明鍛前加熱的目的和方法。

2、氧化和脫碳有哪些共性和異性？

3、氧化和脫碳可產(chǎn)生哪些危害？如何防止？

4、過燒和過熱有哪些危害? 如何防止？

5、導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力有幾種？清闡述它們相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)。

6、通常圓柱形坯料產(chǎn)生加熱裂紋的危險位置在何處？原因何在？如何防止？

7、鍛造溫度范圍的確定原則和基本方法是什么？

8、怎樣確定碳鋼的始鍛和終鍛溫度？它們受到哪些因素的影響？

9、為什么要制定合理的加熱規(guī)范？加熱規(guī)范包括哪些內(nèi)容？其核心問題是什么？

10、兩種不同概念的加熱速度實質(zhì)上反映了什么因素的影響？

11、選擇加熱速度的原則是什么？提高加熱速度的措施有哪些？

12、均熱保溫的目的是什么？

13、冷錠和熱錠的加熱規(guī)范各有什么特點？為什么？、五、要求重點掌握的知識點

1、鍛前加熱的目的和方法。

2、加熱金屬的常見缺陷及其危害。

3、金屬加熱過程中缺陷的產(chǎn)生原因和防止措施。

4、加熱規(guī)范的內(nèi)容、制定原則和方法。

六、所需學(xué)時

2學(xué)時

第三次講課

一、講授內(nèi)容

第三章

鍛造的熱規(guī)范 第五節(jié)

少無氧化加熱

一、快速加熱

二、介質(zhì)保護加熱

三、少無氧化火焰加熱

第六節(jié)

金屬的鍛后冷卻

一、鍛后冷卻常見缺陷產(chǎn)生的原因和防止措施

二、鍛件的冷卻方法

三、鍛件的冷卻規(guī)范

第七節(jié)

鍛件的熱處理

一、中、小鍛件熱處理

二、大型鍛件熱處理

二、難點

1、少無氧化火焰加熱法的工作原理。

2、冷卻過程溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力和殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機理及其應(yīng)力分析。

3、冷卻速度的影響因素及其影響規(guī)律。

三、基本概念

冷卻規(guī)范、白點、網(wǎng)狀碳化物

四、思考題

1、少無氧化加熱主要有哪幾種方法？其中火焰加熱法的基本工作原理是什么？

2、金屬斷后冷卻常見缺陷有哪些？各自產(chǎn)生原因是什么？

3、為什么硬鋼鍛后冷卻易產(chǎn)生表面縱向裂紋？

4、金屬鍛后冷卻規(guī)范一般包括哪些內(nèi)容？

5、鍛件熱處理的目的是什么？

6、中小鍛件通常采用哪些熱處理？各自作用是什么？

7、通常大鍛件采用哪些熱處理？各自作用是什么？

五、要求重點掌握的知識點

1、少無氧化加熱方法及其工作原理。

2、金屬鍛后冷卻常見缺陷及其危害。

3、金屬鍛后冷卻中缺陷的產(chǎn)生原因和防止措施。

4、冷卻規(guī)范的內(nèi)容、制定原則和方法。

5、常用的鍛件熱處理方法。

六、所需學(xué)時

2學(xué)時

第四次講課

一、講授內(nèi)容

第四章

自由鍛主要工序分析 第—節(jié)

概述

一、影響金屬塑性變形流動的幾個基本因素

二、局部加載時沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律

三、金屬塑性變形的不均勻性

四、塑性變形時金屬的流動方向

第二節(jié)

鐓粗

一、鐓粗工序的主要質(zhì)量問題和變形流動特點

二、鐓粗時的注意事項

第三節(jié)

拔長

—、矩形截面坯料的拔長

二、圓截面坯料的拔長

三、空心件拔長

二、難點

1．金屬塑性變形的基本規(guī)律和影響因素。2．在幾種變形工序中金屬流動規(guī)律的分析。

3．鐓粗時金屬流動特點及其缺陷產(chǎn)生機理（包括圓截面和矩形截面坯料）。4．拔長時金屬流動特點及其缺陷產(chǎn)生機理（包括矩形截面、圓截面和空心截面坯料）。

三、基本概念

鐓粗、拔長、鐓粗比、鍛造比、進(jìn)料比（相對送進(jìn)量）、相對壓縮程度

四、思考題

1、導(dǎo)致金屬塑性變形不均勻性的原因是什么？

2、鐓粗和拔長各有哪些用途？

3、鐓粗工序主要存在哪些質(zhì)量問題？試分析它們產(chǎn)生的原因及其預(yù)防措施。

4、拔長工序主要存在哪些質(zhì)量問題？試分析它們產(chǎn)生的原因及其預(yù)防措施。

5、為什么采用平砧小壓縮量拔長圓截面坯料時效率低且質(zhì)量差？應(yīng)怎樣解決？

6、空心件拔長時孔內(nèi)壁和端面裂紋產(chǎn)生的原因是什么？應(yīng)采取哪些措施加以解決？

五、要求重點掌握的知識點

1、金屬塑性變形所遵循的基本規(guī)律和影響因素。

2、鐓粗、拔長工序的金屬受力分析。

2、鐓粗、拔長工序的金屬變形和流動特點。

3、鐓粗、拔長時常見金屬缺陷、產(chǎn)生機理及其預(yù)防措施。

六、所需學(xué)時

3學(xué)時

第五次講課

一、講授內(nèi)容

第四章

自由鍛主要工序分析

第四節(jié)

沖孔

一、沖孔的受力變形分析

二、沖孔的質(zhì)量分析

第五節(jié)

擴孔

一、沖子

二、芯軸

三、輾壓

第六節(jié) 彎曲

第七節(jié) 其它工序（補充內(nèi)容）

一、錯移

二、扭轉(zhuǎn)

二、難點

1、沖孔時受力、變形和缺陷產(chǎn)生原因的分析。

2、擴孔時受力、變形和缺陷產(chǎn)生原因的分析。

3、彎曲時受力、變形和缺陷產(chǎn)生原因的分析。

三、基本概念

沖孔、走樣、擴孔、彎曲

四、思考題

1、試闡述開式?jīng)_孔時金屬變形和流動特點并畫出相應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變圖。

2、沖孔時易出現(xiàn)哪些質(zhì)量問題？應(yīng)采取什么措施解決？

3、試闡述沖子擴孔時金屬變形和流動特點并畫出相應(yīng)的應(yīng)力、應(yīng)變圖。

4、芯軸擴孔時金屬主要沿切向流動的原因是什么？此時鍛件尺寸變化特點是什么？應(yīng)怎樣防止壁厚不均？

5、輾壓擴孔的工藝特點是什么？生產(chǎn)時易產(chǎn)生哪些質(zhì)量缺陷？怎樣防止？

6、彎曲時坯料易產(chǎn)生哪些缺陷？它們產(chǎn)生的原因是什么？

五、要求重點掌握的知識點

1、沖孔、擴孔、彎曲工序的應(yīng)力、應(yīng)變分析。

2、沖孔、擴孔、彎曲工序的金屬變形和流動特點。

3、沖孔、擴孔、彎曲工序中常見的加工缺陷種類、產(chǎn)生原因及其預(yù)防措施。

六、所需學(xué)時

2學(xué)時

第六次講課

一、講授內(nèi)容

第五章 自由鍛工藝

第—節(jié) 自由鍛件的分類

第二節(jié) 自由鍛件變形方案的確定 第三節(jié) 自由鍛工藝過程的制定

一、鍛件圖的制定

二、確定坯料的重量和尺寸

三、確定變形工藝和鍛造比

四、確定鍛造設(shè)備噸位

第四節(jié)

大型鍛件鍛造的特點（自學(xué)）—、鋼錠冶金質(zhì)量對鍛件的影響

二、大型鋼錠的加熱特點

三、熱鍛變形對金屬組織和性能的影響

四、大鍛件變形工藝分析

二、難點

自由鍛件變形方案的確定

三、基本概念

機械加工余量、鍛造余塊、試樣余塊、鍛件工稱尺寸、鍛造比

四、思考題

1、自由鍛工藝的特點及其主要用途是什么？不同材料自由鍛面臨的主要問題是什么？為什么？

2、試述自由鍛件的分類及其采用的基本工序。

3、自由鍛工藝過程的制定包括哪些內(nèi)容？

4、鍛造比對鍛件組織和力學(xué)性能有哪些影響？其選擇與鍛件大小有何關(guān)系？

5、確定自由鍛設(shè)備噸位有幾種方法？為什么水壓機鍛造所依據(jù)的變形力能參數(shù)不同？

五、要求重點掌握的知識點

1、常見自由鍛件的分類。

2、自由鍛件變形方案的選擇原則和實際應(yīng)用。

3、考慮機械加工余量、鍛造公差、鍛造余塊、試樣余塊等影響所繪制的鍛件圖。

4、坯料重量的計算方法。

5、變形工藝特別是工序順序、工序尺寸、鍛造比等的確定。

6、設(shè)備噸位的計算公式。

六、所需學(xué)時 1學(xué)時

第七次講課與課堂練習(xí)

一、講授內(nèi)容

第五章 第三節(jié)

五、自由鍛工藝過程制定舉例 第六章

模鍛成形工序分析

第一節(jié) 概述

二、難點

1、如何掌握自由鍛工藝過程設(shè)計方法

3、所選擇的自由鍛過程中各工序尺寸的確定。

三、思考題

模具形狀對金屬變形和流動的主要影響表現(xiàn)在哪些方面？

五、要求重點掌握的知識點

1、自由鍛工藝過程設(shè)計方法。

2、模具形狀對金屬塑性變形和流動的影響。

3、課堂進(jìn)行一簡單鍛件的自由鍛工藝過程設(shè)計。

六、所需學(xué)時

2學(xué)時

第八次講課

一、講授內(nèi)容

第六章 模鍛成形工序分析 第二節(jié)

開式模鍛

一、開式模鍛各階段的應(yīng)力應(yīng)變分析

二、開式模鍛時影響金屬成形的主要因素 第三節(jié)

閉式模鍛

一、閉式模鍛的變形過程分析

二、坯料體積和模膛體積變化對鍛件尺寸的影響

三、打擊能量和模壓力對成形質(zhì)量的影響

四、各類鍛壓設(shè)備閉式模鍛的特點

二、難點

1、開式模鍛的應(yīng)力應(yīng)變分析。

2、閉式模鍛的變形過程分析。

三、基本概念

開式模鍛、閉式模鍛、飛邊槽

四、思考題

1、試分析開式模鍛三變形階段的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)及其成形特點。

2、開式模鍛時影響金屬成形主要有哪些因素？

3、飛邊槽由幾部分組成？它們各自的作用是什么？

4、橋口阻力與哪些因素有關(guān)？怎樣依據(jù)模膛充滿的難易程度或設(shè)備類型來確定橋口尺寸？

5、閉式模鍛的優(yōu)點是什么？它的正常生產(chǎn)條件及其用途是怎樣的？

6、試述閉式模鍛三變形階段的變形情況。

7、閉式模鍛模壁受力情況與鍛件尺寸關(guān)系有何關(guān)系？

8、閉式模鍛時坯料和體積的變化反映在鍛件的哪些尺寸上？影響它們變化的因素有哪些？

五、要求重點掌握的知識點

1、開式模鍛各階段的應(yīng)力應(yīng)變圖及其分析。

2、模膛尺寸和形狀對金屬成形的影響。

3、飛邊槽的作用、類型及其選擇。

4、終鍛前坯料尺寸和形狀對金屬成形的影響。

5、坯料自身性質(zhì)不均對金屬成形的影響。

6、設(shè)備工作速度對金屬成形的影響。

7、閉式模鍛的變形過程分析。

8、坯料體積、模膛體積、打擊能量和模壓力變化對閉式模鍛成形質(zhì)量的影響。

六、所需學(xué)時

2學(xué)時

第九次講課

一、講授內(nèi)容

第六章

模鍛成形工序分析 第四節(jié) 擠壓

一、擠壓的應(yīng)力應(yīng)變分析

二、擠壓時筒內(nèi)金屬的變形流動

三、關(guān)于“死區(qū)”的應(yīng)力應(yīng)變分析

四、擠壓時常見缺陷的分析

五、徑向擠壓 第五節(jié)

頂鐓

一、頂鐓

二、電熱鐓粗

三、在帶有導(dǎo)向的模具中鐓粗

二、難點

1、擠壓的應(yīng)力應(yīng)變分析

2、擠壓筒內(nèi)金屬的變形流動特點、規(guī)律及其影響因素。

3、關(guān)于“死區(qū)”的應(yīng)力應(yīng)變分析及其對成形質(zhì)量的不良影響。

4、常見擠壓缺陷及其預(yù)防措施。

5、徑向擠壓的變形分析及其張力計算。

6、兩種頂鐓情況模具設(shè)計原則。

三、基本概念

擠壓、正擠壓、反擠壓、擠壓比、徑向擠壓、張模力、頂鐓

四、思考題

1、試進(jìn)行擠壓過程的應(yīng)力-應(yīng)變分析并闡明軸向應(yīng)力突變的原因。

2、平底凹模正擠壓時金屬在擠壓筒內(nèi)的流動主要有哪三種情形？為什么？

3、平底凹模正擠壓時Α區(qū)最小主應(yīng)力σ3的數(shù)值受到哪三種因素的影響？它們的影響規(guī)律是怎樣的？

4、試討論在各種不同的具體條件下平底凹模內(nèi)正擠時所出現(xiàn)的金屬變形和流動情況。

5、“死區(qū)”產(chǎn)生的原因是什么？一般“死區(qū)”存在哪兩種變形情況？

6、“死區(qū)”容易產(chǎn)生哪些缺陷？怎樣防止？

7、擠壓時常存在哪些缺陷？可采取什么措施防止？

8、徑向擠壓變形過程的主要特征是什么？張模力與何因素有關(guān)？

9、擠壓縮孔產(chǎn)生的原因是什么？擠壓制品裂紋的產(chǎn)生與哪些因素有關(guān)？

五、要求重點掌握的知識點

1、擠壓的應(yīng)力應(yīng)變分析

2、擠壓筒內(nèi)金屬的變形流動特點、規(guī)律及其影響因素。

3、“死區(qū)”產(chǎn)生原因、應(yīng)力應(yīng)變分析及其對成形質(zhì)量的不良影響。

4、常見擠壓缺陷的形成原因及其預(yù)防措施。

5、徑向擠壓的用途、變形分析及其張模力計算。

6、頂鐓用途及其模具設(shè)計原則。

六、所需學(xué)時

2學(xué)時

第十次講課

一、講授內(nèi)容

第七章 模鍛工藝

第一節(jié) 常用模鍛設(shè)備及其工藝特點（自學(xué)）

一、模鍛錘

二、熱模鍛壓力機

三、螺旋壓力機

四、平鍛機

第二節(jié) 模鍛工藝及模鍛件分類

一、長軸類鍛件

二、短軸類(圓餅類)鍛件

三、頂鐓類鍛件

四、復(fù)合類型鍛件

第三節(jié) 模鍛件圖設(shè)計

一、錘上模鍛鍛件圖設(shè)計

二、熱模鍛壓力機上模鍛件圖設(shè)計特點

三、螺旋壓力機上模鍛件圖設(shè)計特點

四、平鍛機上模鍛件圖設(shè)計特點

二、難點

1、鑒于《塑性成形設(shè)備》課程的講授在本課程之后，因此，“常用模鍛設(shè)備及其工藝特點”的知識理解較為困難，建議作為一般了解的知識由學(xué)生自學(xué)。

2、不同模鍛設(shè)備上模鍛件圖的設(shè)計特點比較。

3、分模面和沖孔連皮的確定。

4、頂鐓的三規(guī)則。

三、基本概念

分模面、鍛件形狀復(fù)雜系數(shù)、模鍛斜度、沖孔連皮

四、思考題

1、簡述各類模鍛件所采用的主要變形工布。

2、模鍛件的冷、熱鍛件圖的作用各是什么？其鍛件圖設(shè)計內(nèi)容與自由鍛件相比有何不同？

3、錘上模鍛選擇分模位置的最基本原則是什么？

4、為什么模鍛件的正偏差大于負(fù)偏差？它的機械加工余量和公差怎樣選擇和確定？

5、模鍛斜度和圓角半徑的作用是什么？為什么它們應(yīng)選擇合適值？

6、錘上模鍛時有幾種形式的沖孔連皮？為什么要選擇厚度合適的沖孔連皮？

7、試比較各類模鍛設(shè)備上模鍛件圖設(shè)計特點。

五、要求重點掌握的知識點

1、模鍛工藝和模鍛件的分類原則及其主要類別。

2、模鍛件圖設(shè)計的主要內(nèi)容和方法。

3、各類模鍛設(shè)備上模鍛件圖設(shè)計特點，特別是分模面、機械加工和鍛造公差、模鍛斜度等的選擇原則。

4、沖孔連皮的作用、類型及其選擇。

5、頂鐓三規(guī)則的正確應(yīng)用。

六、所需學(xué)時

3學(xué)時

第十一次講課

一、講授內(nèi)容

第七章 模鍛工藝

第四節(jié) 模鍛工藝過程制定的內(nèi)容和模鍛工藝方案選擇

一、模鍛工藝過程制定的內(nèi)容

二、模鍛工藝方案選擇 第五節(jié) 模鍛變形工步的確定

一、長軸類鍛件制坯工步選擇

二、難點

1、計算毛坯的設(shè)計、簡化和計算毛坯圖繪制。

2、金屬流動繁重系數(shù)及其在制坯工步選擇中的作用。

三、基本概念

模鍛工藝過程、計算毛坯圖、金屬流動繁重系數(shù)

四、思考題

1、模鍛工藝過程主要有哪些工序組成？它的制定包括哪些內(nèi)容且較自由鍛工藝過程相比有什么變化？

2、模鍛工藝方案選擇主要涉及哪些方面？基本原則是什么？

3、試述計算毛坯圖的內(nèi)容及其在制坯工步中的作用。

4、長軸類鍛件通常采用的主要制坯工步有哪些？如何確定？

5、金屬流動繁重系數(shù)是如何反映制坯工作量的大小？它在制坯工步選擇中有何作用？

五、要求重點掌握的知識點

1、模鍛工藝過程與自由鍛工藝過程的異同點。

2、計算毛坯的有關(guān)計算及其相應(yīng)圖的繪制。

3、復(fù)雜計算毛坯的簡化。

4、應(yīng)用金屬流動繁重系數(shù)選擇長軸類鍛件的制坯工步。

六、所需學(xué)時：

2學(xué)時

第十二次講課

一、講授內(nèi)容

第七章 模鍛工藝

第五節(jié) 模鍛變形工步的確定

二、短軸類鍛件制坯工步選擇

三、頂鐓類鍛件變形工步確定

二、難點

1、短軸類鍛件的制坯工步選擇原則。

2、確定粗大部分桿類鍛件變形工步的有關(guān)計算和原則。

3、在聚集工步設(shè)計時有關(guān)注意事項。

三、基本概念

成形鐓粗（預(yù)成性）、滾壓、局部鐓粗（聚集）、頂鐓規(guī)則

四、思考題

1、短軸類鍛件通常采用的主要制坯工步有哪些？經(jīng)坯料鐓粗后的制坯尺寸確定原則是什么？

2、在熱模鍛壓力機上可采用何種短軸類鍛件制坯工步？原因何在？

3、頂鐓類鍛件通常采用的主要制坯工步有哪些？

4、試比較分別在凸模內(nèi)或凹模內(nèi)聚集的優(yōu)缺點。

5、為什么要確定沖孔芯料的合理厚度？正確的設(shè)計原則是什么？

6、試比較在透孔和不透孔鍛件中分別采用平?jīng)_頭和尖沖頭進(jìn)行沖孔成形的優(yōu)缺點。

五、要求重點掌握的知識點

1、短軸類鍛件主要制坯工步。

2、短軸類鍛件坯料鐓粗后的制坯尺寸確定原則。

3、在熱模鍛壓力機上和螺旋壓力機上短軸類鍛件制坯工步的特點。

4、頂鐓類鍛件主要制坯工步。

5、不同模式聚集工步的特點。

6、沖孔芯料的設(shè)計原則、沖孔成形工步以及沖頭的選擇。

7、幾種不同情況的管類鍛件局部頂鐓變形。

六、所需學(xué)時：

2學(xué)時

第十三次講課

一、講授內(nèi)容

第七章 模鍛工藝

第六節(jié) 坯料尺寸的確定

一、長軸類鍛件

二、短軸類鍛件

三、頂鐓類鍛件

第七節(jié) 設(shè)備噸位的確定

一、模鍛錘噸位的確定

二、熱模鍛壓力機噸位的確定

三、螺旋壓力機噸位的確定

四、平鍛機噸位的確定

二、難點

1、不同類型鍛件的坯料制定方法。

2、頂鐓類鍛件計算毛坯圖及坯料直徑確定原則。

三、思考題

1、試比較模鍛坯料尺寸與自由鍛坯料尺寸確定的異同點。

2、試闡述長軸類模鍛件坯料尺寸確定的一般步驟。

3、試闡述短軸類模鍛件坯料尺寸確定的一般步驟。

4、試闡述頂鐓類鍛件的坯料選擇原則及其機理。

5、帶孔鍛件坯料直徑確定的原則是什么？

6、模鍛設(shè)備噸位有哪幾種方法？

四、要求重點掌握的知識點

1、長軸類、短軸類和頂鐓類模鍛件坯料尺寸確定的一般步驟。

2、頂鐓類鍛件計算毛坯圖。

3、帶孔鍛件坯料直徑確定原則。

4、各類模鍛設(shè)備噸位計算公式的正確使用。

五、所需學(xué)時：

2學(xué)時

第十四次講課

一、講授內(nèi)容

第八章 鍛模設(shè)計

第—節(jié) 錘用鍛模

一、模鍛模膛設(shè)計

二、制坯模膛設(shè)計

三、鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計

二、難點

1、預(yù)鍛模膛、終鍛模膛的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計。

2、終鍛時鍛件缺陷產(chǎn)生原因的分析。

三、基本概念

終鍛模膛、預(yù)鍛模膛、鉗口、折迭

四、思考題

1、鍛模設(shè)計包括哪些內(nèi)容？常用的模鍛工步有哪些？

2、終鍛模膛設(shè)計包括哪些主要內(nèi)容？

3、熱鍛件圖與鍛件圖有何差異？繪制時應(yīng)注意哪些問題？

4、試述飛邊槽的組成及其常見結(jié)構(gòu)型式。

5、試述鉗口的作用及其常見結(jié)構(gòu)型式。

6、預(yù)鍛模膛的采用原因及其作用什么？它所引起的不利影響是什么？

7、終鍛時產(chǎn)生折迭和充不滿的原因分別是什么？應(yīng)采取什么措施加以抑制？

8、為什么錘上模鍛高肋件時要采用預(yù)鍛？設(shè)計該模膛的主要出發(fā)點是什么？通常在設(shè)計中應(yīng)采取哪些方法？

9、什么情況下終鍛和預(yù)鍛模膛的設(shè)計基本相同？此時兩者之間還存在哪些差異？

五、要求重點掌握的知識點

1、鍛模設(shè)計的內(nèi)容和常用的模鍛工步。

2、終鍛模膛和預(yù)鍛模膛設(shè)計的內(nèi)容和方法。

3、熱鍛件圖繪制。

4、飛邊槽和鉗口的選擇。

5、終鍛時鍛件缺陷產(chǎn)生的原因和防止措施。

6、采用預(yù)鍛模膛的必要性及其設(shè)計原則。

六、所需學(xué)時：

2學(xué)時

第十五次講課

一、講授內(nèi)容

第八章 鍛模設(shè)計

第—節(jié) 錘用鍛模

二、制坯模膛設(shè)計

三、鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計

二、難點

1、滾壓模膛的設(shè)計原則和公式。

2、拔長模膛的設(shè)計原則和公式。

3、模膛的布排要點。

4、平衡鎖扣及其對應(yīng)的模膛中心位置確定。

5、錯移力的平衡和導(dǎo)向。

三、基本概念

滾壓工步、成形工步、鎖扣、鍛模中心、模膛中心、模塊中心、錯移力

四、思考題

1、制坯工步主要采用哪幾種模膛？這些模膛的作用是什么？

2、滾壓模膛有幾種結(jié)構(gòu)形式？它們的設(shè)計原則如何？

3、拔長模膛有幾種分類原則？其設(shè)計內(nèi)容及其相應(yīng)方法是什么？

4、彎曲模膛和成形模膛的設(shè)計要點分別是什么？

5、試述鐓粗臺和壓扁臺的作用、設(shè)計方法及其在模塊上的位置。

6、試述切斷模膛在模塊上的位置和設(shè)計方法。

7、鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)著重解決哪些問題？什么情況下鍛模中心和模膛中心重合？

8、終鍛和預(yù)鍛模膛布排設(shè)計的中心任務(wù)是什么？

9、鍛模中心和模膛中心不重合時會產(chǎn)生哪些不良后果？

10、為什么要確定帶平衡鎖扣模膛的中心位置？一般中心位置有幾種情況？

11、錯移力產(chǎn)生的原因是什么？應(yīng)從哪兩方面考慮減小它的不良影響？

12、欲減小錯移力的影響模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要采用哪些方法？

13、模具的主要破壞形式有哪些？各自產(chǎn)生的原因是怎樣的？

14、試比較平衡鎖扣和導(dǎo)向鎖扣的異同點。

五、要求重點掌握的知識點

1、模鍛時常用的制坯工步及其確定原則。

2、制坯工步采用的模膛及其作用。

3、各種制坯模膛的結(jié)構(gòu)類型、設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計原則和相關(guān)公式。

4、鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的和任務(wù)。

5、終鍛和預(yù)鍛模膛布排設(shè)計的中心任務(wù)。

7、各種制坯模膛在模快上的位置選擇。

8、鍛模中心和模膛中心的重合問題。

9、平衡鎖扣的類型及其在鍛模結(jié)構(gòu)中的作用。

10、錯移力產(chǎn)生的原因、危害及其消除措施。

11、模具破壞的主要形式及其產(chǎn)生原因。

12、基于強度考慮的鍛模有關(guān)尺寸設(shè)計。

13、模塊尺寸設(shè)計。

六、所需學(xué)時

3學(xué)時

第十六次講課

一、講授內(nèi)容

第八章 鍛模設(shè)計

第二節(jié) 熱模鍛壓力機用鍛模

一、模膛設(shè)計特點

二、鍛模結(jié)構(gòu)特點

第三節(jié) 螺旋壓力機用鍛模

一、鍛模設(shè)計特點

二、鍛模結(jié)構(gòu)特點

第四節(jié)平鍛機用鍛模（自學(xué)）

一、平鍛模的固定及固定空間

二、平鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

三、模膛設(shè)計

二、難點

1、熱模鍛壓力機預(yù)鍛模膛的設(shè)計要點。

2、熱模鍛壓力機的鍛模閉合高度。

3、螺旋壓力機鍛模設(shè)計特點。

三、基本概念

模具閉合高度、壓力機最小閉合高度

四、思考題

1、熱模鍛壓力機要采用哪些變形工步？其預(yù)鍛和終端模膛設(shè)計與錘上模鍛相比有哪些特點？

2、熱模鍛壓力機的鍛模結(jié)構(gòu)有什么特點？

3、螺旋壓力機的鍛模設(shè)計與錘上模鍛相比有哪些特點？其鍛模模塊有哪幾種緊固形式？

4、螺旋壓力機鍛模的導(dǎo)向裝置有幾種類型？各自用途如何？

5、平鍛機模具分為哪三個部分？它由幾個分模面？其結(jié)構(gòu)設(shè)計特點如何？

6、平鍛機模具固定空間最重要的參數(shù)是什么？依據(jù)何在？

五、要求重點掌握的知識點

1、熱模鍛壓力機采用的變形工步及其鍛模設(shè)計特點。

2、熱模鍛壓力機的鍛模結(jié)構(gòu)特點。

3、螺旋壓力機采用的變形工步及其鍛模設(shè)計特點。

4、螺旋壓力機的鍛模結(jié)構(gòu)特點。

六、所需學(xué)時

2學(xué)時

第十七次講課

一、講授內(nèi)容

第八章 鍛模設(shè)計

第五節(jié) 自由鍛錘上模鍛與胎模鍛鍛模

一、胎模鍛鍛模

二、固定模模鍛鍛模 第六節(jié) 鍛模材料

一、錘鍛模用材料

二、摩擦壓力機鍛模用材料

三、熱模鍛壓力機鍛模用材料

四、平鍛機鍛模用材料 五，液壓機鍛模用材料 第七節(jié) 鍛模設(shè)計實例

一、鍛件圖設(shè)計

二、計算鍛件的主要參數(shù)

三、鍛錘噸位的確定

四、確定飛邊槽的型式和尺寸 五，終鍛模膛設(shè)計

六、預(yù)鍛模膛設(shè)計

七、繪制計算毛坯圖

八、制坯工步選擇

九、確定坯料尺寸

十、制坯模膛設(shè)計

十一、鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計

十二、連桿模鍛工藝流程

二、難點

1、熱鍛模具材料的基本性能。

2、模膛設(shè)計時考慮實際生產(chǎn)經(jīng)驗對有關(guān)設(shè)計計算尺寸的修改和形狀的簡化。

三、思考題

1、胎模鍛與自由鐓相比有哪些優(yōu)點？其鍛模按用途分為哪三大類？

2、固定胎模鍛在模鍛時上、下模塊為什么易錯移？應(yīng)采取哪些措施加以防止？

3、熱鍛模具材料應(yīng)具備哪些基本性能？

4、各類鍛壓設(shè)備可共同采用哪兩種熱鍛模具材料？其道理是什么？

四、要求重點掌握的知識點

1、胎模鍛特點、種類及其用途。

2、固定胎模結(jié)構(gòu)及其安裝。

3、熱鍛模具材料的基本性能。

4、常用熱鍛模具材料及其選用原則。

5、初步了解和掌握鍛模及其工藝設(shè)計的全過程。

五、所需學(xué)時

2學(xué)時

第十八次講課

一、講授內(nèi)容

第九章 模鍛的后續(xù)工序

第一節(jié) 切邊、沖孔及其模具設(shè)計

一、切邊和沖孔的基本方式及模具類型

二、切邊模

三、沖孔模和切邊沖孔復(fù)合模 四，切邊力和沖孔力的計算

第二節(jié) 精壓和校正的應(yīng)用及模具設(shè)計

一、精壓

二、校正

第三節(jié) 模鍛件的表面清理

二、難點

1、切邊模和沖孔模中凸凹模的作用特點。

2、切邊模模具閉合高度及其與凸模高度的關(guān)系。

3、切邊沖孔復(fù)合模設(shè)計。

三、基本概念

簡單模、連續(xù)模、復(fù)合模、精壓、切邊模具閉合高度、壓力機最大封閉高度、壓力機最小封閉高度

四、思考題

1、試比較切邊模和沖孔模中凸、凹模的作用。

2、試比較熱切（沖）和冷切（沖）兩種工作方式的特點。

3、切邊模有哪幾部分組成？它有幾種類型？

4、切邊凹模有哪幾種刃口？它們各自用途是怎樣的？

5、為什么要合理確定切邊模凸、凹模之間的間隙？

6、切邊模具閉合高度及其凸模高度怎樣確定？

7、精壓工序的目的是什么？試闡述它的分類和變形特點。

8、校正工序的目的是什么？試闡述它的分類和用途。

9、試闡述表面清理工序的目的和方法。

五、要求重點掌握的知識點

1、切邊模和沖孔模的組成部分及其作用和設(shè)計方法。

2、精壓工序的目的、分類和變形特點。

3、校正工序的目的、分類和確定原則。

4、表面清理工序的目的和方法。

六、所需學(xué)時

2學(xué)時

參考資料：

1、呂 炎.《鍛造工藝學(xué)》.機械工業(yè)出版社, 1995年

2、張志文.《鍛造工藝學(xué)》.機械工業(yè)出版社, 1983年

3、汪大年.《塑性成性原理》.機械工業(yè)出版社, 1987年

4、李培武, 楊文成.《塑性成形設(shè)備》.機械工業(yè)出版社, 1994年

5、崔忠圻.《金屬學(xué)與熱處理》.機械工業(yè)出版社, 1994年 所需總學(xué)時： 38學(xué)時

所授課程的重點、難點、要點、基本概念、基本要求和有關(guān)教學(xué)參考資料、輔助資料，課程進(jìn)度和學(xué)時分配等等。

第二篇：塑性成形工藝及模具設(shè)計期末考試復(fù)習(xí)資料材型專業(yè)

一.填空題

伸長類變形:當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)的拉應(yīng)力的絕對值最大時,在這個方向上的變形是伸長變形,這種沖壓變形為伸長類變形。(脹形、圓孔翻邊、擴口、拉形等)壓縮類變形:當(dāng)作用于毛坯變形區(qū)內(nèi)的壓應(yīng)力的絕對值最大時,在這個方向上的變形是壓縮變形,這種沖壓變形為壓縮類變形。(筒形件拉深、縮口等。)拉深系數(shù)及拉深比:拉深系數(shù)(反映切向變形程度的大小)是拉深后零件的直徑與拉深前毛坯的直徑之比。它反映了毛坯外邊緣在拉伸后切向壓縮變形的大小。拉深系數(shù)的倒數(shù)稱為拉深比,也可作為拉深變形程度的參數(shù)。沖裁變形過程:彈性變形階段;塑性變形階段;斷裂分離階段。鍛造溫度范圍:從始鍛溫度到終鍛溫度之間的溫度區(qū)間。加熱規(guī)范:指金屬毛坯從裝爐開始到出爐結(jié)束的整個過程中，爐溫和料溫隨時間變化的規(guī)定。厚向異性指數(shù):是評定板料壓縮類成形性能的一個重要參數(shù)，r值是板料試件單向拉伸試驗中寬度應(yīng)變εb與厚度應(yīng)變εt之比,即r=εb/εt平面方向性系數(shù)的定義、意義:板料由于冶煉、軋制的原因,在板平面不同方向上的板料性能有差別,板料的這種特性被稱為板平面方向性。在圓筒形零件拉深中,由于板料的板平面方向性導(dǎo)致拉深件口部形成凸起的耳朵現(xiàn)象,因而,板平面方向性也稱為凸耳參數(shù)。△r越小,板料的各向性能越均勻;△r越大,則板料的各向異性越嚴(yán)重。所以,在沖壓生產(chǎn)中應(yīng)盡量用低△r值的板料,以保證沖壓成形的順利實施,提高沖壓產(chǎn)品質(zhì)量。

計算毛坯的定義及做法:計算毛坯是指根據(jù)平面應(yīng)變假設(shè)進(jìn)行計算并修正所得的具有圓形截面的中間坯料。做法:一般根據(jù)冷鍛件圖作計算毛坯圖,首先從鍛件圖上選取若干具有代表性的截面,計算出軸向各橫截面積,然后在坐標(biāo)紙上繪制計算毛坯截面圖。詳細(xì)見P33 排樣、搭邊的定義:沖裁件在條料,帶料或板料上的布置方法叫排樣;排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料側(cè)邊之間留下的工藝廢料叫搭邊。搭邊的作用：補償了定位誤差和剪板誤差，確保沖出合格件；增加條料剛度，方便調(diào)料送進(jìn)，提高勞動效率；避免沖裁時調(diào)料邊緣的毛刺被拉入模具，從而提高模具的壽命。

鍛模中心:鍛模燕尾中心線與鍵槽中心線的交點,它位于錘桿的軸心線上。模膛中心:鍛造時模膛承受鍛件反作用力的合力作用點。模塊中心:對角線的交點

壓力中心:沖壓力合力的作用點,應(yīng)該通過壓力機滑塊的中心線。

飛邊槽的作用:

1、造成足夠大的橫向金屬流動阻力,促使模膛充滿。

2、容納坯料上的多余金屬,起補償與調(diào)節(jié)作用。

3、對錘類設(shè)備有緩沖作用。

鍛造工步根據(jù)作用的分類及具體內(nèi)容(第一類制坯工步,第二類制坯工步的內(nèi)容):1.制坯工步與制坯模膛、其主要作用是重新分配坯料體積或改變坯料軸線形狀,使坯料沿軸線的截面面積與鍛件大致相適應(yīng)。它包括鐓粗、壓扁、拔長、卡壓、成形、彎曲等工步或模膛。2模鍛工步與模鍛模膛、其主要作用是使坯料按照所用模膛的形狀形成鍛件或基本形成鍛件,這種工步稱為模鍛工步,所用模膛稱為模鍛模膛,有終鍛、預(yù)鍛兩種。3切斷工步與切斷模膛、其作用是將鍛件從棒料上切開分。

模鍛斜度的定義及具體內(nèi)容:為了便于從模膛中取出鍛件,模鍛上平行于錘擊方向的表面必須具有斜度,稱為模鍛斜度;模鍛斜度與模膛深度與寬度有關(guān)。模鍛斜度分為外壁斜度和內(nèi)壁斜度,外壁斜度用a表示,內(nèi)壁斜度用β表示,一般外壁斜度比內(nèi)壁斜度大2~5度。

沖孔連皮的定義及形式:由于錘上模鍛不能靠上下模的突起部分把金屬完全排擠掉,因此不能鍛出通孔。終鍛后留有的金屬薄層,稱為沖孔連皮。沖孔連皮通常有五種形式,分別是平底連皮、斜底連皮、帶倉連皮、拱底、壓凹。作用：造成必要的橫向阻力，迫使金屬填充模膛；補償下料誤差；具有緩沖作用。鉗口的組成及作用:鉗口是由夾鉗口和鉗口頸組成;作用:1鍛件起模2在鍛模制造時,鉗口澆注模膛檢驗件的澆口。

二、簡答題

簡述沖裁件的斷面特征及形成原因

沖裁件斷面形成明顯的區(qū)域性特征,即塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺,塌角是當(dāng)凸模壓入材料時,刃口附近的材料被牽拉變形的結(jié)果,在大間隙和軟材料沖裁時,塌角尤為明顯,光亮帶是塑性變形階段刃口切入板料后,材料被模具側(cè)面擠壓形成的,光亮帶光滑、垂直、斷面質(zhì)量好。剪裂帶是在斷裂分離階段造成的撕裂面剪裂帶表面粗糙,不與板平面垂直,往往是后續(xù)變形時的裂紋源,毛刺是在出現(xiàn)微紋時形成的,沖頭繼續(xù)下行,使已形成的毛刺拉長,并殘留在沖裁件上。

拉深變形的特點

1、變形區(qū)為毛坯的凸緣部分,與凸模端面接觸的部分基本上不變形。

2、毛坯變形區(qū)在切向壓應(yīng)力和徑向拉應(yīng)力的作用下,產(chǎn)生切向壓縮和徑向拉伸的“一拉一壓”的變形。

3、極限變形參數(shù)主要受到毛坯傳力區(qū)的承載能力的限制。

4、拉深件的口部有增厚、底部圓角處有減薄的現(xiàn)象稱為“危險斷面”(底部的厚度基本保持不變)

5、拉深工件的硬度也有所不同,愈靠近口部,硬度愈高(這是因為口部的塑性變形量最大,加工硬化現(xiàn)象最嚴(yán)重）

6、有起皺、拉裂兩個主要缺陷。簡述彎曲變形的特點

1、外層受拉應(yīng)力發(fā)生拉應(yīng)變,內(nèi)層受壓應(yīng)力發(fā)生壓應(yīng)變。

2、外層拉裂與內(nèi)層起皺是限制彎曲的主要因素

3、彎曲精度的主要影響因素為彈性恢復(fù)

4、窄板彎曲是平面應(yīng)力,立體應(yīng)變狀態(tài);寬板彎曲是立體應(yīng)力,平面應(yīng)變狀態(tài)。影響板料彎曲回彈的主要因素是什么

1.材料的力學(xué)性能σs/E越大,回彈越大。2.相對彎曲半徑r/t越大,回彈越。

3.彎曲中心角α,α越大,變形區(qū)的長度越長,回彈積累值也越大,故回彈角△α越大。4.彎曲方式及彎曲模。

5.工件的形狀,一般而言,彎曲件越復(fù)雜次彎曲成形角的數(shù)量越多,回彈量就越小。簡述螺旋壓力機模鍛工藝特點

1.工藝用途廣,因為螺旋壓力機具有錘和壓力機的雙重工作特性,因而能滿足各種主要鍛壓工序的力能要求。能在螺旋壓力機上實現(xiàn)的鍛壓工序有:普通模鍛精密模鍛、鐓粗、擠壓、精整、壓印、彎曲、切邊、沖孔和校正等。

2.鍛件精度高。因螺旋壓力機的行程不固定,鍛件精度不受自身彈性變形的影響;同時,螺旋壓力機上一般裝有下頂出器,又可采用特殊結(jié)構(gòu)的組合模,可減小或消除鍛件上的模鍛斜度和余塊,尤其配上少無氧化加熱設(shè)備,可得到凈化毛坯甚至成品零件

其缺點是:1.螺旋壓力機的螺桿和滑塊間是非剛性聯(lián)接,滑塊承受偏心載荷的能力差,不適宜于多模膛模鍛。2.螺旋壓力機每分鐘行程次數(shù)少、打擊速度低,所以生產(chǎn)率不高,且不宜用拔長類制坯工序。

三段式加熱規(guī)范,試用文字說明加熱規(guī)范的內(nèi)容

[V]金屬允許的加熱速度;[Vm]最大可能的加熱速度。

第一段保溫的目的:

1、減小溫差,使內(nèi)外溫度相差不大,近似相等

2、縮短下階段的保溫時間使。

第二階保溫的目的:

1、消除前段溫差,是內(nèi)外溫度近似相等

2、縮短下一階段的保溫時間。第三段保溫的目的:消除前段溫差,借助擴散作用使成分組織均勻。

試述減少閉式模鍛模膛工作壓力的設(shè)想,分流腔的設(shè)計原則及分流腔的基本形式

減小模腔工作壓力的設(shè)想:通常,模鍛時的工作壓力主要包括材料的理想變形抗力和變形抗力和阻力。理想變形抗力可用下式表示;pi?ymln(R),式中,ym為鍛件材料的名義流動應(yīng)力；1-RR為相對面積縮減率。工作壓力隨相對面積縮減率R的增加而增加，當(dāng)R=1時,增至無限大。相對面積縮減率R也稱為變形強度,它是工件與模膛接觸面積與其總的表面積之比，擠壓相對面積縮減率:R=(AO-A1)/AO,A0為試樣截面積,A1為產(chǎn)品截面積。模鍛相對面積縮減率:R=(A-F)/A,F為自由表面積,(A-F)為產(chǎn)品與模具接觸面積,A為產(chǎn)品總的表面積。擠壓時R值為常數(shù)。開式模鍛時,由于工件自由表面的減小而使R值增大。因此,如果能控制R值的增加就可減小工作壓力。

分流降壓腔的設(shè)置原則:分流降壓腔的位置應(yīng)選擇在模膛最后充滿的部位,確保模膛完全充滿后多余金屬才分流多余金屬分流時在模膛內(nèi)所產(chǎn)生的壓力應(yīng)比模膛剛充滿時所產(chǎn)生的壓力略有增加,以免増加總的模鍛力和加快模膛的磨損。

分流腔的結(jié)構(gòu)形式:

1、孔式分流腔

2、在毛坯上預(yù)留分流孔或形成減壓軸

3、端部軸向分流孔熱模鍛壓力機模鍛工藝和模具設(shè)計有哪些特點

1、行程速度慢,一次行程打擊中金屬變形量大,且坯料中部變形大,金屬沿水平方向流動劇烈。向高度方向流動較緩慢,充填模膛較困難,通常需要采用預(yù)鍛。

2、熱模鍛壓力機行程固定,不便于進(jìn)行拔長、滾壓等制坯工步。對于截面積變化較大的鍛件,需配備其他設(shè)備進(jìn)行制坯。

3、具有頂出裝置,某些長軸類鍛件可以豎立起來進(jìn)行模鍛或擠壓,可以采用較小的模鍛斜度進(jìn)行模鍛,可以提高鍛件精度。

4、行程固定且變形力由機架本身承受,為了防止設(shè)備悶車,上模與下模不能壓靠,期間必須留有間隙。

5、載荷是靜壓力,不便于制坯,坯料表面的氧化皮不易去除,因此,需配備氧化皮清除裝置。

6、模具內(nèi)金屬變形劇烈,因此,模具壽命一般較低,所以需要采用較好的模具鋼和模具潤滑劑,為了提高終鍛模膛的使用壽命,鍛壓機上模鍛采用預(yù)鍛是有必。

7、由于是靜壓力,模具可以采用鑲塊組合結(jié)構(gòu),它可以由上、下模板、各種墊板,上、下模塊、導(dǎo)向裝置、頂料裝置等部件組成。它比整體結(jié)構(gòu)的錘鍛模要復(fù)雜和強大,初次投資費用較大。因此,鍛壓機的模具設(shè)計不僅僅是設(shè)計模膛和鑲需要較為全面的考慮,設(shè)計結(jié)構(gòu)合理的模架,做到適應(yīng)性強,經(jīng)濟合理，可靠耐用。錘上模鍛工藝特點是什么

（1）在模膛中是在一定速度下,經(jīng)過多次連續(xù)錘擊而逐步成形的。(2)錘頭的行程、打擊速度均可調(diào)節(jié),能實現(xiàn)輕重緩急不同的打擊,因而可進(jìn)行制坯工作（3）由于慣性作用,金屬在上模模膛中具有更好的充填效果。(4)錘上模鍛適應(yīng)性廣,可生產(chǎn)多種類型的鍛件,可以單膛模鍛,也可以多膛模鍛。鍛前加熱的目的

1提高金屬的塑性2降低變形抗力,使金屬易于流動成型并獲得良好的鍛后組織。制坯公工步：

1圓餅鍛件制坯工步的選擇:圓餅類鍛件一般采用鐓粗制坯,形狀較為復(fù)雜的，易用成形鐓粗制坯,其目的是避免終鍛時產(chǎn)生折疊,兼有除去氧化皮,從而提高鍛件表面質(zhì)量和提高鍛模壽命的作用。2長軸類鍛件制坯工步的選擇:長軸類鍛件有直長軸線、彎曲軸線、帶枝芽的和叉形件等四種。由于形狀的需要,長軸類鍛件的模鍛工序由拔長、滾擠、彎曲、卡壓、成形等制坯工步和預(yù)鍛工步所組成

另外兩個簡答題

1給一個制坯工步的圖形，填出各制坯的工步名稱（如連桿）。一共8步。（毛坯、鐓粗、拔長、滾擠、卡壓、成型、彎曲、預(yù)斷、終鍛）2給一個凹模圖，畫出排樣圖和沖裁后的零件圖。

三.問答題

簡述冷鍛件圖和熱鍛件圖的含義及其用途,鍛件圖有那些設(shè)計內(nèi)容,錘鍛模設(shè)計步驟是什么 冷鍛件圖:以零件圖為基礎(chǔ),加上機械加工余量和鍛造公差后繪制而成的。用途用于最終鍛件檢驗是機械加工部門制訂加工工藝、設(shè)計加工夾具的依據(jù),簡稱為鍛件圖。

熱鍛件圖:把冷鍛件圖上所有的尺寸加1~1.5%,為熱鍛件圖。用途:用于鍛模的設(shè)計和制造。設(shè)計內(nèi)容:(1)選擇分模面的位置和形狀(2確定機械加工余量、余塊和鍛件公差3)確定模鍛斜度:(4)確定圓角半徑;(5)確定沖孔連皮的形式和尺寸;(6)制定鍛件技術(shù)條件:(7)繪制鍛件圖。

錘模鍛設(shè)計步驟:1.根據(jù)零件圖制定鍛件圖2.計算鍛件的主要參數(shù),鍛件在水平的投影面積、鍛件的周邊長度,體積和重量。3.決定設(shè)備噸位,為了能分析比較，需用兩個以上不同的公式進(jìn)行計算4.做熱鍛件圖,確定終鍛模膛5.決定飛邊槽的形式和尺寸6.畫計算毛坯圖7.選擇制坯工步8.決定坯料尺寸,計算下料長度9.設(shè)計預(yù)鍛模膛10.設(shè)計制坯模膛11.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計,考慮是否采用鎖扣模膛布置和模塊尺寸,模具的安裝和調(diào)整,模具的起重運輸,模具材料,加工及熱處理12.繪制鍛模圖,切邊模圖等。什么是沖裁間隙,為什么說沖裁間隙是重要的 凸模與凹模工作部分的尺寸之差稱為間隙。沖裁模間隙都是指的雙面間隙。間隙之所以重要,體現(xiàn)在以下幾個方面

1）裁間隙對沖裁件質(zhì)量的影響

（1）間隙對斷面質(zhì)量的影響,模具間隙合理時,凸模與凹模處的裂紋(上下裂紋)在沖壓過程中相遇并重合,此時斷面塌角較小,光面所占比例較寬,毛刺較,容易去除。斷面質(zhì)量較好;如果間隙過大,凸模刃口處的裂紋較合理間隙時向內(nèi)錯開一段距離,上下裂紋未重合部分的材料將受很大的拉伸作用而產(chǎn)生撕裂,使塌角增大,毛面增寬,光面減少,毛刺肥而長,難以去除,斷面質(zhì)量較差。

間隙過小時,凸模與凹模刃口處的裂紋較合理間隙時向外錯開一段距離上下裂紋中間的一部分材料,隨著沖裁的進(jìn)行將進(jìn)行二次剪切,從而使斷面上產(chǎn)生二個光面,并且,由于間隙的減小而使材料受擠壓的成分增大,毛面及塌角都減少,毛刺變少,斷面質(zhì)量最好。因此,對于普通沖裁來說,確定正確的沖裁間隙是控制斷面質(zhì)量的一個關(guān)鍵。

(2)沖裁間隙對尺寸精度的影響材料在沖裁過程中會產(chǎn)生各種變形,從而在沖裁結(jié)束后,會產(chǎn)生回彈,使制件的尺寸不同于凹模和凸模刃口尺寸。其結(jié)果,有的使制件尺寸變大,有的則減小。其一般規(guī)律是間隙小時,落料件尺寸大于凹模尺寸,沖出的孔徑小于凸模尺寸;間隙大時,落料}件尺寸小于凹模尺寸,沖出的孔徑大于凸模尺寸。2)沖裁間隙對沖壓力的影響

一般來說,在正常沖裁情況下,間隙對沖裁力的影響并不大,但間隙對卸料力推件力的影響卻較大。間隙較大時,卸料及推料時所需要克服的摩擦阻力小,從凸模上卸料或從凹模內(nèi)推料都較為容易,當(dāng)單邊間隙大到15%~20%料厚時,卸料力幾乎等于零。3)沖裁間隙對沖模壽命的影響

由于沖裁時,凸模與凹模之間,材料與模具之間都存在摩擦。而間隙的大小則直接影響到摩擦的大小。間隙越小,摩擦造成的磨損越嚴(yán)重,模具壽命就越短,而較大的間隙,可使摩擦造成的磨損減少,從而提高了模具的壽命。

第三篇：塑性成形實驗報告

金屬塑性成形原理實驗報告

實驗項目：Ansys軟件分析平面問題和軸對稱問題

材料參數(shù)：彈性模量E=210Gpa 泊松比：u=0.33 屈服強度σ

摩擦系數(shù)v=0.26

尺寸：15×25(mm)

s=350Mpa

實驗步驟：

1、建模

1）問題的類型：設(shè)置單元類型、屬性

(1).設(shè)置計算類型。ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK(2).選擇單元類型。執(zhí)行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select（Solid # Quad 4node 42）

→OK

2）材料模型

執(zhí)行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models →

Structural →Linear →Inelastic，在EX框中輸入2.1e5，在PRXY框中輸入0.3，選擇OK并關(guān)閉對話框。

3）建立幾何形狀

選擇Main Menu→Preprocessor →modeling →create→areas，如圖所示：

4）劃分網(wǎng)格

Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→Volumes Mesh→Tet→Mapped,.采用

Mapped網(wǎng)格劃分單元。

執(zhí)行Main Menu-Preprocessor-Meshing-Mesh-Volume-Mapped：

5）建立接觸

2、施加邊界條件并求解

執(zhí)行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement，拾取目標(biāo)平面等，單擊OK按鈕。然后出現(xiàn)如圖窗口，選擇“UY”，再單擊OK按鈕。加載荷后結(jié)果：

1）定義求解參數(shù)

2）求解

執(zhí)行Main Menu-Solution-Solve-Current LS，彈出一個提示框。執(zhí)行file-close，單擊OK按鈕求解運算。

3、結(jié)果處理 1）讀入結(jié)果數(shù)據(jù)

2）查看結(jié)果

軸對稱問題：

平面應(yīng)變問題

平面應(yīng)力問題

結(jié)論：同一種材料，外形尺寸不變時，在不同的受力狀態(tài)下，應(yīng)力分布是不同的，且受到的最大應(yīng)力也不一樣。

第四篇：為鐵路貨車裝貨口蓋成形工藝及模具設(shè)計

為鐵路貨車裝貨口蓋成形工藝及模具設(shè)計

作者：齊齊哈爾鐵路車輛集團 高

廣軍

摘要：分析了裝貨口蓋成形

工藝性，并進(jìn)行了理論計算和模擬驗證，由此制定了該工件的成形工藝、模具設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：工藝分析；起伏成形；數(shù)值模擬；模具設(shè)計前言

我公司作為鐵路貨車出口基地，在出口車市場上占有相當(dāng)大的份額，澳大利亞糧食漏斗車是我公司繼2000年以后又一次向西方發(fā)達(dá)國家出口的鐵路貨車。裝貨口蓋(圖1)是該車的重要外覆蓋件，生產(chǎn)數(shù)量多、質(zhì)量要求高。

工件材質(zhì)09CuPCrNi，是鐵路貨車常用的耐侯鋼，具有良好的抗腐蝕性和較高的強度，但它的成形性能比08-F或Q235要差一些。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上看，零件中部加

強筋是典型起伏成形，而兩側(cè)則是彎曲成形。從近年來我廠生產(chǎn)實踐驗證，該類

材料屈服強度較高、塑性較差，成形時容易出現(xiàn)破裂、翹曲等質(zhì)量問題。成形工藝分析及工藝計算

起伏成形是一種使材料局部區(qū)域發(fā)生變形、拉薄，造成局部凹進(jìn)或突起，來改變毛坯形狀的沖壓加工方法。這種方法提高了工件自身的剛度，而且使工件的外形美觀，同時工件在組裝焊接時，抗熱應(yīng)力變形的強度也得到提高。

裝貨口蓋成形的難點就在于中部加強筋的成形，主要有兩個方面的問題：其一是由于板料變形產(chǎn)生拉薄，加上塑性較差，極易導(dǎo)致成形部位破裂；其二是成形時，材料流動的速度和方向不一樣，工件內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，造成板料失穩(wěn)起皺、翹曲。而且后者靠增加工序等手段是很難修復(fù)的。

2.1 成形極限判斷

首先，根據(jù)加強筋的形狀和材料性能，計算材料在一次成形工序中的極限伸長率(圖2)即：

由此可確定，裝貨口蓋加強筋可以一次成形。

2.2 壓邊力的計算

裝貨口蓋加強筋起伏成形時，在筋端頭處，板料要向凸筋流動，以補充材料的不足。這樣在筋端頭部分的材料應(yīng)力狀態(tài)與橢圓形件拉深相似，徑向產(chǎn)生拉應(yīng)力，切向產(chǎn)生壓應(yīng)力。如果不用壓邊，該處將會失穩(wěn)起皺。其壓邊力：

從計算結(jié)果看，所需的壓邊力較大，應(yīng)該采用設(shè)備驅(qū)動壓邊。

2.3 成形數(shù)值模擬及工藝方案的確定

我廠自2000年初開始實施“鐵路貨車產(chǎn)品開發(fā)并行工程”以來，現(xiàn)已裝備了數(shù)值模擬軟件--Dy-naform。它是由ETA公司研制的基于LS-DANA的飯金沖壓仿真分析系統(tǒng)的專業(yè)軟件，是專門處理板材成形有限元分析的數(shù)值模擬系統(tǒng)。基于工藝計算結(jié)果，在計算機上利用沖壓成形數(shù)值模擬系統(tǒng)Dynaform進(jìn)行了成形模擬分析。分析結(jié)果的應(yīng)力云圖見圖3。

從數(shù)值模擬分析結(jié)果看，在壓邊力的作用下，加強筋端頭的褶皺基本消除，但在工件長邊的兩側(cè)出現(xiàn)較大的波浪翹曲現(xiàn)象。主要是由于在壓筋時，每個加強筋端頭成形致使板料產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力相互作用，從而出現(xiàn)波浪翹曲現(xiàn)象，直接影響后序側(cè)邊彎曲。

通過數(shù)值模擬分析，可以預(yù)知，采用先壓加強筋，再進(jìn)行兩側(cè)長邊折彎的工藝方法會產(chǎn)生難以修復(fù)的質(zhì)量問題。

考慮到工件兩側(cè)是彎曲成形，可以采用復(fù)合工序的手段，利用雙動壓力機，先完成工件兩側(cè)的彎，然后再壓加強筋(圖4所示)。這樣第一個動作完成了工件的彎曲成形，又負(fù)責(zé)壓筋時的壓邊，尤其是在完成彎曲成形后，工件的彎曲部位起到了拉延坎的作用，兩道拉延坎的阻力再加上第一個動作設(shè)備自身的壓力，完全阻止了工件長邊兩側(cè)材料的流動，使加強筋兩端成形完全處于脹形狀態(tài)。另外由于彎曲成形在先，增加了工件的自身剛度，阻止了壓筋時導(dǎo)致的翹曲現(xiàn)象。模具設(shè)計

前文已經(jīng)確定了裝貨口蓋沖壓成形的工藝方案。下面將介紹復(fù)合成形模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在模具設(shè)計時，適當(dāng)減小壓筋凹模的圓角r,r=2t(t為板厚)，第一是考慮壓筋凹模的圓角較易磨損，減小凹模圓角可以預(yù)留磨損量，第二是使筋在不破裂的前提下，使加強筋的輪廓更加清晰、美觀。另外壓筋是靠凸模和凹模圓角成形，所以在壓筋凸模下方的凹模部分采用鏤空方式，以避免成形時出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

實踐證明，壓筋同樣存在回彈現(xiàn)象，這里的回彈是指壓形后加強筋的實際高度值，要比設(shè)計凸模高度值小。為了保證筋的尺寸，壓筋凸模高度取16mm。

在第一個動作彎曲成形時，為了提高成形平面度、減小彎曲回彈，采用彈性壓料，彈性壓料裝置在全部成形終了時，兼作卸件器。壓筋凹模鑲在壓料板上。

模具主要結(jié)構(gòu)見圖5。模具工作過程如下：

彎曲上模下行，接觸板料，并在壓料板的作用下壓緊板料，彎曲七模繼續(xù)下行，完成彎曲成形后負(fù)責(zé)壓緊坯件。壓筋上模下行，壓筋凸模接觸坯件，壓筋上模繼續(xù)下行，完成加強筋脹形。壓筋上模上行，彎曲上模上行，壓料板在彈簧力的作用下將工件頂出彎曲凹模。至此，完成工件的全部成形。結(jié)束語

通過對裝貨口蓋成形工藝分析，對可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題作了預(yù)測，找到了較為可靠的復(fù)合工藝方法，利用彎曲成形來抑制或改善壓筋的質(zhì)量缺陷，同時也簡化了工藝過程，提高了生產(chǎn)效率。

模具投人使用后，順利完成了澳大利亞糧食漏斗車裝貨口蓋的壓制工作，工件外觀光滑、棱線清晰，無開裂、無翹曲。可以認(rèn)為，裝貨口蓋沖壓成形工藝分析及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，對鐵路貨車生產(chǎn)中的類似覆蓋件成形，都有借鑒價值。

第五篇：《金屬塑性成形原理》復(fù)習(xí)題

《金屬塑性成形原理》復(fù)習(xí)題 1.什么是金屬的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特點？ 塑性----在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力；

塑性變形---當(dāng)作用在物體上的外力取消后，物體的變形不能完全恢復(fù)而產(chǎn)生的殘余變形；

塑性成形----金屬材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并獲得一定力學(xué)性能 的加工方法，也稱塑性加工或壓力加工；

塑性成形的特點：①組織、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生產(chǎn)效率高 2.試述塑性成形的一般分類。

Ⅰ.按成型特點可分為塊料成形(也稱體積成形)和板料成型兩大類 1）塊料成型是在塑性成形過程中靠體積轉(zhuǎn)移和分配來實現(xiàn)的。可分為一次成型和二次加工。

一次加工：

①軋制----是將金屬坯料通過兩個旋轉(zhuǎn)軋輥間的特定空間使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得一定截面形狀材料的塑性成形方法。分縱軋、橫軋、斜軋；

用于生產(chǎn)型材、板材和管材。

②擠壓----是在大截面坯料的后端施加一定的壓力，將金屬坯料通過一定形狀和尺寸的模孔使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得符合模孔截面形狀的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正擠壓、反擠壓和復(fù)合擠壓；

適于(低塑性的)型材、管材和零件。

③拉拔----是在金屬坯料的前端施加一定的拉力，將金屬坯料通過一定形狀、尺寸的模孔使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得與模孔形狀、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生產(chǎn)棒材、管材和線材。

二次加工：

①自由鍛----是在鍛錘或水壓機上，利用簡單的工具將金屬錠料或坯料鍛成所需的形 狀和尺寸的加工方法。精度低，生產(chǎn)率不高，用于單件小批量或大鍛件。

②模鍛----是將金屬坯料放在與成平形狀、尺寸相同的模腔中使其產(chǎn)生塑性變形，從 而獲得與模腔形狀、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分開式模鍛和閉式模鍛。

2）板料成型一般稱為沖壓。分為分離工序和成形工序。

分離工序：用于使沖壓件與板料沿一定的輪廓線相互分離，如沖裁、剪切等工序；

成型工序：用來使坯料在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，成為具有要求形狀和尺寸的零件，如彎曲、拉深等工序。

Ⅱ.按成型時工件的溫度可分為熱成形、冷成形和溫成形。

3.試分析多晶體塑性變形的特點。

1）各晶粒變形的不同時性。不同時性是由多晶體的各個晶粒位向不同引起的。

2）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性。晶粒之間的連續(xù)性決定，還要求每個晶粒進(jìn)行多系滑移；

每個晶粒至少要求有?5個獨立的滑移系啟動才能保證。

3）晶粒與晶粒之間和晶粒內(nèi)部與晶界附近區(qū)域之間的變形的不均勻性。

Add：

4）滑移的傳遞，必須激發(fā)相鄰晶粒的位錯源。

5）多晶體的變形抗力比單晶體大，變形更不均勻。

6）塑性變形時，導(dǎo)致一些物理，化學(xué)性能的變化。

7）時間性。hcp系的多晶體金屬與單晶體比較，前者具有明顯的晶界阻滯效應(yīng)和極高的加工硬化率，而在立方晶系金屬中，多晶和單晶試樣的應(yīng)力—應(yīng)變曲線就沒有那么大的差別。

4.試分析晶粒大小對金屬塑性和變形抗力的影響。

①晶粒越細(xì)，變形抗力越大。晶粒的大小決定位錯塞積群應(yīng)力場到晶內(nèi)位錯源的距離，而這個距離又影響位錯的數(shù)目n。晶粒越大，這個距離就越大，位錯開動的時間就越長，n也就越大。n越大，應(yīng)力場就越強，滑移就越容易從一個晶粒轉(zhuǎn)移到另一個晶粒。

②晶粒越細(xì)小，金屬的塑性就越好。

a．一定體積，晶粒越細(xì)，晶粒數(shù)目越多，塑性變形時位向有利的晶粒也越多，變形能較均勻的分散到各個晶粒上；

b．從每個晶粒的應(yīng)力分布來看，細(xì)晶粒是晶界的影響區(qū)域相對加大，使得晶粒心部的應(yīng)變與晶界處的應(yīng)變差異減小。這種不均勻性減小了，內(nèi)應(yīng)力的分布較均勻，因而金屬斷裂前能承受的塑性變形量就更大。

5.什么叫加工硬化？產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化對塑性加工生產(chǎn)有何利弊？ 加工硬化----隨著金屬變形程度的增加，其強度、硬度增加，而塑性、韌性降低的現(xiàn)象。加工硬化的成因與位錯的交互作用有關(guān)。隨著塑性變形的進(jìn)行，位錯密度不斷增加，位錯反應(yīng)和相互交割加劇，結(jié)果產(chǎn)生固定割階、位錯纏結(jié)等障礙，以致形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，使位錯難以越過這些障礙而被限制在一定范圍內(nèi)運動。這樣，要是金屬繼續(xù)變形，就需要不斷增加外力，才能克服位錯間強大的交互作用力。

加工硬化對塑性加工生產(chǎn)的利弊：

有利的一面：可作為一種強化金屬的手段，一些不能用熱處理方法強化的金屬材料，可應(yīng)用加工硬化的方法來強化，以提高金屬的承載能力。如大型發(fā)電機上的護環(huán)零件(多用高錳奧氏體無磁鋼鍛制)。

不利的一面：①由于加工硬化后，金屬的屈服強度提高，要求進(jìn)行塑性加工的設(shè)備能力增加；

②由于塑性的下降，使得金屬繼續(xù)塑性變形困難，所以不得不增加中間退火工藝，從而降低了生產(chǎn)率，提高了生產(chǎn)成本。

6.什么是動態(tài)回復(fù)？為什么說動態(tài)回復(fù)是熱塑性變形的主要軟化機制？ 動態(tài)回復(fù)是在熱塑性變形過程中發(fā)生的回復(fù)(自發(fā)地向自由能低的方向轉(zhuǎn)變的過程)。

動態(tài)回復(fù)是熱塑性變形的主要軟化機制，是因為：

①動態(tài)回復(fù)是高層錯能金屬熱變形過程中唯一的軟化機制。動態(tài)回復(fù)是主要是通過位錯的攀移、交滑移等實現(xiàn)的。對于層錯能高的金屬，變形時擴展位錯的寬度窄，集束容易，位錯的交滑移和攀移容易進(jìn)行，位錯容易在滑移面間轉(zhuǎn)移，而使異號位錯相互抵消，結(jié)果使位錯密度下降，畸變能降低，不足以達(dá)到動態(tài)結(jié)晶所需的能量水平。因為這類金屬在熱塑性變形過程中，即使變形程度很大，變形溫度遠(yuǎn)高于靜態(tài)再結(jié)晶溫度，也只發(fā)生動態(tài)回復(fù)，而不發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。

②在低層錯能的金屬熱變形過程中，動態(tài)回復(fù)雖然不充分，但也隨時在進(jìn)行，畸變能也隨時在釋放，因而只有當(dāng)變形程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于靜態(tài)回復(fù)所需要的臨界變形程度時，畸變能差才能積累到再結(jié)晶所需的水平，動態(tài)再結(jié)晶才能啟動，否則也只能發(fā)生動態(tài)回復(fù)。

Add：動態(tài)再結(jié)晶容易發(fā)生在層錯能較低的金屬，且當(dāng)熱加工變形量很大時。這是因為層錯能低，其擴展位錯寬度就大，集束成特征位錯困難，不易進(jìn)行位錯的交滑移和攀移；

而已知動態(tài)回復(fù)主要是通過位錯的交滑移和攀移來完成的，這就意味著這類材料動態(tài)回復(fù)的速率和程度都很低(應(yīng)該說不足)，材料中的一些局部區(qū)域會積累足夠高的位錯密度差(畸變能差)，且由于動態(tài)回復(fù)的不充分，所形成的胞狀亞組織的尺寸小、邊界不規(guī)整，胞壁還有較多的位錯纏結(jié)，這種不完整的亞組織正好有利于再結(jié)晶形核，所有這些都有利于動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。需要更大的變形量上面已經(jīng)提到了。

7.什么是動態(tài)再結(jié)晶？影響動態(tài)再結(jié)晶的主要因素有哪些？動態(tài)再結(jié)晶是在熱塑性變形過程中發(fā)生的再結(jié)晶。動態(tài)再結(jié)晶和靜態(tài)再結(jié)晶基本一樣，也會是通過形核與長大來完成，其機理也是大角度晶界(或亞晶界)想高位錯密度區(qū)域的遷移。

動態(tài)再結(jié)晶的能力除了與金屬的層錯能高低(層錯能越低，熱加工變形量很大時，容易出現(xiàn)動態(tài)再結(jié)晶)有關(guān)外，還與晶界的遷移難易有關(guān)。金屬越存，發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的能力越強。當(dāng)溶質(zhì)原子固溶于金屬基體中時，會嚴(yán)重阻礙晶界的遷移、從而減慢動態(tài)再結(jié)晶的德速率。彌散的第二相粒子能阻礙晶界的移動，所以會遏制動態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行。

9.鋼錠經(jīng)過熱加工變形后其組織和性能發(fā)生了什么變化？(參見?P27-31)①改善晶粒組織②鍛合內(nèi)部缺陷③破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布④形成纖維組織⑤改善偏析 10.冷變形金屬和熱變形金屬的纖維組織有何不同？ 冷變形中的纖維組織：軋制變形時，原來等軸的晶粒沿延伸方向伸長。若變形程度很大，則晶粒呈現(xiàn)為一片纖維狀的條紋，稱為纖維組織。當(dāng)金屬中有夾雜或第二相是，則它們會沿變形方向拉成細(xì)帶狀(對塑性雜質(zhì)而言)或粉碎成鏈狀(對脆性雜質(zhì)而言)，這時在光學(xué)顯微鏡下會很難分辨出晶粒和雜質(zhì)。在熱塑性變形過程中，隨著變形程度的增大，鋼錠內(nèi)部粗大的樹枝狀晶逐漸沿主變形方向伸長，與此同時，晶間富集的雜質(zhì)和非金屬夾雜物的走向也逐漸與主變形方向一致，其中脆性夾雜物(如氧化物，氮化物和部分硅酸鹽等)被破碎呈鏈狀分布；

而蘇醒夾雜物(如硫化物和多數(shù)硅酸鹽等)則被拉長呈條狀、線狀或薄片狀。于是在磨面腐蝕的試樣上便可以看到順主變形方向上一條條斷斷續(xù)續(xù)的細(xì)線，稱為“流線?”，具有流線的組織就稱為“纖維組織”。在熱塑性加工中，由于再結(jié)晶的結(jié)果，被拉長的晶粒變成細(xì)小的等軸晶，而纖維組織卻被很穩(wěn)定的保留下來直至室溫。所以與冷變形時由于晶粒被拉長而形成的纖維組織是不同的。

12.什么是細(xì)晶超塑性？什么是相變超塑性？ ①細(xì)晶超塑性它是在一定的恒溫下，在應(yīng)變速率和晶粒度都滿足要求的條件下所呈現(xiàn)的超塑性。具體地說，材料的晶粒必須超細(xì)化和等軸化，并在在成形期間保持穩(wěn)定。

②相變超塑性要求具有相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。在一定的外力作用下，使金屬或合金在相變溫度附近反復(fù)加熱和冷卻，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后，就可以獲得很大的伸長率。相變超塑性的主要控制因素是溫度幅度和溫度循環(huán)率。

15.什么是塑性？什么是塑性指標(biāo)？為什么說塑性指標(biāo)只具有相對意義? 塑性是指金屬在外力作用下，能穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力，它是金屬的一種重要的加工性能。

塑性指標(biāo)，是為了衡量金屬材料塑性的好壞而采用的某些試驗測得的數(shù)量上的指標(biāo)。

常用的試驗方法有拉伸試驗、壓縮試驗和扭轉(zhuǎn)試驗。

由于各種試驗方法都是相對于其特定的受力狀態(tài)和變形條件的，由此所測定的塑性指標(biāo)(或成形性能指標(biāo))，僅具有相對的和比較的意義。它們說明，在某種受力狀況和變形條件下，哪種金屬的塑性高，哪種金屬的塑性低；

或者對于同一種金屬，在那種變形條件下塑性高，而在哪種變形條件下塑性低。

16.舉例說明雜質(zhì)元素和合金元素對鋼的塑性的影響。(P41-44)①碳：固溶于鐵時形成鐵素體和奧氏體，具有良好的塑性。多余的碳與鐵形成滲碳體(Fe?3C),大大降低塑性；

②磷：一般來說，磷是鋼中的有害雜質(zhì)，它在鐵中有相當(dāng)大的溶解度，使鋼的強度、硬度提高，而塑性、韌性降低，在冷變形時影響更為嚴(yán)重，此稱為冷脆性。

③硫：形成共晶體時熔點降得很低(例如?FeS的熔點為?1190℃，而?Fe-FeS的熔點為?985℃)。這些硫化物和共晶體，通常分布在晶界上，會引起熱脆性。

④氮：當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小(0.002%~0.015%)時，對鋼的塑性無明顯的影響；

但隨著氮化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋼的塑性降降低，導(dǎo)致鋼變脆。如氮在α鐵中的溶解度在高溫和低溫時相 差很大，當(dāng)含氮量較高的鋼從高溫快速冷卻到低溫時，α鐵被過飽和，隨后在室溫或稍高溫度下，氮逐漸以?Fe?4N形式析出，使鋼的塑性、韌性大為降低，這種現(xiàn)象稱為時效脆性。

若在?300℃左右加工時，則會出現(xiàn)所謂“蘭脆”現(xiàn)象。

⑤氫：氫脆和白點。

⑥氧：形成氧化物，還會和其他夾雜物(如?FeS)易熔共晶體(FeS-FeO，熔點為910℃)分布于晶界處，造成鋼的熱脆性。

合金元素的影響：①形成固溶體；

②形成硬而脆的碳化物；

…… 17.試分析單相與多相組織、細(xì)晶與粗晶組織、鍛造組織與鑄造組織對金屬塑性的影響。

①相組成的影響：單相組織(純金屬或固溶體)比多相組織塑性好。多相組織由于各相性能不同，變形難易程度不同，導(dǎo)致變形和內(nèi)應(yīng)力的不均勻分布，因而塑性降低。如碳鋼在高溫時為奧氏體單相組織，故塑性好，而在?800℃左右時，轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體和鐵素體兩相組織，塑性就明顯下降。另外多相組織中的脆性相也會使其塑性大為降低。

②晶粒度的影響：晶粒越細(xì)小，金屬的塑性也越好。因為在一定的體積內(nèi)，細(xì)晶粒金屬的晶粒數(shù)目比粗晶粒金屬的多，因而塑性變形時位向有利的晶粒也較多，變形能較均勻地分散到各個晶粒上；

又從每個晶粒的應(yīng)力分布來看，細(xì)晶粒時晶界的影響局域相對加大，使得晶粒心部的應(yīng)變與晶界處的應(yīng)變差異減小。由于細(xì)晶粒金屬的變形不均勻性較小，由此引起的應(yīng)力集中必然也較小，內(nèi)應(yīng)力分布較均勻，因而金屬在斷裂前可承受的塑性變形量就越大。

③鍛造組織要比鑄造組織的塑性好。鑄造組織由于具有粗大的柱狀晶和偏析、夾雜、氣泡、疏松等缺陷，故使金屬塑性降低。而通過適當(dāng)?shù)腻懺旌螅瑫蛩榇执蟮闹鶢罹Я＋@得細(xì)晶組織，使得金屬的塑性提高。

18.變形溫度對金屬塑性的影響的基本規(guī)律是什么？ 就大多數(shù)金屬而言，其總體趨勢是：隨著溫度的升高，塑性增加，但是這種增加并不是簡單的線性上升；

在加熱過程中的某些溫度區(qū)間，往往由于相態(tài)或晶粒邊界狀態(tài)的變化而出現(xiàn)脆性區(qū)，使金屬的塑性降低。在一般情況下，溫度由絕對零度上升到熔點時，可能出現(xiàn)幾個脆性區(qū)，包括低溫的、中溫的和高溫的脆性區(qū)。下圖是以碳鋼為例：區(qū)域Ⅰ，塑性極低—可能是由與原子熱振動能力極低所致，也可能與晶界組成物脆化有關(guān)；

區(qū)域Ⅱ，稱為藍(lán)脆區(qū)(斷口呈藍(lán)色)，一般認(rèn)為是氮化物、氧化物以沉淀形式在晶界、滑移面上析出 所致，類似于時效硬化。區(qū)域Ⅲ，這和珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，形成鐵素體和奧氏體兩相共存有關(guān)，也可能還與晶界上出現(xiàn)FeS-FeO低熔共晶有關(guān)，為熱脆區(qū)。

19.什么是溫度效應(yīng)？冷變形和熱變形時變形速度對塑性的影響有何不同？ 溫度效應(yīng)：由于塑性變形過程中產(chǎn)生的熱量使變形體溫度升高的現(xiàn)象。(熱效應(yīng)：塑性變形時金屬所吸收的能量，絕大部分都轉(zhuǎn)化成熱能的現(xiàn)象)一般來說，冷變形時，隨著應(yīng)變速率的增加，開始時塑性略有下降，以后由于溫度效應(yīng)的增強，塑性會有較大的回升；

而熱變形時，隨著應(yīng)變速率的增加，開始時塑性通常會有較顯著的降低，以后由于溫度效應(yīng)的增強，而使塑性有所回升，但若此時溫度效應(yīng)過大，已知實際變形溫度有塑性區(qū)進(jìn)入高溫脆區(qū)，則金屬的塑性又急速下降。

2.敘述下列術(shù)語的定義或含義：

①張量：由若干個當(dāng)坐標(biāo)系改變時滿足轉(zhuǎn)換關(guān)系的分量所組成的集合稱為張量；

②應(yīng)力張量：表示點應(yīng)力狀態(tài)的九個分量構(gòu)成一個二階張量，稱為應(yīng)力張量；

.ζη?η.x?xy?xz ③應(yīng)力張量不變量：已知一點的應(yīng)力狀態(tài) ④主應(yīng)力：在某一斜微分面上的全應(yīng)力S和正應(yīng)力ζ重合，而切應(yīng)力η=0，這種切應(yīng)力為?零的微分面稱為主平面，主平面上的正應(yīng)力叫做主應(yīng)力；

⑤主切應(yīng)力：切應(yīng)力達(dá)到極值的平面稱為主切應(yīng)力平面，其面上作用的切應(yīng)力稱為主切應(yīng)力 ⑥最大切應(yīng)力：三個主切應(yīng)力中絕對值最大的一個，也就是一點所有方位切面上切應(yīng)力最大的，叫做最大切應(yīng)力ηmax ⑦主應(yīng)力簡圖：只用主應(yīng)力的個數(shù)及符號來描述一點應(yīng)力狀態(tài)的簡圖稱為主應(yīng)力圖：

⑧八面體應(yīng)力：在主軸坐標(biāo)系空間八個象限中的等傾微分面構(gòu)成一個正八面體，正八面體的每個平面稱為八面體平面，八面體平面上的應(yīng)力稱為八面體應(yīng)力；

⑨等效應(yīng)力：取八面體切應(yīng)力絕對值的3倍所得之參量稱為等效應(yīng)力 ⑩平面應(yīng)力狀態(tài)：變形體內(nèi)與某方向垂直的平面上無應(yīng)力存在，并所有應(yīng)力分量與該方向軸無關(guān)，則這種應(yīng)力狀態(tài)即為平面應(yīng)力狀。實例：薄壁扭轉(zhuǎn)、薄壁容器承受內(nèi)壓、板料成型的一些工序等，由于厚度方向應(yīng)力相對很小而可以忽略，一般作平面應(yīng)力狀態(tài)來處理 11)平面應(yīng)變狀態(tài)：如果物體內(nèi)所有質(zhì)點在同一坐標(biāo)平面內(nèi)發(fā)生變形，而在該平面的法線方向沒有變形，這種變形稱為平面變形，對應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)為平面應(yīng)變狀態(tài)。實例：軋制板、帶材，平面變形擠壓和拉拔等。

12)軸對稱應(yīng)力狀態(tài)：當(dāng)旋轉(zhuǎn)體承受的外力為對稱于旋轉(zhuǎn)軸的分布力而且沒有軸向力時，則物體內(nèi)的質(zhì)點就處于軸對稱應(yīng)力狀態(tài)。實例：圓柱體平砧均勻鐓粗、錐孔模均勻擠壓和拉拔(有徑向正應(yīng)力等于周向正應(yīng)力)。

3.張量有哪些基本性質(zhì)？ ①存在張量不變量②張量可以疊加和分解③張量可分對稱張量和非對稱張量④二階對稱張量存在三個主軸和三個主值 4.試說明應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量的物理意義。

應(yīng)力偏張量只能產(chǎn)生形狀變化，而不能使物體產(chǎn)生體積變化，材料的塑性變形是由應(yīng)力偏張量引起的；

應(yīng)力球張量不能使物體產(chǎn)生形狀變化(塑性變形)，而只能使物體產(chǎn)生體積變化。

12.敘述下列術(shù)語的定義或含義 1)位移：變形體內(nèi)任一點變形前后的直線距離稱為位移；

2)位移分量：位移是一個矢量，在坐標(biāo)系中，一點的位移矢量在三個坐標(biāo)軸上的投影稱為改點的位移分量，一般用?u、v、w或角標(biāo)符號ui?來表示；

3)相對線應(yīng)變：單位長度上的線變形，只考慮最終變形；

4)工程切應(yīng)變：將單位長度上的偏移量或兩棱邊所夾直角的變化量稱為相對切應(yīng)變，也稱工程切應(yīng)變，即δrt?=?tanθxy?=θxy?=αyx?+αxy(直角∠CPA減小時，θxy取正號，增大時取負(fù)號)；

5)切應(yīng)變：定義γ?yx?=γ?xy=?1θyx?為切應(yīng)變；

6)對數(shù)應(yīng)變：塑性變形過程中，在應(yīng)變主軸方向保持不變的情況下應(yīng)變增量的總和，記為它反映了物體變形的實際情況，故稱為自然應(yīng)變或?qū)?shù)應(yīng)變；

7)主應(yīng)變：過變形體內(nèi)一點存在有三個相互垂直的應(yīng)變方向(稱為應(yīng)變主軸)，該方向上線元沒有切應(yīng)變，只有線應(yīng)變，稱為主應(yīng)變，用ε1、ε2、ε3?表示。對于各向同性材料，可以認(rèn)?為小應(yīng)變主方向與應(yīng)力方向重合；

8)主切應(yīng)變：在與應(yīng)變主方向成±?45°角的方向上存在三對各自相互垂直的線元，它們的切?應(yīng)變有極值，稱為主切應(yīng)變；

9)最大切應(yīng)變：三對主切應(yīng)變中，絕對值最大的成為最大切應(yīng)變；

10)應(yīng)變張量不變量：

11)主應(yīng)變簡圖：用主應(yīng)變的個數(shù)和符號來表示應(yīng)變狀態(tài)的簡圖；

12)八面體應(yīng)變：如以三個應(yīng)變主軸為坐標(biāo)系的主應(yīng)變空間中，同樣可作出正八面體，八面體平面的法線方向線元的應(yīng)變稱為八面體應(yīng)變 13)應(yīng)變增量：產(chǎn)生位移增量后，變形體內(nèi)質(zhì)點就有相應(yīng)無限小的應(yīng)變增量，用dεij?來表示；

14)應(yīng)變速率：單位時間內(nèi)的應(yīng)變稱為應(yīng)變速率，俗稱變形速度，用ε&?表示，其單位為?s-1；

15)位移速度：

14.試說明應(yīng)變偏張量和應(yīng)變球張量的物理意義。應(yīng)變偏張量εij?/----表示變形單元體形狀的變化；

應(yīng)變球張量δijεm----表示變單元體體積的變化；

塑性變形時，根據(jù)體積不變假設(shè)，即εm?=?0，故此時應(yīng)變偏張量即為應(yīng)變張量 15.塑性變形時應(yīng)變張量和應(yīng)變偏張量有何關(guān)系？其原因何在？塑性變形時應(yīng)變偏張量就是應(yīng)變張量，這是根據(jù)體積不變假設(shè)得到的，即εm?=?0，應(yīng)變球張量不存在了。

16.用主應(yīng)變簡圖表示塑性變形的類型有哪些？ 三個主應(yīng)變中絕對值最大的主應(yīng)變，反映了該工序變形的特征，稱為特征應(yīng)變。如用主應(yīng)變簡圖來表示應(yīng)變狀態(tài)，根據(jù)體積不變條件和特征應(yīng)變，則塑性變形只能有三種變形類型 ①壓縮類變形，特征應(yīng)變?yōu)樨?fù)應(yīng)變(即ε1＜0)另兩個應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變，ε2?+ε3?=.ε1?；

②剪切類變形(平面變形)，一個應(yīng)變?yōu)榱悖渌麅蓚€應(yīng)變大小相等，方向相反，ε2?=0，ε1 =.ε3?；

③伸長類變形，特征應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變，另兩個應(yīng)變?yōu)樨?fù)應(yīng)變，ε1?=.ε2.ε3。

17.對數(shù)應(yīng)變有何特點？它與相對線應(yīng)變有何關(guān)系？ 對數(shù)應(yīng)變能真實地反映變形的積累過程，所以也稱真實應(yīng)變，簡稱真應(yīng)變。它具有如下 特點：

①對數(shù)應(yīng)變有可加性，而相對應(yīng)變?yōu)椴豢杉討?yīng)變；

②對數(shù)應(yīng)變?yōu)榭杀葢?yīng)變，相對應(yīng)變?yōu)椴豢杀葢?yīng)變；

③相對應(yīng)變不能表示變形的實際情況，而且變形程度愈大，誤差也愈大。

對數(shù)應(yīng)變可以看做是由相對線應(yīng)變?nèi)?shù)得到的。

21.敘述下列術(shù)語的定義或含義：

Ⅰ屈服準(zhǔn)則：在一定的變形條件(變形溫度、變形速度等)下，只有當(dāng)各應(yīng)力分量之間符合一定關(guān)系時，質(zhì)點才開始進(jìn)入塑性狀態(tài)，這種關(guān)系稱為屈服準(zhǔn)則，也稱塑性條件，它是描述受力物體中不同應(yīng)力狀態(tài)下的質(zhì)點進(jìn)入塑性狀態(tài)并使塑性變形繼續(xù)進(jìn)行所必須遵守的力學(xué)條件；

Ⅱ屈服表面：屈服準(zhǔn)則的數(shù)學(xué)表達(dá)式在主應(yīng)力空間中的幾何圖形是一個封閉的空間曲面稱為屈服表面。假如描述應(yīng)力狀態(tài)的點在屈表面上，此點開始屈服。對各向同性的理想塑性材料，則屈服表面是連續(xù)的，屈服表面不隨塑性流動而變化。

Ⅲ屈服軌跡：兩向應(yīng)力狀態(tài)下屈服準(zhǔn)則的表達(dá)式在主應(yīng)力坐標(biāo)平面上的集合圖形是封閉的曲線，稱為屈服軌跡，也即屈服表面與主應(yīng)力坐標(biāo)平面的交線。

22.常用的屈服準(zhǔn)則有哪兩個？如何表述？分別寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。

常用的兩個屈服準(zhǔn)則是?Tresca屈服準(zhǔn)則和?Mises屈服準(zhǔn)則，數(shù)學(xué)表達(dá)式分別為max?min Tresca屈服準(zhǔn)則：ηmax?=ζ.ζ?=?C2?式中，ζmax、ζ?min----帶數(shù)值最大、最小的主應(yīng)力；

C----與變形條件下的材料性質(zhì)有關(guān)而與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)的常數(shù)，它可通過單向均勻拉伸試驗求的。

Tresca屈服準(zhǔn)則可以表述為：在一定的變形條件下，當(dāng)受力體內(nèi)的一點的最大切應(yīng)力ηmax?達(dá)到某一值時，該點就進(jìn)入塑性狀體。

Mises屈服準(zhǔn)則：ζ=?1(ζ1.ζ?2)2?+(ζ?2.ζ3)2?+(ζ3.ζ1)2?=ζs2?=?1 ζ)()()()2(s2zx2yz2xy2xz2zy2yx6ζηηηζζζζζ=+++.+.+.所以?Mises屈服準(zhǔn)則可以表述為：在一定的變形條件下，當(dāng)受力體內(nèi)一點的等效應(yīng)力?ζ達(dá)到某一定值時，該點就進(jìn)入塑性狀態(tài)。

23.兩個屈服準(zhǔn)則有何差別？在什么狀態(tài)下兩個屈服準(zhǔn)則相同？什么狀態(tài)下差別最大？ Ⅰ共同點：

①屈服準(zhǔn)則的表達(dá)式都和坐標(biāo)的選擇無關(guān)，等式左邊都是不變量的函數(shù)；

②三個主應(yīng)力可以任意置換而不影響屈服，同時，認(rèn)為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的作用是一樣的；

③各表達(dá)式都和應(yīng)力球張量無關(guān)。

不同點：①Tresca屈服準(zhǔn)則沒有考慮中間應(yīng)力的影響，三個主應(yīng)力的大小順序不知道時，使用不方便；

而?Mises屈服準(zhǔn)則則考慮了中間應(yīng)力的影響，使用方便。

Ⅱ兩個屈服準(zhǔn)則相同的情況在屈服軌跡上兩個屈服準(zhǔn)則相交的點表示此時兩個屈服準(zhǔn)則相同，有六個點，四個單向應(yīng)力狀態(tài)，兩個軸對稱應(yīng)力狀態(tài)。

Ⅲ兩個屈服準(zhǔn)則差別最大的情況:在屈服軌跡上連個屈服準(zhǔn)則對應(yīng)距離最遠(yuǎn)的點所對應(yīng)的情況，此時二者相差最大，也是六個點，四個平面應(yīng)力狀態(tài)(也可是平面應(yīng)變狀態(tài))，兩個純切應(yīng)力狀態(tài)，相差為?15.5%。

28.敘述下列術(shù)語的定義或含義：

1)增量理論：又稱流動理論，是描述材料處于塑性狀態(tài)時，應(yīng)力與應(yīng)變增量或應(yīng)變速率之間關(guān)系的理論，它是針對加載過程中的每一瞬間的應(yīng)力狀態(tài)所確定的該瞬間的應(yīng)變增量，這樣就撇開了加載歷史的影響；

2)全量理論：在一定條件下直接確定全量應(yīng)變的理論，也叫形變理論，它是要建立塑性變形全量應(yīng)變和應(yīng)力之間的關(guān)系。

3)比例加載：外載荷的各分量按比例增加，即單調(diào)遞增，中途不卸載的加載方式，滿足Ti?=CT?i?0?；

4)標(biāo)稱應(yīng)力：也稱名義應(yīng)力或條件應(yīng)力，是在拉伸機上拉伸力與原始橫斷面積的比值；

5)真實應(yīng)力：也就是瞬時的流動應(yīng)力，用單向均勻拉伸(或壓縮)是各加載瞬間的載荷?P與該瞬間試樣的橫截面積A之比來表示；

6)拉伸塑性失穩(wěn)：拉伸過程中發(fā)生縮頸的現(xiàn)象 7)硬化材料:考慮在塑性變形過程中因形狀變化而會發(fā)生加工硬化的材料；

8)理想彈塑性材料：在塑性變形時，需考慮塑性變形之前的彈性變形，而不考慮硬化的材料，也即材料進(jìn)入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力不在增加可連續(xù)產(chǎn)生塑性變形；

9)理性剛塑性材料：在研究塑性變形時，既不考慮彈性變形，又不考慮變形過程中的加工硬化的材料；

10)彈塑性硬化材料：在塑性變形時，既需要考慮塑性變形前的彈性變形，又要考慮加工硬化的材料；

11)剛塑性硬化材料：在研究塑性變形時，不考慮塑性變形前的彈性變形，但需要考慮變形過程中的加工硬化的材料。

29.塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有何特點？為什么說塑性變形時應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系與加載歷史有關(guān)？ 在塑性變形時，應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點：

①應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系時非線性的，因此，全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合；

②塑性變形時可以認(rèn)為體積不變，即應(yīng)變球張量為零，泊松比?υ=0.5；

③對于應(yīng)變硬化材料，卸載后在重新加載時的屈服應(yīng)力就是卸載時的屈服應(yīng)力，比初始屈服應(yīng)力要高；

④塑性變形時不可逆的，與應(yīng)變歷史有關(guān)，即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不在保持單值關(guān)系。塑性變形應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系與加載歷史有關(guān)，可以通過單向拉伸時的應(yīng)力應(yīng)變曲線和不同加載路線的盈利與應(yīng)變圖來說明?P120 30.全量理論使用在什么場合？為什么？ 全量理論適用在簡單加載的條件下，因為在簡單加載下才有應(yīng)力主軸的方向固定不變，也就是應(yīng)變增量的主軸是和應(yīng)力主軸是重合的，這種條件下對勞斯方程積分得到全量應(yīng)變和應(yīng)力之間的關(guān)系，就是全量理論。

31.在一般情況下對應(yīng)變增量積分是否等于全量應(yīng)變？為什么？在什么情況下這種積分才能成立？ 一般情況下是對應(yīng)變增量積分是不等于全量應(yīng)變的，因為一般情況下塑性變形時全量應(yīng)變主軸與與應(yīng)力主軸不一定重合。在滿足簡單加載的的條件下，這種積分才成立。一般情況下很難做到比例加載，但滿足幾個條件可實現(xiàn)比例加載。可參看第三章第五節(jié)中全量理論的部分內(nèi)容。

1.對塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析有何重要意義？ 對塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析，是檢驗成形件的質(zhì)量的一種手段，能夠?qū)Τ尚渭鞒鲚^為全面的評估，指明成形件能否使用和在使用過程中應(yīng)該注意的問題，可有效防止不必要的安全事故和經(jīng)濟損失。

2.試述對塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析的一般過程即分析方法。

一般過程：調(diào)查原始情況→弄清質(zhì)量問題→試驗研究分析→提出解決措施；

分析方法：低倍組織試驗、金相試驗及金屬變形金屬變形流動分析試驗。

3.試分別從力學(xué)和組織方面分析塑性成形件中產(chǎn)生裂紋的原因。

①力學(xué)分析：能否產(chǎn)生裂紋，與應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變積累、應(yīng)變速率及溫度等很多因素有關(guān)。其中應(yīng)力狀態(tài)主要反映力學(xué)的條件。

物體在外力的作用下，其內(nèi)部各點處于一定的應(yīng)力狀態(tài)，在不同的方位將作用有不同的正應(yīng)力及切應(yīng)力。材料斷裂(產(chǎn)生裂紋)形式一般有兩種：一是切斷，斷裂面是平行于最大切應(yīng)力或最大切應(yīng)變方向；

另一種是正斷，斷裂面垂直于最大正應(yīng)力或正應(yīng)變方向。塑性成形過程中，材料內(nèi)部的應(yīng)力除了由外力引起外，還有由于變形不均勻而引起的附加應(yīng)力。由于溫度不均而引起的溫度應(yīng)力和因組織轉(zhuǎn)變不同時進(jìn)行而產(chǎn)生的組織應(yīng)力。這些應(yīng)力超過極限值時都會使材料發(fā)生破壞(產(chǎn)生裂紋)。

1)由外力直接引起的裂紋；

2)由附加應(yīng)力及殘余應(yīng)力引起的裂紋；

3)由溫度應(yīng)力(熱應(yīng)力)及組織應(yīng)力引起的裂紋。

②組織分析：塑性成形中的裂紋一般發(fā)生在組織不均勻或帶有某些缺陷的材料中，同時，金屬的晶界往往是缺陷比較集中的地方，因此，塑性成形件中的裂紋一般產(chǎn)生于晶界或相界處。

1)材料中由冶金和組織缺陷處應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋；

2)第二相及夾雜物本身的強度低和塑性低而產(chǎn)生裂紋：a晶界為低熔點物質(zhì)；

b晶界存在脆性的第二相或非金屬夾雜物；

c第二相為強度低于基體的韌性相；

3)第二相及非金屬夾雜與基體之間的力學(xué)性能和理化性能上有差異而產(chǎn)生裂紋。

4.防止產(chǎn)生裂紋的原則措施是什么？ 1)增加靜水壓力；

2)選擇和控制合適的變形溫度和變形速度；

3)采用中間退火，以便消除變形過程中產(chǎn)生的硬化、變形不均勻、殘余應(yīng)力等；

4)提高原材料的質(zhì)量。

5.什么是鋼的奧氏體本質(zhì)晶粒度和鋼的奧氏體實際晶粒度？ 鋼的奧氏體本質(zhì)晶粒度是將鋼加熱到?930℃，保溫一段時間(一般?3—8h)，冷卻后在室溫下放大?100倍觀察到的晶粒大小。鋼的本事晶粒度一般反映鋼的冶金質(zhì)量，它表征鋼的工藝特性；

鋼的奧氏體實際晶粒度是指鋼加熱到某一溫度下獲得奧氏體晶粒大小。奧氏體實際晶粒度則影響零件的使用性能。

6.晶粒大小對材料的力學(xué)性能有何影響？ 一般情況下，晶粒細(xì)化可以提高金屬材料的屈服強度、疲勞強度、塑性和沖擊韌度，降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。

7.影響晶粒大小的主要因素有哪些？這些因素是如何影響晶粒大小的？ 對于熱加工過程來說，變形溫度、變形程度和機械阻礙物是影響形核速度和長大速度的三個基本參數(shù)。下面討論這三個基本參數(shù)對晶粒大小的影響。

1)加熱溫度(包括塑性變形前的加熱溫度和固溶處理時的加熱溫度)溫度對原子的擴散能力有重要影響。隨著溫度的升高，原子(特別是晶界原子)的移動、擴散能力不斷增強，晶粒之間并吞速度加劇，晶粒的這種長大可以在很短的時間內(nèi)完成。所以晶粒隨溫度升高而長大是一種必然現(xiàn)象。

2)變形程度：熱變形的晶粒大小與變形程度之間的關(guān)系和?5-17相似。

第一個大晶粒區(qū)，叫臨界變形區(qū)。臨界變形區(qū)是屬于一種小變形量范圍。因為其變形量小，金屬內(nèi)部只是局部地區(qū)受到變形。在再結(jié)晶時，這些受到變形的局部地區(qū)會產(chǎn)生再結(jié)晶核心，由于產(chǎn)生的核心數(shù)目不多，這些為數(shù)不多的核心將不斷長大直到它們互相接觸，結(jié)果獲得了粗大晶粒。當(dāng)變形量大于臨界變形程度時，金屬內(nèi)部均產(chǎn)生了較大的塑性變形，由于具有了較高的畸變能，因而再結(jié)晶能同時形成較多的再結(jié)晶核心，這些核心稍微長大就相互解除了，所以再結(jié)晶后獲得了細(xì)晶粒。當(dāng)變形量足夠大時，出現(xiàn)了第二個大晶粒區(qū)。該區(qū)的粗大晶粒與臨界變形時所產(chǎn)生的大晶粒不同。一般認(rèn)為，該區(qū)是在變形時先形成變形織構(gòu)，經(jīng)再結(jié)晶后形成了織構(gòu)大晶粒所致。可能的原因還可能是：

①由于變形程度大(90%以上)，內(nèi)部產(chǎn)生很大的熱效應(yīng)，引起鍛件實際變形溫度大幅度升高；

②由于變形程度大，使那些沿晶界分布的雜質(zhì)破碎并分散，造成變形的晶粒與晶粒之間局部地區(qū)直接接觸(與織構(gòu)的區(qū)別在于這時相互接觸的晶粒位向差可以是比較大的)，從而促使形成大晶粒。

3)機械阻礙物:機械阻礙物的存在形式分兩類：一類是鋼在冶煉凝固時從液相直接析出的，顆粒比較大，成偏析或統(tǒng)計分布；

另一類是鋼凝固后，在繼續(xù)冷卻過程中從奧氏體晶粒內(nèi)析出的，顆粒十分細(xì)小，分布在晶界上。后一類比前一類的阻礙作用大得多。機械阻礙物的作用主要表現(xiàn)在對晶界的釘扎作用上。一旦機械阻礙物溶入晶內(nèi)時，晶界上就不存在機械阻礙作用了，晶粒便可立即長大到與所處溫度對應(yīng)的晶粒大小。對晶粒的影響，除以上三個基本因素外，還有變形速度、原始晶粒度和化學(xué)成分等。

8.細(xì)化晶粒的主要途徑有哪些？ ①在原材料冶煉時加入一些合金元素(如鉭、鈮、鋯、鉬、鎢、釩、鈦等)及最終采用鋁、鈦等作脫氧劑。它們的細(xì)化作用主要在于：當(dāng)液態(tài)金屬凝固時，那些高熔點化合物起彌散的結(jié)晶核心作用，從而保證獲得極細(xì)晶粒。此外這些化合物同時又都起到機械阻礙的作用，是已形成的細(xì)晶粒不易長大。

②采用適當(dāng)?shù)淖冃纬潭群妥冃螠囟取Ｋ苄宰冃螘r應(yīng)恰當(dāng)控制最高變形溫度(既要考慮加熱溫度，也要考慮到熱效應(yīng)引起的升溫)，以免發(fā)生聚集再結(jié)晶。如果變形量較小時，應(yīng)適當(dāng)降低變形溫度。

③采用鍛后正火(或退火)等相變重結(jié)晶的方法。必要時利用奧氏體再結(jié)晶規(guī)律進(jìn)行高溫正火來細(xì)化晶粒。

11.什么是塑性失穩(wěn)？拉伸失穩(wěn)與壓縮失穩(wěn)有什么本質(zhì)區(qū)別？ 塑性失穩(wěn)：在塑性加工中，當(dāng)材料所受載荷達(dá)到某一臨界值后，即使載荷下降，塑性變形還會繼續(xù)，這種現(xiàn)象稱為塑性失穩(wěn)。壓縮失穩(wěn)的主要影響因素是剛度參數(shù)，它在塑性成形中主要表現(xiàn)為坯料的彎曲和起皺，在彈性和塑性變形范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生；

拉伸失穩(wěn)的主要影響因素是強度參數(shù)，它主要表現(xiàn)為明顯的非均勻伸長變形，在坯料上產(chǎn)生局部變薄或變細(xì)的現(xiàn)象，其進(jìn)一步發(fā)展是坯料的拉斷和破裂，它只產(chǎn)生于塑性變形范圍內(nèi)。

13.桿件的塑性壓縮失穩(wěn)與板料的塑性壓縮失穩(wěn)其表現(xiàn)形式有何不同？ 桿件的壓縮失穩(wěn)表現(xiàn)為彎曲；

板料的壓縮失穩(wěn)表現(xiàn)為起皺 14.塑性壓縮失穩(wěn)的臨界壓應(yīng)力與那些因素有關(guān)？(P180-184)15.在板料拉深中，引起法蘭變形區(qū)起皺的原因是什么？在生產(chǎn)實踐中，如何防止法蘭變形區(qū)的起皺？ 原因：壓縮力引起的失穩(wěn)起皺。成形過程中變形區(qū)坯料的徑向拉應(yīng)力ζ1和切向壓應(yīng)力ζ3?的平面應(yīng)力狀態(tài)下變形，當(dāng)切向壓應(yīng)力ζ3?達(dá)到失穩(wěn)臨界值時，坯料將產(chǎn)生失穩(wěn)起皺。

防止方法：加設(shè)壓邊圈 一、填空題 1.衡量金屬或合金的塑性變形能力的數(shù)量指標(biāo)有 伸長率 和 斷面收縮率。

2.所謂金屬的再結(jié)晶是指 冷變形金屬加熱到更高的溫度后，在原來變形的金屬中會重新形成新的無畸變的等軸晶，直至完全取代金屬的冷變形組織 的過程。

3.金屬熱塑性變形機理主要有：

晶內(nèi)滑移、晶內(nèi)孿生、晶界滑移 和 擴散蠕變 等。

4.請將以下應(yīng)力張量分解為應(yīng)力球張量和應(yīng)力偏張量 ＝ ＋ 5.對應(yīng)變張量，請寫出其八面體線變 與八面體切應(yīng)變 的表達(dá)式。

＝ ；

＝。

6.1864 年法國工程師屈雷斯加（H.Tresca）根據(jù)庫倫在土力學(xué)中研究成果，并從他自已所做的金屬擠壓試驗，提出材料的屈服與最大切應(yīng)力有關(guān)，如果采用數(shù)學(xué)的方式，屈雷斯加屈服條件可表述為。

7.金屬塑性成形過程中影響摩擦系數(shù)的因素有很多，歸結(jié)起來主要有 金屬的種類和化學(xué)成分、工具的表面狀態(tài)、接觸面上的單位壓力、變形溫度、變形速度 等幾方面的因素。

8.變形體處于塑性平面應(yīng)變狀態(tài)時，在塑性流動平面上滑移線上任一點的切線方向即為該點的最大切應(yīng)力方向。對于理想剛塑性材料處于平面應(yīng)變狀態(tài)下，塑性區(qū)內(nèi)各點的應(yīng)力狀態(tài)不同其實質(zhì)只是平均應(yīng)力 不同，而各點處的 最大切應(yīng)力 為材料常數(shù)。

9.在眾多的靜可容應(yīng)力場和動可容速度場中，必然有一個應(yīng)力場和與之對應(yīng)的速度場，它們滿足全部的靜可容和動可容條件，此唯一的應(yīng)力場和速度場，稱之為 真實 應(yīng)力場和 真實 速度場，由此導(dǎo)出的載荷，即為 真實 載荷，它是唯一的。

10.設(shè)平面三角形單元內(nèi)部任意點的位移采用如下的線性多項式來表示：

，則單元內(nèi)任一點外的應(yīng)變可表示為 ＝。

11、金屬塑性成形有如下特點：

、、、。

12、按照成形的特點，一般將塑性成形分為 和 兩大類，按照成形時工件的溫度還可以分為、和 三類。

13、金屬的超塑性分為 和 兩大類。

14、晶內(nèi)變形的主要方式和單晶體一樣分為 和。

其中 變形是主要的，而 變形是次要的，一般僅起調(diào)節(jié)作用。

15、冷變形金屬加熱到更高的溫度后，在原來變形的金屬中會重新形成新的無畸變的等軸晶，直至完全取代金屬的冷變形組織，這個過程稱為金屬的。

16、常用的摩擦條件及其數(shù)學(xué)表達(dá)式。

17、研究塑性力學(xué)時，通常采用的基本假設(shè)有、、、體積力為零、初應(yīng)力為零、。

19.塑性是指：

在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力。

20.金屬單晶體變形的兩種主要方式有：

滑移 和 孿生。

21．影響金屬塑性的主要因素有：

化學(xué)成分、組織、變形溫度、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)。

22.等效應(yīng)力表達(dá)式： 。

23.一點的代數(shù)值最大的 __ 主應(yīng)力 __ 的指向稱為 第一主方向，由 第一主方向順時針轉(zhuǎn) 所得滑移線即為 線。

24.平面變形問題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力 σ z =。

25．塑性成形中的三種摩擦狀態(tài)分別是：

干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦。

26．對數(shù)應(yīng)變的特點是具有真實性、可靠性和可加。

27．就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢是，隨著溫度的升高，塑性　提高。

28．鋼冷擠壓前，需要對坯料表面進(jìn)行磷化皂化　潤滑處理。

29．為了提高潤滑劑的潤滑、耐磨、防腐等性能常在潤滑油中加入的少量活性物質(zhì)的總稱叫添加劑。

30．材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過 １００％ 的現(xiàn)象叫超塑性。

31．韌性金屬材料屈服時，密塞斯（Mises）準(zhǔn)則較符合實際的。

32．硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生熱脆。

33．塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做理想塑性材料。

34．應(yīng)力狀態(tài)中的壓　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

35．平面應(yīng)變時，其平均正應(yīng)力sｍ　等于　中間主應(yīng)力s２。

36．鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性 降低。

37．材料經(jīng)過連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實應(yīng)變?yōu)閑１＝０.1，第二次的真實應(yīng)變?yōu)閑２＝０.25，則總的真實應(yīng)變e＝0.35。

38．塑性指標(biāo)的常用測量方法 拉伸試驗法與壓縮試驗法。

39．彈性變形機理 原子間距的變化；

塑性變形機理 位錯運動為主。

二、下列各小題均有多個答案，選擇最適合的一個填于橫線上 1．塑性變形時，工具表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響A工件表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

2．塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做　A。

Ａ、理想塑性材料；

Ｂ、理想彈性材料；

Ｃ、硬化材料；

3． 用近似平衡微分方程和近似塑性條件求解塑性成形問題的方法稱為　B。

Ａ、解析法；

Ｂ、主應(yīng)力法；

Ｃ、滑移線法；

4． 韌性金屬材料屈服時，A準(zhǔn)則較符合實際的。

Ａ、密席斯；

Ｂ、屈雷斯加；

Ｃ密席斯與屈雷斯加；

5．由于屈服原則的限制，物體在塑性變形時，總是要導(dǎo)致最大的 A 散逸，這叫最大散逸功原理。

Ａ、能量；

Ｂ、力；

Ｃ、應(yīng)變；

6． 硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生　A。

Ａ、熱脆性；

Ｂ、冷脆性；

Ｃ、蘭脆性；

7． 應(yīng)力狀態(tài)中的B　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

Ａ、拉應(yīng)力；

Ｂ、壓應(yīng)力；

Ｃ、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；

8．平面應(yīng)變時，其平均正應(yīng)力sｍB中間主應(yīng)力s２。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

9． 鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性 B。

Ａ、提高；

Ｂ、降低；

Ｃ、沒有變化；

10．多晶體經(jīng)過塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長的現(xiàn)象稱為　A。

Ａ、纖維組織；

Ｂ、變形織構(gòu)；

Ｃ、流線；

三、判斷題 1．按密塞斯屈服準(zhǔn)則所得到的最大摩擦系數(shù)μ=0.5。

（×）2．塑性變形時，工具表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。

（×）3．靜水壓力的增加，對提高材料的塑性沒有影響。（×）4．在塑料變形時要產(chǎn)生硬化的材料叫理想剛塑性材料。

（×）5．塑性變形體內(nèi)各點的最大剪應(yīng)力的軌跡線叫滑移線。（√）6．塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。

（√）7．塑性就是柔軟性。

（×）8．合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。

（×）9．合金鋼中的白點現(xiàn)象是由于夾雜引起的。

（×）10．結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為，對于超塑性金屬m =0.02-0.2。

（×）11．影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。

（√）12．屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面應(yīng)變上，兩個準(zhǔn)則是一致的。

（×）13．變形速度對摩擦系數(shù)沒有影響。

（×）14．靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。（√）15．碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。（×）16．如果已知位移分量，則按幾何方程求得的應(yīng)變分量自然滿足協(xié)調(diào)方程；

若是按其它方法求得的應(yīng)變分量，也自然滿足協(xié)調(diào)方程，則不必校驗其是否滿足連續(xù)性條件。

（×）17．在塑料變形時金屬材料塑性好，變形抗力就低，例如：不銹鋼（×）四、簡答題 1.純剪切應(yīng)力狀態(tài)有何特點？ 答：純剪切應(yīng)力狀態(tài)下物體只發(fā)生形狀變化而不發(fā)生體積變化。

純剪應(yīng)力狀態(tài)下單元體應(yīng)力偏量的主方向與單元體應(yīng)力張量的主方向一致，平均應(yīng)力。

其第一應(yīng)力不變量也為零。

3.塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點？ 答：在塑性變形時，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點：

(1)應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是非線性的，因此，全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合。

(2)塑性變形時，可以認(rèn)為體積不變，即應(yīng)變球張量為零，泊松比。

(3)對于應(yīng)變硬化材料，卸載后再重新加載時的屈服應(yīng)力就是報載時的屈服應(yīng)力，比初始屈服應(yīng)力要高。

(4)塑性變形是不可逆的，與應(yīng)變歷史有關(guān)，即應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系不再保持單值關(guān)系。

1．試簡述提高金屬塑性的主要途徑。

答：可通過以下幾個途徑來提高金屬塑性：

(1)提高材料的成分和組織的均勻性；

(2)合理選擇變形溫度和變形速度；

(3)選擇三向受壓較強的變形方式；

(4)減少變形的不均勻性。

2．請簡述應(yīng)變速率對金屬塑性的影響機理。

答：應(yīng)變速度通過以下幾種方式對塑性發(fā)生影響：

(1)增加應(yīng)變速率會使金屬的真實應(yīng)力升高，這是由于塑性變形的過程比較復(fù)雜，需要有一定的時間來進(jìn)行。

(2)增加應(yīng)變速率，由于沒有足夠的時間進(jìn)行回復(fù)或再結(jié)晶，因而軟化過程不充分而使金屬的塑性降低。

(3)增加應(yīng)變速率，會使溫度效應(yīng)增大和金屬的溫度升高，這有利于金屬塑性的提高。

綜上所述，應(yīng)變速率的增加，既有使金屬塑性降低的一面，又有使金屬塑性增加的一面，這兩方面因素綜合作用的結(jié)果，最終決定了金屬塑性的變化。

3．請簡述彈性變形時應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的特點。

答：彈性變形時應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有如下特點：

(1)應(yīng)力與應(yīng)變完全成線性關(guān)系，即應(yīng)力主軸與全量應(yīng)變主軸重合。

(2)彈性變形是可逆的，與應(yīng)變歷史（加載過程）無關(guān)，即某瞬時的物體形狀、尺寸只與該瞬時的外載有關(guān)，而與瞬時之前各瞬間的載荷情況無關(guān)。

(3)彈性變形時，應(yīng)力球張量使物體產(chǎn)生體積的變化，泊松比。

三、計算題 1．對于直角坐標(biāo)系 Oxyz 內(nèi)，已知受力物體內(nèi)一點的應(yīng)力張量為，應(yīng)力單位為 Mpa，(1)畫出該點的應(yīng)力單元體；

(2)求出該點的應(yīng)力張量不變量、主應(yīng)力及主方向、最大切應(yīng)力、八面體應(yīng)力、應(yīng)力偏張量及應(yīng)力球張量。

解：

(1)該點的應(yīng)力單元體如下圖所示(2)應(yīng)力張量不變量如下 故得應(yīng)力狀態(tài)方程為 解之得該應(yīng)力狀態(tài)的三個主應(yīng)力為（Mpa）設(shè)主方向為，則主應(yīng)力與主方向滿足如下方程 即，解之則得，解之則得，解之則得 最大剪應(yīng)力為：

八面體正應(yīng)力為：

Mpa 八面體切應(yīng)力為：

應(yīng)力偏張量為：，應(yīng)力球張量為：

2．已知金屬變形體內(nèi)一點的應(yīng)力張量為 Mpa，求：

(1)計算方向余弦為 l=1/2，m=1/2，n= 的斜截面上的正應(yīng)力大小。

(2)應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量；

(3)主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力；

解：

(1)可首先求出方向余弦為（l,m,n）的斜截面上的應(yīng)力（）進(jìn)一步可求得斜截面上的正應(yīng)力 ：

(2)該應(yīng)力張量的靜水應(yīng)力 為 其應(yīng)力偏張量 應(yīng)力球張量(3)在主應(yīng)力面上可達(dá)到如下應(yīng)力平衡 其中 欲使上述方程有解，則 即 解之則得應(yīng)力張量的三個主應(yīng)力：

對應(yīng)地，可得最大剪應(yīng)力。

3．若變形體屈服時的應(yīng)力狀態(tài)為：-30 0 0 15 0 23 ′ ÷ ÷ ÷ ? ? ? ? ? è ? × × × = ij s MPa 試分別按Mises和Tresca塑性條件計算該材料的屈服應(yīng)力及值，并分析差異大小。

解：，Tresca準(zhǔn)則：

MPa 而＝＝1 Mises準(zhǔn)則：

MPa 而＝＝1.07 或者：，4．某理想塑性材料，其屈服應(yīng)力為100(單位：10MPa)，某點的應(yīng)力狀態(tài)為：

MPa 將其各應(yīng)力分量畫在如圖所示的應(yīng)力單元圖中，并判斷該點處于什么狀態(tài)（彈性/塑性）？ 答：＝－300MPa ＝230MPa ＝150MPa ＝－30 MPa ====0 根據(jù)應(yīng)力張量第一、第二、第三不變量公式：

＝++-＝＋＋ ＝ 將、、、、、、、、代入上式得：

＝8，＝804，＝－10080(單位：10MPa)將、、代入－－б－＝0，令>>解得：

=24 =14 =－30(單位：10MPa)根據(jù)Mises屈服準(zhǔn)則：

等效應(yīng)力 ＝ ＝49.76(單位：10MPa)(單位：10MPa)因此,該點處于彈性狀態(tài)。

一、填空題 1.設(shè)平面三角形單元內(nèi)部任意點的位移采用如下的線性多項式來表示：

，則單元內(nèi)任一點外的應(yīng)變可表示為 ＝。

2.塑性是指：

在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力。

3.金屬單晶體變形的兩種主要方式有：

滑移 和 孿生。

4.等效應(yīng)力表達(dá)式：。

5.一點的代數(shù)值最大的 __ 主應(yīng)力 __ 的指向稱為 第一主方向，由 第一主方向順時針轉(zhuǎn) 所得滑移線即為 線。

6.平面變形問題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力 σ z =。

7．塑性成形中的三種摩擦狀態(tài)分別是：

干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦。

8．對數(shù)應(yīng)變的特點是具有真實性、可靠性和可加性。

9．就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢是，隨著溫度的升高，塑性　提高。

10．鋼冷擠壓前，需要對坯料表面進(jìn)行磷化皂化　潤滑處理。

11．為了提高潤滑劑的潤滑、耐磨、防腐等性能常在潤滑油中加入的少量活性物質(zhì)的總稱叫添加劑。

12．材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過 １００％ 的現(xiàn)象叫超塑性。

13．韌性金屬材料屈服時，密席斯（Mises）準(zhǔn)則較符合實際的。

14．硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生熱脆。

15．塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做理想塑性材料。

16．應(yīng)力狀態(tài)中的壓　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

17．平面應(yīng)變時，其平均正應(yīng)力sm 　等于　中間主應(yīng)力s2。

18．鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性 降低。

19．材料經(jīng)過連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實應(yīng)變?yōu)閑1＝０.1，第二次的真實應(yīng)變?yōu)閑2＝０.25，則總的真實應(yīng)變e＝0.35。

20．塑性指標(biāo)的常用測量方法 拉伸試驗法與壓縮試驗法。

21．彈性變形機理 原子間距的變化；

塑性變形機理 位錯運動為主。

二、下列各小題均有多個答案，選擇最適合的一個填于橫線上 1．塑性變形時，工具表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響A工件表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

2．塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做　A。

Ａ、理想塑性材料；

Ｂ、理想彈性材料；

Ｃ、硬化材料；

3． 用近似平衡微分方程和近似塑性條件求解塑性成形問題的方法稱為　B。

Ａ、解析法；

Ｂ、主應(yīng)力法；

Ｃ、滑移線法；

4． 韌性金屬材料屈服時，A準(zhǔn)則較符合實際的。

Ａ、密席斯；

Ｂ、屈雷斯加；

Ｃ密席斯與屈雷斯加；

5．由于屈服原則的限制，物體在塑性變形時，總是要導(dǎo)致最大的 A 散逸，這叫最大散逸功原理。

Ａ、能量；

Ｂ、力；

Ｃ、應(yīng)變；

6． 硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生　A。

Ａ、熱脆性；

Ｂ、冷脆性；

Ｃ、蘭脆性；

7． 應(yīng)力狀態(tài)中的B　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

Ａ、拉應(yīng)力；

Ｂ、壓應(yīng)力；

Ｃ、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；

8．平面應(yīng)變時，其平均正應(yīng)力sｍB中間主應(yīng)力s２。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

9． 鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性 B。

Ａ、提高；

Ｂ、降低；

Ｃ、沒有變化；

10．多晶體經(jīng)過塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長的現(xiàn)象稱為　A。

Ａ、纖維組織；

Ｂ、變形織構(gòu)；

Ｃ、流線；

三、判斷題 1．按密席斯屈服準(zhǔn)則所得到的最大摩擦系數(shù)μ=0.5。

（×）2．塑性變形時，工具表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。

（×）3．靜水壓力的增加，對提高材料的塑性沒有影響。（×）4．在塑料變形時要產(chǎn)生硬化的材料叫理想剛塑性材料。

（×）5．塑性變形體內(nèi)各點的最大剪應(yīng)力的軌跡線叫滑移線。（√）6．塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。

（√）7．塑性就是柔軟性。

（×）8．合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。

（×）9．合金鋼中的白點現(xiàn)象是由于夾雜引起的。

（×）10．結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為，對于超塑性金屬m =0.02-0.2。

（×）11．影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。

（√）12．屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面應(yīng)變上，兩個準(zhǔn)則是一致的。

（×）13．變形速度對摩擦系數(shù)沒有影響。

（×）14．靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。（√）15．碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。（×）16．如果已知位移分量，則按幾何方程求得的應(yīng)變分量自然滿足協(xié)調(diào)方程；

若是按其它方法求得的應(yīng)變分量，也自然滿足協(xié)調(diào)方程，則不必校驗其是否滿足連續(xù)性條件。

（×）17．在塑料變形時金屬材料塑性好，變形抗力就低，例如：不銹鋼（×）四、名詞解釋 1．上限法的基本原理是什么？ 答：按運動學(xué)許可速度場來確定變形載荷的近似解，這一變形載荷它總是大于真實載荷，即高估的近似值，故稱上限解。

2．在結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性中，m值的物理意義是什么？ 答：為應(yīng)變速率敏感性系數(shù)，是表示超塑性特征的一個極重要的指標(biāo)，當(dāng)m值越大，塑性越好。

3．何謂冷變形、熱變形和溫變形？ 答：冷變形：在再結(jié)晶溫度以下（通常是指室溫）的變形。

熱變形：在再結(jié)晶溫度以上的變形。

溫變形：在再結(jié)晶溫度以下，高于室溫的變形。

4．何謂最小阻力定律？ 答：變形過程中，物體質(zhì)點將向著阻力最小的方向移動，即做最少的功，走最短的路。

5．何謂超塑性？ 答：延伸率超過100%的現(xiàn)象叫做超塑性。

五、簡答題 1．請簡述有限元法的思想。

答：有限元法的基本思想是：

(1)把變形體看成是有限數(shù)目單元體的集合，單元之間只在指定節(jié)點處鉸接，再無任何關(guān)連，通過這些節(jié)點傳遞單元之間的相互作用。如此離散的變形體，即為實際變形體的計算模型；

(2)分片近似，即對每一個單元選擇一個由相關(guān)節(jié)點量確定的函數(shù)來近似描述其場變量（如速度或位移）并依據(jù)一定的原理建立各物理量之間的關(guān)系式；

(3)將各個單元所建立的關(guān)系式加以集成，得到一個與有限個節(jié)點相關(guān)的總體方程。

解此總體方程，即可求得有限個節(jié)點的未知量（一般為速度或位移），進(jìn)而求 得整個問題的近似解，如應(yīng)力應(yīng)變、應(yīng)變速率等。

所以有限元法的實質(zhì)，就是將具有無限個自由度的連續(xù)體，簡化成只有有限個自由度的單元集合體，并用一個較簡單問題的解去逼近復(fù)雜問題的解。

2.Levy-Mises 理論的基本假設(shè)是什么？ 答：

Levy-Mises 理論是建立在以下四個假設(shè)基礎(chǔ)上的：

(1)材料是剛塑性材料，即彈性應(yīng)變增量為零，塑性應(yīng)變增量就是總的應(yīng)變增量；

(2)材料符合 Mises 屈服準(zhǔn)則，即 ；

(3)每一加載瞬時，應(yīng)力主軸與應(yīng)變增量主軸重合；

(4)塑性變形時體積不變，即，所以應(yīng)變增量張量就是應(yīng)變增量偏張量，即 3．在塑性加工中潤滑的目的是什么？影響摩擦系數(shù)的主要因素有哪些？ 答：（1）潤滑的目的是:減少工模具磨損；

延長工具使用壽命；

提高制品質(zhì)量；

降低金屬變形時的能耗。

（2）影響摩擦系數(shù)的主要因素：

答：1）金屬種類和化學(xué)成分；

2）工具材料及其表面狀態(tài)；

3）接觸面上的單位壓力；

4）變形溫度；

5）變形速度；

6）潤滑劑 4．簡述在塑性加工中影響金屬材料變形抗力的主要因素有哪些？ 答：（1）材料（化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)）；

（2）變形程度；

（3）變形溫度；

（4）變形速度；

（5）應(yīng)力狀態(tài)；

（6）接觸界面（接觸摩擦）5．為什么說在速度間斷面上只有切向速度間斷，而法向速度必須連續(xù)？ 答：現(xiàn)設(shè)變形體被速度間斷面SD分成①和②兩個區(qū)域；

在微段dSD上的速度間斷情況如下圖所示。

根據(jù)塑性變形體積不變條件，以及變形體在變形時保持連續(xù)形，不發(fā)生重疊和開裂可知，垂直于dSD上的速度分量必須相等，即，而切向速度分量可以不等，造成①、②區(qū)的相對滑動。其速度間斷值為 6．何謂屈服準(zhǔn)則？常用屈服準(zhǔn)則有哪兩種？試比較它們的同異點？ 答：（1）屈服準(zhǔn)則：只有當(dāng)各應(yīng)力分量之間符合一定的關(guān)系時，質(zhì)點才進(jìn)入塑性狀態(tài)，這種關(guān)系就叫屈服準(zhǔn)則。

（2）常用屈服準(zhǔn)則：密席斯屈服準(zhǔn)則與屈雷斯加屈服準(zhǔn)則。

（3）同異點：在有兩個主應(yīng)力相等的應(yīng)力狀態(tài)下，兩者是一致的。對于塑性金屬材料，密席斯準(zhǔn)則更接近于實驗數(shù)據(jù)。在平面應(yīng)變狀態(tài)時，兩個準(zhǔn)則的差別最大為15.5% 7.簡述塑性成形中對潤滑劑的要求。

答：（1）潤滑劑應(yīng)有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤滑狀態(tài)；

（2）潤滑劑應(yīng)有良好耐高溫性能，在熱加工時，潤滑劑應(yīng)不分解，不變質(zhì)；

（3）潤滑劑有冷卻模具的作用；

（4）潤滑劑不應(yīng)對金屬和模具有腐蝕作用；

（5）潤滑劑應(yīng)對人體無毒，不污染環(huán)境；

（6）潤滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價格便宜等。

8．簡述金屬塑性加工的主要優(yōu)點? 答：（1）結(jié)構(gòu)致密，組織改善，性能提高。

（2）材料利用率高，流線分布合理。

（3）精度高，可以實現(xiàn)少無切削的要求。

（4）生產(chǎn)效率高。

六、計算題 1．圓板坯拉深為圓筒件如圖1所示。

假設(shè)板厚為t , 圓板坯為理想剛塑性材料，材料的真實應(yīng)力為S，不計接觸面上的摩擦 ,且忽略凹模口處的彎曲效應(yīng) , 試用主應(yīng)力法證明圖示瞬間的拉深力為：

（a）拉深示意圖（b）單元體 圖1 板料的拉深 答：在工件的凸緣部分取一扇形基元體，如圖所示。沿負(fù)的徑向的靜力平衡方程為：

展開并略去高階微量，可得：

由于是拉應(yīng)力，是壓應(yīng)力，故，得近似塑性條件為：

聯(lián)解得：

式中的 2．如圖2所示，設(shè)有一半無限體，側(cè)面作用有均布壓應(yīng)力，試用主應(yīng)力法求單位流動壓力p。

圖2 解：

取半無限體的半剖面，對圖中基元板塊（設(shè)其長為 l）列平衡方程：

（1）其中，設(shè)，為摩擦因子，為材料屈服時的最大切應(yīng)力值，、均取絕對值。

由(1)式得：

（2）采用絕對值表達(dá)的簡化屈服方程如下：

（3）從而（4）將（2）（3）（4）式聯(lián)立求解，得：

（5）在邊界上，由（3）式，知，代入（5）式得：

最后得：

（6）從而，單位流動壓力：

（7）3．圖3所示的圓柱體鐓粗，其半徑為re，高度為h，圓柱體受軸向壓應(yīng)力sZ，而鐓粗變形接觸表面上的摩擦力t＝０.２Ｓ（Ｓ為流動應(yīng)力），sze為鍛件外端（r=re）處的垂直應(yīng)力。

（1）證明接觸表面上的正應(yīng)力為：

（2）并畫出接觸表面上的正應(yīng)力分布；

（3）求接觸表面上的單位流動壓力ｐ，（4）假如re＝100MM，Ｈ＝150MM,Ｓ=500MPa，求開始變形時的總變形抗力Ｐ為多少噸？ 解：

（1）證明 該問題為平行砧板間的軸對稱鐓粗。設(shè)對基元板塊列平衡方程得：

因為，并略去二次無窮小項，則上式化簡成：

假定為均勻鐓粗變形，故：

圖3 最后得：

該式與精確平衡方程經(jīng)簡化后所得的近似平衡方程完全相同。

按密席斯屈服準(zhǔn)則所寫的近似塑性條件為：

聯(lián)解后得：

當(dāng)時，最后得：

（3）接觸表面上的單位流動壓力為：

=544MP（4）總變形抗力: =1708T 4．圖4所示的一平?jīng)_頭在外力作用下壓入兩邊為斜面的剛塑性體中，接觸表面上的摩擦力忽略不計，其接觸面上的單位壓力為q，自由表面AH、BE與X軸的夾角為，求：

（1）證明接觸面上的單位應(yīng)力q=K（2++2）；

（2）假定沖頭的寬度為2b，求單位厚度的變形抗力P；

圖4 解：

（1）證明 1）在AH邊界上有：

故，屈服準(zhǔn)則：

得：

2）在AO邊界上：

根據(jù)變形情況：

按屈服準(zhǔn)則：

沿族的一條滑移（OA1A2A3A4）為常數(shù)（2）單位厚度的變形抗力：

5．圖5所示的一尖角為2j的沖頭在外力作用下插入具有相同角度的缺口的剛塑性體中，接觸表面上的摩擦力忽略不計，其接觸面上的單位壓力為p，自由表面ABC與X軸的夾角為d，求：

（1）證明接觸面上的單位應(yīng)力p=2K（1+j+d）；

（2）假定沖頭的寬度為2b，求變形抗力P。

圖5 答：

（1）證明 1）在AC邊界上：

2）在AO邊界上：

3）根據(jù)變形情況：

4）按屈服準(zhǔn)則：

5）沿族的一條滑移（OFEB）為常數(shù)（2）設(shè)AO的長度為L，則變形抗力為：

6．模壁光滑平面正擠壓的剛性塊變形模型如圖6所示，試計算其單位擠壓力的上限解 P，設(shè)材料的最大切應(yīng)力為常數(shù)K。

圖6 解：首先，可根據(jù)動可容條件建立變形區(qū)的速端圖，如圖7所示：

圖7 設(shè)沖頭的下移速度為。由圖7可求得各速度間斷值如下：

;;由于沖頭表面及模壁表面光滑，故變形體的上限功率僅為各速度間隔面上消耗的剪切功率，如下式所示：

又沖頭的功率可表示為：

故得：

7．一理想剛塑性體在平砧頭間鐓粗到某一瞬間，條料的截面尺寸為 2a × 2a，長度為 L，較 2a 足夠大，可以認(rèn)為是平面變形。變形區(qū)由 A、B、C、D 四個剛性小塊組成（如圖8所示），此瞬間平砧頭速度為 ú i =1（下砧板認(rèn)為靜止不動）。試畫出速端圖并用上限法求此條料的單位變形力 p。

圖8 解：根據(jù)滑移線理論，可認(rèn)為變形區(qū)由對角線分成的四個剛性三角形組成。剛性塊 B、D 為死區(qū)，隨壓頭以速度 u 相向運動；

剛性塊 A、C 相對于 B、D有相對運動（速度間斷），其數(shù)值、方向可由速端圖（如圖9所示）完全確定。

圖9 u * oA = u * oB = u * oC = u * oD =u/sin θ = 根據(jù)能量守恒：

2P · 1 ＝ K（u * oA ＋ u * oB ＋ u * oC ＋ u * oD）又 ＝ ＝ ＝ ＝ a 所以單位流動壓力：P = ＝ 2K