第一篇：塑性成形技術的研究現狀和發展趨勢

塑性成形技術的研究現狀與發展趨勢

摘要：本文敘述了塑性成形技術的研究現狀，介紹了現代塑性成形技術的發展趨勢，提出了當代塑性成形技術的研究方向。關鍵詞：塑性成形模具技術研究現狀發展趨勢

1引言

塑性成形技術具有高產、優質、低耗等顯著特點，已成為當今先進制造技術的重要發展方向。據國際生產技術協會預測，21世紀，機械制造工業零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式實現。工業部門的廣泛需求為塑性成形新工藝新設備的發展提供了強大的原動力和空前的機遇。金屬及非金屬材料的塑性成形過程都是在模具型腔中來完成的。因此，模具工業已成為國民經濟的重要基礎工業。

新世紀，科學技術面臨著巨大的變革。通過與計算機的緊密結合，數控加工、激光成型、人工智能、材料科學和集成制造等一系列與塑性成形相關聯的技術發展速度之快，學科領域交叉之廣泛是過去任何時代無法比擬的，塑性成形新工藝和新設備不斷地涌現，掌握塑性成形技術的現狀和發展趨勢，有助于及時研究、推廣和應用高新技術，推動塑性成形技術的持續發展。

實施塑性成形技術的最終形式就是模具產品，而模具工業發展的關鍵是模具技術進步，模具技術又涉及到多學科的交叉。模具作為一種高附加值產品和技術密集型產品，其技術水平的高低已成為衡量一個國家制造業水平的重要標志之一。

2塑性成形的現狀

精密成形技術對于提高產品精度、縮短產品交貨期、減少切削加工和降低生產成本均有著重要意義。近10年來，精密成形技術都取得了突飛猛進的發展。

精沖技術、冷擠壓技術、無飛邊熱模鍛技術、溫鍛技術、超塑性成形技術、成形軋制、液態模鍛、多向模鍛技術發展很快。例如電機定轉子雙回轉疊片硬質合金級進模的步距精度可達2μm，壽命達到1億次以上。集成電路引線框架的20~30工位的級進模，工位數最多已達160個。自動沖切、疊壓、鉚合、計數、分組、轉子鐵芯扭斜和安全保護等功能的鐵芯精密自動疊片多功能模具。新型轎車的大尺寸覆蓋件成形、大功率汽車的六拐曲軸成形。700mm輪機葉片精密輥鍛和精整復合工藝，楔橫軋汽車、拖拉機精密軸類鍛件。除傳統的鍛造工藝外，近年來半固態金屬成形技術也日趨成熟，引起工業界的普遍關注。所謂半固態成形，是指對液態金屬合金在凝固過程中經攪拌等特殊處理后得到的具有非枝晶組織結構，固液相共存的半固態坯料進行各種成形加工。它具有節省材料、降低能耗、提高模具壽命、改善制件性能等一系列優點，并可成形復合材料的產品，被

譽為21新興金屬塑性加工的關鍵技術。此外，在粉末冶金和塑料加工方面，金屬粉末鍛造成形，金屬粉末超塑性成形，粉末注射成形、粉末噴射和噴涂成形以及塑料注射成形中熱流道技術，氣體輔助技術和高壓注射的成功應用，大大擴充了現代精密塑性成形的應用范圍。

3現代模具的發展趨勢

模具生產技術水平的高低，已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志。本文詳細介紹了國內模具技術的現狀，探討了我國模具技術今后的發展趨勢。還比較了我國和國外模具技術的差距及產生差距的原因。因此，我國要想提高技術，必須做出相應的調整，要向大型、精密、復雜、高效、長壽命和多功能方向發展。只有模具技術向著更高方向的發展，才能提高產品的設計制造質量和效率。

3.1我國模具技術的現狀

我國模具工業從起步到飛躍發展，歷經了半個多世紀，近幾年來，我國模具技術有了很大發展，模具水平有了較大提高。大型、精密、復雜、高效和長壽命模具又上了新臺階。模具標準件應用更加廣泛，品種有所擴展。模具材料方面，由于對模具壽命的重視，優質模具鋼的應用有較大進展。正由于模具行業的技術進步，模具水平得以提高，模具國產化取得了可喜的成就。歷年來進口模具不斷增長的勢頭有所控制，模具出口穩步增長。

20世紀80年代以來，國民經濟的高速發展對模具工業提出了越來越高的要求，同時為模具的發展提供了巨大的動力。這些年來，中國模具發展十分迅速，模具工業一直以15% 左右的增長速度快速發展。振興和發展中國的模具工業，日益受到人們的重視和關注。“模具是工業生產的基礎工藝裝備”已經取得了共識。目前，中國有17000多個模具生產廠點，從業人數約50多萬。在模具工業的總產值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其他各類模具約占11%。近年來，中國模具工業企業的所有制成分也發生了變化。除了國有專業廠家外，還有集體企業、合資企業、獨資企業和私營企業，他們都得到了迅速的發展。許多模具企業十分重視技術發展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業發展的重要動力。此外，許多研究機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發。

中國塑料模工業從起步到現在，歷經半個多世紀，有了很大發展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48in大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數齒輪模具及塑封模具。經過多年的努力，在模具CAD/ CAE/CAM技術、模具的電加工和數控加工技術、快速成型與快速制模技術、新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量

和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。

進入21世紀，在經濟全球化的新形勢下，隨著資本、技術和勞動力市場的重新整合，中國裝備制造業在加入WTO以后，將成為世界裝備制造業的基地。而在現代制造業中，無論哪一行業的工程裝備，都越來越多地采用由模具工業提供的產品。為了適應用戶對模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求，模具工業正廣泛應用現代先進制造技術來加速模具工業的技術進步，這是各行各業對模具這一基礎工藝裝備的迫切需求。

3.2我國模具技術與國外的差距

? 產需矛盾

工業發展水平的不斷提高，工業產品更新速度加快，對模具的要求越來越高，盡管改革開放以來，模具工業有了較大發展，但無論是數量還是質量仍滿足不了國內市場的需要，目前滿足率只能達到70%左右。造成產需矛盾突出的原因，一是專業化、標準化程度低，除少量標準件外購外，大部分工作量均需模具廠去完成。加工企業管理的體制上的約束，造成模具制造周期長，不能適應市場要求。二是設計和工藝技術落后，如模具CAD/CAM技術采用不普遍，加工設備數控化率低等，亦造成模具生產效率不高、周期長。總之，是拖了機電、輕工等行業發展的后腿。

? 產品結構、企業結構等方面

模具按國家標準分為十大類，其中沖壓模、塑料模占模具用量的主要部分。按產值統計，我國目前沖壓占50%-60%，塑料模占25-30。國外先進國家對發展塑料模很重視，塑料模比例一般占30%-40%。國內模具中，大型、精密、復雜、長壽命模具比較低，約占20%左右，國外為50%以上。我國模具生產企業結構不合理，主要生產模具能力集中在各主機廠的模具分廠(或車間)內，模具商品化率低，模具自產自用比例高達70%以上。國外，70%以上是商品化的。? 產品水平

衡量模具產品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的復雜程度、模具的使用壽命和制造周期等。

4現代模具工業的發展趨勢

具制造技術，主要是根據設計圖紙，用仿型加工，成形磨削以及電火花加工方法來制造模具。而現代模具不同，它不僅形狀與結構十分復雜，而且技術要求更高，用傳統的模具制造方法顯然難于制造，必須借助于現代科學技術的發展，采用先進制造技術，才能達到它的技術要求。當前，整個工業生產的發展特點是產品品種多、更新快、市場競爭劇烈。為了適應市場對模具制造的短交貨期，高精度、低成本的迫切要求，模具將有如下發展趨勢：

? 愈來愈高的模具精度；

? 日趨大型化模具：一方面是由于用模具成形的零件日漸大型化，另一方面也是由于高生產率要求的一模多腔所致。

? 擴大應用熱流道技術：由于采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，并能大幅度節約制件的原材料，因此熱流道技術的應用在國外發展較快，許多塑料模具廠所生產的塑料模具50%以上采用了熱流道技術，甚至達到80%以上，效果十分明顯。熱流道模具在國內也已生產，有些企業使用率上升到20%~30%。

? 進一步發展多功能復合模具：一副多功能模具除了沖壓成形零件外，還擔負著疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務，這種多功能復合模具生產出來的不再是單個零件，而是成批的組件，可大大縮短產品的生產及裝配周期，對模具材料的性能要求也越來越高。? 日益增多高擋次模具;? 進一步增多氣輔模具及高壓注射成型模具：隨著塑料成形工藝的不斷改進和發展，為了提高注塑件質量，氣輔模具及高壓注射成型模具將隨之發展。? 增大塑料模具比例：隨著塑料原材料的性能不斷提高，各行業的零件將以塑代鋼，以塑代木的進程進一步加快，使塑料模具的比例日趨增大。同時，由于機械零件的復雜程度和精度的逐漸提高，對塑料模具的制造要求也越來越高。

? 增多擠壓模及粉末鍛模：由于汽車、車輛和電機等產品向輕量化發展，如以鋁代鋼，非全密度成形，高分子材料、復合材料、工程陶瓷、超硬材料成形和加工。新型材料的采用，不僅改變產品結構和性能而且使生產工藝發生了根本變革，相應地出現了液態（半固態）擠壓模具及粉末鍛模。對這些模具的制造精度要求是高的。? 日漸推廣應用模具標準化； ? 大力發展快速制造模具。

上述的目標其實也是正是我國要努力發展的目標，是我國模具行業要改進與學習的地方，是不斷縮小與國外水平的最好途徑。

5塑性成形的新技術

5.1高速高能成形

一種在極短時間內釋放高能量而使金屬變形的成形方法。包括： ? 電液成形 ? 電磁成形 ? 少無切削成形

5.2精密模鍛

在模鍛設備上鍛造出形狀復雜、鍛件精度高的模鍛工藝。

5.3粉末鍛造

該方法是粉末冶金成形和鍛造相結合的一種加工方法。普通的粉末冶金件，其尺寸精度高，而塑性、韌度差。鍛件的力學性能雖好，但精度低。將二者取長補短，便產生了粉末鍛造方法。

5.4液態模鍛

實質是把液態金屬直接澆入金屬型內，以一定壓力作用于液態(或半液態)金屬并保壓，金屬在壓力下結晶并產生局部塑性變形。液態模鍛實際上是鑄造加鍛造的組合工藝。它兼有鑄造工藝簡單、成本低，又有鍛造產品性能好、質量可靠等優點。對于生產形狀較復雜的工件，且在性能上又有一定要求時，液態模鍛更能發揮其優越性。

5.5超塑性成形

超塑性成形指金屬或合金在特定條件下。即低的變形速率(=10-2～10-4s-1)一定的變形溫度(約為熔點的一半)和均勻的細晶粒度(平均直徑為0.2～5μm)，其相對伸長率δ超過100％以上的特性。例如鋼可超過500％、純鈦超過300％、鋅鋁合金超過1000％。

超塑性狀態下的金屬在拉伸變形過程中不產生縮頸現象，金屬的變形應力可比常態下降低幾倍至幾十倍。因此，超塑性金屬極易成形，可采用多種工藝方法制出復雜零件。

5.6微成形

微成形指以塑性加工的方式生產至少在二維方向上尺寸處于亞毫米量級的零件或結構的工藝技術。

5.7內高壓成形

內高壓成形是近10 多年來迅速發展起來的一種成形方法，它是結構輕量化的一種成形方法，是利用液體壓力使工件成形的一種塑性加工工藝。作為生產支叉管等管路配件的一種方法，可追溯到30年前，但成形壓力一般小于30MPa。近年來，由于超高壓液壓技術的成熟，德國和美國已將該成形技術用于機器零件的制造，其成形壓力一般大于400MPa，有時超過1000MPa。目前，已用于汽車等機器制造領域的實際生產。

5.8可變輪廓模具成形

對于小批量多品種板料件成形，例如艦艇側面的弧形板、航空風洞收縮體板、飛機的蒙皮都是三維曲面，但批量很小甚至是單件生產，由于工件尺寸大，這樣模具成本很高，何況即使模具加工完成，也有一個需要修模與調節的過程，因此

用可變輪廓模具成形一直是塑性加工界及模具界的研究方向之一。

5.9半固態成形

半固態成形是20世紀70年代發展起來的金屬成形新技術，指對經過特殊處理的固體坯料加熱，或在液態金屬凝固過程中加以攪拌等處理而得到的具有非枝晶結構的固相、液相組織共存的半固態坯料進行成形加工，得到所需形狀和性能的制品的加工方法。它主要包括半固態鍛造、半固態擠壓、半固態軋制、半固態壓鑄等工藝類型，在汽車、通訊、航空、航天、國防等領域得到了越來越廣泛的應用，被稱為21世紀新興的金屬制造關鍵技術之一。

6當代塑性成形技術的研究方向

國內塑性成形技術與國外從上文可以看出還是有不小的差距，為了塑性成形技術逐步達到國際水平，不僅僅從理論分析，模具的設計、結構材料以及環保等方面來提升塑性成形技術的水平，隨著現代數字化技術的迅猛發展，以上可以提升的方面在不久的將來就是拼的數字化的競爭力，所以我著重從數字化方面說一下數字化塑性成形的未來研究方向。

6.1設計數字化技術

為了提高設計質量，降低成本，縮短產品開發周期，近年來，學術界提出了并行設計、協同設計、大批量定制設計等新的設計理論與方法，其核心思想是：借助專家知識，采用并行工程方法和產品族的設計思想進行產品設計，以便能夠有效地滿足客戶需求。實施這些設計理論與方法的基礎是數字化技術，其中基于知識的工程技術（KBE）和反向設計技術是兩項重要支撐技術。6.1.1反向設計

以實物模型為依據來生成數字化幾何模型的設計方法即為反向設計。反向設計并不是一種創造性的設計思路，但是通過對多種方案的篩選和評估，有可能使其設計方案優于現有方案，并且縮短方案的設計時間，提高設計方案的可靠性。反向設計是產品數字化的重要手段之一，作為21世紀數字化塑性成形技術的重要環節，反向設計這種思想對于消化吸收國外模具設計的先進技術，提高我國的模具設計水平具有重要的意義。6.1.2基于知識的工程設計

眾所周知，模具設計是一個知識驅動的創造性過程，它包含了對知識的繼承、集成、創新和管理。隨著世界制造業競爭的加劇，創新產品的開發已成為競爭的關鍵，而創新產品的競爭優勢在于其所擁有的知識含量。隨著智能技術的發展與完善，如何將人類知識作為改造傳統產業的原動力已成為重要的研究課題。

6.2分析數字化技術

6.2.1數字化模擬

金屬塑性成形過程的機理非常復雜，傳統的模具設計也是基于經驗的多反復性過程，從而導致了模具的開發周期長，開發成本高。面對激烈的市場競爭壓力，模具行業迫切需要新技術來改造傳統的產業，縮短模具的開發時間，從而更有效地支持相關產品的開發。塑性加工過程的數值模擬技術正是在這一背景下產生和發展的。6.2.2虛擬現實

虛擬現實技術是實際制造過程在計算機上的本質實現，即采用計算機仿真與虛擬現實技術，在計算機上群組協同工作，實現產品的設計、工藝規劃、加工制造、性能分析、質量檢驗，以及企業各級過程的管理與控制等產品制造的本質過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。

6.3制造數字化技術

6.3.1高速制造

高速加工技術是自上個世紀80年代發展起來的一項高新技術，其研究應用的一個重要目標是縮短加工時的切削與非切削時間，對于復雜形狀和難加工材料及高硬度材料減少加工工序，最大限度地實現產品的高精度和高質量。由于不同加工工藝和工件材料有不同的切削速度范圍，因而很難就高速加工給出一個確切的定義。6.3.2快速原型

現代意義上的快速成型技術始于70 年代末期出現的立體光刻技術（SLA），它是洶涌而來的數字化浪潮在加工領域中不可避免的延拓：連續的曲面被離散成用STL文件表達的三角面片，零件在加工方向上被離散成若干層。這種離散化使得任意復雜的零件原型都可以加工出來，加工過程也大大簡化了。

進入新世紀后，制造技術的發展將隨著市場的全球化、競爭的激烈化、需求的個性化、生產的人性化而體現出制造技術的信息化、科學化和服務化的趨勢。數字化以其柔性好、響應快、質量高、成本低，正在成為先進制造技術的核心。特別是近些年來研究提出和發展的很多先進制造理論和方法，如計算機集成制造、智能制造、敏捷制造、虛擬制造、網絡化制造等等，無一不是受益于數字化計算機技術的發展和應用。因此，我們必須從戰略的高度大力開展數字化制造技術的研究開發和加速用數字化制造技術改造傳統制造業的發展規劃。

7總結

經過將近一個世紀的衍生與發展，塑性成形技術與科學這一古老而年輕的領域中已經結出茂盛的果實，但同時，我們更應感到新世紀所賦予在肩的重任。為了保持和促進學科旺盛的生命力，為了塑性成形技術與科學的嶄新輝煌，我們責

無旁貸，我們任重道遠！

參考文獻

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第二篇：塑性成形新技術的發展趨勢

塑性成形新技術的發展趨勢

班級：機制

學號：201120337 姓名：周禎

201120335

張濤

201120339

朱越

一、歷史沿革

從人類社會的發展和歷史進程的宏觀來看，材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，也是社會現代化的物質基礎和先導。而材料和材料技術的進步和發展，首先應歸功于金屬材料制備和成型加工技術的發展。人類從漫長的石器時代進化到青銅時代（有學者稱之為“第一次材料技術革命”），首先得益于銅的熔煉以及鑄造技術進步和發展，而由銅器時代進入到鐵器時代，得益于鐵的規模冶煉技術、鍛造技術的進步和發展（所謂“第二次材料技術革命”）。直到16世紀中葉，冶金（金屬材料的制備與成型加工）才由“技藝”逐漸發展成為“冶金學”，人類開始注重從“科學”的角度來研究金屬材料的組成、制備與加工工藝、性能之間的關系，迎來了所謂的“第三次材料技術革命”——人類從較為單一的青銅、鑄鐵時代進入到合金化時代，催生了人類歷史的第一次工業革命，推動了近代工業的快速發展。

進入20世紀以后，材料合成技術、符合技術的出現和發展，推動了現代工業的快速發展，而電子信息、航天航空等尖端技術的發展，反過來對高性能先進材料的研究開發提出了更高的要求，起到了強大的促進作用，促成了一系列新材料和新材料技術的出現和發展。

一般而言，材料需要經歷制備、成型加工、零件或結構的后處理等工序才能進入實際應用，因此，材料制備與成型加工技術，與材料的成分和結構、材料的性質一起，構成了決定材料使用性能的最基本的三大要素。

先進工業國家對材料制備與成型加工技術的研究開發十分重視。美國制定了“為了工業材料發展計劃”，其核心是開放先進的制備與成型加工技術，提高材料性能，降低生產成本，滿足未來工業發展對材料的需求。德國開展的“21世紀新材料研究計劃”將材料制備與成型加工技術列為六個重點內容之一。在歐盟的“第六框架”計劃中，先進制備技術時新材料領域的研究重點之一。日本在20世紀90年代后期，先后實施了“超級金屬”、“超鋼鐵”計劃，重點是發展先進的制備加工技術，精確控制組織，大幅度提高材料的性能，達到減少材料用量、節省資源和能源的目的。

新材料的研究、開發與應用，綜合反應了一個國家的科學技術與工業化水平，而先進制備與成型加工技術的發展，對于新材料的研制、應用和產業化具有決定性的作用。先進制備與成型加工技術的出現與應用，加上了新材料的研究開發、生產和應用進程，促成了諸如微電子和生物醫用材料等新興產業的形成，促進了現代航天航空，交通運輸，能源環保等高技術產業的發展。

傳統結構材料向高性能“，復合化，結構功能一體化發展，尤其需要先進制備與成型加工技術及裝備，可使材料的生產過程更加高效，節能和潔凈，從而提高傳統材料 產業的國際競爭力。

另一方面，開展本科學領域色前沿和基礎研究，并綜合利用相關學科基礎理論和科技發展成果，提供預備新材料的新原理新方法，也是材料科學與工程學科自身發展的需求。因此，材料先進制備與成型加工技術發展，對提高國家綜合實力，突破先進工業國家的技術壁壘與封鎖，保障國家安全，改善人民生活質量，以及促進材料科學與技術自身的進步與發展，具有十分重要的作用，也是國民經濟和社會可持續發展的重大需求。

二、發展前景 1 精密化

目前，精密和超精密制造技術已經跨越了微米級技術，進入了亞微米和納米技術領域。精密化已成為材料成形加工技術發展的重要特征，其表現為零件成形的尺寸精度正在從近凈 成形（Near Net shape Forming）向凈成形（Net shape Forming），即近無余量成形方向發展。

“毛坯”與“零件”的接近程度越來越大。當前精密成形技術已在較大程度上實現了近凈成形。發展趨勢是實現凈成形加工，其工藝 要求材料成形向更輕、更薄、更強、更韌及成本低、周期短、質量高的方向發展。精密材料成形技術有多種形式的精鑄、精鍛、精 沖、冷溫擠壓、精密焊接與切割等。

優質化

凈成形技術主要反映了成形加工保證尺寸及形狀的精密程度，而反映成形加工優質程度的則是近無缺陷、零缺陷成形加工技術。成早期失效的臨界缺陷的概念主要方法有：為了獲得健全的鑄件、鍛件奠定基礎，可以采用先進工藝、凈化熔融的金屬、增大合金組織的致密度等。采用模擬技術、優化工藝技術，實現一次成形及試模成功，保證工件質量。加強工藝過程監控及無損檢測，及時發現超標零件。通過零件安全可靠性能研究及評估，確定臨界缺陷量值等。

快速化

隨著全球化市場的激烈競爭，加快產品開發速度已成為競爭的重要手段之一。制造業要滿足日益變化的用戶需求必須有較強的靈活性，以最快的速度提供高質量產品，亦即客戶化小批 量快速交貨的要求不斷增加，為此需要材料成形加工技術的快速化。成形加工技術的快速化表現在各種新型高效成形的工藝不斷涌現，新型鑄造鍛。壓焊接方法 都從不同角度提高生產效率。快速原型制造技術，以離散堆積原理為基礎和特征，源零件的電子模型。

模型按一定的方式離散成為可加工的離散面、離散線和離散點，而后采用多種手段將這些離散的面、線段和點堆積成零件的整體形狀。由于工藝過程簡單，故制造速度比傳統方法快得多。到2000年，全世界已有6700多臺不同類型的RP*裝置在運行。快速原型和快速模具相結合。又提供了一條從模型直接制造模具的新方法。

RP正在向著各種制造工藝集成，形成快速制造系統的方向發展。計算機模擬仿真技術是信息技術綜合應用發展的結果，應用數值模擬于鑄造、鍛壓、焊接等工藝設計中，并與物理模擬和專家系統相結合，來確定工藝參數優化工藝方案預測加工過程中可以產生的缺陷及防止措施控制和保證加工工件的質量。

模擬仿真技術，它可以理論和實驗做得更深刻、更全面、更細致可以進行一些理論和實驗暫時還做不到的研究，大大縮短了制造周期，加快了制造進程。如鑄造凝固過程的三維數值模擬 鑄壓過程微觀組織的演化及本構關系模擬，焊接凝固裂紋的模擬仿真開裂機制的研究以及焊接氫致裂紋的模擬金屬材料熱處理加熱冷卻過程的模擬仿真及組織變形性能預測等。根據美國科學研究院測算，模擬仿真可提高產品質量5至15倍，降低人工成提高投入設備的利用率30%至50%，縮短產品設計和試制周期增加分析問題廣度和深度的能力3至3.5倍等。

*RP系統的發展情況1998年，由美國3D系統公司推出專為機械零件設計而制作的RP技術棗Stereolithography(sl)技術。該處理工世是通過激光將液態UV感光聚脂凝固 一片片薄層，全球第一個商業化的RP系統桽LA?就是如今相當普遍的SLA?50機型的先驅。接下來是1991年，美國Helisys公司的LOM技術，美國Stratasys公司的FDM技術，美國Cubital公司的SGC技術。LOM技術通過計算機導向的激光燒結并剪切薄片材料，FDM技術將熱熔塑料材料拉成絲狀，并用它來一層一層產生模型，SCG技術也使用UV感光聚脂，通過玻璃盤上的靜電濾色片作蔽光片，產生紫外光流，可以立即凝固所有的薄層。

1992年DTM公司的SLS技術推出。隨后，1993年Soligen公司推出DSPC技術。SLS技術通過激光產生的熱量熔化粉末材料。DSPC技術通過機械噴射裝置在 粉末上沉積液體粘結劑，麻省理工學院發明該技術并注冊專利，然后授權給Soligen公司。1994年Sanders公司推出MM技術。1995年，BMP技術公司推出BPM技術，兩種技術都采用噴射頭來沉積石蠟材料。

這些年，一些技術和公司出現后，又消失了。1990年Quadrax公司推出基于SL技術的Mark1000RP系統，1992年，3D系統公司通過專利戰合并了Quadrax公司的技術。杜邦公司開發了基于SL技術的名叫SOMOS的技術，并向Teijin Seiki公司發放了在亞洲獨家使用權用其技術的許可證，然后1995年杜邦公司又向Aaroflex公司發放了在北美和其它一些有選擇的國家獨家使用其技術的許可證。其它一些公司如Light Sculping公司，Sparx AB公司，Laser 3D公司都開發并介紹了各自的RP系統，但在RP行業中都有末產生任何商業方面的沖擊。

日本的Kira公司和新加坡Kinergy公司的Paper Lamintian（切紙成形）系統和多達來自7家日本公司的基于SL技術的系統都進入了市場，CMET公司Denken公司和D桵EC公司的基于SL技術的RP系統代表著日本市場中RP設務的主流。德國的EOS公司和Fockele&schwarze公司也推出基于SL技術的系統。同時，EOS公司也提供一種基于激光燒結技術的系統以便和DTM公司在歐洲、日本競爭，所有這些國外的機器均末在美國銷售。

復合化

激光、電子束、離子束、等離子體等多種新能源的列入，形成多種新型加工與改性技術。其中以各種形式的激光加工技術發展最為迅速。激光加工技術多種多樣包括電子元件的精密微焊接、航天航空和汽車制造中的焊接、切割與成形等。有不同種類的激光表面改性處理方法 如熱處理、表面修整、表面熔覆及合金化等，使用的激光器主要為大功率二氧化碳激光器，YAG激光器。近年來激光加工自由成形技術成為重要的研究動向。

隨著金屬間化合物材料、金屬基復合材料多種新型功能材料超導材料等高新技術材料的應用，傳統的加工方式或多或少地遇到了困難，與新的材料制備和合成技術相適應，新的加工方法成為材料加工研發的一個重要領域，一批新型復合工藝應運而生。

為超塑成形擴散連接技術材料電磁加工等此外復合化還表現在冷熱加工之間加工過程、檢測過程、物流過程、裝配過程之間的界限趨向淡化、消失、而復合、集成于統一的制造系統之中。

綠色化

“綠色化”是指成形加工生產向清潔生產、無廢棄物加工方向發展。清潔生產技術是協調工業發展與環境保護的矛盾、需求日益增加與有限資源的矛盾的一種新的生產方式，是21世紀制造業發展的重要特征。

集成化

生物科學、信息科學、納米科學、制造科學和管理科學是21世紀的5個主流科學，與其相關的五大技術及其產業將改變世界，制造科學與其它科學交叉是其發展趨勢。RP與生物科學交叉的生物制造、與信息科學交叉的遠程制造、與納米科學交叉的微機電系統等都為RP技術提供了發展空間。并行工程（CE）、虛擬技術（VT）、快速模具（RT）、反求工程（VR）、快速成型（RP）、網絡（Internet、Intranet）相結合而組成的快速反應集成制造系統，將為RP的發展提供用力的技術支持。

三、最后總結

通過對材料成形專業領域的科技前沿技術的整理總結，我終于清楚地知道了我的專業（材料成形與控制工程）的發展方向，并對本專業有了深層次的了解和認識，這為我以后的學習指明了道路。看到還有許多富有潛力的先進技術還沒有進行實際應用，這激發了我奮斗的激情，我爭取通過自身的學習和努力在材料成形領域有較大發展，推動材料成形技術的在社會生活中的應用，為人類的發展作出應有貢獻。

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：彈性模量E=210Gpa 泊松比：u=0.33 屈服強度σ

摩擦系數v=0.26

尺寸：15×25(mm)

s=350Mpa

實驗步驟：

1、建模

1）問題的類型：設置單元類型、屬性

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

→OK

2）材料模型

執行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）劃分網格

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

Mapped網格劃分單元。

執行Main Menu-Preprocessor-Meshing-Mesh-Volume-Mapped：

5）建立接觸

2、施加邊界條件并求解

執行Main Menu-Solution-Apply-Structural-Displacement，拾取目標平面等，單擊OK按鈕。然后出現如圖窗口，選擇“UY”，再單擊OK按鈕。加載荷后結果：

1）定義求解參數

2）求解

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

3、結果處理 1）讀入結果數據

2）查看結果

軸對稱問題：

平面應變問題

平面應力問題

結論：同一種材料，外形尺寸不變時，在不同的受力狀態下，應力分布是不同的，且受到的最大應力也不一樣。

第四篇：《金屬塑性成形原理》復習題

《金屬塑性成形原理》復習題 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生塑性變形而不破壞其完整性的能力；

塑性變形---當作用在物體上的外力取消后，物體的變形不能完全恢復而產生的殘余變形；

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移和分配來實現的。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軋輥間的特定空間使其產生塑性變形，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調性。晶粒之間的連續性決定，還要求每個晶粒進行多系滑移；

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部與晶界附近區域之間的變形的不均勻性。

Add：

4）滑移的傳遞，必須激發相鄰晶粒的位錯源。

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，導致一些物理，化學性能的變化。

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力—應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，變形抗力越大。晶粒的大小決定位錯塞積群應力場到晶內位錯源的距離，而這個距離又影響位錯的數目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，應力場就越強，滑移就越容易從一個晶粒轉移到另一個晶粒。

②晶粒越細小，金屬的塑性就越好。

a．一定體積，晶粒越細，晶粒數目越多，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．從每個晶粒的應力分布來看，細晶粒是晶界的影響區域相對加大，使得晶粒心部的應變與晶界處的應變差異減小。這種不均勻性減小了，內應力的分布較均勻，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？產生加工硬化的原因是什么？加工硬化對塑性加工生產有何利弊？ 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、韌性降低的現象。加工硬化的成因與位錯的交互作用有關。隨著塑性變形的進行，位錯密度不斷增加，位錯反應和相互交割加劇，結果產生固定割階、位錯纏結等障礙，以致形成胞狀亞結構，使位錯難以越過這些障礙而被限制在一定范圍內運動。這樣，要是金屬繼續變形，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。如大型發電機上的護環零件(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，要求進行塑性加工的設備能力增加；

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

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

動態回復是熱塑性變形的主要軟化機制，是因為：

①動態回復是高層錯能金屬熱變形過程中唯一的軟化機制。動態回復是主要是通過位錯的攀移、交滑移等實現的。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行，位錯容易在滑移面間轉移，而使異號位錯相互抵消，結果使位錯密度下降，畸變能降低，不足以達到動態結晶所需的能量水平。因為這類金屬在熱塑性變形過程中，即使變形程度很大，變形溫度遠高于靜態再結晶溫度，也只發生動態回復，而不發生動態再結晶。

②在低層錯能的金屬熱變形過程中，動態回復雖然不充分，但也隨時在進行，畸變能也隨時在釋放，因而只有當變形程度遠遠高于靜態回復所需要的臨界變形程度時，畸變能差才能積累到再結晶所需的水平，動態再結晶才能啟動，否則也只能發生動態回復。

Add：動態再結晶容易發生在層錯能較低的金屬，且當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，不易進行位錯的交滑移和攀移；

而已知動態回復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回復的速率和程度都很低(應該說不足)，材料中的一些局部區域會積累足夠高的位錯密度差(畸變能差)，且由于動態回復的不充分，所形成的胞狀亞組織的尺寸小、邊界不規整，胞壁還有較多的位錯纏結，這種不完整的亞組織正好有利于再結晶形核，所有這些都有利于動態再結晶的發生。需要更大的變形量上面已經提到了。

7.什么是動態再結晶？影響動態再結晶的主要因素有哪些？動態再結晶是在熱塑性變形過程中發生的再結晶。動態再結晶和靜態再結晶基本一樣，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)想高位錯密度區域的遷移。

動態再結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，容易出現動態再結晶)有關外，還與晶界的遷移難易有關。金屬越存，發生動態再結晶的能力越強。當溶質原子固溶于金屬基體中時，會嚴重阻礙晶界的遷移、從而減慢動態再結晶的德速率。彌散的第二相粒子能阻礙晶界的移動，所以會遏制動態再結晶的進行。

9.鋼錠經過熱加工變形后其組織和性能發生了什么變化？(參見?P27-31)①改善晶粒組織②鍛合內部缺陷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，則晶粒呈現為一片纖維狀的條紋，稱為纖維組織。當金屬中有夾雜或第二相是，則它們會沿變形方向拉成細帶狀(對塑性雜質而言)或粉碎成鏈狀(對脆性雜質而言)，這時在光學顯微鏡下會很難分辨出晶粒和雜質。在熱塑性變形過程中，隨著變形程度的增大，鋼錠內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續的細線，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，由于再結晶的結果，被拉長的晶粒變成細小的等軸晶，而纖維組織卻被很穩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。

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

②相變超塑性要求具有相變或同素異構轉變。在一定的外力作用下，使金屬或合金在相變溫度附近反復加熱和冷卻，經過一定的循環次數后，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率。

15.什么是塑性？什么是塑性指標？為什么說塑性指標只具有相對意義? 塑性是指金屬在外力作用下，能穩定地發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，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量上的指標。

常用的試驗方法有拉伸試驗、壓縮試驗和扭轉試驗。

由于各種試驗方法都是相對于其特定的受力狀態和變形條件的，由此所測定的塑性指標(或成形性能指標)，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，它在鐵中有相當大的溶解度，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：當其質量分數較小(0.002%~0.015%)時，對鋼的塑性無明顯的影響；

但隨著氮化物的質量分數的增加，鋼的塑性降降低，導致鋼變脆。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，這種現象稱為時效脆性。

若在?300℃左右加工時，則會出現所謂“蘭脆”現象。

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，導致變形和內應力的不均勻分布，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，轉變為奧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：晶粒越細小，金屬的塑性也越好。因為在一定的體積內，細晶粒金屬的晶粒數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；

又從每個晶粒的應力分布來看，細晶粒時晶界的影響局域相對加大，使得晶粒心部的應變與晶界處的應變差異減小。由于細晶粒金屬的變形不均勻性較小，由此引起的應力集中必然也較小，內應力分布較均勻，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。而通過適當的鍛造后，會打碎粗大的柱狀晶粒獲得細晶組織，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律是什么？ 就大多數金屬而言，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間，往往由于相態或晶粒邊界狀態的變化而出現脆性區，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，可能出現幾個脆性區，包括低溫的、中溫的和高溫的脆性區。下圖是以碳鋼為例：區域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；

區域Ⅱ，稱為藍脆區(斷口呈藍色)，一般認為是氮化物、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。區域Ⅲ，這和珠光體轉變為奧氏體，形成鐵素體和奧氏體兩相共存有關，也可能還與晶界上出現FeS-FeO低熔共晶有關，為熱脆區。

19.什么是溫度效應？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：由于塑性變形過程中產生的熱量使變形體溫度升高的現象。(熱效應：塑性變形時金屬所吸收的能量，絕大部分都轉化成熱能的現象)一般來說，冷變形時，隨著應變速率的增加，開始時塑性略有下降，以后由于溫度效應的增強，塑性會有較大的回升；

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

2.敘述下列術語的定義或含義：

①張量：由若干個當坐標系改變時滿足轉換關系的分量所組成的集合稱為張量；

②應力張量：表示點應力狀態的九個分量構成一個二階張量，稱為應力張量；

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

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

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

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

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

3.張量有哪些基本性質？ 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.試說明應力偏張量和應力球張量的物理意義。

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

應力球張量不能使物體產生形狀變化(塑性變形)，而只能使物體產生體積變化。

12.敘述下列術語的定義或含義 1)位移：變形體內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，在坐標系中，一點的位移矢量在三個坐標軸上的投影稱為改點的位移分量，一般用?u、v、w或角標符號ui?來表示；

3)相對線應變：單位長度上的線變形，只考慮最終變形；

4)工程切應變：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變，也稱工程切應變，即δrt?=?tanθxy?=θxy?=αyx?+αxy(直角∠CPA減小時，θxy取正號，增大時取負號)；

5)切應變：定義γ?yx?=γ?xy=?1θyx?為切應變；

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

7)主應變：過變形體內一點存在有三個相互垂直的應變方向(稱為應變主軸)，該方向上線元沒有切應變，只有線應變，稱為主應變，用ε1、ε2、ε3?表示。對于各向同性材料，可以認?為小應變主方向與應力方向重合；

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

9)最大切應變：三對主切應變中，絕對值最大的成為最大切應變；

10)應變張量不變量：

11)主應變簡圖：用主應變的個數和符號來表示應變狀態的簡圖；

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

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

15)位移速度：

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

應變球張量δijεm----表示變單元體體積的變化；

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

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

②剪切類變形(平面變形)，一個應變為零，其他兩個應變大小相等，方向相反，ε2?=0，ε1 =.ε3?；

③伸長類變形，特征應變為正應變，另兩個應變為負應變，ε1?=.ε2.ε3。

17.對數應變有何特點？它與相對線應變有何關系？ 對數應變能真實地反映變形的積累過程，所以也稱真實應變，簡稱真應變。它具有如下 特點：

①對數應變有可加性，而相對應變為不可加應變；

②對數應變為可比應變，相對應變為不可比應變；

③相對應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。

對數應變可以看做是由相對線應變取對數得到的。

21.敘述下列術語的定義或含義：

Ⅰ屈服準則：在一定的變形條件(變形溫度、變形速度等)下，只有當各應力分量之間符合一定關系時，質點才開始進入塑性狀態，這種關系稱為屈服準則，也稱塑性條件，它是描述受力物體中不同應力狀態下的質點進入塑性狀態并使塑性變形繼續進行所必須遵守的力學條件；

Ⅱ屈服表面：屈服準則的數學表達式在主應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。假如描述應力狀態的點在屈表面上，此點開始屈服。對各向同性的理想塑性材料，則屈服表面是連續的，屈服表面不隨塑性流動而變化。

Ⅲ屈服軌跡：兩向應力狀態下屈服準則的表達式在主應力坐標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力坐標平面的交線。

22.常用的屈服準則有哪兩個？如何表述？分別寫出其數學表達式。

常用的兩個屈服準則是?Tresca屈服準則和?Mises屈服準則，數學表達式分別為max?min Tresca屈服準則：ηmax?=ζ.ζ?=?C2?式中，ζmax、ζ?min----帶數值最大、最小的主應力；

C----與變形條件下的材料性質有關而與應力狀態無關的常數，它可通過單向均勻拉伸試驗求的。

Tresca屈服準則可以表述為：在一定的變形條件下，當受力體內的一點的最大切應力ηmax?達到某一值時，該點就進入塑性狀體。

Mises屈服準則：ζ=?1(ζ1.ζ?2)2?+(ζ?2.ζ3)2?+(ζ3.ζ1)2?=ζs2?=?1 ζ)()()()2(s2zx2yz2xy2xz2zy2yx6ζηηηζζζζζ=+++.+.+.所以?Mises屈服準則可以表述為：在一定的變形條件下，當受力體內一點的等效應力?ζ達到某一定值時，該點就進入塑性狀態。

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

①屈服準則的表達式都和坐標的選擇無關，等式左邊都是不變量的函數；

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

③各表達式都和應力球張量無關。

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

而?Mises屈服準則則考慮了中間應力的影響，使用方便。

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

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

28.敘述下列術語的定義或含義：

1)增量理論：又稱流動理論，是描述材料處于塑性狀態時，應力與應變增量或應變速率之間關系的理論，它是針對加載過程中的每一瞬間的應力狀態所確定的該瞬間的應變增量，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變的理論，也叫形變理論，它是要建立塑性變形全量應變和應力之間的關系。

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

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

5)真實應力：也就是瞬時的流動應力，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：拉伸過程中發生縮頸的現象 7)硬化材料:考慮在塑性變形過程中因形狀變化而會發生加工硬化的材料；

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，也即材料進入塑性狀態后，應力不在增加可連續產生塑性變形；

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

①應力與應變之間的關系時非線性的，因此，全量應變主軸與應力主軸不一定重合；

②塑性變形時可以認為體積不變，即應變球張量為零，泊松比?υ=0.5；

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

④塑性變形時不可逆的，與應變歷史有關，即應力-應變關系不在保持單值關系。塑性變形應力和應變之間的關系與加載歷史有關，可以通過單向拉伸時的應力應變曲線和不同加載路線的盈利與應變圖來說明?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力主軸的方向固定不變，也就是應變增量的主軸是和應力主軸是重合的，這種條件下對勞斯方程積分得到全量應變和應力之間的關系，就是全量理論。

31.在一般情況下對應變增量積分是否等于全量應變？為什么？在什么情況下這種積分才能成立？ 一般情況下是對應變增量積分是不等于全量應變的，因為一般情況下塑性變形時全量應變主軸與與應力主軸不一定重合。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比例加載。可參看第三章第五節中全量理論的部分內容。

1.對塑性成形件進行質量分析有何重要意義？ 對塑性成形件進行質量分析，是檢驗成形件的質量的一種手段，能夠對成形件作出較為全面的評估，指明成形件能否使用和在使用過程中應該注意的問題，可有效防止不必要的安全事故和經濟損失。

2.試述對塑性成形件進行質量分析的一般過程即分析方法。

一般過程：調查原始情況→弄清質量問題→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.試分別從力學和組織方面分析塑性成形件中產生裂紋的原因。

①力學分析：能否產生裂紋，與應力狀態、應變積累、應變速率及溫度等很多因素有關。其中應力狀態主要反映力學的條件。

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

另一種是正斷，斷裂面垂直于最大正應力或正應變方向。塑性成形過程中，材料內部的應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力。由于溫度不均而引起的溫度應力和因組織轉變不同時進行而產生的組織應力。這些應力超過極限值時都會使材料發生破壞(產生裂紋)。

1)由外力直接引起的裂紋；

2)由附加應力及殘余應力引起的裂紋；

3)由溫度應力(熱應力)及組織應力引起的裂紋。

②組織分析：塑性成形中的裂紋一般發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生于晶界或相界處。

1)材料中由冶金和組織缺陷處應力集中而產生裂紋；

2)第二相及夾雜物本身的強度低和塑性低而產生裂紋：a晶界為低熔點物質；

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性能和理化性能上有差異而產生裂紋。

4.防止產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生的硬化、變形不均勻、殘余應力等；

4)提高原材料的質量。

5.什么是鋼的奧氏體本質晶粒度和鋼的奧氏體實際晶粒度？ 鋼的奧氏體本質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性能有何影響？ 一般情況下，晶粒細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。下面討論這三個基本參數對晶粒大小的影響。

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完成。所以晶粒隨溫度升高而長大是一種必然現象。

2)變形程度：熱變形的晶粒大小與變形程度之間的關系和?5-17相似。

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

①由于變形程度大(90%以上)，內部產生很大的熱效應，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破碎并分散，造成變形的晶粒與晶粒之間局部地區直接接觸(與織構的區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，成偏析或統計分布；

另一類是鋼凝固后，在繼續冷卻過程中從奧氏體晶粒內析出的，顆粒十分細小，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在對晶界的釘扎作用上。一旦機械阻礙物溶入晶內時，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、原始晶粒度和化學成分等。

8.細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。它們的細化作用主要在于：當液態金屬凝固時，那些高熔點化合物起彌散的結晶核心作用，從而保證獲得極細晶粒。此外這些化合物同時又都起到機械阻礙的作用，是已形成的細晶粒不易長大。

②采用適當的變形程度和變形溫度。塑性變形時應恰當控制最高變形溫度(既要考慮加熱溫度，也要考慮到熱效應引起的升溫)，以免發生聚集再結晶。如果變形量較小時，應適當降低變形溫度。

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

11.什么是塑性失穩？拉伸失穩與壓縮失穩有什么本質區別？ 塑性失穩：在塑性加工中，當材料所受載荷達到某一臨界值后，即使載荷下降，塑性變形還會繼續，這種現象稱為塑性失穩。壓縮失穩的主要影響因素是剛度參數，它在塑性成形中主要表現為坯料的彎曲和起皺，在彈性和塑性變形范圍內都可能產生；

拉伸失穩的主要影響因素是強度參數，它主要表現為明顯的非均勻伸長變形，在坯料上產生局部變薄或變細的現象，其進一步發展是坯料的拉斷和破裂，它只產生于塑性變形范圍內。

13.桿件的塑性壓縮失穩與板料的塑性壓縮失穩其表現形式有何不同？ 桿件的壓縮失穩表現為彎曲；

板料的壓縮失穩表現為起皺 14.塑性壓縮失穩的臨界壓應力與那些因素有關？(P180-184)15.在板料拉深中，引起法蘭變形區起皺的原因是什么？在生產實踐中，如何防止法蘭變形區的起皺？ 原因：壓縮力引起的失穩起皺。成形過程中變形區坯料的徑向拉應力ζ1和切向壓應力ζ3?的平面應力狀態下變形，當切向壓應力ζ3?達到失穩臨界值時，坯料將產生失穩起皺。

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

2.所謂金屬的再結晶是指 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：

晶內滑移、晶內孿生、晶界滑移 和 擴散蠕變 等。

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

＝ ；

＝。

6.1864 年法國工程師屈雷斯加（H.Tresca）根據庫倫在土力學中研究成果，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力有關，如果采用數學的方式，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的因素有很多，歸結起來主要有 金屬的種類和化學成分、工具的表面狀態、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變狀態時，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力方向。對于理想剛塑性材料處于平面應變狀態下，塑性區內各點的應力狀態不同其實質只是平均應力 不同，而各點處的 最大切應力 為材料常數。

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

10.設平面三角形單元內部任意點的位移采用如下的線性多項式來表示：

，則單元內任一點外的應變可表示為 ＝。

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，一般僅起調節作用。

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學表達式。

17、研究塑性力學時，通常采用的基本假設有、、、體積力為零、初應力為零、。

19.塑性是指：

在外力作用下使金屬材料發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：

化學成分、組織、變形溫度、變形速度、應力狀態。

22.等效應力表達式： 。

23.一點的代數值最大的 __ 主應力 __ 的指向稱為 第一主方向，由 第一主方向順時針轉 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力 σ z =。

25．塑性成形中的三種摩擦狀態分別是：

干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦。

26．對數應變的特點是具有真實性、可靠性和可加。

27．就大多數金屬而言，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％ 的現象叫超塑性。

31．韌性金屬材料屈服時，密塞斯（Mises）準則較符合實際的。

32．硫元素的存在使得碳鋼易于產生熱脆。

33．塑性變形時不產生硬化的材料叫做理想塑性材料。

34．應力狀態中的壓　應力，能充分發揮材料的塑性。

35．平面應變時，其平均正應力sｍ　等于　中間主應力s２。

36．鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性 降低。

37．材料經過連續兩次拉伸變形，第一次的真實應變為e１＝０.1，第二次的真實應變為e２＝０.25，則總的真實應變e＝0.35。

38．塑性指標的常用測量方法 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的影響A工件表面的粗糙度對摩擦系數的影響。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

2．塑性變形時不產生硬化的材料叫做　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、主應力法；

Ｃ、滑移線法；

4． 韌性金屬材料屈服時，A準則較符合實際的。

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，總是要導致最大的 A 散逸，這叫最大散逸功原理。

Ａ、能量；

Ｂ、力；

Ｃ、應變；

6． 硫元素的存在使得碳鋼易于產生　A。

Ａ、熱脆性；

Ｂ、冷脆性；

Ｃ、蘭脆性；

7． 應力狀態中的B　應力，能充分發揮材料的塑性。

Ａ、拉應力；

Ｂ、壓應力；

Ｃ、拉應力與壓應力；

8．平面應變時，其平均正應力sｍB中間主應力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．多晶體經過塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長的現象稱為　A。

Ａ、纖維組織；

Ｂ、變形織構；

Ｃ、流線；

三、判斷題 1．按密塞斯屈服準則所得到的最大摩擦系數μ=0.5。

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

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

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

（√）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．合金鋼中的白點現象是由于夾雜引起的。

（×）10．結構超塑性的力學特性為，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、變形溫度和組織結構。

（√）12．屈雷斯加準則與密席斯準則在平面應變上，兩個準則是一致的。

（×）13．變形速度對摩擦系數沒有影響。

（×）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變分量自然滿足協調方程；

若是按其它方法求得的應變分量，也自然滿足協調方程，則不必校驗其是否滿足連續性條件。

（×）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.純剪切應力狀態有何特點？ 答：純剪切應力狀態下物體只發生形狀變化而不發生體積變化。

純剪應力狀態下單元體應力偏量的主方向與單元體應力張量的主方向一致，平均應力。

其第一應力不變量也為零。

3.塑性變形時應力應變關系的特點？ 答：在塑性變形時，應力與應變之間的關系有如下特點：

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

(2)塑性變形時，可以認為體積不變，即應變球張量為零，泊松比。

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

(4)塑性變形是不可逆的，與應變歷史有關，即應力－應變關系不再保持單值關系。

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．請簡述應變速率對金屬塑性的影響機理。

答：應變速度通過以下幾種方式對塑性發生影響：

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

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

(3)增加應變速率，會使溫度效應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果，最終決定了金屬塑性的變化。

3．請簡述彈性變形時應力-應變關系的特點。

答：彈性變形時應力-應變關系有如下特點：

(1)應力與應變完全成線性關系，即應力主軸與全量應變主軸重合。

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

(3)彈性變形時，應力球張量使物體產生體積的變化，泊松比。

三、計算題 1．對于直角坐標系 Oxyz 內，已知受力物體內一點的應力張量為，應力單位為 Mpa，(1)畫出該點的應力單元體；

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

解：

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

八面體正應力為：

Mpa 八面體切應力為：

應力偏張量為：，應力球張量為：

2．已知金屬變形體內一點的應力張量為 Mpa，求：

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

(2)應力偏張量和應力球張量；

(3)主應力和最大剪應力；

解：

(1)可首先求出方向余弦為（l,m,n）的斜截面上的應力（）進一步可求得斜截面上的正應力 ：

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

對應地，可得最大剪應力。

3．若變形體屈服時的應力狀態為：-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力及值，并分析差異大小。

解：，Tresca準則：

MPa 而＝＝1 Mises準則：

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

MPa 將其各應力分量畫在如圖所示的應力單元圖中，并判斷該點處于什么狀態（彈性/塑性）？ 答：＝－300MPa ＝230MPa ＝150MPa ＝－30 MPa ====0 根據應力張量第一、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Mises屈服準則：

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

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

，則單元內任一點外的應變可表示為 ＝。

2.塑性是指：

在外力作用下使金屬材料發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.等效應力表達式：。

5.一點的代數值最大的 __ 主應力 __ 的指向稱為 第一主方向，由 第一主方向順時針轉 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力 σ z =。

7．塑性成形中的三種摩擦狀態分別是：

干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦。

8．對數應變的特點是具有真實性、可靠性和可加性。

9．就大多數金屬而言，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％ 的現象叫超塑性。

13．韌性金屬材料屈服時，密席斯（Mises）準則較符合實際的。

14．硫元素的存在使得碳鋼易于產生熱脆。

15．塑性變形時不產生硬化的材料叫做理想塑性材料。

16．應力狀態中的壓　應力，能充分發揮材料的塑性。

17．平面應變時，其平均正應力sm 　等于　中間主應力s2。

18．鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性 降低。

19．材料經過連續兩次拉伸變形，第一次的真實應變為e1＝０.1，第二次的真實應變為e2＝０.25，則總的真實應變e＝0.35。

20．塑性指標的常用測量方法 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的影響A工件表面的粗糙度對摩擦系數的影響。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

2．塑性變形時不產生硬化的材料叫做　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、主應力法；

Ｃ、滑移線法；

4． 韌性金屬材料屈服時，A準則較符合實際的。

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，總是要導致最大的 A 散逸，這叫最大散逸功原理。

Ａ、能量；

Ｂ、力；

Ｃ、應變；

6． 硫元素的存在使得碳鋼易于產生　A。

Ａ、熱脆性；

Ｂ、冷脆性；

Ｃ、蘭脆性；

7． 應力狀態中的B　應力，能充分發揮材料的塑性。

Ａ、拉應力；

Ｂ、壓應力；

Ｃ、拉應力與壓應力；

8．平面應變時，其平均正應力sｍB中間主應力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．多晶體經過塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長的現象稱為　A。

Ａ、纖維組織；

Ｂ、變形織構；

Ｃ、流線；

三、判斷題 1．按密席斯屈服準則所得到的最大摩擦系數μ=0.5。

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

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

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

（√）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．合金鋼中的白點現象是由于夾雜引起的。

（×）10．結構超塑性的力學特性為，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、變形溫度和組織結構。

（√）12．屈雷斯加準則與密席斯準則在平面應變上，兩個準則是一致的。

（×）13．變形速度對摩擦系數沒有影響。

（×）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變分量自然滿足協調方程；

若是按其它方法求得的應變分量，也自然滿足協調方程，則不必校驗其是否滿足連續性條件。

（×）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．在結構超塑性的力學特性中，m值的物理意義是什么？ 答：為應變速率敏感性系數，是表示超塑性特征的一個極重要的指標，當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：在再結晶溫度以下（通常是指室溫）的變形。

熱變形：在再結晶溫度以上的變形。

溫變形：在再結晶溫度以下，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目單元體的集合，單元之間只在指定節點處鉸接，再無任何關連，通過這些節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節點量確定的函數來近似描述其場變量（如速度或位移）并依據一定的原理建立各物理量之間的關系式；

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

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

所以有限元法的實質，就是將具有無限個自由度的連續體，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雜問題的解。

2.Levy-Mises 理論的基本假設是什么？ 答：

Levy-Mises 理論是建立在以下四個假設基礎上的：

(1)材料是剛塑性材料，即彈性應變增量為零，塑性應變增量就是總的應變增量；

(2)材料符合 Mises 屈服準則，即 ；

(3)每一加載瞬時，應力主軸與應變增量主軸重合；

(4)塑性變形時體積不變，即，所以應變增量張量就是應變增量偏張量，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；

提高制品質量；

降低金屬變形時的能耗。

（2）影響摩擦系數的主要因素：

答：1）金屬種類和化學成分；

2）工具材料及其表面狀態；

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（化學成分、組織結構）；

（2）變形程度；

（3）變形溫度；

（4）變形速度；

（5）應力狀態；

（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？ 答：現設變形體被速度間斷面SD分成①和②兩個區域；

在微段dSD上的速度間斷情況如下圖所示。

根據塑性變形體積不變條件，以及變形體在變形時保持連續形，不發生重疊和開裂可知，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區的相對滑動。其速度間斷值為 6．何謂屈服準則？常用屈服準則有哪兩種？試比較它們的同異點？ 答：（1）屈服準則：只有當各應力分量之間符合一定的關系時，質點才進入塑性狀態，這種關系就叫屈服準則。

（2）常用屈服準則：密席斯屈服準則與屈雷斯加屈服準則。

（3）同異點：在有兩個主應力相等的應力狀態下，兩者是一致的。對于塑性金屬材料，密席斯準則更接近于實驗數據。在平面應變狀態時，兩個準則的差別最大為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；

（2）潤滑劑應有良好耐高溫性能，在熱加工時，潤滑劑應不分解，不變質；

（3）潤滑劑有冷卻模具的作用；

（4）潤滑劑不應對金屬和模具有腐蝕作用；

（5）潤滑劑應對人體無毒，不污染環境；

（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點? 答：（1）結構致密，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，可以實現少無切削的要求。

（4）生產效率高。

六、計算題 1．圓板坯拉深為圓筒件如圖1所示。

假設板厚為t , 圓板坯為理想剛塑性材料，材料的真實應力為S，不計接觸面上的摩擦 ,且忽略凹模口處的彎曲效應 , 試用主應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：

由于是拉應力，是壓應力，故，得近似塑性條件為：

聯解得：

式中的 2．如圖2所示，設有一半無限體，側面作用有均布壓應力，試用主應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（設其長為 l）列平衡方程：

（1）其中，設，為摩擦因子，為材料屈服時的最大切應力值，、均取絕對值。

由(1)式得：

（2）采用絕對值表達的簡化屈服方程如下：

（3）從而（4）將（2）（3）（4）式聯立求解，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，圓柱體受軸向壓應力sZ，而鐓粗變形接觸表面上的摩擦力t＝０.２Ｓ（Ｓ為流動應力），sze為鍛件外端（r=re）處的垂直應力。

（1）證明接觸表面上的正應力為：

（2）并畫出接觸表面上的正應力分布；

（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簡化后所得的近似平衡方程完全相同。

按密席斯屈服準則所寫的近似塑性條件為：

聯解后得：

當時，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所示的一平沖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，屈服準則：

得：

2）在AO邊界上：

根據變形情況：

按屈服準則：

沿族的一條滑移（OA1A2A3A4）為常數（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）根據變形情況：

4）按屈服準則：

5）沿族的一條滑移（OFEB）為常數（2）設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，設材料的最大切應力為常數K。

圖6 解：首先，可根據動可容條件建立變形區的速端圖，如圖7所示：

圖7 設沖頭的下移速度為。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，可以認為是平面變形。變形區由 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：根據滑移線理論，可認為變形區由對角線分成的四個剛性三角形組成。剛性塊 B、D 為死區，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

第五篇：塑性成形的優缺點

塑性成型的特點---優點

? 組織、性能好

塑性成形可使金屬內部組織發生改變，如塑性成形中的鍛造等成形工藝可使金屬的晶粒細化，可以壓合鑄造組織內部的氣孔等缺陷，使組織致密，從而提高工件的綜合力學性能、經過塑性加工將使其結構致密,粗晶破碎細化和均勻,從而使性能提高.此外,塑性流動所產生的流線也能使其性能得到改善。? 材料利用率高，節省材料

塑性成形方法的材料利用率可達60%-70%，有的達85%-90%。材料利用率不如鑄件，但由于材料性能提高，零件的尺寸可縮小，零件壽命高，也可以節省原材料、金屬塑性加工是金屬整體性保持的前提下,依靠塑性變形發生物質轉移來實現工件形狀和尺寸變化的,不會產生切屑,因而材料的利用率高得多。? 尺寸精度高，提高制件的強度

工件的尺寸精度高，不少塑性成形方法可達到少無切削加工的要求。如精密模鍛錐齒輪的齒部可不經切削加工直接使用、塑性加工產品的尺寸精度和表面質量高。

? 塑性成型方法具有很高的生產率

除自由鍛造外，其它塑性成形方法都有較高的勞動生產率，可大批量生產、塑性加工過程便于實現生產過程的連續化,自動化,適于大批量生產,如軋制,拉拔加工等,因而勞動生產率高。塑性成型的特點---缺點

? 投資大、經費多，制約新產品迅速投產的瓶頸

塑性成形多數方法的模具費高，成本高、設備較龐大,能耗較高，且成形件的形狀和大小也受到一定限制，形狀不能太復雜，坯料塑性要好。

塑性成形可制造小至幾克，大至幾百噸的重型鍛件，所以需要大量投資，所需要的資本和經費大，而且由于所需都是固定零件所以新產品少，新產品不可能過快投入市場造成新產品迅速投產的瓶頸。塑性成形時，工件的固態流動比較困難，成形比較困難，工件形狀的復雜程度不如鑄件，體積特別大的工件成形也較困難。? 一定程度的環境污染

需要消耗大量的資源，鑄造過程中的粉塵，噪聲污染等，同時也會產生工業三廢——廢水、廢氣、廢渣。

材料成型及控制工程11—3 徐威娜 1176808231