1、金屬塑性成形原理習(xí)題2答案一、填空題1 .設(shè)平面三角形單元內(nèi)部任意點(diǎn)的位移采用如下的線性多項(xiàng)式來表示:(/(4.P)=口十也十口/"工衿=%+的犬4飛產(chǎn),則單元內(nèi)任一點(diǎn)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：滑移和攣生。4.等效應(yīng)力表達(dá)式:0+優(yōu)/+6($+2+引O開4所得滑5 .一點(diǎn)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(shí)針轉(zhuǎn)移線即為比線。6 .平面變形問題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力(Tz=5十%。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

2、點(diǎn)是具有真實(shí)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，需要對坯料外表進(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(shí)，密席斯Mises準(zhǔn)則較符合實(shí)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(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做理想塑性材料。16 .應(yīng)力狀態(tài)中的應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。17 .平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力m等于中間本應(yīng)力2。18 .鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、

3、硬度提高，塑性、韌性隆低。19 .材料經(jīng)過連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)?=0.1,第二次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)?=0.25,則總的真實(shí)應(yīng)變=0.35。20 .塑性指標(biāo)的常用測量方法拉伸試驗(yàn)法與壓縮試驗(yàn)法。21 .彈性變形機(jī)理原子間距的變化;塑性變形機(jī)理位錯運(yùn)動為主。二、以下各小題均有多個(gè)答案，選擇最適合的一個(gè)填于橫線上1 .塑性變形時(shí)，工具外表的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響A表件外表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(shí)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

4、法；B、主應(yīng)力法；C、滑移線法；4 .韌性金屬材料屈服時(shí)，A準(zhǔn)則較符合實(shí)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(shí)，總是要導(dǎo)致最大的一散逸，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(shí)，其平均正應(yīng)力mB中間主應(yīng)力2。A、大于；B、等于；C、小于；9 .鋼材中磷使鋼的強(qiáng)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

5、粒沿變形方向顯著伸長的現(xiàn)象稱為。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)。X2 .塑性變形時(shí)，工具外表的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響小于工件外表的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。X3 .靜水壓力的增加，對提高材料的塑性沒有影響。x4 .在塑料變形時(shí)要產(chǎn)生硬化的材料叫理想剛塑性材料。X5 .塑性變形體內(nèi)各點(diǎn)的最大剪應(yīng)力的軌跡線叫滑移線。V6 .塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。V7 .塑性就是柔軟性。X8 .合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。x9 .合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。x10 .結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為Skm,對于超塑性金屬。X11 .影響超塑

6、性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。V12 .屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面應(yīng)變上，兩個(gè)準(zhǔn)則是一致的。X13 .變形速度對摩擦系數(shù)沒有影響。x14 .靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。V15 .碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。X16 .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；假設(shè)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(yàn)其是否滿足連續(xù)性條件。x17 .在塑料變形時(shí)金屬材料塑性好，變形抗力就低，例如：不銹鋼X四、名詞解釋1 .上限法的基本原理是什么？答：按運(yùn)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(shí)載荷，即高估

7、的近似值，故稱上限解。?m2 .在結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性Sk中，m值的物理意義是什么？“dln答：m為應(yīng)變速率敏感性系數(shù)，是表示超塑性特征的一個(gè)極重要的指標(biāo)，當(dāng)m值越大，塑性dln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(diǎn)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%勺現(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

8、合，單元之間只在指定節(jié)點(diǎn)處較接，再無任何關(guān)連，通過這些節(jié)點(diǎn)傳遞單元之間的相互作用。如此離散的變形體，即為實(shí)際變形體的計(jì)算模型；(2)分片近似，即對每一個(gè)單元選擇一個(gè)由相關(guān)節(jié)點(diǎn)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(gè)單元所建立的關(guān)系式加以集成，得到一個(gè)與有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的總體方程。解此總體方程，即可求得有限個(gè)節(jié)點(diǎn)的未知量一般為速度或位移，進(jìn)而求得整個(gè)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(shí)質(zhì)，就是將具有無限個(gè)自由度的連續(xù)體，簡化成只有有限個(gè)自由度的單元集合體，并用一個(gè)較簡單問題的解去逼近復(fù)雜問題的解。2 .Levy-Mises理

9、論的基本假設(shè)是什么？答：Levy-Mises理論是建立在以下四個(gè)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"二J；(3)每一加載瞬時(shí)，應(yīng)力主軸與應(yīng)變增量主軸重合；(4)塑性變形時(shí)體積不變，即"與十丐十與-端十幾十°,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(shí)的能耗。2影響摩擦系數(shù)的主要因素：答：們金屬種類和化學(xué)成分;2工具材料及其外表狀態(tài)；3

10、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分成和兩個(gè)區(qū)域；在微段dSD上的速度間斷情況如以下圖所示。根據(jù)塑性變形體積不變條件，以及變形體在變形時(shí)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u：u2,而切向速度分量可以不等，造成、區(qū)的相對滑動。其速度?間斷值為Vtu1Ut26 .何謂屈服準(zhǔn)則？常用屈服準(zhǔn)則有哪兩

11、種？試比較它們的同異點(diǎn)？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(shí)，質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)：在有兩個(gè)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)兩個(gè)準(zhǔn)則的差異最大為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外表上，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(shí)，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

12、環(huán)境；6潤滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價(jià)格廉價(jià)等。8.簡述金屬塑性加工的主要優(yōu)點(diǎn)？答：1結(jié)構(gòu)致密，組織改善，性能提高。2材料利用率高，流線分布合埋。3精度高，可以實(shí)現(xiàn)少無切削的要求。4生產(chǎn)效率局。六、計(jì)算題1.圓板坯拉深為圓筒件如圖1所示。假設(shè)板厚為不計(jì)接觸面上的摩擦，且忽略凹?？谔幍膹澢?yīng)Pd0tSln出稅f|叫模1Cffn，rt,圓板坯為理想剛塑性材料，材料的真實(shí)應(yīng)力為S,試用主應(yīng)力法證明圖示瞬間的拉深力為：2R。do叭dtL二亍KdsJ/1141a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，如下圖。沿負(fù)的徑向的靜力平衡方程為:rdt(rdr)(rdr)d.

13、dsindrt02展開并略去高階微量,可得:由于r是拉應(yīng)力是壓應(yīng)力,得近似塑性條件為：聯(lián)解得：rlnrC式中的為的積分中值，=S。當(dāng)RR0時(shí),0,得ClnRo。最后得拉深力為d0tln組do2.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。解:r圖2取半無限體的半剖面，對圖中基元板塊設(shè)其長為列平衡方程:Z片二丐如一（5+"4）花-2胃以二0其中，設(shè)T=心，米為摩擦因子，式為材料屈服時(shí)的最大切應(yīng)力值,均取絕對值。由（1）式得:采用絕對值表達(dá)的簡化屈服方程如下:從而將234式聯(lián)立求解，得:B_x,q=5）jq-=/r+9在邊界上，2，由3式，知-c，代

14、入5式最后得:2附次+從而，單位流動壓力:P1P=7=J_£,T0.廣、刪B)CT11dx=2K1+iCj少1口7z,而鍛粗變形接觸外表上3.圖3所示的圓柱體鍛粗，其半徑為re,高度為h,圓柱體受軸向壓應(yīng)力的摩擦力S為流動應(yīng)力，ze為鍛件外端r=re處的垂直應(yīng)力。1證明接觸外表上的正應(yīng)力為:2z-rerzeh2并畫出接觸外表上的正應(yīng)力分布；3求接觸外表上的單位流動壓力p,4假設(shè)re=100MMH=150MM,S=500MP,求開始變形時(shí)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徽粗。設(shè)S,對基元板塊列平衡方程得:r ?h?rdd2 hdrsin 22rd dr (

15、r d r)(r dr)?h?d,并略去二次無窮小項(xiàng)，則上式化簡成:d因?yàn)閟in二2hdr2rdrrhdrrhdr假定為均勻鍛粗變形，故:最后得:圖3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:S；dz聯(lián)解后得:drh2-rCre時(shí)，Cze最后得：z(rehze3接觸外表上的單位流動壓力為:0zdF1-2re2/jre"ze22reze=544MP4總變形抗力：2，re?p=1708T4 .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，接觸外表上的摩擦力忽略不計(jì),其接觸面上的單位壓力為q,自由外表AHBE與X軸的夾角為，求：

16、1證明接觸面上的單位應(yīng)力q=K2+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:AHxy屈服準(zhǔn)則:得：32在AO邊界上:根據(jù)變形情況:按屈服準(zhǔn)則:2K,AO2KmHxy0,q（q取正值）mo2K2K2K沿族的一條滑移OAAA3A4為常數(shù)m02K0mH2Khq2K2K(一4qK(22)2單位厚度的變形抗力:P2bq2bK(22)接觸外表上的5 .圖5所示的一尖角為2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，摩擦力忽略不計(jì)，其接觸面上的單位壓力為p,自由外表ABC與X軸的夾角為，求:1證明接觸面上的單位應(yīng)力p=2K1+；2假定沖頭的寬度為2b,求變

17、形抗力P。圖5答：1證明1在AC邊界上:xy3)2KmC2在AO邊界上:xy0, 3p（p取正值）3根據(jù)變形情況:4按屈服準(zhǔn)則:2K2Kmo5沿族的一條滑移OFEB為常數(shù)mo則：mc(12設(shè)AO的長度為L,sin則變形抗力為:P2Lpsinsinsin?2K(14bK(16所示，試計(jì)算其單位擠壓力的上限解 P，設(shè)材料的最6 .模壁光滑平面正擠壓的剛性塊變形模型如圖大切應(yīng)力為常數(shù)K。圖67所示:解：首先，可根據(jù)動可容條件建立變形區(qū)的速端圖，如圖設(shè)沖頭的下移速度為3=必=、。由圖7可求得各速度間斷值如下:工:一；./如下式由于沖頭外表及模壁外表光滑，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，所示：L左/拱口=及（荔./+熊，2+葭淄）二6七又沖頭的功率可表示為：用=加產(chǎn)故得：P=3Z較2a足,此瞬間P。7 .一理想剛塑性體在平砧頭間徽粗到某