金属塑性成形作业题

1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力；塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法，也称塑性加工或压力加工；塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高2.试述塑性成形的一般分类。

Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。

可分为一次成型和二次加工。

一次加工：①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。

分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。

②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。

分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。

③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。

生产棒材、管材和线材。

二次加工：①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形状和尺寸的加工方法。

精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。

②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。

分开式模锻和闭式模锻。

2）板料成型一般称为冲压。

分为分离工序和成形工序。

分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。

Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。

3.什么叫加工硬化？产生加工硬化的原因是什么？加工硬化对塑性加工生产有何利弊？加工硬化----随着金属变形程度的增加，其强度、硬度增加，而塑性、韧性降低的现象。

加工硬化的成因与位错的交互作用有关。

随着塑性变形的进行，位错密度不断增加，位错反应和相互交割加剧，结果产生固定割阶、位错缠结等障碍，以致形成胞状亚结构，使位错难以越过这些障碍而被限制在一定范围内运动。

这样，要是金属继续变形，就需要不断增加外力，才能克服位错间强大的交互作用力。

加工硬化对塑性加工生产的利弊：有利的一面：可作为一种强化金属的手段，一些不能用热处理方法强化的金属材料，可应用加工硬化的方法来强化，以提高金属的承载能力。

如大型发电机上的护环零件(多用高锰奥氏体无磁钢锻制)。

不利的一面：①由于加工硬化后，金属的屈服强度提高，要求进行塑性加工的设备能力增加；②由于塑性的下降，使得金属继续塑性变形困难，所以不得不增加中间退火工艺，从而降低了生产率，提高了生产成本。

4.什么是塑性？什么是塑性指标？为什么说塑性指标只具有相对意义?塑性是指金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力，它是金属的一种重要的加工性能。

塑性指标，是为了衡量金属材料塑性的好坏而采用的某些试验测得的数量上的指标。

常用的试验方法有拉伸试验、压缩试验和扭转试验。

由于各种试验方法都是相对于其特定的受力状态和变形条件的，由此所测定的塑性指标(或成形性能指标)，仅具有相对的和比较的意义。

它们说明，在某种受力状况和变形条件下，哪种金属的塑性高，哪种金属的塑性低；或者对于同一种金属，在那种变形条件下塑性高，而在哪种变形条件下塑性低。

5.什么是温度效应？冷变形和热变形时变形速度对塑性的影响有何不同？温度效应：由于塑性变形过程中产生的热量使变形体温度升高的现象。

(热效应：塑性变形时金属所吸收的能量，绝大部分都转化成热能的现象)一般来说，冷变形时，随着应变速率的增加，开始时塑性略有下降，以后由于温度效应的增强，塑性会有较大的回升；而热变形时，随着应变速率的增加，开始时塑性通常会有较显著的降低，以后由于温度效应的增强，而使塑性有所回升，但若此时温度效应过大，已知实际变形温度有塑性区进入高温脆区，则金属的塑性又急速下降。

6. 如何完整的表示受力物体内任一点的应力状态？原因何在？（文字描述）答案1：过一点的三个互相垂直的微分面上的九个应力分量确定了，该点的应力状态就确定了，原因：如果已知过一点的三个互相垂直的微分面上的九个应力分量，则可求出过该点任意微分面上的应力分量。

7.试说明应力偏张量和应力球张量的物理意义。

应力偏张量只能产生形状变化，而不能使物体产生体积变化，材料的塑性变形是由应力偏张量引起的；应力球张量不能使物体产生形状变化(塑性变形)，而只能使物体产生体积变化。

8.等效应力有何特点？写出其数学表达式。

等效应力代表一点应力状态中应力偏张量的综合作用。

它不代表某一实际平面上的应力，它是一个不变量。

对主轴坐标系对任意坐标系9. 已知受力物体内一点的应力张量为试求外法线方向余弦为l=m=1/2，n=1/√2的斜切面上的全应力、正应力和切应力。

10.对于oxyz直角坐标系,已知物体内一点的应力张量（1）画出该点的应力单元体（2）求该点的应力张量不变量、主应力及主方向、主切应力、最大切应力、八面体应力、等效应力、应力球张量，应力偏张量。

（3）该点的应力莫尔圆,并将应力单元体的微分面（即x、y、z面）分别标注在应力莫尔圆上。

解：（1）11.用主应变简图表示塑性变形的类型有哪些？三个主应变中绝对值最大的主应变，反映了该工序变形的特征，称为特征应变。

如用主应变简图来表示应变状态，根据体积不变条件和特征应变，则塑性变形只能有三种变形类型①压缩类变形，特征应变为负应变(即ε1＜0) 另两个应变为正应变，ε2 +ε3 = -ε1；②剪切类变形(平面变形)，一个应变为零，其他两个应变大小相等，方向相反，ε2 =0，ε1 = -ε3；③伸长类变形，特征应变为正应变，另两个应变为负应变，ε1 = -ε2 -ε3。

12.对数应变有何特点？它与相对线应变有何关系？对数应变能真实地反映变形的积累过程，所以也称真实应变，简称真应变。

它具有如下特点：①对数应变有可加性，而相对应变为不可加应变；②对数应变为可比应变，相对应变为不可比应变；③相对应变不能表示变形的实际情况，而且变形程度愈大，误差也愈大。

对数应变可以看做是由相对线应变取对数得到的。

13.常用的屈服准则有那两个？如何表述？分别写出其数学表达式。

常用的屈服准则有屈雷斯加屈服准则和米塞斯屈服准则。

屈雷斯加屈服准则表述为当材料（质点）中的最大切应力达到某一定值时，材料就屈服。

即如果不知主应力大小顺序，普遍表达式为：三个式子中只要满足一个，该点就进入塑性状态。

米塞斯屈服准则是将屈雷斯加屈服准则的三个式子统一起来，即三个方程合起来成为一个连续的方程，表述为当等效应力等于某一定值时，材料就屈服。

即14.两个屈服准则有何差别？在什么状态下两个屈服准则相同？什么状态下差别最大？Ⅰ共同点：①屈服准则的表达式都和坐标的选择无关，等式左边都是不变量的函数；②三个主应力可以任意置换而不影响屈服，同时，认为拉应力和压应力的作用是一样的;③各表达式都和应力球张量无关。

不同点：①Tresca屈服准则没有考虑中间应力的影响，三个主应力的大小顺序不知道时，使用不方便；而Mises屈服准则则考虑了中间应力的影响，使用方便。

Ⅱ两个屈服准则相同的情况在屈服轨迹上两个屈服准则相交的点表示此时两个屈服准则相同，有六个点，四个单向应力状态，两个轴对称应力状态。

Ⅲ两个屈服准则差别最大的情况:在屈服轨迹上连个屈服准则对应距离最远的点所对应的情况，此时二者相差最大，也是六个点，四个平面应力状态(也可是平面应变状态)，两个纯切应力状态，相差为15.5%。

15.某理想塑性材料在平面应力状态下的各应力分量为σx=75，σy=15，σz=0，τxy=15（应力单位为MPa），若该应力状态足以产生屈服，试问该材料的屈服应力是多少？16.塑性成形过程中的摩擦有哪些特点？①伴随有变形金属的塑性流动；②接触面上压强高；③实际接触面积大；④不断有新的摩擦面残生；⑤常在高温下产生摩擦。

17.简述摩擦对塑性成形的有利和不利影响。

有利的影响：可以了利用摩擦阻力来控制金属的流动方向。

例如，在开始模锻时利用飞边桥部的摩擦力来保证金属充填模膛；辊锻和轧制是凭借足够的摩擦力使坯料被咬入轧辊等。

不利的影响：①盖面变形体内应力状态，增大变形抗力；②引起不均匀变形，产生附加应力和残余应力；③降低模具寿命。

18.塑性成形中的摩擦分为哪几类？①干摩擦：当变形金属与工具之间的接触表面上不存在任何外来的介质，即直接接触时所产生的摩擦称为干摩擦；②边界摩擦：接触表面被单分子膜隔开状态，即边界润滑状态下产生的摩擦；③流体摩擦：当变形金属与工具表面之间的润滑剂层较厚，两表面完全被润滑剂隔开，此时的润滑状态称为流体润滑，这种状态下的摩擦称为流体摩擦。

19.产生摩擦的机理是什么？①表面凹凸学说：认为摩擦是由于接触面上的凹凸形状引起的；②分子吸附学说：认为摩擦产生的原因是由于接触表面上分子之间相互吸引的结果；③粘着理论：当两个表面接触时，接触面上某些接触点处压力很大，以致发生粘结或焊合，当两表面产生相对运动时，接触点被切断而产生相对滑动。

20.在计算金属塑性成形中的摩擦力时，常采用的摩擦条件有哪几种？①库伦摩擦条件：不考虑接触面上的粘合现象，认为摩擦符合库伦定律，即摩擦力与接触面上的正压力成正比，其数学表达式为T=μPn或τ=μσ，μ为摩擦系数；②常摩擦力条件：这一条件认为接触面上的摩擦切应力τ与被加工金属的剪切屈服强度K成正比，即τ=mK，式中m为摩擦因子，0≤m≤1。

21.简述影响摩擦系数的主要因数。

①金属的种类和化学成分的影响②工具表面状态的影响：越光滑摩擦系数越小，但非常光滑时，摩擦系数会增加；③接触面上的单位压力：压力较小时，变化不明显；压力越大，摩擦系数越大；④变形温度：⑤变形速度：摩擦系数随变形速度的增加会有所下降。

22.塑性成形对润滑剂有何要求？常用润滑剂有哪些？塑性成形中使用的润滑剂一般应符合下述要求：①应有良好的耐压性能②应有良好的耐热性能③应有冷却磨具的作用④应无腐蚀作用⑤应无毒⑥应使用、清理方便，并考虑其来源丰富，价格便宜等因素常用的润滑剂有1)液体润滑剂：矿物油、植物油、动物油、乳液和有机化合物液体等；2)固体润滑剂：干性固体润滑剂(如石墨、二硫化钼、云母等)；软(熔)化型固体润滑剂(如玻璃、珐琅、天然矿物及各种无机盐等)。