第一篇：塑性成形的優(yōu)缺點

塑性成型的特點---優(yōu)點

? 組織、性能好

塑性成形可使金屬內(nèi)部組織發(fā)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(xì)化，可以壓合鑄造組織內(nèi)部的氣孔等缺陷，使組織致密，從而提高工件的綜合力學(xué)性能、經(jīng)過塑性加工將使其結(jié)構(gòu)致密,粗晶破碎細(xì)化和均勻,從而使性能提高.此外,塑性流動所產(chǎn)生的流線也能使其性能得到改善。? 材料利用率高，節(jié)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(jié)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(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)工件形狀和尺寸變化的,不會產(chǎn)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(jīng)切削加工直接使用、塑性加工產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量高。

? 塑性成型方法具有很高的生產(chǎn)率

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

? 投資大、經(jīng)費多，制約新產(chǎn)品迅速投產(chǎn)的瓶頸

塑性成形多數(shù)方法的模具費高，成本高、設(shè)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(fù)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(jīng)費大，而且由于所需都是固定零件所以新產(chǎn)品少，新產(chǎn)品不可能過快投入市場造成新產(chǎn)品迅速投產(chǎn)的瓶頸。塑性成形時，工件的固態(tài)流動比較困難，成形比較困難，工件形狀的復(fù)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(huán)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(chǎn)生工業(yè)三廢——廢水、廢氣、廢渣。

材料成型及控制工程11—3 徐威娜 1176808231

第二篇：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。

第三篇：塑性成形新技術(shù)的發(fā)展趨勢

塑性成形新技術(shù)的發(fā)展趨勢

班級：機制

學(xué)號：201120337 姓名：周禎

201120335

張濤

201120339

朱越

一、歷史沿革

從人類社會的發(fā)展和歷史進程的宏觀來看，材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是社會現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。而材料和材料技術(shù)的進步和發(fā)展，首先應(yīng)歸功于金屬材料制備和成型加工技術(shù)的發(fā)展。人類從漫長的石器時代進化到青銅時代（有學(xué)者稱之為“第一次材料技術(shù)革命”），首先得益于銅的熔煉以及鑄造技術(shù)進步和發(fā)展，而由銅器時代進入到鐵器時代，得益于鐵的規(guī)模冶煉技術(shù)、鍛造技術(shù)的進步和發(fā)展（所謂“第二次材料技術(shù)革命”）。直到16世紀(jì)中葉，冶金（金屬材料的制備與成型加工）才由“技藝”逐漸發(fā)展成為“冶金學(xué)”，人類開始注重從“科學(xué)”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(guān)系，迎來了所謂的“第三次材料技術(shù)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(yè)革命，推動了近代工業(yè)的快速發(fā)展。

進入20世紀(jì)以后，材料合成技術(shù)、符合技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，推動了現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，而電子信息、航天航空等尖端技術(shù)的發(fā)展，反過來對高性能先進材料的研究開發(fā)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(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展。

一般而言，材料需要經(jīng)歷制備、成型加工、零件或結(jié)構(gòu)的后處理等工序才能進入實際應(yīng)用，因此，材料制備與成型加工技術(shù)，與材料的成分和結(jié)構(gòu)、材料的性質(zhì)一起，構(gòu)成了決定材料使用性能的最基本的三大要素。

先進工業(yè)國家對材料制備與成型加工技術(shù)的研究開發(fā)十分重視。美國制定了“為了工業(yè)材料發(fā)展計劃”，其核心是開放先進的制備與成型加工技術(shù)，提高材料性能，降低生產(chǎn)成本，滿足未來工業(yè)發(fā)展對材料的需求。德國開展的“21世紀(jì)新材料研究計劃”將材料制備與成型加工技術(shù)列為六個重點內(nèi)容之一。在歐盟的“第六框架”計劃中，先進制備技術(shù)時新材料領(lǐng)域的研究重點之一。日本在20世紀(jì)90年代后期，先后實施了“超級金屬”、“超鋼鐵”計劃，重點是發(fā)展先進的制備加工技術(shù)，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(jié)省資源和能源的目的。

新材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用，綜合反應(yīng)了一個國家的科學(xué)技術(shù)與工業(yè)化水平，而先進制備與成型加工技術(shù)的發(fā)展，對于新材料的研制、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化具有決定性的作用。先進制備與成型加工技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，加上了新材料的研究開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用進程，促成了諸如微電子和生物醫(yī)用材料等新興產(chǎn)業(yè)的形成，促進了現(xiàn)代航天航空，交通運輸，能源環(huán)保等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料向高性能“，復(fù)合化，結(jié)構(gòu)功能一體化發(fā)展，尤其需要先進制備與成型加工技術(shù)及裝備，可使材料的生產(chǎn)過程更加高效，節(jié)能和潔凈，從而提高傳統(tǒng)材料 產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。

另一方面，開展本科學(xué)領(lǐng)域色前沿和基礎(chǔ)研究，并綜合利用相關(guān)學(xué)科基礎(chǔ)理論和科技發(fā)展成果，提供預(yù)備新材料的新原理新方法，也是材料科學(xué)與工程學(xué)科自身發(fā)展的需求。因此，材料先進制備與成型加工技術(shù)發(fā)展，對提高國家綜合實力，突破先進工業(yè)國家的技術(shù)壁壘與封鎖，保障國家安全，改善人民生活質(zhì)量，以及促進材料科學(xué)與技術(shù)自身的進步與發(fā)展，具有十分重要的作用，也是國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大需求。

二、發(fā)展前景 1 精密化

目前，精密和超精密制造技術(shù)已經(jīng)跨越了微米級技術(shù)，進入了亞微米和納米技術(shù)領(lǐng)域。精密化已成為材料成形加工技術(shù)發(fā)展的重要特征，其表現(xiàn)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(fā)展。

“毛坯”與“零件”的接近程度越來越大。當(dāng)前精密成形技術(shù)已在較大程度上實現(xiàn)了近凈成形。發(fā)展趨勢是實現(xiàn)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(zhì)量高的方向發(fā)展。精密材料成形技術(shù)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(yōu)質(zhì)化

凈成形技術(shù)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(yōu)質(zhì)程度的則是近無缺陷、零缺陷成形加工技術(shù)。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(chǔ)，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(shù)、優(yōu)化工藝技術(shù)，實現(xiàn)一次成形及試模成功，保證工件質(zhì)量。加強工藝過程監(jiān)控及無損檢測，及時發(fā)現(xiàn)超標(biāo)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(chǎn)品開發(fā)速度已成為競爭的重要手段之一。制造業(yè)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(zhì)量產(chǎn)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(shù)的快速化。成形加工技術(shù)的快速化表現(xiàn)在各種新型高效成形的工藝不斷涌現(xiàn)，新型鑄造鍛。壓焊接方法 都從不同角度提高生產(chǎn)效率?？焖僭椭圃旒夹g(shù)，以離散堆積原理為基礎(chǔ)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(tǒng)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(jié)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(tǒng)的方向發(fā)展。計算機模擬仿真技術(shù)是信息技術(shù)綜合應(yīng)用發(fā)展的結(jié)果，應(yīng)用數(shù)值模擬于鑄造、鍛壓、焊接等工藝設(shè)計中，并與物理模擬和專家系統(tǒng)相結(jié)合，來確定工藝參數(shù)優(yōu)化工藝方案預(yù)測加工過程中可以產(chǎn)生的缺陷及防止措施控制和保證加工工件的質(zhì)量。

模擬仿真技術(shù)，它可以理論和實驗做得更深刻、更全面、更細(xì)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(shù)值模擬 鑄壓過程微觀組織的演化及本構(gòu)關(guān)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(yù)測等。根據(jù)美國科學(xué)研究院測算，模擬仿真可提高產(chǎn)品質(zhì)量5至15倍，降低人工成提高投入設(shè)備的利用率30%至50%，縮短產(chǎn)品設(shè)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(tǒng)的發(fā)展情況1998年，由美國3D系統(tǒng)公司推出專為機械零件設(shè)計而制作的RP技術(shù)棗Stereolithography(sl)技術(shù)。該處理工世是通過激光將液態(tài)UV感光聚脂凝固 一片片薄層，全球第一個商業(yè)化的RP系統(tǒng)桽LA?就是如今相當(dāng)普遍的SLA?50機型的先驅(qū)。接下來是1991年，美國Helisys公司的LOM技術(shù)，美國Stratasys公司的FDM技術(shù)，美國Cubital公司的SGC技術(shù)。LOM技術(shù)通過計算機導(dǎo)向的激光燒結(jié)并剪切薄片材料，F(xiàn)DM技術(shù)將熱熔塑料材料拉成絲狀，并用它來一層一層產(chǎn)生模型，SCG技術(shù)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(chǎn)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(shù)推出。隨后，1993年Soligen公司推出DSPC技術(shù)。SLS技術(shù)通過激光產(chǎn)生的熱量熔化粉末材料。DSPC技術(shù)通過機械噴射裝置在 粉末上沉積液體粘結(jié)劑，麻省理工學(xué)院發(fā)明該技術(shù)并注冊專利，然后授權(quán)給Soligen公司。1994年Sanders公司推出MM技術(shù)。1995年，BMP技術(shù)公司推出BPM技術(shù)，兩種技術(shù)都采用噴射頭來沉積石蠟材料。

這些年，一些技術(shù)和公司出現(xiàn)后，又消失了。1990年Quadrax公司推出基于SL技術(shù)的Mark1000RP系統(tǒng)，1992年，3D系統(tǒng)公司通過專利戰(zhàn)合并了Quadrax公司的技術(shù)。杜邦公司開發(fā)了基于SL技術(shù)的名叫SOMOS的技術(shù)，并向Teijin Seiki公司發(fā)放了在亞洲獨家使用權(quán)用其技術(shù)的許可證，然后1995年杜邦公司又向Aaroflex公司發(fā)放了在北美和其它一些有選擇的國家獨家使用其技術(shù)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(fā)并介紹了各自的RP系統(tǒng)，但在RP行業(yè)中都有末產(chǎn)生任何商業(yè)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(tǒng)和多達來自7家日本公司的基于SL技術(shù)的系統(tǒng)都進入了市場，CMET公司Denken公司和D桵EC公司的基于SL技術(shù)的RP系統(tǒng)代表著日本市場中RP設(shè)務(wù)的主流。德國的EOS公司和Fockele&schwarze公司也推出基于SL技術(shù)的系統(tǒng)。同時，EOS公司也提供一種基于激光燒結(jié)技術(shù)的系統(tǒng)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(fù)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(shù)。其中以各種形式的激光加工技術(shù)發(fā)展最為迅速。激光加工技術(shù)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(shù)成為重要的研究動向。

隨著金屬間化合物材料、金屬基復(fù)合材料多種新型功能材料超導(dǎo)材料等高新技術(shù)材料的應(yīng)用，傳統(tǒng)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(shù)相適應(yīng)，新的加工方法成為材料加工研發(fā)的一個重要領(lǐng)域，一批新型復(fù)合工藝應(yīng)運而生。

為超塑成形擴散連接技術(shù)材料電磁加工等此外復(fù)合化還表現(xiàn)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(fù)合、集成于統(tǒng)一的制造系統(tǒng)之中。

綠色化

“綠色化”是指成形加工生產(chǎn)向清潔生產(chǎn)、無廢棄物加工方向發(fā)展。清潔生產(chǎn)技術(shù)是協(xié)調(diào)工業(yè)發(fā)展與環(huán)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(chǎn)方式，是21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的重要特征。

集成化

生物科學(xué)、信息科學(xué)、納米科學(xué)、制造科學(xué)和管理科學(xué)是21世紀(jì)的5個主流科學(xué)，與其相關(guān)的五大技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界，制造科學(xué)與其它科學(xué)交叉是其發(fā)展趨勢。RP與生物科學(xué)交叉的生物制造、與信息科學(xué)交叉的遠(yuǎn)程制造、與納米科學(xué)交叉的微機電系統(tǒng)等都為RP技術(shù)提供了發(fā)展空間。并行工程（CE）、虛擬技術(shù)（VT）、快速模具（RT）、反求工程（VR）、快速成型（RP）、網(wǎng)絡(luò)（Internet、Intranet）相結(jié)合而組成的快速反應(yīng)集成制造系統(tǒng)，將為RP的發(fā)展提供用力的技術(shù)支持。

三、最后總結(jié)

通過對材料成形專業(yè)領(lǐng)域的科技前沿技術(shù)的整理總結(jié)，我終于清楚地知道了我的專業(yè)（材料成形與控制工程）的發(fā)展方向，并對本專業(yè)有了深層次的了解和認(rèn)識，這為我以后的學(xué)習(xí)指明了道路?？吹竭€有許多富有潛力的先進技術(shù)還沒有進行實際應(yīng)用，這激發(fā)了我奮斗的激情，我爭取通過自身的學(xué)習(xí)和努力在材料成形領(lǐng)域有較大發(fā)展，推動材料成形技術(shù)的在社會生活中的應(yīng)用，為人類的發(fā)展作出應(yīng)有貢獻。

第四篇：超塑性成形的發(fā)展?fàn)顩r

超塑性成形的發(fā)展?fàn)顩r

摘要：金屬材料的超塑性是指金屬在特定條件下，具有更大的塑性。本文主要介紹了超塑性成形的主要發(fā)展歷程，超塑性成形的主要應(yīng)用，非金屬材料的超塑性研究和國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：超塑性 金屬材料 成形

一、緒論

近年來，高溫合金和欽合金的使用不斷增加，尤其是在宇航飛行器及其發(fā)動機生產(chǎn)中。這些合金的特點是:流變杭力高，可塑性低，具有不均勻變形所引起機械性能各向異性的敏感性，難于機械加工及成木高昂。如采用普通熱變形鍛造時，機械加工的金屬損耗達80%左右，如采用超塑性成形方法，就能改變鍛件肥頭大耳的落后狀況。

金屬材料的超塑性是指金屬在特定條件(晶粒細(xì)化.極低的變形速度及等溫變形)下，具有更大的塑性。如低碳鋼拉伸時延伸率只有30~40%，塑性好的有色金屬也只有60~70%，但超塑性狀態(tài)。一般認(rèn)為塑性差的金屬延伸率在100~200%范圍內(nèi)，塑性好的金屬延伸率在500~2000%范圍內(nèi)。

要使超塑性出現(xiàn)，必須滿足某些必要條件。首先必須使金屬具有0.25-2.5μm的極細(xì)晶粒，即必須小于一般晶粒大小的十分之一。其次，當(dāng)溫度達金屬熔點一半以上時，具有一般晶粒金屬的晶粒便開始長大，而這時細(xì)晶粒金屬的晶粒保持穩(wěn)定。因此，超塑性除要求有極細(xì)的晶粒度外，還必須具有高的延伸率和低的屈服應(yīng)力，并以低的變形速率在高于熔點一半的溫度下進行加工。

二、超塑性成形的發(fā)展

早在1920年，德國W.Rosenhain等人將冷軋后的Zn-Al-Cu三元共晶合金的鋁板慢速彎曲的時候，發(fā)現(xiàn)這種脆性材料被彎成180°而未出現(xiàn)裂紋，它和普通晶體材料大不相同。他們推斷這種負(fù)荷速度有密切依賴關(guān)系的異?，F(xiàn)象，可能是由于加工產(chǎn)生了非晶質(zhì)。1934年，英國C.E.pearson初次對共晶合金的異常彎曲進行了詳細(xì)研究。這種合金的擠壓材料很脆，容易破裂，可是C.E.pearson將其緩慢拉伸，得到了伸長率為2000%的試樣。很奇怪的是這種慢速大延伸的金屬，在落地實驗中呈脆性斷裂，這是一個更大的發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)時雖然引起了一部分人的強烈反響，但在第二次世界大戰(zhàn)的卻被擱置了。

第二次世界大戰(zhàn)后，前蘇聯(lián)科學(xué)家對金屬的異常延伸現(xiàn)象進行了系統(tǒng)研究，用Zn-Al共析合金在高溫拉伸試驗中得到異常的伸長率，并應(yīng)用于“超塑性”這個詞匯。1962年，美國E.E.Underwood發(fā)表了一篇評論解說性文章，從冶金學(xué)的角度分析了實現(xiàn)超塑性成形的可能性、條件及基本原理。人們評價這篇文章是超塑性研究的總結(jié)。從此超塑性研究引起了人們越來越多的重視。

三、超塑性成形的應(yīng)用

由于金屬及合金在超塑性狀態(tài)具有異常好的塑性和極低的流動應(yīng)力，對成形加工極為有利。對于形狀極為復(fù)雜或變形量很大的零件，都可以一次成形。從已報導(dǎo)的成形已有多種形式，如板料成形，管材成形，無模拉絲，吹塑成形和各種擠壓，模鍛等。利用這種異常的塑性，有些原來很多零件拚合成的部件，現(xiàn)在可以用超塑性成形一次加工出來，減輕了零件的重量，節(jié)約大量加工工時。具體應(yīng)用介紹如下:

1、板料深沖

鋅鋁合金等超塑性板料，在法蘭部分加熱，并在外圍加油壓，一次能拉出非常深的容器。如果在沖頭下部和拉伸好的筒部采用冷卻裝置，深沖比H/dp=11是普通拉深的15倍，而且拉深速度在5000毫米/分時深沖系數(shù)不變。超塑性成形件最大特點是沒有各向異性，拉伸的杯形件沒有制耳。

2.板料吹塑成形(氣壓成形)這是在超塑性材料的延伸率高和變形抗力小的前提下，受到塑料板吹塑成形的啟發(fā)而發(fā)展起來的新工藝。用于Zn-22%A1, A1-6 %Cu-0.5%Zr和鈦合金的超塑性板料成形。利用凹?；蛲鼓Ｉ系男螤睿寻辶虾湍＞呒訜岬筋A(yù)定的溫度，用壓縮空氣的壓力，使壓緊的板料漲開貼緊在凹?；蛲鼓Ｉ?，以獲得所需形狀的薄板工件。目前能加工的板料厚度為0.4~4毫米。根據(jù)工件要求在它的表面上或在內(nèi)腔內(nèi)有清晰的形狀和花紋，選用凹模內(nèi)或凸模上成形。

3.擠壓和模鍛

近年來高溫合金和鈦合金的應(yīng)用不斷增加，尤其是國防工業(yè)生產(chǎn)中。這些合金的特點是:流變抗力高，可塑性極低，具有不均勻變形所引起機械性能各向異性的敏感性，難于機械加工及成本昂高。如采用普通熱變形鍛造時，機械加工的金屬損耗達80%左右，而機械加工的性能是很差的，所以往往不能滿足零件所需的機械性能。但是采用超塑性模鍛方法，就能改變過去肥頭大耳的落后的鍛造工藝。

四、應(yīng)用舉例

美國軍工材料-機械研究中心用超塑性模鍛法成功地制成了直升飛機用的Ti-6AL-4V鈦合金風(fēng)扇葉輪。該葉輪直徑為34Omm。葉片厚度為4mm，模具材料采用MAR一M200鎳基鑄造高溫合金，毛坯加熱溫度為950℃，模具溫度為870℃，平均單位壓力為11.9kg/mm2，超塑性模鍛件重10kg，而普通模鍛件重24kg。加工后成品葉輪凈重4.8kg。

五、超塑性成形的發(fā)展現(xiàn)狀

超塑性成形的主要研究前沿是“先進材料的超塑性開發(fā)”。所謂先進材料是指金屬基復(fù)合材料、金屬化合物、陶瓷等，由于他們具有某些優(yōu)異的性能（例如強度、高溫性能等），所以可以得到很大的發(fā)展。然而這些材料卻有其共同的不足之處-難于加工成型，因此開發(fā)這些材料的超塑性具有重要意義。近年來其中一些材料的超塑性已經(jīng)達到很高的指標(biāo)，然而這些材料的超塑性應(yīng)用上有一定的距離。

超塑性成型的歷史尚短，仍屬于新興工藝，對各種材料的各種成型工藝過程，還在不斷地實驗、比較、淘汰、選擇、發(fā)展和完善、從目前的發(fā)展趨勢上來看，有下述幾點值得注意。

1.成型大型金屬結(jié)構(gòu)及相關(guān)成型設(shè)備。采用超塑脹形工藝來成型大型金屬結(jié)構(gòu)具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟效益。這一類金屬結(jié)構(gòu)在美國的B-1型飛機和F14A、F15、F18飛機以及英國的直升飛機上獲得應(yīng)用，其中最大的構(gòu)件是B-1機的發(fā)動機艙門，平面尺寸達到2790*1520cm。與這種成型工藝相適應(yīng)設(shè)備研究也在發(fā)展，這種設(shè)備與通用液壓機有很大的區(qū)別，對于整個成型過程采用自動控制。目前，美國已推出系列機型，英國、日本也有使用的報道。

2.陶瓷材料與復(fù)合材料的超塑性。國際上，陶瓷材料的超塑性研究有很大進展。日本物質(zhì)和材料研究機構(gòu)最近開發(fā)成功一種具有超塑性的新型陶瓷。這種陶瓷在高溫下能夠像金屬一樣被拉長，可以用來制造形狀復(fù)雜的機械零件。這種新陶瓷是把鈷、鋁和尖金石三種材料在一起用一般方法燒制出來的。實驗結(jié)果表明，1cm的材料片在1650℃的高溫下，其應(yīng)變速度1s可拉長1cm，是一般陶瓷的大約100倍。它可以像金屬一樣，進行軋制和鍛造，制造發(fā)動機和渦輪機零件等產(chǎn)品。

我國的陶瓷材料超塑性研究也列入了863高技術(shù)研究規(guī)劃之列。此外，以金屬超塑性材料為基體的復(fù)合材料的研究也在進行中，從制備（包括材料設(shè)計）、性能測試、成型實驗等諸多方面發(fā)展。比如，在金屬基超塑性材料中加入SiC纖維形成的超塑性材料，可以達到超塑性氣壓脹形的要求。

六、超塑性的發(fā)展方向

世界上超塑性的研究已開展了四十年，70年代形成了“超塑熱”，現(xiàn)在也有不少的專家教授在從事超塑性研究。然而，迄今為止超塑性技術(shù)尚未發(fā)揮其應(yīng)有的作用。其主要原因在于研究的范圍在不斷拓展，但縱深性不夠，很多研究工作還停留在理論和試驗室，由于在理論上尚未吃透、工程上缺乏經(jīng)驗，超塑技術(shù)在工程上的應(yīng)用受到阻礙。超塑技術(shù)想在關(guān)鍵承力結(jié)構(gòu)件上得以應(yīng)用，必須進行艱苦細(xì)致的工作，在關(guān)鍵環(huán)節(jié)上進行縱深研究。

1.先進穩(wěn)定的工藝研究

超塑性成形是一種新工藝，它的特點是，可以利用小噸位設(shè)備進行具有大變形量的復(fù)雜零件的成形。然而這種工藝也有缺點，主要是成形速度慢。工程應(yīng)用中應(yīng)注意發(fā)揮超塑成形技術(shù)的優(yōu)越之處，專門成形其它塑性工藝難以甚至不能成形的重要零件，這樣就顯示出了超塑工藝的先進性。另外超塑性成形與傳統(tǒng)成形方法相比，生產(chǎn)環(huán)境較為復(fù)雜，生產(chǎn)過程中不可控因素較多，加上生產(chǎn)經(jīng)驗積累不足，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝的不穩(wěn)定性。因此，須針對典型超塑部件，重點突破關(guān)鍵工藝，并對已有的工藝應(yīng)進行完善和穩(wěn)定化，這是產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。

2.輔助環(huán)節(jié)的研究

抓住每一工藝環(huán)節(jié)，包括輔助環(huán)節(jié)。超塑性成形工藝本身包括材料的加熱―入模預(yù)熱―加壓成形―出模―校形―熱處理等環(huán)節(jié)，這僅僅是成形工藝的主線，模具的設(shè)計、制造、加熱、維護、潤滑劑的選擇與使用，成形設(shè)備的設(shè)計、使用、維護及改進等，也都直接關(guān)系到超塑性成形工藝的成敗。實際上，我國在超塑領(lǐng)域與發(fā)達國家的差距更多的體現(xiàn)在模具、成形設(shè)備等輔助環(huán)節(jié)上，其原因在于基礎(chǔ)工業(yè)的相對落后，導(dǎo)致在模具設(shè)計的先進性、成形設(shè)備的智能化等方面滿足不了超塑成形所需條件，成為超塑技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

3.工藝的智能控制研究

現(xiàn)在一些大的超塑成形研究公司如美國的SUPERFORM公司已經(jīng)對超塑成形全程計算機機控制，只要事先輸入數(shù)據(jù)，成形設(shè)備就可以自動按時準(zhǔn)確的進行加溫―加壓―充氣―放氣等動作，工人只用放入坯料，取出好的零件。這種超塑性成形的零件成品率高，一致性好，更體現(xiàn)出超塑成形工藝的先進性。在工藝的智能控制研究方面，在硬件(自動化超塑成形設(shè)備)及軟件(優(yōu)化準(zhǔn)確的工藝流程和參數(shù))上都有很大欠缺，可研究的空間很大。

4.產(chǎn)品質(zhì)量、成本控制研究

超塑成形產(chǎn)品要想真正得以應(yīng)用尤其是在航天器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件上得以應(yīng)用,必須進行產(chǎn)品質(zhì)量、成本控制研究?，F(xiàn)在的很多技術(shù)發(fā)展都是基于這個原則進行的，比如目前很熱的鈦合金滲氫技術(shù)，以獲得低溫(700℃左右)超塑性，可以大幅度降低成本，更重要的是可防止晶粒長大，提高最終材料性能，保障產(chǎn)品質(zhì)量。另外，超塑成形中的材料性能變化、變薄率的研究等都應(yīng)給予高度的關(guān)注。國外工業(yè)發(fā)達國家的超塑成形技術(shù)已發(fā)展到成熟的工程應(yīng)用階段，很多航天、航空公司都有自己的超塑研究、生產(chǎn)部門，形成規(guī)模效益，并互相競爭，加速技術(shù)發(fā)展。而我國目前僅有少數(shù)單位能生產(chǎn)合格超塑產(chǎn)品，并且技術(shù)還相當(dāng)落后。

所以在超塑領(lǐng)域不斷拓寬的同時，更需對關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵產(chǎn)品進行縱深研究，“變熱點為亮點，以寬度換深度”，培養(yǎng)幾個具有自己技術(shù)特色的研究、生產(chǎn)單位。對于技術(shù)相對落后且有巨大背景需求的研究單位，應(yīng)采取“以背景換技術(shù)，用需求促發(fā)展”的戰(zhàn)略，與擁有先進技術(shù)的公司、學(xué)校合作，以提升自身的研發(fā)能力，迅速發(fā)展壯大自己，在超塑成形領(lǐng)域占有一席之地。

參考文獻

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第五篇：《金屬塑性成形原理》習(xí)題（2）答案

《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；　　　　　　　　　　?。?、等于；　　　　?。谩⑿∮?；

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；　?。?、理想彈性材料；　　?。?、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；　　　　　?。?、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；　　　　　　?。?、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；　　　　?。?、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；　　　　　　?。?、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sｍ　　B　　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；　　　?。隆⒆冃慰棙?gòu)；　　　　　　　?。?、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?？谔幍膹澢?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

·

＝

K

（u

*

oA

＋

u

*

oB

＋

u

*

oC

＋

u

*

oD）

又

＝

＝

＝

＝

a

所以單位流動壓力：P

=

＝

2K