第一篇：塑性成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

塑性成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

摘要：本文敘述了塑性成形技術(shù)的研究現(xiàn)狀，介紹了現(xiàn)代塑性成形技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，提出了當(dāng)代塑性成形技術(shù)的研究方向。關(guān)鍵詞：塑性成形模具技術(shù)研究現(xiàn)狀發(fā)展趨勢(shì)

1引言

塑性成形技術(shù)具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等顯著特點(diǎn)，已成為當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。據(jù)國(guó)際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，21世紀(jì)，機(jī)械制造工業(yè)零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式實(shí)現(xiàn)。工業(yè)部門的廣泛需求為塑性成形新工藝新設(shè)備的發(fā)展提供了強(qiáng)大的原動(dòng)力和空前的機(jī)遇。金屬及非金屬材料的塑性成形過(guò)程都是在模具型腔中來(lái)完成的。因此，模具工業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)工業(yè)。

新世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)面臨著巨大的變革。通過(guò)與計(jì)算機(jī)的緊密結(jié)合，數(shù)控加工、激光成型、人工智能、材料科學(xué)和集成制造等一系列與塑性成形相關(guān)聯(lián)的技術(shù)發(fā)展速度之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣泛是過(guò)去任何時(shí)代無(wú)法比擬的，塑性成形新工藝和新設(shè)備不斷地涌現(xiàn)，掌握塑性成形技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，有助于及時(shí)研究、推廣和應(yīng)用高新技術(shù)，推動(dòng)塑性成形技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

實(shí)施塑性成形技術(shù)的最終形式就是模具產(chǎn)品，而模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是模具技術(shù)進(jìn)步，模具技術(shù)又涉及到多學(xué)科的交叉。模具作為一種高附加值產(chǎn)品和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。

2塑性成形的現(xiàn)狀

精密成形技術(shù)對(duì)于提高產(chǎn)品精度、縮短產(chǎn)品交貨期、減少切削加工和降低生產(chǎn)成本均有著重要意義。近10年來(lái)，精密成形技術(shù)都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

精沖技術(shù)、冷擠壓技術(shù)、無(wú)飛邊熱模鍛技術(shù)、溫鍛技術(shù)、超塑性成形技術(shù)、成形軋制、液態(tài)模鍛、多向模鍛技術(shù)發(fā)展很快。例如電機(jī)定轉(zhuǎn)子雙回轉(zhuǎn)疊片硬質(zhì)合金級(jí)進(jìn)模的步距精度可達(dá)2μm，壽命達(dá)到1億次以上。集成電路引線框架的20~30工位的級(jí)進(jìn)模，工位數(shù)最多已達(dá)160個(gè)。自動(dòng)沖切、疊壓、鉚合、計(jì)數(shù)、分組、轉(zhuǎn)子鐵芯扭斜和安全保護(hù)等功能的鐵芯精密自動(dòng)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(jī)葉片精密輥鍛和精整復(fù)合工藝，楔橫軋汽車、拖拉機(jī)精密軸類鍛件。除傳統(tǒng)的鍛造工藝外，近年來(lái)半固態(tài)金屬成形技術(shù)也日趨成熟，引起工業(yè)界的普遍關(guān)注。所謂半固態(tài)成形，是指對(duì)液態(tài)金屬合金在凝固過(guò)程中經(jīng)攪拌等特殊處理后得到的具有非枝晶組織結(jié)構(gòu)，固液相共存的半固態(tài)坯料進(jìn)行各種成形加工。它具有節(jié)省材料、降低能耗、提高模具壽命、改善制件性能等一系列優(yōu)點(diǎn)，并可成形復(fù)合材料的產(chǎn)品，被

譽(yù)為21新興金屬塑性加工的關(guān)鍵技術(shù)。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(shù)，氣體輔助技術(shù)和高壓注射的成功應(yīng)用，大大擴(kuò)充了現(xiàn)代精密塑性成形的應(yīng)用范圍。

3現(xiàn)代模具的發(fā)展趨勢(shì)

模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。本文詳細(xì)介紹了國(guó)內(nèi)模具技術(shù)的現(xiàn)狀，探討了我國(guó)模具技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)。還比較了我國(guó)和國(guó)外模具技術(shù)的差距及產(chǎn)生差距的原因。因此，我國(guó)要想提高技術(shù)，必須做出相應(yīng)的調(diào)整，要向大型、精密、復(fù)雜、高效、長(zhǎng)壽命和多功能方向發(fā)展。只有模具技術(shù)向著更高方向的發(fā)展，才能提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量和效率。

3.1我國(guó)模具技術(shù)的現(xiàn)狀

我國(guó)模具工業(yè)從起步到飛躍發(fā)展，歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，近幾年來(lái)，我國(guó)模具技術(shù)有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。大型、精密、復(fù)雜、高效和長(zhǎng)壽命模具又上了新臺(tái)階。模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用更加廣泛，品種有所擴(kuò)展。模具材料方面，由于對(duì)模具壽命的重視，優(yōu)質(zhì)模具鋼的應(yīng)用有較大進(jìn)展。正由于模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，模具水平得以提高，模具國(guó)產(chǎn)化取得了可喜的成就。歷年來(lái)進(jìn)口模具不斷增長(zhǎng)的勢(shì)頭有所控制，模具出口穩(wěn)步增長(zhǎng)。

20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來(lái)越高的要求，同時(shí)為模具的發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力。這些年來(lái)，中國(guó)模具發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)一直以15% 左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。振興和發(fā)展中國(guó)的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關(guān)注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”已經(jīng)取得了共識(shí)。目前，中國(guó)有17000多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)約50多萬(wàn)。在模具工業(yè)的總產(chǎn)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(lái)，中國(guó)模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了變化。除了國(guó)有專業(yè)廠家外，還有集體企業(yè)、合資企業(yè)、獨(dú)資企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)，他們都得到了迅速的發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投入力度，將技術(shù)進(jìn)步作為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。此外，許多研究機(jī)構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。

中國(guó)塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48in大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具CAD/ CAE/CAM技術(shù)、模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)、快速成型與快速制模技術(shù)、新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量

和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。

進(jìn)入21世紀(jì)，在經(jīng)濟(jì)全球化的新形勢(shì)下，隨著資本、技術(shù)和勞動(dòng)力市場(chǎng)的重新整合，中國(guó)裝備制造業(yè)在加入WTO以后，將成為世界裝備制造業(yè)的基地。而在現(xiàn)代制造業(yè)中，無(wú)論哪一行業(yè)的工程裝備，都越來(lái)越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。為了適應(yīng)用戶對(duì)模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求，模具工業(yè)正廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)來(lái)加速模具工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，這是各行各業(yè)對(duì)模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需求。

3.2我國(guó)模具技術(shù)與國(guó)外的差距

? 產(chǎn)需矛盾

工業(yè)發(fā)展水平的不斷提高，工業(yè)產(chǎn)品更新速度加快，對(duì)模具的要求越來(lái)越高，盡管改革開放以來(lái)，模具工業(yè)有了較大發(fā)展，但無(wú)論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，目前滿足率只能達(dá)到70%左右。造成產(chǎn)需矛盾突出的原因，一是專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化程度低，除少量標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)?fù)猓蟛糠止ぷ髁烤枘＞邚S去完成。加工企業(yè)管理的體制上的約束，造成模具制造周期長(zhǎng)，不能適應(yīng)市場(chǎng)要求。二是設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)落后，如模具CAD/CAM技術(shù)采用不普遍，加工設(shè)備數(shù)控化率低等，亦造成模具生產(chǎn)效率不高、周期長(zhǎng)?？傊峭狭藱C(jī)電、輕工等行業(yè)發(fā)展的后腿。

? 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、企業(yè)結(jié)構(gòu)等方面

模具按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)值統(tǒng)計(jì)，我國(guó)目前沖壓占50%-60%，塑料模占25-30。國(guó)外先進(jìn)國(guó)家對(duì)發(fā)展塑料模很重視，塑料模比例一般占30%-40%。國(guó)內(nèi)模具中，大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具比較低，約占20%左右，國(guó)外為50%以上。我國(guó)模具生產(chǎn)企業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，主要生產(chǎn)模具能力集中在各主機(jī)廠的模具分廠(或車間)內(nèi)，模具商品化率低，模具自產(chǎn)自用比例高達(dá)70%以上。國(guó)外，70%以上是商品化的。? 產(chǎn)品水平

衡量模具產(chǎn)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(fù)雜程度、模具的使用壽命和制造周期等。

4現(xiàn)代模具工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)

具制造技術(shù)，主要是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，用仿型加工，成形磨削以及電火花加工方法來(lái)制造模具。而現(xiàn)代模具不同，它不僅形狀與結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而且技術(shù)要求更高，用傳統(tǒng)的模具制造方法顯然難于制造，必須借助于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用先進(jìn)制造技術(shù)，才能達(dá)到它的技術(shù)要求。當(dāng)前，整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展特點(diǎn)是產(chǎn)品品種多、更新快、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)劇烈。為了適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)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(fā)展趨勢(shì)：

? 愈來(lái)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(chǎn)率要求的一模多腔所致。

? 擴(kuò)大應(yīng)用熱流道技術(shù)：由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)約制件的原材料，因此熱流道技術(shù)的應(yīng)用在國(guó)外發(fā)展較快，許多塑料模具廠所生產(chǎn)的塑料模具50%以上采用了熱流道技術(shù)，甚至達(dá)到80%以上，效果十分明顯。熱流道模具在國(guó)內(nèi)也已生產(chǎn)，有些企業(yè)使用率上升到20%~30%。

? 進(jìn)一步發(fā)展多功能復(fù)合模具：一副多功能模具除了沖壓成形零件外，還擔(dān)負(fù)著疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)，這種多功能復(fù)合模具生產(chǎn)出來(lái)的不再是單個(gè)零件，而是成批的組件，可大大縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)及裝配周期，對(duì)模具材料的性能要求也越來(lái)越高。? 日益增多高擋次模具;? 進(jìn)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(jìn)和發(fā)展，為了提高注塑件質(zhì)量，氣輔模具及高壓注射成型模具將隨之發(fā)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(yè)的零件將以塑代鋼，以塑代木的進(jìn)程進(jìn)一步加快，使塑料模具的比例日趨增大。同時(shí)，由于機(jī)械零件的復(fù)雜程度和精度的逐漸提高，對(duì)塑料模具的制造要求也越來(lái)越高。

? 增多擠壓模及粉末鍛模：由于汽車、車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，如以鋁代鋼，非全密度成形，高分子材料、復(fù)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能而且使生產(chǎn)工藝發(fā)生了根本變革，相應(yīng)地出現(xiàn)了液態(tài)（半固態(tài)）擠壓模具及粉末鍛模。對(duì)這些模具的制造精度要求是高的。? 日漸推廣應(yīng)用模具標(biāo)準(zhǔn)化； ? 大力發(fā)展快速制造模具。

上述的目標(biāo)其實(shí)也是正是我國(guó)要努力發(fā)展的目標(biāo)，是我國(guó)模具行業(yè)要改進(jìn)與學(xué)習(xí)的地方，是不斷縮小與國(guó)外水平的最好途徑。

5塑性成形的新技術(shù)

5.1高速高能成形

一種在極短時(shí)間內(nèi)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(wú)切削成形

5.2精密模鍛

在模鍛設(shè)備上鍛造出形狀復(fù)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(jié)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(xué)性能雖好，但精度低。將二者取長(zhǎng)補(bǔ)短，便產(chǎn)生了粉末鍛造方法。

5.4液態(tài)模鍛

實(shí)質(zhì)是把液態(tài)金屬直接澆入金屬型內(nèi)，以一定壓力作用于液態(tài)(或半液態(tài))金屬并保壓，金屬在壓力下結(jié)晶并產(chǎn)生局部塑性變形。液態(tài)模鍛實(shí)際上是鑄造加鍛造的組合工藝。它兼有鑄造工藝簡(jiǎn)單、成本低，又有鍛造產(chǎn)品性能好、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于生產(chǎn)形狀較復(fù)雜的工件，且在性能上又有一定要求時(shí)，液態(tài)模鍛更能發(fā)揮其優(yōu)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(diǎn)的一半)和均勻的細(xì)晶粒度(平均直徑為0.2～5μm)，其相對(duì)伸長(zhǎng)率δ超過(guò)100％以上的特性。例如鋼可超過(guò)500％、純鈦超過(guò)300％、鋅鋁合金超過(guò)1000％。

超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過(guò)程中不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，金屬的變形應(yīng)力可比常態(tài)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(fù)雜零件。

5.6微成形

微成形指以塑性加工的方式生產(chǎn)至少在二維方向上尺寸處于亞毫米量級(jí)的零件或結(jié)構(gòu)的工藝技術(shù)。

5.7內(nèi)高壓成形

內(nèi)高壓成形是近10 多年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種成形方法，它是結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(lái)，由于超高壓液壓技術(shù)的成熟，德國(guó)和美國(guó)已將該成形技術(shù)用于機(jī)器零件的制造，其成形壓力一般大于400MPa，有時(shí)超過(guò)1000MPa。目前，已用于汽車等機(jī)器制造領(lǐng)域的實(shí)際生產(chǎn)。

5.8可變輪廓模具成形

對(duì)于小批量多品種板料件成形，例如艦艇側(cè)面的弧形板、航空風(fēng)洞收縮體板、飛機(jī)的蒙皮都是三維曲面，但批量很小甚至是單件生產(chǎn)，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(gè)需要修模與調(diào)節(jié)的過(guò)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(tài)成形

半固態(tài)成形是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的金屬成形新技術(shù)，指對(duì)經(jīng)過(guò)特殊處理的固體坯料加熱，或在液態(tài)金屬凝固過(guò)程中加以攪拌等處理而得到的具有非枝晶結(jié)構(gòu)的固相、液相組織共存的半固態(tài)坯料進(jìn)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(tài)鍛造、半固態(tài)擠壓、半固態(tài)軋制、半固態(tài)壓鑄等工藝類型，在汽車、通訊、航空、航天、國(guó)防等領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，被稱為21世紀(jì)新興的金屬制造關(guān)鍵技術(shù)之一。

6當(dāng)代塑性成形技術(shù)的研究方向

國(guó)內(nèi)塑性成形技術(shù)與國(guó)外從上文可以看出還是有不小的差距，為了塑性成形技術(shù)逐步達(dá)到國(guó)際水平，不僅僅從理論分析，模具的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)材料以及環(huán)保等方面來(lái)提升塑性成形技術(shù)的水平，隨著現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)的迅猛發(fā)展，以上可以提升的方面在不久的將來(lái)就是拼的數(shù)字化的競(jìng)爭(zhēng)力，所以我著重從數(shù)字化方面說(shuō)一下數(shù)字化塑性成形的未來(lái)研究方向。

6.1設(shè)計(jì)數(shù)字化技術(shù)

為了提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，近年來(lái)，學(xué)術(shù)界提出了并行設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、大批量定制設(shè)計(jì)等新的設(shè)計(jì)理論與方法，其核心思想是：借助專家知識(shí)，采用并行工程方法和產(chǎn)品族的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，以便能夠有效地滿足客戶需求。實(shí)施這些設(shè)計(jì)理論與方法的基礎(chǔ)是數(shù)字化技術(shù)，其中基于知識(shí)的工程技術(shù)（KBE）和反向設(shè)計(jì)技術(shù)是兩項(xiàng)重要支撐技術(shù)。6.1.1反向設(shè)計(jì)

以實(shí)物模型為依據(jù)來(lái)生成數(shù)字化幾何模型的設(shè)計(jì)方法即為反向設(shè)計(jì)。反向設(shè)計(jì)并不是一種創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)思路，但是通過(guò)對(duì)多種方案的篩選和評(píng)估，有可能使其設(shè)計(jì)方案優(yōu)于現(xiàn)有方案，并且縮短方案的設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)方案的可靠性。反向設(shè)計(jì)是產(chǎn)品數(shù)字化的重要手段之一，作為21世紀(jì)數(shù)字化塑性成形技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，反向設(shè)計(jì)這種思想對(duì)于消化吸收國(guó)外模具設(shè)計(jì)的先進(jìn)技術(shù)，提高我國(guó)的模具設(shè)計(jì)水平具有重要的意義。6.1.2基于知識(shí)的工程設(shè)計(jì)

眾所周知，模具設(shè)計(jì)是一個(gè)知識(shí)驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)造性過(guò)程，它包含了對(duì)知識(shí)的繼承、集成、創(chuàng)新和管理。隨著世界制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，創(chuàng)新產(chǎn)品的開發(fā)已成為競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵，而創(chuàng)新產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在于其所擁有的知識(shí)含量。隨著智能技術(shù)的發(fā)展與完善，如何將人類知識(shí)作為改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的原動(dòng)力已成為重要的研究課題。

6.2分析數(shù)字化技術(shù)

6.2.1數(shù)字化模擬

金屬塑性成形過(guò)程的機(jī)理非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)也是基于經(jīng)驗(yàn)的多反復(fù)性過(guò)程，從而導(dǎo)致了模具的開發(fā)周期長(zhǎng)，開發(fā)成本高。面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力，模具行業(yè)迫切需要新技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，縮短模具的開發(fā)時(shí)間，從而更有效地支持相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)。塑性加工過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)正是在這一背景下產(chǎn)生和發(fā)展的。6.2.2虛擬現(xiàn)實(shí)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是實(shí)際制造過(guò)程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)，以及企業(yè)各級(jí)過(guò)程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過(guò)程，以增強(qiáng)制造過(guò)程各級(jí)的決策與控制能力。

6.3制造數(shù)字化技術(shù)

6.3.1高速制造

高速加工技術(shù)是自上個(gè)世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，其研究應(yīng)用的一個(gè)重要目標(biāo)是縮短加工時(shí)的切削與非切削時(shí)間，對(duì)于復(fù)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高精度和高質(zhì)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(gè)確切的定義。6.3.2快速原型

現(xiàn)代意義上的快速成型技術(shù)始于70 年代末期出現(xiàn)的立體光刻技術(shù)（SLA），它是洶涌而來(lái)的數(shù)字化浪潮在加工領(lǐng)域中不可避免的延拓：連續(xù)的曲面被離散成用STL文件表達(dá)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(fù)雜的零件原型都可以加工出來(lái)，加工過(guò)程也大大簡(jiǎn)化了。

進(jìn)入新世紀(jì)后，制造技術(shù)的發(fā)展將隨著市場(chǎng)的全球化、競(jìng)爭(zhēng)的激烈化、需求的個(gè)性化、生產(chǎn)的人性化而體現(xiàn)出制造技術(shù)的信息化、科學(xué)化和服務(wù)化的趨勢(shì)。數(shù)字化以其柔性好、響應(yīng)快、質(zhì)量高、成本低，正在成為先進(jìn)制造技術(shù)的核心。特別是近些年來(lái)研究提出和發(fā)展的很多先進(jìn)制造理論和方法，如計(jì)算機(jī)集成制造、智能制造、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)化制造等等，無(wú)一不是受益于數(shù)字化計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。因此，我們必須從戰(zhàn)略的高度大力開展數(shù)字化制造技術(shù)的研究開發(fā)和加速用數(shù)字化制造技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。

7總結(jié)

經(jīng)過(guò)將近一個(gè)世紀(jì)的衍生與發(fā)展，塑性成形技術(shù)與科學(xué)這一古老而年輕的領(lǐng)域中已經(jīng)結(jié)出茂盛的果實(shí)，但同時(shí)，我們更應(yīng)感到新世紀(jì)所賦予在肩的重任。為了保持和促進(jìn)學(xué)科旺盛的生命力，為了塑性成形技術(shù)與科學(xué)的嶄新輝煌，我們責(zé)

無(wú)旁貸，我們?nèi)沃氐肋h(yuǎn)！

參考文獻(xiàn)

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【7】精密微塑性成形技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。塑性工程學(xué)報(bào)，2008,15（2）【8】海錦濤.塑性成形技術(shù)的新思路。中國(guó)機(jī)械工程，2000.02（29）【9】張軍.微細(xì)塑性成形試驗(yàn)方法及技術(shù)研究.華中科技大學(xué)

【10】洪慎章.模具工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)及塑性成形技術(shù)的研究方向。模具制造，2003,12（15）

第二篇：塑性成形新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

塑性成形新技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

班級(jí)：機(jī)制

學(xué)號(hào)：201120337 姓名：周禎

201120335

張濤

201120339

朱越

一、歷史沿革

從人類社會(huì)的發(fā)展和歷史進(jìn)程的宏觀來(lái)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(huì)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(jìn)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(zhǎng)的石器時(shí)代進(jìn)化到青銅時(shí)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(jìn)步和發(fā)展，而由銅器時(shí)代進(jìn)入到鐵器時(shí)代，得益于鐵的規(guī)模冶煉技術(shù)、鍛造技術(shù)的進(jìn)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(lái)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(lái)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(shí)代進(jìn)入到合金化時(shí)代，催生了人類歷史的第一次工業(yè)革命，推動(dòng)了近代工業(yè)的快速發(fā)展。

進(jìn)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(dòng)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(guò)來(lái)對(duì)高性能先進(jìn)材料的研究開發(fā)提出了更高的要求，起到了強(qiáng)大的促進(jìn)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(jìn)入實(shí)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(jìn)工業(yè)國(guó)家對(duì)材料制備與成型加工技術(shù)的研究開發(fā)十分重視。美國(guó)制定了“為了工業(yè)材料發(fā)展計(jì)劃”，其核心是開放先進(jìn)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(lái)工業(yè)發(fā)展對(duì)材料的需求。德國(guó)開展的“21世紀(jì)新材料研究計(jì)劃”將材料制備與成型加工技術(shù)列為六個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容之一。在歐盟的“第六框架”計(jì)劃中，先進(jìn)制備技術(shù)時(shí)新材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。日本在20世紀(jì)90年代后期，先后實(shí)施了“超級(jí)金屬”、“超鋼鐵”計(jì)劃，重點(diǎn)是發(fā)展先進(jìn)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(dá)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(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)與工業(yè)化水平，而先進(jìn)制備與成型加工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)了現(xiàn)代航天航空，交通運(yùn)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(jìn)制備與成型加工技術(shù)及裝備，可使材料的生產(chǎn)過(guò)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(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(jìn)制備與成型加工技術(shù)發(fā)展，對(duì)提高國(guó)家綜合實(shí)力，突破先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的技術(shù)壁壘與封鎖，保障國(guó)家安全，改善人民生活質(zhì)量，以及促進(jìn)材料科學(xué)與技術(shù)自身的進(jìn)步與發(fā)展，具有十分重要的作用，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(jí)技術(shù)，進(jìn)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(wú)余量成形方向發(fā)展。

“毛坯”與“零件”的接近程度越來(lái)越大。當(dāng)前精密成形技術(shù)已在較大程度上實(shí)現(xiàn)了近凈成形。發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)凈成形加工，其工藝 要求材料成形向更輕、更薄、更強(qiáng)、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?cái)D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(wú)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(jìn)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(shí)現(xiàn)一次成形及試模成功，保證工件質(zhì)量。加強(qiáng)工藝過(guò)程監(jiān)控及無(wú)損檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)零件。通過(guò)零件安全可靠性能研究及評(píng)估，確定臨界缺陷量值等。

快速化

隨著全球化市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，加快產(chǎn)品開發(fā)速度已成為競(jìng)爭(zhēng)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(qiáng)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(diǎn)，而后采用多種手段將這些離散的面、線段和點(diǎn)堆積成零件的整體形狀。由于工藝過(guò)程簡(jiǎn)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(tái)不同類型的RP*裝置在運(yùn)行?？焖僭秃涂焖倌＞呦嘟Y(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(jì)算機(jī)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(jì)中，并與物理模擬和專家系統(tǒng)相結(jié)合，來(lái)確定工藝參數(shù)優(yōu)化工藝方案預(yù)測(cè)加工過(guò)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(shí)驗(yàn)做得更深刻、更全面、更細(xì)致可以進(jìn)行一些理論和實(shí)驗(yàn)暫時(shí)還做不到的研究，大大縮短了制造周期，加快了制造進(jìn)程。如鑄造凝固過(guò)程的三維數(shù)值模擬 鑄壓過(guò)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(jī)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(guò)程的模擬仿真及組織變形性能預(yù)測(cè)等。根據(jù)美國(guó)科學(xué)研究院測(cè)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(jì)和試制周期增加分析問(wèn)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(guó)3D系統(tǒng)公司推出專為機(jī)械零件設(shè)計(jì)而制作的RP技術(shù)棗Stereolithography(sl)技術(shù)。該處理工世是通過(guò)激光將液態(tài)UV感光聚脂凝固 一片片薄層，全球第一個(gè)商業(yè)化的RP系統(tǒng)桽LA?就是如今相當(dāng)普遍的SLA?50機(jī)型的先驅(qū)。接下來(lái)是1991年，美國(guó)Helisys公司的LOM技術(shù)，美國(guó)Stratasys公司的FDM技術(shù)，美國(guó)Cubital公司的SGC技術(shù)。LOM技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)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(lái)一層一層產(chǎn)生模型，SCG技術(shù)也使用UV感光聚脂，通過(guò)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(guò)激光產(chǎn)生的熱量熔化粉末材料。DSPC技術(shù)通過(guò)機(jī)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(cè)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(lái)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(guò)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(dú)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(guó)家獨(dú)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(dá)來(lái)自7家日本公司的基于SL技術(shù)的系統(tǒng)都進(jìn)入了市場(chǎng)，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(chǎng)中RP設(shè)務(wù)的主流。德國(guó)的EOS公司和Fockele&schwarze公司也推出基于SL技術(shù)的系統(tǒng)。同時(shí)，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(jìng)爭(zhēng)，所有這些國(guó)外的機(jī)器均末在美國(guó)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(lái)激光加工自由成形技術(shù)成為重要的研究動(dòng)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(gè)重要領(lǐng)域，一批新型復(fù)合工藝應(yīng)運(yùn)而生。

為超塑成形擴(kuò)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(guò)程、檢測(cè)過(guò)程、物流過(guò)程、裝配過(guò)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(wú)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(hù)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(gè)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(shì)。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(jī)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(guò)對(duì)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(duì)本專業(yè)有了深層次的了解和認(rèn)識(shí)，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(jìn)技術(shù)還沒有進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，這激發(fā)了我奮斗的激情，我爭(zhēng)取通過(guò)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(dòng)材料成形技術(shù)的在社會(huì)生活中的應(yīng)用，為人類的發(fā)展作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

第三篇：塑性成形實(shí)驗(yàn)報(bào)告

金屬塑性成形原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：Ansys軟件分析平面問(wèn)題和軸對(duì)稱問(wèn)題

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

摩擦系數(shù)v=0.26

尺寸：15×25(mm)

s=350Mpa

實(shí)驗(yàn)步驟：

1、建模

1）問(wèn)題的類型：設(shè)置單元類型、屬性

(1).設(shè)置計(jì)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(duì)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(gè)提示框。執(zhí)行file-close，單擊OK按鈕求解運(yùn)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(duì)稱問(wèn)題：

平面應(yīng)變問(wèn)題

平面應(yīng)力問(wèn)題

結(jié)論：同一種材料，外形尺寸不變時(shí)，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：《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(diǎn)？ 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(diǎn)：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(diǎn)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(guò)程中靠體積轉(zhuǎn)移和分配來(lái)實(shí)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(guò)兩個(gè)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(guò)一定形狀和尺寸的?？资蛊洚a(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(guò)一定形狀、尺寸的?？资蛊洚a(chǎn)生塑性變形，以獲得與?？仔螤?、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(jī)上，利用簡(jiǎn)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(lái)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(shí)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(diǎn)。

1）各晶粒變形的不同時(shí)性。不同時(shí)性是由多晶體的各個(gè)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(gè)晶粒進(jìn)行多系滑移；

每個(gè)晶粒至少要求有?5個(gè)獨(dú)立的滑移系啟動(dòng)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(cuò)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(shí)，導(dǎo)致一些物理，化學(xué)性能的變化。

7）時(shí)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(duì)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(cuò)塞積群應(yīng)力場(chǎng)到晶內(nèi)位錯(cuò)源的距離，而這個(gè)距離又影響位錯(cuò)的數(shù)目n。晶粒越大，這個(gè)距離就越大，位錯(cuò)開動(dòng)的時(shí)間就越長(zhǎng)，n也就越大。n越大，應(yīng)力場(chǎng)就越強(qiáng)，滑移就越容易從一個(gè)晶粒轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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(shí)位向有利的晶粒也越多，變形能較均勻的分散到各個(gè)晶粒上；

b．從每個(gè)晶粒的應(yīng)力分布來(lái)看，細(xì)晶粒是晶界的影響區(qū)域相對(duì)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(duì)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(qiáng)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(cuò)的交互作用有關(guān)。隨著塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度不斷增加，位錯(cuò)反應(yīng)和相互交割加劇，結(jié)果產(chǎn)生固定割階、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙，以致形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，使位錯(cuò)難以越過(guò)這些障礙而被限制在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。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(cuò)間強(qiáng)大的交互作用力。

加工硬化對(duì)塑性加工生產(chǎn)的利弊：

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

不利的一面：①由于加工硬化后，金屬的屈服強(qiáng)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(dòng)態(tài)回復(fù)？為什么說(shuō)動(dòng)態(tài)回復(fù)是熱塑性變形的主要軟化機(jī)制？ 動(dòng)態(tài)回復(fù)是在熱塑性變形過(guò)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(guò)程)。

動(dòng)態(tài)回復(fù)是熱塑性變形的主要軟化機(jī)制，是因?yàn)椋?/p>

①動(dòng)態(tài)回復(fù)是高層錯(cuò)能金屬熱變形過(guò)程中唯一的軟化機(jī)制。動(dòng)態(tài)回復(fù)是主要是通過(guò)位錯(cuò)的攀移、交滑移等實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于層錯(cuò)能高的金屬，變形時(shí)擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度窄，集束容易，位錯(cuò)的交滑移和攀移容易進(jìn)行，位錯(cuò)容易在滑移面間轉(zhuǎn)移，而使異號(hào)位錯(cuò)相互抵消，結(jié)果使位錯(cuò)密度下降，畸變能降低，不足以達(dá)到動(dòng)態(tài)結(jié)晶所需的能量水平。因?yàn)檫@類金屬在熱塑性變形過(guò)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(dòng)態(tài)回復(fù)，而不發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。

②在低層錯(cuò)能的金屬熱變形過(guò)程中，動(dòng)態(tài)回復(fù)雖然不充分，但也隨時(shí)在進(jìn)行，畸變能也隨時(shí)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(shí)，畸變能差才能積累到再結(jié)晶所需的水平，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶才能啟動(dòng)，否則也只能發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。

Add：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶容易發(fā)生在層錯(cuò)能較低的金屬，且當(dāng)熱加工變形量很大時(shí)。這是因?yàn)閷渝e(cuò)能低，其擴(kuò)展位錯(cuò)寬度就大，集束成特征位錯(cuò)困難，不易進(jìn)行位錯(cuò)的交滑移和攀移；

而已知?jiǎng)討B(tài)回復(fù)主要是通過(guò)位錯(cuò)的交滑移和攀移來(lái)完成的，這就意味著這類材料動(dòng)態(tài)回復(fù)的速率和程度都很低(應(yīng)該說(shuō)不足)，材料中的一些局部區(qū)域會(huì)積累足夠高的位錯(cuò)密度差(畸變能差)，且由于動(dòng)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(cuò)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(dòng)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(dòng)態(tài)再結(jié)晶？影響動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的主要因素有哪些？動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是在熱塑性變形過(guò)程中發(fā)生的再結(jié)晶。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和靜態(tài)再結(jié)晶基本一樣，也會(huì)是通過(guò)形核與長(zhǎng)大來(lái)完成，其機(jī)理也是大角度晶界(或亞晶界)想高位錯(cuò)密度區(qū)域的遷移。

動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力除了與金屬的層錯(cuò)能高低(層錯(cuò)能越低，熱加工變形量很大時(shí)，容易出現(xiàn)動(dòng)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(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力越強(qiáng)。當(dāng)溶質(zhì)原子固溶于金屬基體中時(shí)，會(huì)嚴(yán)重阻礙晶界的遷移、從而減慢動(dòng)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(dòng)，所以會(huì)遏制動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行。

9.鋼錠經(jīng)過(guò)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(shí)，原來(lái)等軸的晶粒沿延伸方向伸長(zhǎng)。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(huì)沿變形方向拉成細(xì)帶狀(對(duì)塑性雜質(zhì)而言)或粉碎成鏈狀(對(duì)脆性雜質(zhì)而言)，這時(shí)在光學(xué)顯微鏡下會(huì)很難分辨出晶粒和雜質(zhì)。在熱塑性變形過(guò)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(zhǎng)，與此同時(shí)，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?shī)A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(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)直至室溫。所以與冷變形時(shí)由于晶粒被拉長(zhǎng)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(shuō)，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(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后，就可以獲得很大的伸長(zhǎng)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(shuō)塑性指標(biāo)只具有相對(duì)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(yàn)測(cè)得的數(shù)量上的指標(biāo)。

常用的試驗(yàn)方法有拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

由于各種試驗(yàn)方法都是相對(duì)于其特定的受力狀態(tài)和變形條件的，由此所測(cè)定的塑性指標(biāo)(或成形性能指標(biāo))，僅具有相對(duì)的和比較的意義。它們說(shuō)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(duì)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(shuō)明雜質(zhì)元素和合金元素對(duì)鋼的塑性的影響。(P41-44)①碳：固溶于鐵時(shí)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(lái)說(shuō)，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(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性降低，在冷變形時(shí)影響更為嚴(yán)重，此稱為冷脆性。

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

④氮：當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小(0.002%~0.015%)時(shí)，對(duì)鋼的塑性無(wú)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(shí)相 差很大，當(dāng)含氮量較高的鋼從高溫快速冷卻到低溫時(shí)，α鐵被過(guò)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(shí)效脆性。

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

⑤氫：氫脆和白點(diǎn)。

⑥氧：形成氧化物，還會(huì)和其他夾雜物(如?FeS)易熔共晶體(FeS-FeO，熔點(diǎn)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(duì)金屬塑性的影響。

①相組成的影響：?jiǎn)蜗嘟M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(shí)為奧氏體單相組織，故塑性好，而在?800℃左右時(shí)，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(huì)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?yàn)樵谝欢ǖ捏w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(shí)位向有利的晶粒也較多，變形能較均勻地分散到各個(gè)晶粒上；

又從每個(gè)晶粒的應(yīng)力分布來(lái)看，細(xì)晶粒時(shí)晶界的影響局域相對(duì)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(guò)適當(dāng)?shù)腻懺旌?，?huì)打碎粗大的柱狀晶粒獲得細(xì)晶組織，使得金屬的塑性提高。

18.變形溫度對(duì)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(shì)是：隨著溫度的升高，塑性增加，但是這種增加并不是簡(jiǎn)單的線性上升；

在加熱過(guò)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(duì)零度上升到熔點(diǎn)時(shí)，可能出現(xiàn)幾個(gè)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(dòng)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(shí)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(shí)變形速度對(duì)塑性的影響有何不同？ 溫度效應(yīng)：由于塑性變形過(guò)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(shí)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(lái)說(shuō)，冷變形時(shí)，隨著應(yīng)變速率的增加，開始時(shí)塑性略有下降，以后由于溫度效應(yīng)的增強(qiáng)，塑性會(huì)有較大的回升；

而熱變形時(shí)，隨著應(yīng)變速率的增加，開始時(shí)塑性通常會(huì)有較顯著的降低，以后由于溫度效應(yīng)的增強(qiáng)，而使塑性有所回升，但若此時(shí)溫度效應(yīng)過(guò)大，已知實(shí)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(yǔ)的定義或含義：

①?gòu)埩浚河扇舾蓚€(gè)當(dāng)坐標(biāo)系改變時(shí)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(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的九個(gè)分量構(gòu)成一個(gè)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(diǎn)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(gè)主切應(yīng)力中絕對(duì)值最大的一個(gè)，也就是一點(diǎn)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(jiǎn)圖：只用主應(yīng)力的個(gè)數(shù)及符號(hào)來(lái)描述一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的簡(jiǎn)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(gè)象限中的等傾微分面構(gòu)成一個(gè)正八面體，正八面體的每個(gè)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(duì)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(wú)應(yīng)力存在，并所有應(yīng)力分量與該方向軸無(wú)關(guān)，則這種應(yīng)力狀態(tài)即為平面應(yīng)力狀。實(shí)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(duì)很小而可以忽略，一般作平面應(yīng)力狀態(tài)來(lái)處理 11)平面應(yīng)變狀態(tài)：如果物體內(nèi)所有質(zhì)點(diǎn)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(duì)應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)為平面應(yīng)變狀態(tài)。實(shí)例：軋制板、帶材，平面變形擠壓和拉拔等。

12)軸對(duì)稱應(yīng)力狀態(tài)：當(dāng)旋轉(zhuǎn)體承受的外力為對(duì)稱于旋轉(zhuǎn)軸的分布力而且沒有軸向力時(shí)，則物體內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)就處于軸對(duì)稱應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)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(duì)稱張量和非對(duì)稱張量④二階對(duì)稱張量存在三個(gè)主軸和三個(gè)主值 4.試說(shuō)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(yǔ)的定義或含義 1)位移：變形體內(nèi)任一點(diǎn)變形前后的直線距離稱為位移；

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

3)相對(duì)線應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的線變形，只考慮最終變形；

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

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

6)對(duì)數(shù)應(yīng)變：塑性變形過(guò)程中，在應(yīng)變主軸方向保持不變的情況下應(yīng)變?cè)隽康目偤?，記為它反映了物體變形的實(shí)際情況，故稱為自然應(yīng)變或?qū)?shù)應(yīng)變；

7)主應(yīng)變：過(guò)變形體內(nèi)一點(diǎn)存在有三個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)主切應(yīng)變中，絕對(duì)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(jiǎn)圖：用主應(yīng)變的個(gè)數(shù)和符號(hào)來(lái)表示應(yīng)變狀態(tài)的簡(jiǎn)圖；

12)八面體應(yīng)變：如以三個(gè)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?cè)隽浚寒a(chǎn)生位移增量后，變形體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)就有相應(yīng)無(wú)限小的應(yīng)變?cè)隽浚胐εij?來(lái)表示；

14)應(yīng)變速率：?jiǎn)挝粫r(shí)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(shuō)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(shí)，根據(jù)體積不變假設(shè)，即εm?=?0，故此時(shí)應(yīng)變偏張量即為應(yīng)變張量 15.塑性變形時(shí)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(shí)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(jiǎn)圖表示塑性變形的類型有哪些？ 三個(gè)主應(yīng)變中絕對(duì)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(jiǎn)圖來(lái)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(gè)應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變，ε2?+ε3?=.ε1?；

②剪切類變形(平面變形)，一個(gè)應(yīng)變?yōu)榱?，其他兩個(gè)應(yīng)變大小相等，方向相反，ε2?=0，ε1 =.ε3?；

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

17.對(duì)數(shù)應(yīng)變有何特點(diǎn)？它與相對(duì)線應(yīng)變有何關(guān)系？ 對(duì)數(shù)應(yīng)變能真實(shí)地反映變形的積累過(guò)程，所以也稱真實(shí)應(yīng)變，簡(jiǎn)稱真應(yīng)變。它具有如下 特點(diǎn)：

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

②對(duì)數(shù)應(yīng)變?yōu)榭杀葢?yīng)變，相對(duì)應(yīng)變?yōu)椴豢杀葢?yīng)變；

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

對(duì)數(shù)應(yīng)變可以看做是由相對(duì)線應(yīng)變?nèi)?duì)數(shù)得到的。

21.敘述下列術(shù)語(yǔ)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(shí)，質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)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(gè)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(diǎn)在屈表面上，此點(diǎn)開始屈服。對(duì)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(dòng)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(gè)？如何表述？分別寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。

常用的兩個(gè)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(wú)關(guān)的常數(shù)，它可通過(guò)單向均勻拉伸試驗(yàn)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(diǎn)的最大切應(yīng)力ηmax?達(dá)到某一值時(shí)，該點(diǎn)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(diǎn)的等效應(yīng)力?ζ達(dá)到某一定值時(shí)，該點(diǎn)就進(jìn)入塑性狀態(tài)。

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

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

②三個(gè)主應(yīng)力可以任意置換而不影響屈服，同時(shí)，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(wú)關(guān)。

不同點(diǎn)：①Tresca屈服準(zhǔn)則沒有考慮中間應(yīng)力的影響，三個(gè)主應(yīng)力的大小順序不知道時(shí)，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(gè)屈服準(zhǔn)則相同的情況在屈服軌跡上兩個(gè)屈服準(zhǔn)則相交的點(diǎn)表示此時(shí)兩個(gè)屈服準(zhǔn)則相同，有六個(gè)點(diǎn)，四個(gè)單向應(yīng)力狀態(tài)，兩個(gè)軸對(duì)稱應(yīng)力狀態(tài)。

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

28.敘述下列術(shù)語(yǔ)的定義或含義：

1)增量理論：又稱流動(dòng)理論，是描述材料處于塑性狀態(tài)時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變?cè)隽炕驊?yīng)變速率之間關(guān)系的理論，它是針對(duì)加載過(guò)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?cè)隽浚@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(jī)上拉伸力與原始橫斷面積的比值；

5)真實(shí)應(yīng)力：也就是瞬時(shí)的流動(dòng)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(lái)表示；

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

8)理想彈塑性材料：在塑性變形時(shí)，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(shí)，既不考慮彈性變形，又不考慮變形過(guò)程中的加工硬化的材料；

10)彈塑性硬化材料：在塑性變形時(shí)，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(shí)，不考慮塑性變形前的彈性變形，但需要考慮變形過(guò)程中的加工硬化的材料。

29.塑性變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有何特點(diǎn)？為什么說(shuō)塑性變形時(shí)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(shí)，應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點(diǎn)：

①應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系時(shí)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(shí)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(duì)于應(yīng)變硬化材料，卸載后在重新加載時(shí)的屈服應(yīng)力就是卸載時(shí)的屈服應(yīng)力，比初始屈服應(yīng)力要高；

④塑性變形時(shí)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(guò)單向拉伸時(shí)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(lái)說(shuō)明?P120 30.全量理論使用在什么場(chǎng)合？為什么？ 全量理論適用在簡(jiǎn)單加載的條件下，因?yàn)樵诤?jiǎn)單加載下才有應(yīng)力主軸的方向固定不變，也就是應(yīng)變?cè)隽康闹鬏S是和應(yīng)力主軸是重合的，這種條件下對(duì)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(duì)應(yīng)變?cè)隽糠e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(duì)應(yīng)變?cè)隽糠e分是不等于全量應(yīng)變的，因?yàn)橐话闱闆r下塑性變形時(shí)全量應(yīng)變主軸與與應(yīng)力主軸不一定重合。在滿足簡(jiǎn)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(gè)條件可實(shí)現(xiàn)比例加載?？蓞⒖吹谌碌谖骞?jié)中全量理論的部分內(nèi)容。

1.對(duì)塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析有何重要意義？ 對(duì)塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析，是檢驗(yàn)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(píng)估，指明成形件能否使用和在使用過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題，可有效防止不必要的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。

2.試述對(duì)塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析的一般過(guò)程即分析方法。

一般過(guò)程：調(diào)查原始情況→弄清質(zhì)量問(wèn)題→試驗(yàn)研究分析→提出解決措施；

分析方法：低倍組織試驗(yàn)、金相試驗(yàn)及金屬變形金屬變形流動(dòng)分析試驗(yàn)。

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(diǎn)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(guò)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(shí)進(jìn)行而產(chǎn)生的組織應(yīng)力。這些應(yīng)力超過(guò)極限值時(shí)都會(huì)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(shí)，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(qiáng)度低和塑性低而產(chǎn)生裂紋：a晶界為低熔點(diǎn)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(qiáng)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(guò)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)際晶粒度則影響零件的使用性能。

6.晶粒大小對(duì)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(qiáng)度、疲勞強(qiáng)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(duì)于熱加工過(guò)程來(lái)說(shuō)，變形溫度、變形程度和機(jī)械阻礙物是影響形核速度和長(zhǎng)大速度的三個(gè)基本參數(shù)。下面討論這三個(gè)基本參數(shù)對(duì)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(shí)的加熱溫度)溫度對(duì)原子的擴(kuò)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(dòng)、擴(kuò)散能力不斷增強(qiáng)，晶粒之間并吞速度加劇，晶粒的這種長(zhǎng)大可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成。所以晶粒隨溫度升高而長(zhǎng)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(gè)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?yàn)槠渥冃瘟啃?，金屬?nèi)部只是局部地區(qū)受到變形。在再結(jié)晶時(shí)，這些受到變形的局部地區(qū)會(huì)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(zhǎng)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(shí)，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(shí)形成較多的再結(jié)晶核心，這些核心稍微長(zhǎng)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(shí)，出現(xiàn)了第二個(gè)大晶粒區(qū)。該區(qū)的粗大晶粒與臨界變形時(shí)所產(chǎn)生的大晶粒不同。一般認(rèn)為，該區(qū)是在變形時(shí)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(shí)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(shí)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(jī)械阻礙物:機(jī)械阻礙物的存在形式分兩類：一類是鋼在冶煉凝固時(shí)從液相直接析出的，顆粒比較大，成偏析或統(tǒng)計(jì)分布；

另一類是鋼凝固后，在繼續(xù)冷卻過(guò)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(jī)械阻礙物的作用主要表現(xiàn)在對(duì)晶界的釘扎作用上。一旦機(jī)械阻礙物溶入晶內(nèi)時(shí)，晶界上就不存在機(jī)械阻礙作用了，晶粒便可立即長(zhǎng)大到與所處溫度對(duì)應(yīng)的晶粒大小。對(duì)晶粒的影響，除以上三個(gè)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(shí)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(shí)，那些高熔點(diǎn)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(shí)又都起到機(jī)械阻礙的作用，是已形成的細(xì)晶粒不易長(zhǎng)大。

②采用適當(dāng)?shù)淖冃纬潭群妥冃螠囟?。塑性變形時(shí)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(shí)，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(shí)利用奧氏體再結(jié)晶規(guī)律進(jìn)行高溫正火來(lái)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(huì)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(qiáng)度參數(shù)，它主要表現(xiàn)為明顯的非均勻伸長(zhǎng)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(shí)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(guò)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(shí)，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(zhǎng)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(lái)變形的金屬中會(huì)重新形成新的無(wú)畸變的等軸晶，直至完全取代金屬的冷變形組織 的過(guò)程。

3.金屬熱塑性變形機(jī)理主要有：

晶內(nèi)滑移、晶內(nèi)孿生、晶界滑移 和 擴(kuò)散蠕變 等。

4.請(qǐng)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(duì)應(yīng)變張量，請(qǐng)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(guó)工程師屈雷斯加（H.Tresca）根據(jù)庫(kù)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(yàn)，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(guò)程中影響摩擦系數(shù)的因素有很多，歸結(jié)起來(lái)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(shí)，在塑性流動(dòng)平面上滑移線上任一點(diǎn)的切線方向即為該點(diǎn)的最大切應(yīng)力方向。對(duì)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(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)不同其實(shí)質(zhì)只是平均應(yīng)力 不同，而各點(diǎn)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(chǎng)和動(dòng)可容速度場(chǎng)中，必然有一個(gè)應(yīng)力場(chǎng)和與之對(duì)應(yīng)的速度場(chǎng)，它們滿足全部的靜可容和動(dòng)可容條件，此唯一的應(yīng)力場(chǎng)和速度場(chǎng)，稱之為 真實(shí) 應(yīng)力場(chǎng)和 真實(shí) 速度場(chǎng)，由此導(dǎo)出的載荷，即為 真實(shí) 載荷，它是唯一的。

10.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(lái)表示：

，則單元內(nèi)任一點(diǎn)外的應(yīng)變可表示為 ＝。

11、金屬塑性成形有如下特點(diǎn)：

、、、。

12、按照成形的特點(diǎn)，一般將塑性成形分為 和 兩大類，按照成形時(shí)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(lái)變形的金屬中會(huì)重新形成新的無(wú)畸變的等軸晶，直至完全取代金屬的冷變形組織，這個(gè)過(guò)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(shí)，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(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) 所得滑移線即為 線。

24.平面變形問(wèn)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(duì)數(shù)應(yīng)變的特點(diǎn)是具有真實(shí)性、可靠性和可加。

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

28．鋼冷擠壓前，需要對(duì)坯料表面進(jìn)行磷化皂化　潤(rùn)滑處理。

29．為了提高潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑、耐磨、防腐等性能常在潤(rùn)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(guò) １００％ 的現(xiàn)象叫超塑性。

31．韌性金屬材料屈服時(shí)，密塞斯（Mises）準(zhǔn)則較符合實(shí)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(shí)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(shí)，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(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 降低。

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

38．塑性指標(biāo)的常用測(cè)量方法 拉伸試驗(yàn)法與壓縮試驗(yàn)法。

39．彈性變形機(jī)理 原子間距的變化；

塑性變形機(jī)理 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)為主。

二、下列各小題均有多個(gè)答案，選擇最適合的一個(gè)填于橫線上 1．塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響A工件表面的粗糙度對(duì)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(wèn)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(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 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(shí)，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(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(guò)塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長(zhǎng)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(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。

（×）3．靜水壓力的增加，對(duì)提高材料的塑性沒有影響。（×）4．在塑料變形時(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(duì)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(gè)準(zhǔn)則是一致的。

（×）13．變形速度對(duì)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(yàn)其是否滿足連續(xù)性條件。

（×）17．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（×）四、簡(jiǎn)答題 1.純剪切應(yīng)力狀態(tài)有何特點(diǎn)？ 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(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點(diǎn)？ 答：在塑性變形時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點(diǎn)：

(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(shí)，可以認(rèn)為體積不變，即應(yīng)變球張量為零，泊松比。

(3)對(duì)于應(yīng)變硬化材料，卸載后再重新加載時(shí)的屈服應(yīng)力就是報(bào)載時(shí)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(jiǎn)述提高金屬塑性的主要途徑。

答：可通過(guò)以下幾個(gè)途徑來(lái)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(qiáng)的變形方式；

(4)減少變形的不均勻性。

2．請(qǐng)簡(jiǎn)述應(yīng)變速率對(duì)金屬塑性的影響機(jī)理。

答：應(yīng)變速度通過(guò)以下幾種方式對(duì)塑性發(fā)生影響：

(1)增加應(yīng)變速率會(huì)使金屬的真實(shí)應(yīng)力升高，這是由于塑性變形的過(guò)程比較復(fù)雜，需要有一定的時(shí)間來(lái)進(jìn)行。

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

(3)增加應(yīng)變速率，會(huì)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(qǐng)簡(jiǎn)述彈性變形時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的特點(diǎn)。

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

(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(guò)程）無(wú)關(guān)，即某瞬時(shí)的物體形狀、尺寸只與該瞬時(shí)的外載有關(guān)，而與瞬時(shí)之前各瞬間的載荷情況無(wú)關(guān)。

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

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

(2)求出該點(diǎn)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(diǎn)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(gè)主應(yīng)力為（Mpa）設(shè)主方向?yàn)?，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(diǎn)的應(yīng)力張量為 Mpa，求：

(1)計(jì)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(gè)主應(yīng)力：

對(duì)應(yīng)地，可得最大剪應(yīng)力。

3．若變形體屈服時(shí)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(jì)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)的位移采用如下的線性多項(xiàng)式來(lái)表示：

，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 孿生。

4.等效應(yīng)力表達(dá)式：。

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) 所得滑移線即為 線。

6.平面變形問(wèn)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(duì)數(shù)應(yīng)變的特點(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(shì)是，隨著溫度的升高，塑性　提高。

10．鋼冷擠壓前，需要對(duì)坯料表面進(jìn)行磷化皂化　潤(rùn)滑處理。

11．為了提高潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑、耐磨、防腐等性能常在潤(rùn)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(guò) 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)中的壓　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sm 　等于　中間主應(yīng)力s2。

18．鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 降低。

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

20．塑性指標(biāo)的常用測(cè)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(cuò)運(yùn)動(dòng)為主。

二、下列各小題均有多個(gè)答案，選擇最適合的一個(gè)填于橫線上 1．塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響A工件表面的粗糙度對(duì)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(wèn)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(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 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(shí)，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(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(guò)塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長(zhǎng)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(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。

（×）3．靜水壓力的增加，對(duì)提高材料的塑性沒有影響。（×）4．在塑料變形時(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(duì)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(gè)準(zhǔn)則是一致的。

（×）13．變形速度對(duì)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(yàn)其是否滿足連續(xù)性條件。

（×）17．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（×）四、名詞解釋 1．上限法的基本原理是什么？ 答：按運(yùn)動(dòng)學(xué)許可速度場(chǎng)來(lái)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(gè)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(guò)程中，物體質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動(dòng)，即做最少的功，走最短的路。

5．何謂超塑性？ 答：延伸率超過(guò)100%的現(xiàn)象叫做超塑性。

五、簡(jiǎn)答題 1．請(qǐng)簡(jiǎn)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(diǎn)處鉸接，再無(wú)任何關(guān)連，通過(guò)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(duì)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(lái)近似描述其場(chǎng)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(wèn)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(wú)限個(gè)自由度的連續(xù)體，簡(jiǎn)化成只有有限個(gè)自由度的單元集合體，并用一個(gè)較簡(jiǎn)單問(wèn)題的解去逼近復(fù)雜問(wèn)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(gè)假設(shè)基礎(chǔ)上的：

(1)材料是剛塑性材料，即彈性應(yīng)變?cè)隽繛榱?，塑性?yīng)變?cè)隽烤褪强偟膽?yīng)變?cè)隽浚?/p>

(2)材料符合 Mises 屈服準(zhǔn)則，即 ；

(3)每一加載瞬時(shí)，應(yīng)力主軸與應(yīng)變?cè)隽恐鬏S重合；

(4)塑性變形時(shí)體積不變，即，所以應(yīng)變?cè)隽繌埩烤褪菓?yīng)變?cè)隽科珡埩浚? 3．在塑性加工中潤(rùn)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(rùn)滑的目的是:減少工模具磨損；

延長(zhǎng)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：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(rùn)滑劑 4．簡(jiǎn)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(shuō)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(gè)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(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，而切向速度分量可以不等，造成①、②區(qū)的相對(duì)滑動(dòng)。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(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(duì)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)則的差別最大為15.5% 7.簡(jiǎn)述塑性成形中對(duì)潤(rùn)滑劑的要求。

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

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

（3）潤(rùn)滑劑有冷卻模具的作用；

（4）潤(rùn)滑劑不應(yīng)對(duì)金屬和模具有腐蝕作用；

（5）潤(rùn)滑劑應(yīng)對(duì)人體無(wú)毒，不污染環(huán)境；

（6）潤(rùn)滑劑要求使用、清理方便、來(lái)源豐富、價(jià)格便宜等。

8．簡(jiǎn)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，流線分布合理。

（3）精度高，可以實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削的要求。

（4）生產(chǎn)效率高。

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t , 圓板坯為理想剛塑性材料，材料的真實(shí)應(yīng)力為S，不計(jì)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(wú)限體，側(cè)面作用有均布?jí)簯?yīng)力，試用主應(yīng)力法求單位流動(dòng)壓力p。

圖2 解：

取半無(wú)限體的半剖面，對(duì)圖中基元板塊（設(shè)其長(zhǎng)為 l）列平衡方程：

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

由(1)式得：

（2）采用絕對(duì)值表達(dá)的簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)壓力ｐ，（4）假如re＝100MM，Ｈ＝150MM,Ｓ=500MPa，求開始變形時(shí)的總變形抗力Ｐ為多少噸？ 解：

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

因?yàn)?，并略去二次無(wú)窮小項(xiàng)，則上式化簡(jiǎn)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(jiǎn)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(shí)，最后得：

（3）接觸表面上的單位流動(dòng)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(jì)，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(jì)，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(zhǎng)度為L(zhǎng)，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(jì)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(dòng)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(zhǎng)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(gè)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(dòng)）。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(duì)角線分成的四個(gè)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(yùn)動(dòng)；

剛性塊 A、C 相對(duì)于 B、D有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（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(dòng)壓力：P = ＝ 2K

第五篇：塑性成形的優(yōu)缺點(diǎn)

塑性成型的特點(diǎn)---優(yōu)點(diǎn)

? 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(guò)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(dòng)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(dá)60%-70%，有的達(dá)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(lái)實(shí)現(xiàn)工件形狀和尺寸變化的,不會(huì)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(qiáng)度

工件的尺寸精度高，不少塑性成形方法可達(dá)到少無(wú)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(dòng)生產(chǎn)率，可大批量生產(chǎn)、塑性加工過(guò)程便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)化,自動(dòng)化,適于大批量生產(chǎn),如軋制,拉拔加工等,因而勞動(dòng)生產(chǎn)率高。塑性成型的特點(diǎn)---缺點(diǎn)

? 投資大、經(jīng)費(fèi)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(fèi)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(fèi)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(guò)快投入市場(chǎng)造成新產(chǎn)品迅速投產(chǎn)的瓶頸。塑性成形時(shí)，工件的固態(tài)流動(dòng)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(guò)程中的粉塵，噪聲污染等，同時(shí)也會(huì)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