塑性成形过程中相场法及其应用
(完整版)金属塑性成形原理习题及答案解析
《金属塑性成形原理》习题（2）答案 一、填空题 1. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： ，则单元内任一点外的应变可表示为＝。 2. 塑性是指：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。 3. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。 4. 等效应力表达式：。 5.一点的代数值最大的 __ 主应力 __ 的指向称为第一主方向，由第一主方向顺时针转所得滑移线即为线。 6. 平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σ z = 。 7．塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦。8．对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性。 9．就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性提高。 10．钢冷挤压前，需要对坯料表面进行磷化皂化润滑处理。 11．为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物质的总称叫添加剂。 12．材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现象叫超塑性。 13．韧性金属材料屈服时，密席斯（Mises）准则较符合实际的。 14．硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆。 15．塑性变形时不产生硬化的材料叫做理想塑性材料。 16．应力状态中的压应力，能充分发挥材料的塑性。 17．平面应变时，其平均正应力 m 等于中间主应力 2。 18．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降低。
19．材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为 1＝０.1，第二次的真实应变为 2＝０.25，则总的真实应变 ＝0.35 。 20．塑性指标的常用测量方法拉伸试验法与压缩试验法。 21．弹性变形机理原子间距的变化；塑性变形机理位错运动为主。 二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上 1．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响 A 工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 2．塑性变形时不产生硬化的材料叫做 A 。 Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料； 3．用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为 B 。 Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法； 4．韧性金属材料屈服时， A 准则较符合实际的。 Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加； 5．由于屈服原则的限制，物体在塑性变形时，总是要导致最大的 A 散逸，这叫最大散逸功原理。 Ａ、能量；Ｂ、力；Ｃ、应变； 6．硫元素的存在使得碳钢易于产生 A 。 Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性； 7．应力状态中的 B 应力，能充分发挥材料的塑性。 Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力； 8．平面应变时，其平均正应力 ｍ B 中间主应力 ２。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 9．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 B 。 Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、没有变化； 10．多晶体经过塑性变形后各晶粒沿变形方向显著伸长的现象称为 A 。 Ａ、纤维组织；Ｂ、变形织构；Ｃ、流线； 三、判断题 1．按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数μ=0.5。（×） 2．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响小于工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。（×）
塑性成形技术讲解
第二章塑性成形技术 ※塑性成形技术： 利用外力使金属材料产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，从而获得各种产品的加工方法。 ※主要应用： 1）生产各种金属型材、板材和线材； 2）生产承受较大负荷的零件，如曲轴、连杆等； ※塑性成形特点： 1）产品力学性能优于铸件和切削加工件； 2）材料利用率高，生产率高； 3）产品形状不能太复杂； 4）易实现机械化、自动化 ※分类： 1）轧制 2）挤压 3）拉拔 4）锻压：a锻造（自由锻，模锻）。b 冲压 第一节金属塑性成形的物理基础 一、塑性变形的实质 ●宏观：外力，弹性变形，塑性变形（分切应力作用） ●微观（晶体内部）：位错滑移和孪晶 ●多晶体：晶粒变形、晶界滑移、晶粒转动 二、塑性变形的分类 ●冷塑性变形：低于再结晶温度以下时发生的变形 钨的再结晶温度在1200度。 ●热塑性变形：高于再结晶温度以上时发生的变形 铅、锡等金属再结晶温度在零度以下。 三、冷塑性变形对金属组织和性能的影响 产生加工硬化：随着变形程度的提高，金属的强度和硬度提高，塑性和韧性下降的现象。 原因：位错密度提高，亚结构细化 2. 产生内应力：变形开裂，抗腐蚀性能降低，采用去应力退火进行消除。 3. 晶粒拉长或破碎，可能产生各向异性的塑性变形→晶格畸变→ 加工硬化→内能上升（不稳定）→加热→原子活力上升→ 晶格重组→内能下降（温度低时，回复。温度高时，再结晶） 四、热塑性变形对金属组织和性能的影响 一）、五种形态：静态回复；静态再结晶；动态回复；动态再结晶；亚动态再结晶
1、静态回复、静态再结晶：变形之后，利用热变形后的余热进行，不需要重新加热。 2、动态回复、动态再结晶：热变形过程中发生的。 3、亚动态再结晶：动态再结晶进行的热变形过程中，终止热变形后，前面发生的动态再结晶未完成而遗留下来的，将继续进行无孕育期的再结晶。 二）、热变形对金属组织和性能的影响 1. 使铸锭或毛坯中的气孔和疏松焊合，晶粒细化，改善夹杂物和第二相等形态和分布，偏析部分消除，使材料成分均匀。 2. 使铸态金属中的各种偏析、第二相和夹杂物等沿变形方向延伸，形成条状的纤维组织，使材料的塑性和冲击韧性增加。 3. 热变形中各个相或晶内偏析沿变形方向伸长成带条状，冷却时形成带状组织，使材料的横向塑性和韧性降低。 4. 细化晶粒。 五、金属的可锻性 可锻性：金属经过压力加工时，获得优质制品的难易程度。 衡量标准：①金属的塑性：塑性越小，可锻性越好 ②变形抗力：变形抗力越小，可锻性越好 1、影响可锻性的因素：金属本质、加工条件 ★金属本质：面心＞体心＞密排六方 ★化学成分：纯金属＞合金，碳钢＞合金钢，低碳钢＞高碳钢 ★金属的组织：相的组织及分布：固溶体＞机械混合物＞化合物 晶粒大小：等轴晶＞柱状晶；细晶粒＞粗晶粒 加热条件： 变形温度↑→塑性↑变形抗力↓→可锻性↑ 变形速度↑→加工硬化→塑性↓变形抗力↓→可锻性↓ 第二节金属的体积成形方法 使金属材料在三维空间的三个方向上都发生变形的塑性成形方法 一、锻造： ●概念：利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定力学性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。 锻件的力学性能一般优于铸件。 ●分类： 1). 作用力来源：手工锻造和机械锻造 2). 锻造温度：热锻（再结晶温度以上）、温锻（回复和再结晶温度之间）和冷锻（回复温度以下）。 3). 工艺特点：自由锻和模锻 ★自由锻：在砧块之间成形 ★模锻：在模锻设备上用模具成形 ★自由锻特点：
金属塑性成形原理习题集
《金属塑性成形原理》习题集 运新兵编 模具培训中心 二OO九年四月
第一章 金属的塑性和塑性变形 1．什么是金属的塑性？什么是变形抗力？ 2．简述变形速度、变形温度、应力状态对金属塑性和变形抗力的影响。如何提高金属的塑性？ 3．什么是附加应力？ 附加应力分几类？试分析在凸形轧辊间轧制矩形板坯时产生的附加应力？ 4．什么是最小阻力定律？最小阻力定律对分析塑性成形时的金属流动有何意义？ 5．塑性成形时，影响金属变形和流动的因素有哪些？各产生什么影响？ 6．为什么说塑性成形时金属的变形都是不均匀的？不均匀变形会产生什么后果？ 7．什么是残余应力？残余应力有哪几类？会产生什么后果？如何消除工件中的残余应力？ 8．摩擦在金属塑性成形中有哪些消极和积极的作用？塑性成形中的摩擦有什么特点？ 9．塑性成形中的摩擦机理是什么？ 10． 塑性成形时接触面上的摩擦条件有哪几种？各适用于什么情况？ 11． 塑性成形中对润滑剂有何要求？ 12． 塑性成形中常用的液体润滑剂和固体润滑剂各有哪些？石墨和二硫化钼 如何 起润滑作用？ 第二章 应力应变分析 1．什么是求和约定？张量有哪些基本性质？ 2．什么是点的应力状态？表示点的应力状态有哪些方法？ 3．什么是应力张量、应力球张量、应力偏张量和应力张量不变量？ 4．什么是主应力、主剪应力、八面体应力？ 5．什么是等效应力？有何物理意义？ 6．什么是平面应力状态、平面应变的应力状态？ 7．什么是点的应变状态？如何表示点的应变状态？ 8．什么是应变球张量、应变偏张量和应变张量不变量？ 9．什么是主应变、主剪应变、八面体应变和等效应变？ 10． 说明应变偏张量和应变球张量的物理意义？ 11． 塑性变形时应变张量和应变偏张量有和关系？其原因何在？ 12． 平面应变状态和轴对称状态各有什么特点？ 13． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=30758075050805050ij σ，试求方向余弦为21==m l ，2 1=n 的斜面上的全应力、正应力和剪应力。 14． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=10010010010010ij σ，求其主应力、主剪应力、八面体应力、应力球张量及应力偏张量。 15． 设某物体内的应力场为
金属塑性成形原理课标Word版
金属塑性成形原理课程标准 (78学时) 一.课程性质和任务 本课程是高等职业技术学校材料成形专业的一门专业基础课程。通过本课程的学习，使学生了解有关塑性成形原理的专业知识；掌握塑性成形方法及简单工艺流程，应力.应变和塑性变形的相关知识；变形力计算方法；塑性成形件质量的一般分析方法；掌握压力加工模拟及其成立条件。 二.课程教学目标 本课程的教学目标是：使学生掌握塑性.塑性加工方法.塑性加工变形力计算等相关概念，包括晶体缺陷.晶格类型.塑性成形件质量分析.各种计算变形力的方法等。并且使学生掌握塑性相关概念，质量分析方法及变形力的理论计算；培养学生动手分析计算解决实际问题的能力。 (一) 知识教学目标 1．掌握塑性.塑性加工的相关基础知识。 2．掌握热加工.冷加工的区别及各自的优缺点。 3. 掌握金属变形区域的应力.应变分析方法。 4．熟悉塑性成形件的质量分析方法。 5．掌握变形力计算相关理论推导公式。 6．掌握主应力法.上限法的计算方法。 7．掌握塑性成形中的摩擦及其影响因素。 8．了解刚塑性有限元法的基本原理。 9. 了解压力加工模拟的条件及意义. (二) 能力培养目标 1．对本专业的发展历史.发展趋势有所了解。 2．能对塑性成形中质量影响因素进行分析。 3．具有对实际成形计算其变形力的能力。 (三) 思想教育目标 1．具有热爱科学.实事求是的学风和勇于实践.勇于创新的意识和精神。 2．具有良好的职业道德。
三.教学内容和要求 基础模块 (一)绪论 1．金属塑性成形特点及分类 掌握塑性成形的优点及局限性。 2．金属塑性成形原理课程的目的和任务 了解本课程的学习目的和任务，掌握学习方法。 3．金属塑性成形理论的发展概况 了解塑性理论的发展历史及今后发展趋势。 (二) 金属塑料变形的物理基础 1．金属冷态下的塑性变形 掌握冷加工的优缺点； 了解冷加工的适用范围。 2．金属热态下的塑性变形 掌握热加工的优缺点； 了解热加工的适用范围。 3. 金属的超塑性变形 了解超塑性的概念； 掌握超塑性原； 了解超塑性的应用前景。 4. 金属在塑性加工过程中的塑性行为 了解常见的金属塑性行为及其影响因素 (三) 金属塑性变形的力学基础 1．应力分析 理解内力.外力.面力.体积力的概念； 掌握塑性变形中应力分析的方法。 2．应变分析 理解应变的相关概念； 掌握塑性变形中应变分析的方法。 3．平面问题和轴对称问题 了解平面问题和轴对称问题的基本概念； 掌握平面问题和轴对称问题的常见处理方法。 4．屈服准则 理解材料的屈服现象； 掌握屈雷斯加屈服准则及米塞斯准则的使用原则和范围；了解影响材料屈服强度的相关因素。 5．塑性变形时的应力应变关系 掌握本构关系满足的条件； 掌握应力应变关系的应用条件和场合。 6．真实应力—应变曲线
金属塑性成形原理复习题
一、名词解释 1. 主应力：只有正应力没有切应力的平面为主平面，其面上的应力为主应力。 2. 主切应力：切应力最大的平面为主切平面，其上的切应力为主主切应力。 3. 对数应变 答：变形后的尺寸与变形前尺寸之比取对数 4. 滑移线 答：最大切应力的方向轨迹。 5. 八面体应力：与主平面成等倾面上的应力 6. 金属的塑性：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。 7. 等效应力：又称应力强度，表示一点应力状态中应力偏张量的综合大小。 8. 何谓冷变形、热变形和温变形：答冷变形：在再结晶温度以下，通常是指室温的变形。热变形：在再结晶温度以上的变形。 温变形在再结晶温度以下，高于室温的变形。 9. 何谓最小阻力定律：答变形过程中，物体质点将向着阻力最小的方向移动，即做最少的功，走最短的路。 10.金属的再结晶 答：冷变形金属加热到一定的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 11. π平面 答：是指通过坐标原点并垂于等倾线的平面。 12.塑性失稳 答：在塑性加工中，当材料所受的载荷达到某一临界后，即使载荷下降，塑性变形还会继续，这种想象称为塑性失稳。 13.理想刚塑性材料：在研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。P139 14.应力偏张量：应力偏张量就是应力张量减去静水压力，即：σij ′ =σ－δij σm 二、填空题 1. 冷塑性变形的主要机理:滑移和孪生 2. 金属塑性变形的特点：不同时性、相互协调性和不均匀性。 3. 由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织称为：变形织构 。 4. 随着变形程度的增加,金属的强度 硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为：加工硬化。 5. 超塑性的特点:大延伸率、低流动应力、无缩颈、易成形、无加工硬化 。 6. 细晶超塑性变形力学特征方程式中的m 为:应变速率敏感性指数。 7. 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 。 8. 塑性指标是常用的两个塑性指标是：伸长率和断面收缩率。 9. 影响金属塑性的因素主要有：化学成分、组织状态、变形温度、应变速率、应力状态(变形力学条)。 10. 晶粒度对于塑性的影响为：晶粒越细小，金属的塑性越好。 11. 应力状态对于塑性的影响可描述为：(静水压力越大)主应力状态下压应力个数越多，数值越大时,金属的塑性越好。 12. 通过试验方法绘制的塑性——温度曲线,称为：塑性图 。 13. 用对数应变表示的体积不变条件为: 0x y z εεε++=。 14. 平面变形时,没有变形方向(设为z 向)的正应力为： 21311=()=()=22 z x y m σσσσσσσ=++。 15. 纯切应力状态下，两个主应力数值上相等,符号相反 。
浅谈铸造成型与塑性成形的新发展
浅谈铸造成型与塑性成形的新发展摘要：经过了三个多月的金属工艺学学习，课程也将要接近尾声了，在杨老师的课程中，我学到了很多关于金属铸造、成型的各种原理和发展过程和发展前景，随着我国的科学技术和工业化的发展，也大大的促进了制造业和制造工艺的发展，推动了铸造成型和塑性成形的新工艺的开发和创新，使得铸造成型和塑性成形的工艺朝着批量化、工艺化、精细化、轻量化的方向有了长足的进步，接下来我就铸造成型和塑性成形的一些了解的进行一下简单的论述。 关键词：铸造成型铸造工艺新工艺塑性成形缺点技术发展 随着科学技术在各个领域的突破，尤其是计算机的广泛应用，促进了铸造技术塑性成形的飞速发展，各种工艺技术与铸造技术的相互渗透和结合，也促进了铸造新工艺、新方法的发展。通过与计算机的紧密结合，数控加工、激光成型、人工智能、材料科学和集成制造等一系列与塑性成形相关联的技术的发展大大的促进了塑性成形的飞速发展。 一、铸造成型 铸造种类很多，按造型方法习惯上分为：①普通砂型铸造，包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。②特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造（如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等）和以金属为主要铸型材料的特种铸造（如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等）两类。 铸造工艺通常包括： ①铸型（使液态金属成为固态铸件的容器）准备，铸型按所用材料可分为砂型、金属型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次数可分为一次性型、半永久型和永久型，铸型准备的优劣是影响铸件质量的主要因素； ②铸造金属的熔化与浇注，铸造金属（铸造合金）主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金； ③铸件处理和检验，铸件处理包括清除型芯和铸件表面异物、切除浇冒口、铲磨毛刺和披缝等凸出物以及热处理、整形、防锈处理和粗加工等。 近年来基于汽车轻量化的要求，越来越多的汽车零件正逐步由钢、铁改为铝、镁、塑料等轻质材料，其中以铝代钢铁是当前汽车轻量化的主要发展方向。而由于效率、成本、性能的综合考虑，目前采用压铸成形的零件越来越多，零件结构越来越复杂。 压铸合金材料也从常规的亚共晶Al-Si-Cu系（ADC12，A380）或共晶Al-Si系（YL102）合金向特殊的合金材料发展，如过共晶的Al-Si-Cu系合（ADC14A390）、亚共晶的Al-Si-Mg 系（AlSi10MgFe）以及Al-Mg系（AlMg5）合金等也正逐步大量应用于压铸零件中。过共晶Al-Si合金由于具有热膨胀系数小、密度小、耐磨及高温性能好、铸造性能优良等特点，是高强度、耐磨、低膨胀零件如汽车活塞汽缸体、斜盘、离合器齿轮等的理想材料但是目前国内外有关Al-Si合金的压铸件开发及应用的报道很少。 铸造成型的新工艺主要有三个方向 一是凝固理论推动的铸造技术的发展，主要的成就是定向凝固和单晶、细晶铸造、半固态铸造、快速凝固铸造和其他凝固铸造、差压铸造等通过控制凝固过程而提高材料性能，减少缩松缩孔，从而获得优质的铸件。 二是造型技术的新发展，主要有气体冲压造型，静压造型，真空密封造型，冷冻造型。 三是计算机技术推动的铸造新发展，计算机技术是21世纪的核心技术，是改造传统铸造产业的必由之路。运用计算机对铸造生产过程进行设计、仿真、模拟，可以帮助工程技术人员优化工艺设计，缩短产品制造周期，降低生产成本，确保铸件质量。现代的计算机技术在铸造方面的应用主要有铸造过程的数值模拟和制造工艺CAD两方面。
塑性成形过程中相场法及其应用
塑性成形过程中相场法及其应用 学生姓名： 学号： 学生所在院（系）：
第1章相场法的特点 1.1 相场法的概念 相场法是一种基于经典热力学和动力学理论的半唯象方法[1]。该方法具有以下优点: 可以通过场变量简单明了地表征出任何一种复杂组织的几何形貌，包括单个区域或晶粒的几何形状，区域或晶粒的空间分布、体积分数等;可以考虑内部场和外加场(如应变场、电场和磁场) 对组织变化的影响;并且在2维和3维系统的应用并不增加模型的复杂性[2]。相场法已经十分成熟地应用于模拟凝固过程[1,3,4]，但是在固相-固相转变模拟的应用正处在活跃发展的阶段[5]。 1.2 相场法的特点 微观组织演化的经典动力学通过将有着固定结构和成分的晶粒严格区分的尖锐界面的几何形状来描述多相微观组织。然后微观组织的演化可以通过求解一系列非线性偏微分方程获得,其中移动界面满足自相容边界条件[6]。然而,对于复杂的微观组织,利用传统方法无法求出移动或自由界面的解析解,即使是其数值解也很难求出[7]。因此有关粒子形状、粒子数量的问题无法利用传统方法解决。为了解决大部分传统方法面临的困难,最近人们越来越有兴趣利用场动力学理论描述任意介观和微观组织以及其随时间的演化,其主要原因就是与其它模拟方法相比相场法具有一些其它模拟方法所不具备的独特之处:首先,相场法通过场变量可以简单明了地表征出任何一种复杂组织的几何形貌,而且包括单个区域或晶粒的几何形状,区域或晶粒的空间分布、体积分数、局部表面曲率(如表面的坡口角和二面角)和内界面这样的细节在内[8]。 其次,相场法可以对与长程和短程相互作用有关的各种热力学驱动力加以考虑,所以利用相场法可以研究内部场和外加场(如应变场、电场和磁场)对组织变化的影响。 第三,相场法可以在相同的物理和数学模型下模拟诸如:形核、长大、粗化和外场诱发的组织变化等不同的现象。 第四,相场法中的时间,尺寸和温度的标度可以根据卡恩一希利阿德扩散方程和金兹博格一朗道方程中采用的半唯象常数来确定。从原理上来说,这些标度可以和所研究系统的实验测量数据或者更基本的模拟数据相对应。 第五,相场法是一种相对简单的方法而且它在二维和三维系统的应用并不增加模型的复杂性。
塑性成形方法
第五节其它塑性成形方法 随着工业的不断发展，人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要求，不仅要求生产各种毛坯，而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量的成品零件。其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速发展和广泛的应用，例如挤压、拉拔、辊轧、精密模锻、精密冲裁等。 一、挤压 挤压：指对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用，使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出，或充满凸、凹模型腔，而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法。 挤压法的特点： （1）三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性，不仅有铜、铝等塑性好的非铁金属，而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成形。在一定变形量下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进行挤压成形。对于要进行轧制或锻造的塑性较差的材料，如钨和钼等，为了改善其组织和性能，也可采用挤压法对锭坯进行开坯。 （2）挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。 （3）可以实现少、无屑加工，一般尺寸精度为IT8～IT9，表面粗糙度为Ra3.2～0.4μ m，从而 （4）挤压变形后零件内部的纤维组织连续，基本沿零件外形分布而不被切断，从而提高了金属的力学性能。 （5）材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易于实现生产过程的自动化。 挤压方法的分类： 1．根据金属流动方向和凸模运动方向的不同可分为以下四种方式：
（１）正挤压金属流动方向与凸模运动方向相同，如图2-69所示。 （２）反挤压金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-70所示。 （３）复合挤压金属坯料的一部分流动方向与凸模运动方向相同，另一部分流动方向与凸模运动方向相反，如图2-71所示。 （４）径向挤压金属流动方向与凸模运动方向成90°角，如图2-72所示。 图2-69 正挤压 图2-70 反挤压
《金属塑性成形原理》习题答案
《金属塑性成形原理》 习题答案 一、填空题 1.衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。 2.所谓金属的再结晶是指冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 3.金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。 4.请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量 ＝＋ 5.对应变张量，请写出其八面体线变与八面体切应变的表达式。 ＝； ＝。 6.1864年法国工程师屈雷斯加（H.Tresca）根据库伦在土力学中研究成果，并从他自已所做的金属挤压试验，提出材料的屈服与最大切应力有关，如果采用数学的方式，屈雷斯加屈服条件可表述为 。
7.金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多，归结起来主要有金属的种类和化学成分、工具的表面状态、接触面上的单位压力、变形温度、变形速度等几方面的因素。 8.变形体处于塑性平面应变状态时，在塑性流动平面上滑移线上任一点的切线方向即为该点的最大切应力方向。对于理想刚塑性材料处于平面应变状态下，塑性区内各点的应力状态不同其实质只是平均应力 不同，而各点处的最大切应力为材料常数。 9.在众多的静可容应力场和动可容速度场中，必然有一个应力场和与之对应的速度场，它们满足全部的静可容和动可容条件，此唯一的应力场和速度场，称之为真实应力场和真实速度场，由此导出的载荷，即为真实载荷，它是唯一的。 10.设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： ，则单元内任一点外的应变可表示为＝。 11、金属塑性成形有如下特 点：、、、。 12、按照成形的特点，一般将塑性成形分为和两大类，按照成形时工件的温度还可以分为、和 三类。 13、金属的超塑性分为和两大类。 14、晶内变形的主要方式和单晶体一样分为和。其中变形是主要的，而变形是次要的，一般仅起调节作用。
金属塑性成型原理部分课后习题答案 俞汉清主编
第一章 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。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1）各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。2）各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3）晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add： 4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。 7）时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。
塑性成形新技术概况
材料成形设备小论文 塑性成形新技术概况 系名 专 学号 学生姓名 指导教师 2016年 4 月12 日
摘要：文章介绍了当前塑性成形加工中的微成形、超塑成型、柔性加工、半固态加工等各种新技术，并分别阐述了各新技术的相关概念、特点、发展趋势等。这些相关介绍及发展概况对理解塑性成形技术及推广和运用高新技术，推动塑性成形的进一步发展具有一定参考意义。 关键词：塑性成形；新技术；发展概况 1 引言 塑性成形就是利用材料的塑性，在工具及模具的外力作用下来加工制件的少切削或无切削的工艺方法。塑性成形技术可分为板材成形和体积成形两大类。板材成形是使用成型设备通过模具对金属板料在室温下加压以获得所需形状和尺寸零件的成形方法，习惯上也称为冲压或冷冲压。板料成形可分为分离工序和成形工序。分离工序俗称冲裁，包括落料、冲孔、修边等。成形工序包括弯曲、拉伸、胀形、翻边等。体积成形是指对金属块料、棒料或厚板在高温或室温下进行成形加工的方法，主要包括锻造、轧制、挤压或拉拔等。 塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点，已成为当今先进制造技术的重要发展方向。据国际生产技术协会预测，到21世纪，机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式实现。工业部门的广泛需求为塑性成形新技术的发展提供了原动力和空前的机遇。[1] 2 塑性成形新技术 随着科学技术的迅速发展，通过与计算机的紧密结合，数控加工、激光成型、人工智能、材料科学和集成制造等一系列与塑性成形相关联的技术发展速度之快，学科领域交叉之广泛是过去任何时代无法比拟的，塑性成形新工艺和新设备不断地涌现，出现了高速高能成形、少无切削、超塑成型、柔性加工、半固态加工等多种塑性加工新技术。掌握塑性成形技术的现状和发展趋势，有助于及时研究、推广和应用高新技术，推动塑性成形技术的持续发展。 3.1 高速高能成形 高速高能成形是一种在极短时间内释放高能量而使金属变形的成形方法。 高速高能成形的历史可追溯到一百多年前。但由于成本太高及当时工业发展的局限，该工艺并未得到应用。随着航空及导弹技术的发展，高速高能成形方法才进入到实际应用。 与常规成形方法相比，高速高能成形具有以下特点： 1)模具简单：仅需要凹模即可成形。可节省模具材料，缩短模具制造周期，
金属塑性成型原理
第一章 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；
塑性成形新技术的发展趋势
塑性成形新技术的发展趋势 班级：机制学号：姓名：周祯 张涛 朱越 一、历史沿革 从人类社会的发展和历史进程的宏观来看，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，也是社会现代化的物质基础和先导。而材料和材料技术的进步和发展，首先应归功于金属材料制备和成型加工技术的发展。人类从漫长的石器时代进化到青铜时代（有学者称之为“第一次材料技术革命”），首先得益于铜的熔炼以及铸造技术进步和发展，而由铜器时代进入到铁器时代，得益于铁的规模冶炼技术、锻造技术的进步和发展（所谓“第二次材料技术革命”）。直到世纪中叶，冶金（金属材料的制备与成型加工）才由“技艺”逐渐发展成为“冶金学”，人类开始注重从“科学”的角度来研究金属材料的组成、制备与加工工艺、性能之间的关系，迎来了所谓的“第三次材料技术革命”——人类从较为单一的青铜、铸铁时代进入到合金化时代，催生了人类历史的第一次工业革命，推动了近代工业的快速发展。 进入世纪以后，材料合成技术、符合技术的出现和发展，推动了现代工业的快速发展，而电子信息、航天航空等尖端技术的发展，反过来对高性能先进材料的研究开发提出了更高的要求，起到了强大的促进作用，促成了一系列新材料和新材料技术的出现和发展。 一般而言，材料需要经历制备、成型加工、零件或结构的后处理等工序才能进入实际应用，因此，材料制备与成型加工技术，与材料的成分和结构、材料的性质一起，构成了决定材料使用性能的最基本的三大要素。 先进工业国家对材料制备与成型加工技术的研究开发十分重视。美国制定了“为了工业材料发展计划”，其核心是开放先进的制备与成型加工技术，提高材料性能，降低生产成本，满足未来工业发展对材料的需求。德国开展的“世纪新材料研究计划”将材料制备与成型加工技术列为六个重点内容之一。在欧盟的“第六框架”计划中，先进制备技术时新材料领域的研究重点之一。日本在世纪年代后期，先后实施了“超级金属”、“超钢铁”计划，重点是发展先进的制备加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料的性能，达到减少材料用量、节省资源和能源的目的。 新材料的研究、开发与应用，综合反应了一个国家的科学技术与工业化水平，而先进制备与成型加工技术的发展，对于新材料的研制、应用和产业化具有决定性的作用。先进制备与成型加工技术的出现与应用，加上了新材料的研究开发、生产和应用进程，促成了诸如微电子和生物医用材料等新兴产业的形成，促进了现代航天航空，交通运输，能源环保等高技术产业的发展。 传统结构材料向高性能“，复合化，结构功能一体化发展，尤其需要先进制备与成型加工技术及装备，可使材料的生产过程更加高效，节能和洁净，从而提高传统材料产业的国际竞争力。 另一方面，开展本科学领域色前沿和基础研究，并综合利用相关学科基础理论和科技发展成果，提供预备新材料的新原理新方法，也是材料科学与工程学科自身发展的需求。 因此，材料先进制备与成型加工技术发展，对提高国家综合实力，突破先进工业国家的技术
塑性成形重要知识点总结
塑性变形：材料在一定外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法。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。 滑移：晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。 滑移面：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶面。滑移方向：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶向。孪生：晶体在切应力作用下，晶体一部分沿着一定的晶面和一定的晶向发生均匀切变。 张量：由若干个当坐标改变时，满足转换关系的分量所组成的集合。 晶粒度：金属材料晶粒大小的程度。 变形织构：在塑性变形时，当变形量很大，多晶体中原为任意取向的各个晶粒，会逐渐调整其取向而彼此趋于一致。这种由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织。 动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的再结晶。 主应力：切应力为0的微分面上的正应力。 主方向：主应力方向，主平面法线方向。 主应力空间：由三个主方向组成的空间 主切应力：切应力达到极值的平面上作用得切应力。 主切应力平面：切应力达到极值的平面。 主平面:应力空间中，可以找到三个互相垂直的面，其上均只有正应力，无切应力，此面就称为主平面。 平面应力状态：变形体内与某方向轴垂直的平面上无应力存在，并所有应力分量与该方向轴无关的应力状态。 平面应变状态：物体内所有质点都只在同一个坐平面内发生变形，而该平面的法线方向没有变形的变形状态。 理想刚塑性材料：研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。 理想弹塑性材料：塑性变形时，需考虑塑性变形之前的弹性变形，而不考虑硬化的材料。 弹塑性硬化材料：塑性变形时，既要考虑塑性变形前的弹性变形，又要考虑加工硬化的材料。刚塑性硬化材料：研究塑性变形时，不考虑塑性变形之前的弹性变形，需考虑变形过程中的加工硬化的材料。 屈服轨迹：两相应力状态下屈服准则的表达式在主应力坐标平面上的几何图形，一条封闭的曲线。 屈服表面：屈服准则的数学表达式在主应力空间中的几何图形是一个封闭的空间曲面称为屈服表面。 应变增量：以物体在变形过程中某瞬时的形状尺寸为原始状态，在此基础上发生的无限小应变。全量应变：反映张量在某一变形过程或变形过程中的某个阶段结束时的应变。 比例加载：在加载过程中，所有的外力一开始就按同一比例加载。 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。 流体摩擦：当变形金属与工具表面之间的润滑剂层较厚，两者表面完全被润滑剂隔开，这种状态下的摩擦称为。 磷化：塑性成形时润滑前在坯料表面上用化学方法制成一层磷酸盐或草酸盐薄膜，呈多孔吸附润滑剂。
影响金属塑性成形的因素及条件
《材料成形技术基础》 —影响金属塑性成形的因素及条件 一、影响金属塑性变形的内在因素 （一）化学成分 纯金属的塑性成形性较合金的好。钢的含碳量对钢的塑性成形性影响很大，对于碳质量分数小于0.15%的低碳钢，主要以铁素体为主（含珠光体量很少），其塑性较好。随着碳质量分数的增加，钢中的珠光体量也逐渐增多，甚至出现硬而脆的网状渗碳体，使钢的塑性下降，塑性成形性也越来越差。 合金元素会形成合金碳化物，形成硬化相，使钢的塑性变形抗力增大，塑性下降，通常合金元素含量越高，钢的塑性成形性能也越差。 杂质元素磷会使钢出现冷脆性，硫使钢出现热脆性，降低钢的塑性成形性能。 （二）金属组织 纯金属及单相固溶体的合金塑性成形性能较好；钢中有碳化物和多相组织时，塑性成形性能变差；具有均匀细小等轴晶粒的金属，其塑性成形性能比晶粒粗大的柱状晶粒好；网状二次渗碳体，钢的塑性将大大下降。 二、影响金属塑性变形的加工条件 （一）变形温度 温度升高，塑性提高，塑性成形性能得到改善。变形温度升高到再结晶温度以上时，加工硬化不断被再结晶软化消除，金属的塑性成形性能进一步提高。
过热：加热温度过高，会使晶粒急剧长大，导致金属塑性减小，塑性成形性能下降，这种现象称为“过热”。 过烧：如果加热温度接近熔点，会使晶界氧化甚至熔化，导致金属的塑性变形能力完全消失，这种现象称为“过烧”，坯料如果过烧将报废。 （二）变形速度 变形速度：单位时间内变形程度的大小。变形速度的增大，金属在冷变形时的冷变形强化趋于严重；当变形速度很大时，热能来不及散发，会使变形金属的温度升高，这种现象称为“热效应”，它有利于金属的塑性提高，变形抗力下降，塑性变形能力变好。 图2-5所示是变形速度与塑性的关系。 问题：在锻压加工塑性较差的合金钢或大截面锻件时，都应采用较小的变形速度，若变形速度过快会出现变形不均匀，造成局部变形过大而产生裂纹。 图2-5 变形速度与塑性的关系 （三）应力状态 实践证明，在三向应力状态下，压应力的数目越多，则其塑性越好；拉应力的数目越多，则其塑性越差。 选择塑性成形加工方法时，应考虑应力状态对金属塑性变形的影响。
塑性成形原理习题及答案
一、名词解释（每题3分，共15分） 1．非均质形核 答：液态金属中新相以外来质点为基底进行形核的方式。 2．粗糙界面与光滑界面 答：粗糙界面：a≤2，固液界面上有一半点阵位置被原子占据，另一半位置则空着，微观上是粗糙的； 光滑界面：a＞2，界面上的位置几乎被原子占据，微观上是光滑的。 3．内生生长与外生长 答：内生生长：晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式 外生生长：在液体内部生核自由生长的生长方式。 4．沉淀脱氧 答：沉淀脱氧是指将脱氧元素（脱氧剂）溶解到金属液中与FeO直接进行反应而脱氧，把铁还原的方法。 5．缩孔缩松 答：缩孔：纯金属或共晶合金铸件中最后凝固部位形成的大而集中的孔洞； 缩松：具有宽结晶温度范围的合金铸件凝固中形成的细小而分散的缩孔。 二、填空（每空1分，共15分） 1．液体原子的分布特征为长程无序、短程有序，即液态金属原子团的结构更类似于固态金属。 2．界面张力的大小与界面两侧质点结合力大小成反比。衡量界面张力大小的标志是润湿角θ的大小。润湿角越小，说明界面能越小. 3．金属结晶形核时，系统自由能变化△G由两部分组成，其中相变驱动力为体积自由能的降低，相变阻力为表面能的升高。 4．一般铸件的宏观组织由表面细晶区、柱状晶区和内部等轴晶区三个晶区组成。 5．根据熔渣随温度变化的速率可将焊接熔渣分为“长渣”与“短渣”。“长渣”是指随温 命题教师注意事项：1、主考教师必须于考试一周前将试卷经教研室主任审批签字后送教务科印刷。2、请命题教师用黑色水笔工整地书写题目或用 A4 纸横式打印贴在试卷版芯中。 6．金属中的气孔按气体来源不同可分为析出性气孔、反应性气孔和侵入性气孔。三、间答（每题5分，共30分） 1．铸件的凝固方式及影响因素。 答：铸件凝固方式：体积凝固，中间凝固和逐层凝固方式 影响因素包括：金属的化学成分和结晶温度范围大小、铸件断面上的温度梯度。 2．用图形表示K0＜1的合金铸件单向凝固时，在以下四种凝固条件下所形成的铸件中溶质元素的分布曲线： （1）平衡凝固； （2）固相中无扩散而液相中完全混合； （3）固相中无扩散而液相中只有扩散； （4）固相中无扩散而液相中部分混合。
常用的塑性成形方法
3.2 常用的塑性成形方法 常用的塑性成形方法有：自由锻、模型锻造、板料冲压、轧制、挤压、拉拔等。 3.2.1 自由锻及锻造件的生产与检验 3.2.2 模锻 3.2.3 板料冲压
3.2.1 自由锻件的生产与检验 1.自由锻简介 自由锻造是利用冲击力或压力， 使金属在上、下砧铁之间产生塑性 变形，从而获得所需形状、尺寸以 及内部质量的锻件的一种加工方法。 自由锻造分为手工和机器锻造两种。 机器锻造是自由锻的主要方法。 自由锻的特点及应用：①工具简 单，成本低；②周期短，应用广泛； ③适应性强；④自由锻是大型锻件 的唯一加工方法；但其锻件的精度 较低，加工余量大，劳动强度大， 生产率低。 自由锻主要应用于单件、小批 图3.2. 1自由锻图量生产，大型锻件的生产，修配， 新产品的试制等。
2.自由锻件的生产与检验 右图为齿轮自 由锻零件图，材料 为45钢，生产数量 20件，由于生产批 量小，应采取自由 锻。齿轮自由锻造 整个过程包括确定 其结构工艺性、工 艺规程制订和自由 锻锻件的检验等。 图3.2.2 齿轮零件图（1）自由锻件的结构工艺性 自由锻零件的结构工艺性具体要求见表3.2.1。
表3.2.1 自由锻零件的结构工艺性 本齿 轮的结构 工艺性较 好，满足 自由锻件 的设计， 适合自由 锻成形。
（2）制订自由锻件的工艺规程 自由锻工艺规程的主要内容包括：根据零件图绘 制锻件图、计算坯料的质量和尺寸、确定锻造工序、选择锻造设备、确定坯料加热规范和填写工艺卡片等。 1）绘制锻件图 锻件图是制定锻造工艺和检验的依据，绘制时主要考虑工艺余块、余量及锻件公差。为了便于了解零件的尺寸和检查锻件的实际加工余量，在图上用双点划线（或细实线）画出零件的轮廓形状。用粗实线画出锻件的轮廓形状，在尺寸线上面标注锻件的尺寸和公差，下面标注零件的名义尺寸，并加括号。