金屬塑性加工原理試題答案

1、試卷（一）一、名詞解釋（本題10分，每小題2分）1. 變形過(guò)程中的金屬發(fā)熱現(xiàn)象2. 材料由于溫度降低等內(nèi)在因素和外在條件變化，塑性急劇下降的現(xiàn)象。3. 在熱變形過(guò)程中，在應(yīng)力狀態(tài)下所發(fā)生的再結(jié)晶。金屬在熱變形過(guò)程中發(fā)生的再結(jié)晶 4. 回復(fù)溫度以下發(fā)生的變形。在物體中，由于其各部分的不均勻變形受到物體整體性的限制而引起5.的相互平衡的應(yīng)力。二. 填空題（本題10分，每小題2分）1. 偏應(yīng)力,球應(yīng)力靜水壓力2. 變形溫度、變形程度、晶粒大小3. 真應(yīng)力、斷面收縮率4. 適當(dāng)粘度、良好活性5.穩(wěn)定細(xì)晶（5 pm以下）、一定的溫度區(qū)間（-）、一定的變形速度（）三、判斷題（本題10分，每小題2分）1.

2、（" （X）、（"（為 2.（M）、（X3. ( X4. (坊5.( X四、冋答題（本題40分，每小題 10分）1.答：擠壓.平銀軋制主應(yīng)變圖+對(duì)于低塑性材料的開(kāi)坯采用擠壓加工方法為佳，因?yàn)椋簲D壓時(shí)靜水壓力大，塑性好。缺陷變成線狀。2. 答：叩恥+皿）二単，其中汁半1+凸P P5 =瓦=瓦0+占）=%（1+%）出再頸縮時(shí),空生=0,或dF = 0由礙二Ah =也（1+耳）若Ah有致二一條1+ £=0(1+訝由'"b* nA h 衛(wèi) + 占）Af" dsP _ P?(0 <n <1)-n5飛孤飛有愛(ài)3. 答：相同：使材料產(chǎn)生各

3、向異性（沿纖維方向上強(qiáng)度高）。不同：冷變形：基本晶粒沿最大主變形方向拉長(zhǎng)；熱變形：夾雜物、第二相拉長(zhǎng)。（基體是再結(jié)晶等軸晶粒）消除措施：冷變形：完全再結(jié)晶退火；熱變形：凈化，鑄錠中盡量減少雜質(zhì)；高溫長(zhǎng)時(shí)間退火，使夾雜物擴(kuò)散，改變加工方向。4. 答：（1）種情況沿輥寬變形均勻。（2）種情況中部易出現(xiàn)裂紋，因?yàn)橹胁扛郊永瓚?yīng)力。五、證明題（本題 10分）證：已知Mises塑條可表達(dá)為：©-對(duì)+（丐-審+（礙-對(duì)+6休+轎+診）=2疋=胡丄比.4 =+ 記+記 +<+<)n v pJj童鄂剳 陰 醐 xs/2丄=扌慶 + 口； + X +3（6 + ：+ 丐-2© +

4、環(huán) + ）-1y1+ 吩 + £ +lr 2. （crx + cr + crj2丐化+q + &匕+佇=一迅尸十（匹一巳丫十m方:十兔十方：） 丫 （円-口）+ ©-巧十6（石；+萬(wàn)；十亡）"/冷4&二疋H六、推導(dǎo)題（本題 20分）解：建立直角坐標(biāo)系xoy如圖，上下左右對(duì)稱只研究第一象限耳+理“ 近似平衡方程；去砂d<j加-+dxf設(shè)法向力在厚度上均勻分布（只與X軸有關(guān)）旦如匹=0dx cix dy切應(yīng)力夠在y軸上呈線性分布% _2 娥_2仆 %塔廠科莎一萬(wàn)莎°¥=gX+_r=0塑條：巧-巧）+4心設(shè)主平1E=o*7 6一

5、6=匕d-da0'平衡方程與塑條聯(lián)立:竺N豐李=o dx n摩擦條件；* 2即邑一乞“dx h積分 <T =3C+ Cy h邊條：=tx =時(shí) CT = 02 ' 代入塑條有：叮_£ 即:一 K二 5 + C h竺2hcrv = xK卩h 2h"一2沁躋（+ /）4 hPK總壓力 =-2Ldx = 2KL2 （1 +° q ，Jo2h平均單位壓力：P二鬼=KQ +丄聖）LW4 h應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)（平均單位壓力比）na = -=l+l-K 4 h試卷（二）一、名詞解釋（本小題10分，每小題2分）1. 在金屬再結(jié)晶條件下進(jìn)行的塑性變形2. 在塑性變形

6、的過(guò)程中存在彈性變形3. 在熱變形過(guò)程中在應(yīng)力作用下的再結(jié)晶4. 物體不均勻變形受到整體性的限制而引起物體內(nèi)相互平衡的應(yīng)力5. 金屬在塑性變形時(shí)的發(fā)熱現(xiàn)象二、填空題（本題 22分，每小題2分）I. 作用力（主動(dòng)力）、約束反力2.3、： 1 匕"（體積不變條件）3. 單位時(shí)間內(nèi)的應(yīng)變量（應(yīng)變對(duì)時(shí)間的變化率）4.4. 彈性變形、加工硬化8. 變形溫度、變形程度、變形速度7. 變形溫度、變形程度、再結(jié)晶晶粒大小8. 塑性指標(biāo)、變形溫度9. 斷面收縮率、真實(shí)應(yīng)力10. 彈性變形、塑性變形、斷裂II. 定摩擦定律和滑動(dòng)摩擦定律三、判斷題（本題10分，每小題2分）1. X 2. X 3.X 4.

7、 X 5. X四、問(wèn)答題（本題 36分，每小題6分）1. 答：:反映了變形體體積改變的劇烈程度2. 答：Tresca準(zhǔn)則：變形體某點(diǎn)的最大切應(yīng)力達(dá)到定值材料就屈服，n平面上為正六邊形Misec準(zhǔn)則：彈性形狀改變達(dá)到定值材料就屈服，n平面上為一個(gè)圓兩準(zhǔn)則在平面應(yīng)變情況下差別最大3. 答: 簡(jiǎn)單加載：應(yīng)力分量按比例加載，只加載不卸載，應(yīng)力與應(yīng)變的主軸重合復(fù)雜加載：不滿足簡(jiǎn)單加載條件Levy-Mises增量理論：知訥或也4.冷變形纖維組織是晶粒被拉長(zhǎng)，拉細(xì)壓扁呈現(xiàn)纖維狀。而熱變纖維組織是熱變形時(shí)，非金屬雜質(zhì)、第二相各種缺陷沿最大變形方向被拉長(zhǎng)。冷變形纖維組織都是沿纖維方向強(qiáng)度高，使材料呈各向異性。消

8、除措施：冷變形纖維組織用完全再結(jié)晶退火 熱變形纖維組織：熔煉盡可能除雜，鑄錠細(xì)化晶粒，采用長(zhǎng)時(shí)間高溫均勻化退火，加工時(shí)變換加工方向5. 答:擠氐平規(guī)軋制主應(yīng)力圖.主應(yīng)變圖+對(duì)于低塑性材料的開(kāi)坯采用擠壓加工方法為佳，因?yàn)椋簲D壓時(shí)靜水壓力大，塑性好。6. 答：圖1:送料方向沿軋件寬度方向變形不均勻，因?yàn)檠剀埣Y寬度方向坯料厚度不一，壓下量不同圖2 :送料方向沿軋件寬度方向變形均勻 五、計(jì)算題（7分） 解:空=20'40 _20 '20 '0 30=0 20 +0 10 _0 10 -100 0 20_ 0 10 -3020020 球張量，引起物體休積改變0020'2

9、0- _010偏張量，引起物體形狀改變_010-30六、推導(dǎo)題（本題15分）解：平衡方程-塑件：二宀, 聯(lián)立（a） （b）得:-dx h積分得:有:即:2/1試卷（三）一、名詞解釋（本題8分，每小題2分）1. 在變形過(guò)程中，物體各質(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2. 塑性變形過(guò)程中因金屬發(fā)熱而促使金屬的變形溫度升高的效果。3. 金屬冷變形時(shí)，隨著變形程度的累積，金屬的變形抗力提高而塑性下降的現(xiàn)象。4. 對(duì)金屬材料有效地綜合利用形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化，將塑性加工與熱處理操作相結(jié)合，使成形工藝同獲得最終發(fā)性能統(tǒng)一起來(lái)的一種工藝方法。二、填空題（本題10分，每小題2分）1. 彈性變

10、形、塑性變形、斷裂2. 工作應(yīng)力=基本應(yīng)力+附加應(yīng)力3. 干摩擦、邊界摩擦、液體摩擦4. 液體潤(rùn)滑亮劑、固體滑亮劑、液固滑亮劑、熔體滑亮劑5. 變形溫度、冷變形程度三、判斷題（12分）1. X 2. X 3.X 4. V 5. X 6. V四、問(wèn)答題（本題38分，1-6小題第小題3分，7,8小題第小題7分，9小題6分）1. 答：通過(guò)該點(diǎn)所有斜載面上的應(yīng)力有無(wú)、大小、方向情況意義：下述內(nèi)容中舉岀1 -2種：彈塑性類型，是否進(jìn)入了塑性變形、變形類型、分析變形、計(jì)算變形力、£關(guān)系的基礎(chǔ)2. 答：力平衡3. 答：:應(yīng)變?nèi)?，以變形開(kāi)始的原始尺寸為度量基準(zhǔn)，反映一次變形過(guò)程從起始到終了的總應(yīng)變

11、量。'.；：應(yīng)變?cè)隽?，以變形過(guò)程中的某瞬時(shí)狀態(tài)為度量基準(zhǔn)，反映該瞬時(shí)開(kāi)始后一極短的時(shí)間的微分應(yīng)變量。4. 答：第三強(qiáng)度理論是從材料使用角度出發(fā)，要求材料不發(fā)生塑性變形，使用的終點(diǎn)Tresca屈服準(zhǔn)則從加工成形角度岀發(fā)，衡量發(fā)生塑性變形否，塑性變形的起點(diǎn)5. 答：彈性本構(gòu)方程：考慮了體積的變化，線性關(guān)系與變形歷史無(wú)關(guān)，簡(jiǎn)單，唯一性塑性本構(gòu)方程：不考慮體積的變化，一般非線性6. 答：平衡方程，塑性條件7. 答：變形溫度，變形速度，變形程度；變形力學(xué)圖，相圖，塑性圖，再結(jié)晶全圖，變形抗力圖8 .答:熱變形：變形過(guò)程發(fā)生再結(jié)晶，具有明顯的軟化過(guò)程和擴(kuò)散特性，塑性發(fā)揮好，有修復(fù)機(jī)構(gòu)（溶解-深沉、

12、 非晶機(jī)構(gòu)），晶向變形機(jī)構(gòu)作用最大，晶向變形機(jī)構(gòu)主要中要在熱變形中起作用，高溫下晶粒的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng) 比晶內(nèi)變形所起的作用大，溶解一深沉、非晶機(jī)構(gòu)比冷變形明顯。冷變形：變形溫度低于回復(fù)溫度，在變形 中只有加工感化而無(wú)回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象，以晶內(nèi)變形為主。9. 答：典型表現(xiàn)：輪廓呈現(xiàn)單鼓形，接觸面存在三個(gè)區(qū)（粘著區(qū)、滑動(dòng)區(qū)、側(cè)翻區(qū)），變形體內(nèi)存在三個(gè)區(qū)（難變形區(qū)、易變形區(qū)、自由變形區(qū)）圖于裂紋是由于易變形區(qū)對(duì)自由變形區(qū)同向附加拉應(yīng)力而產(chǎn)生的，措施：減少摩擦，采用凹模，采用軟墊， 采用包套五、分析應(yīng)用題（本題16分，每小題8分）1. 解：Vx-s同一 B上；：=常數(shù)，即所以分布如下圖：由于坯料中心水平流動(dòng)

13、速度快，擠壓后期中心必須靠徑向流動(dòng)來(lái)補(bǔ)充，擠壓變形力升高，而岀現(xiàn)擠壓縮尾2. 解：軋件厚度主要取決于實(shí)際工作輥徑的大小n小輥：變形區(qū) W小，W/H 小, t變小，f變小，而且P總變小，軋輥彈性變形小，故更簿。«n疊軋：H增大，W/H減小，丁變小，F(xiàn)變小，其次分成兩層后，單層更小潤(rùn)滑：m減小，減小，F(xiàn)變小六、綜合推理題（本題16分）解：=02由zz =Q cr/啦0 - （q +亠 飪）d$ -込期樹(shù) + 2<rpArsin有;丁 + 干+=0 <r7=cr W + L = 0dr n rdr h塑條：cr - cr = ar&JF4dzr 2嗒, da iwi?i

14、mi?經(jīng)十絲丸亠斗竺一蘭丸,血= daA kh s h r2mk嚴(yán)cr =rCff k邊冬：當(dāng)r = Aflt耳=0由耳-巧工巧有：£r =-;rr =-3K .C處h 訕+竺評(píng) h 2忒蔭+竽曲-豐內(nèi)=心訕十竽）”也+詈叔由上可知，當(dāng)m增大時(shí)P增大試卷（四）一、名詞解釋：（本題10分，每小題2分）1. 熱效應(yīng)：金屬在塑性變形時(shí)的發(fā)熱現(xiàn)象。2. 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：在熱變形過(guò)程中，在應(yīng)力作用下的再結(jié)晶。3. 外端：變形體處于變形區(qū)以外的那一部分坯料。4. 附加應(yīng)力：物體不均勻變形受到其整體性限制而引起物體內(nèi)相互平衡的應(yīng)力。5. 塑性-脆性轉(zhuǎn)變：金屬塑性隨溫度下降等內(nèi)外因素變化而明顯轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈?/p>

15、的現(xiàn)象。二、填空題（本題16分，每小題2分）1. 過(guò)變形體任意斜載面上的應(yīng)力有無(wú)，大小，方向的情況、該點(diǎn)三個(gè)坐標(biāo)面上的應(yīng)力分量2. 反映了彈性變形體積變化的大小、反映形狀變化的大小3. 變形過(guò)程中某一極短階段的無(wú)限小應(yīng)變、變形過(guò)程中某一瞬間的尺寸4. 單位時(shí)間內(nèi)的應(yīng)變量、1/秒5. 最大切應(yīng)力達(dá)到某一極限 K時(shí)，材料發(fā)生屈服、材料的彈性形狀改變達(dá)到某一定值，材料就屈服6. 剛塑性體、彈塑性體7. 彈性變形、加工硬化厶+$）二抽+為）8. - - 、0三、計(jì)算與問(wèn)答（58分，1-3小題每小題6分，4,5小題第小題15分，6小題10分）1. 解:所以:40 _'-30"70 _1

16、0 -80 =0-30+10 -503020- 5000-303020- 20(MPa)-30701030-300-5020-30-20球張量，引起物體體積改變偏張量，引起物體形狀改變由-二- L.，對(duì)應(yīng)延伸型應(yīng)變 心）2. 解：內(nèi)弧線：初始屈服曲面外弧線：后繼屈服曲面OAB、OCD是簡(jiǎn)單加載OAD、OABD是復(fù)雜加載OAB與OABD具有相同的塑性變形，因?yàn)?B-D是中性變載，只有彈性應(yīng)變量改變，塑性應(yīng)變量不變3. 解：變形后軟層薄，硬層厚理由：由塑條或1-材料軟易達(dá)到塑條，變形大，簿二T7由形狀改變比解：材料軟G 小,則 -大，變形大，簿wW，九耳川二姫丁耳）仏T由小,則.大，貝UH 小,簿

17、4. 答：外摩擦特點(diǎn)：接觸面壓力大，潤(rùn)滑困難，摩擦應(yīng)力高；溫度條件惡劣（如高溫）；接觸條件不斷變化，表面狀態(tài)不一；摩擦副差異大。塑性加工所使用的潤(rùn)滑劑種類有：液體潤(rùn)滑劑、固體潤(rùn)滑劑、液-固潤(rùn)滑劑和熔體潤(rùn)滑劑等幾種類型。液體潤(rùn)滑劑主要是通過(guò)適當(dāng)?shù)恼扯容^大的活性形成一層穩(wěn)定結(jié)實(shí)的潤(rùn)滑膜。固體潤(rùn)滑劑：固體本身的剪切強(qiáng)度低于被加工材料的剪切強(qiáng)度。液-固潤(rùn)滑劑：兼有上述兩者的特點(diǎn)。熔體潤(rùn)滑劑：在高溫下可以在工具與坯料接觸面間熔成液體薄膜隔開(kāi)接觸面。5. 答：不均勻變形的典型現(xiàn)象：輪廓呈現(xiàn)單鼓或雙鼓，接觸面岀現(xiàn)粘著、滑動(dòng)、側(cè)翻三個(gè)區(qū)，整個(gè)體積分為難、易、 自由變形區(qū)。薄板軋制時(shí)的裂邊主要是變形不均勻，中間

18、延伸大、邊部延伸小，造成邊部岀現(xiàn)附加拉應(yīng)力，中間附加壓應(yīng) 力。當(dāng)邊部的附加拉應(yīng)力與基本主應(yīng)力疊加大于材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)岀現(xiàn)裂邊。另外，熱軋件邊部溫度低，冷 軋件邊部晶粒粗大，都易裂邊。防止措施：盡量使金屬變形均勻如：壓下量、坯料厚度、輥型、潤(rùn)滑均勻、合理的加熱、熱處理等。6. 答：冷變形的纖維組織：冷變形時(shí)晶粒被拉長(zhǎng)、拉細(xì)或被壓扁呈現(xiàn)纖維狀。而熱變形纖維組織是熱變形對(duì)非金屬夾雜物、第二相等各種缺陷沿最大主變形方向被拉長(zhǎng)。冷變形對(duì)組織的影響是：形成纖維組織、形成亞結(jié)構(gòu)、變形織構(gòu)及晶內(nèi)與晶間的破壞。熱變形過(guò)程中硬化和軟化同時(shí)存在可以改善鑄錠組織，使金屬熱變形后晶粒 細(xì)化、成份趨于均勻、塑性得到改善等

19、。四、推導(dǎo)題（16分）解：+2tKrdi/dr + sin - 0叫+毎+二二0dr H rT /T1 0由有應(yīng)力邊界條件：r=R時(shí)，' ' 丄二"由塑條： 仁 ' .:寧一倉(cāng)R-尸）-丹-耳所以：，一由于不包套J二所以包套時(shí)接觸面大Pi試卷（五）一、名詞解釋（本題18分，每小題3分）1. 最小阻值定律：塑性變形過(guò)程中，物體各質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向流動(dòng)。2. 干摩擦：不存在任何外來(lái)介質(zhì)時(shí)金屬與工具的接觸表面之間的摩擦。3. 熱變性：變形金屬在完全再結(jié)晶條件下進(jìn)行的塑性變形。4. 塑性狀態(tài)圖：表示金屬指標(biāo)與變形溫度及加載方式的關(guān)系曲線圖形。5. 金屬塑性加工的

20、熱力學(xué)條件：變形溫度、變形速度、變形程度。6. 多晶體的晶向變形機(jī)構(gòu)：晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)、溶解-沉淀機(jī)構(gòu)、非晶結(jié)構(gòu)。二、填空題（本題12分，每小題2分）1.彈性變性、均勻塑性變形、破裂it2.3 種、：3. 彈性形狀能改變（或'、 - 二）達(dá)到定值材料屈服、平面應(yīng)變 （或I-' - '_1'）時(shí)24成比例5. 中性變載、彈性、塑性6. 平衡、塑性條件三、判斷題（對(duì)者打錯(cuò)者打?yàn)椋ū绢}12分，每小題2分）1.（ W 2.（ X）3.（ X）4.（ X）5.（ X）6.（ W四、計(jì)算與簡(jiǎn)答題（本題 38分，1-3小題每小題6分，4,5小題每小題10分）1.答： 豈40+

21、卜60）+50=1。'40* _10 *%廣20 一 60 MPa =0 1020 -70MPa30 -10 500 0 1030 -10 40d 冷 媽：d 第二停 0；： O； = 3ft（-70>0 = 3i（-7）:42. 答：它們考慮了彈性變形 第一條適合冷加工；第二條適合熱加工3. 答: 異號(hào)主應(yīng)力所需的變形力小的原因可以用塑性條件來(lái)說(shuō)明由Mises塑性條件CF卡J0Z)+G "J+(of 5，假設(shè)不變T若主應(yīng)力值絕對(duì)大小固定，由上式可知：異號(hào)應(yīng)力的E大于同號(hào)應(yīng)力的E，即異號(hào)應(yīng)力的F大ee£異號(hào)應(yīng)力更容易滿足塑性條件4. 答：五圖：變形力學(xué)圖、相圖（合金狀態(tài)圖）、塑性圖、變形抗力