金屬塑性成形原理習(xí)題及答案

1、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(diǎn)的位移采用如下的線性多項(xiàng)式來表示:八/泊=%+乎+4,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：道燮和至生。,箋 一；1%一叼)'+同一4)'+(4一%64 .等效應(yīng)力表達(dá)式：£ W5 .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)4所得滑移線即為 C線。6 .平面變形問題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力(T z = ""十” 。7 .塑性成形中的三種摩擦狀態(tài)分

2、別是：干摩擦 、邊界摩擦、流體摩擦。8 .對數(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(jìn)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 逛力口齊1。12 .材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過1 0 0 % 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性塑形材料 。16 .應(yīng)力狀態(tài)中的壓 應(yīng)力,能充分發(fā)揮材料

3、的塑性。17 .平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力 CTm等于 中間主應(yīng)力 仃2。18 .鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性19.材料經(jīng)過連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)镾= 0 .1 ,第二次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)樾?0 .25 ,則總的真實(shí)應(yīng)變?nèi)~ 0.35。20 .塑性指標(biāo)的常用測量方法拉伸試驗(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；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；

4、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)致最大的一七散逸，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 H B 中間主應(yīng)力仃2。A、大于；B、等于；

5、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；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)科=0.5。（X ）2 .塑性變形時(shí)，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。（x ）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。（X ）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。（ V ）6 .塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。（V ）7 .塑性就是

6、柔軟性。（X ）8 .合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。（x ）9 .合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。（x ）10 .結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為S =km,對于超塑性金屬 m =0.02-0.2。 （X ）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)。（V ）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。（X ）13 .變形速度對摩擦系數(shù)沒有影響。（X ）14 .靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。（V ）15 .碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。（X ）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

7、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。（X ）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（X ）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)許可速度場來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。m2 .在結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性 s=k；中，m值的物理意義是什么？d ln :答：m =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d ln ;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

8、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(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100%勺現(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(diǎn)處較接，再無任何關(guān)連，通過這些節(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(gè)單元所建立的關(guān)系式加以集成，得到一個(gè)

9、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)，就是將具有無限個(gè)自由度的連續(xù)體，簡化成只有有限個(gè)自由度的單元集合體，并用一個(gè)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(gè)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，即仃二區(qū)；(3)每一加載瞬時(shí)，應(yīng)力主軸與應(yīng)變增量主軸重合；(4)塑性變形時(shí)體積不變，即"J+&quo

10、t;'*七一過十七十"&一" ,所以應(yīng)變增量張量就是應(yīng)變增I4 w %. = & 三0量偏張量，即.L3.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(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

11、）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分成和兩個(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 u： u1,而切向速度分量可以不等，造成、區(qū)的相對滑動(dòng)。其速度間斷值為Vt = ut1 -ut26 .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

12、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(shí)，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(jià)格便宜等。8 .簡述金屬塑性加工的主要優(yōu)點(diǎn) ？答：(1)結(jié)構(gòu)致密，組織

13、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?？谔幍膹澢?yīng)(a)拉深示意圖,試用主應(yīng)力法證明圖示瞬間的拉深力為:(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:二 r rd " -(二 r d 二 r)(r dr )d t - 20-sind1drt = 02展開并略去高階微量，可得:drd7 rYr由于仃r是拉應(yīng)力，仃白是壓應(yīng)力，故

14、仃i仃日，得近似塑性條件為：聯(lián)解得：二rer1CT3CT0ln式中的仃為。的積分中值，cr=S。當(dāng)R = Ro時(shí)，=0,得 C =BcrlnR0。最后得拉深力為in空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(dòng)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:、工片=q場.(q + "。h-Izidx = 0其中，設(shè) 丁二小度，跳為摩擦因子， K為材料屈服時(shí)的最大切應(yīng)力值，工、5均取絕對值。由（1）式得：? 2mK 7acr-ax* h采用絕對值表達(dá)的簡化屈服方程如下:(4 )“田 d仃 =也應(yīng)從而 將（2 ） （ 3 ） （

15、 4 ）式聯(lián)立求解，得:1=7？4 =斫£7 =5+24在邊界上，2，由（3 ）式，知F Q ，代入（5 ）式得:C =最后得:2mK（B 丁丁工卜從而，單位流動(dòng)壓力：?1 ry r第p = = -=- P crT =2K 1 +4%尸 gh r I Ah)23.圖3所示的圓柱體鍛粗，其半徑為re,高度為h,圓柱體受軸向壓應(yīng)力 ，而鍛粗變形接觸表面上的摩擦力產(chǎn)0 . 2 S (S為流動(dòng)應(yīng)力)，oze為鍛件外端(r=r e)處的垂直應(yīng)力。(1)證明接觸表面上的正應(yīng)力為：2二zre - r zeh(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=1

16、00MM H = 150MM,S =500MP,求開始變形時(shí)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徽粗。設(shè)T = S S,對基元板塊列平衡方程得：d0 r h , rd 1 2二 hdr sin 2 rd 丁dr -(二 r d二 r)(r dr) * h , d I-0 2.d d因?yàn)閟in -2- * -2一,并略去二次無窮小項(xiàng)，則上式化簡成：二-hdr - 2 rdr - 7 hdr - rhd ： = 0rr假定為均勻鍛粗變形，故：d r 二 d二圖3最后得：2d二 r 二 - drh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

17、的近似塑性條件為：S;dz = dr聯(lián)解后得:2d，z = drh2r C2當(dāng)re時(shí)，ze+ 丁2最后得：二 z =(re - r )- zeh(3)接觸表面上的單位流動(dòng)壓力為：P 1re1 re 22 rep = = -QzdF =I(re-D + ze 2nrdr =+ 仃Fnre 0"e 0 I h_3 h=544MP(4)總變形抗力：2P = re p =1708T4.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軸的夾角為丁，求：(1)證明接觸面上的單位應(yīng)力q=K (2+n+2Y)

18、;(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:CTAHxy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:mH2K,AO沿P族的一條滑移2KmHxy0,q（q取正值 ）moOAA2AA0（2）單位厚度的變形抗力:2K”為常數(shù)(22KCJ2KmHP。圖5xyP = 2bq = 2bK （2 二 2 ）5 .圖5所示的一尖角為2中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6,求:(1)證明接觸面上的單位應(yīng)力p=2K ( 1 + S& ；(2)假定沖頭的寬度為2b,求變形抗力答：(1)證明1)在AC邊界上:二 3 二 -2K1二 mC 二一(二 1 .二 3)= "22)在AO邊界上:31=/50嚴(yán)3 = 一心取正值)3)根據(jù)變形情況:4）按屈服準(zhǔn)則：1 - 7 3 = 2 K-p 2KCTmo5）沿p族的一條滑移（OFEB“為常數(shù)二 momc則:(1（2）設(shè)AO的長度為L,則變形抗力為:P = 2Lp si