金屬塑性成形原理復(fù)習(xí)題

1、一、名詞解釋1. 主應(yīng)力：只有正應(yīng)力沒有切應(yīng)力的平面為主平面，其面上的應(yīng)力為主應(yīng)力。2. 主切應(yīng)力：切應(yīng)力最大的平面為主切平面，其上的切應(yīng)力為主主切應(yīng)力。3. 對數(shù)應(yīng)變 答：變形后的尺寸與變形前尺寸之比取對數(shù)4. 滑移線 答：最大切應(yīng)力的方向軌跡。5. 八面體應(yīng)力：與主平面成等傾面上的應(yīng)力6. 金屬的塑性：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。7. 等效應(yīng)力：又稱應(yīng)力強(qiáng)度，表示一點應(yīng)力狀態(tài)中應(yīng)力偏張量的綜合大小。8. 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。9. 何

2、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。10.金屬的再結(jié)晶 答：冷變形金屬加熱到一定的溫度后，在原來變形的金屬中會重新形成新的無畸變的等軸晶，直至完全取代金屬的冷變形組織的過程。11. 平面 答：是指通過坐標(biāo)原點并垂于等傾線的平面。12.塑性失穩(wěn) 答：在塑性加工中，當(dāng)材料所受的載荷達(dá)到某一臨界后，即使載荷下降，塑性變形還會繼續(xù)，這種想象稱為塑性失穩(wěn)。13.理想剛塑性材料：在研究塑性變形時，既不考慮彈性變形，又不考慮變形過程中的加工硬化的材料。P13914.應(yīng)力偏張量：應(yīng)力偏張量就是應(yīng)力張量減去靜水壓力，即：ij =ijm二、填空題 1. 冷塑性

3、變形的主要機(jī)理:滑移和孿生 2. 金屬塑性變形的特點：不同時性、相互協(xié)調(diào)性和不均勻性。3. 由于塑性變形而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織稱為：變形織構(gòu) 。4. 隨著變形程度的增加,金屬的強(qiáng)度 硬度增加,而塑性韌性降低,這種現(xiàn)象稱為：加工硬化。5. 超塑性的特點:大延伸率、低流動應(yīng)力、無縮頸、易成形、無加工硬化 。6. 細(xì)晶超塑性變形力學(xué)特征方程式中的m為:應(yīng)變速率敏感性指數(shù)。7. 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 。8. 塑性指標(biāo)是常用的兩個塑性指標(biāo)是：伸長率和斷面收縮率。9. 影響金屬塑性的因素主要有：化學(xué)成分、組織狀態(tài)、變形溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)(變形力學(xué)條

4、)。10. 晶粒度對于塑性的影響為：晶粒越細(xì)小，金屬的塑性越好。 11. 應(yīng)力狀態(tài)對于塑性的影響可描述為：(靜水壓力越大)主應(yīng)力狀態(tài)下壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大時,金屬的塑性越好。12. 通過試驗方法繪制的塑性溫度曲線,稱為：塑性圖 。13. 用對數(shù)應(yīng)變表示的體積不變條件為: 。14. 平面變形時,沒有變形方向(設(shè)為z向)的正應(yīng)力為：。15. 純切應(yīng)力狀態(tài)下，兩個主應(yīng)力數(shù)值上相等,符號相反 。16. 屈雷斯加屈服準(zhǔn)則和米塞斯屈服準(zhǔn)則的統(tǒng)一表達(dá)式為：。表達(dá)式中的系數(shù)的取值范圍為:=1.155 。17. 塑性變形時，當(dāng)主應(yīng)力順序不變，且應(yīng)變主軸方向不變時，則主應(yīng)變的順序為： 。18. 根據(jù)塑性條件可

5、確定庫倫摩擦條件表達(dá)式中的的極限值為： 0.50.577 。P15119. 速度間斷線兩側(cè)的法向速度分量：相等 。20. 滑移系（ 多 ）的金屬總是比滑移系（ 少 ）的金屬變形協(xié)調(diào)性好，塑性高。 21. 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。 22. 應(yīng)變速率增加無足夠的時間進(jìn)行回復(fù)和再結(jié)晶，從而使金屬的塑性降低。但是增加應(yīng)變速率使（ 溫度效應(yīng) ）增大，從而使金屬的溫度升高。 23.作用于金屬的外力可分為體積力和（ 面力 ）。 24.屈雷斯加（Tresca）屈服準(zhǔn)則是指當(dāng)受力物體中的最大剪應(yīng)力達(dá)到某一定值時物體發(fā)生屈服。而米塞斯（Mises）屈服準(zhǔn)則的物理意義則

6、是當(dāng)（單位體積形狀改變的彈性位能/彈性形變能 ）達(dá)到某一常數(shù)時，材料就屈服。25. 屈雷斯加（Tresca）屈服準(zhǔn)則在應(yīng)力主空間是以等傾線為軸線的正六棱柱面，在平面上是正六邊形。而米塞斯（Mises）屈服準(zhǔn)則在應(yīng)力主空間是（以等傾線為軸線的圓柱面 ），在平面上是一個圓。平面應(yīng)力的米塞斯（Mises）屈服軌跡在應(yīng)力主空間為(橢圓)。26. 按應(yīng)力應(yīng)變順序?qū)?yīng)關(guān)系，當(dāng)主應(yīng)力時則 ，按中間關(guān)系，當(dāng)時，則( = ) 0。 P12627. 據(jù)變形體的連續(xù)性，變形體的速度間斷線兩側(cè)的法向速度分量必須（ 相等 ）。28. 金屬單晶體變形的兩種主要方式是 滑移 和 孿生。29. 一點的代數(shù)值最大的 主應(yīng)力 的

7、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。P20830. 對數(shù)應(yīng)變的特點是具有真實性、可靠性和 可加性 。31. 鋼冷擠壓前，需要對坯料表面進(jìn)行 磷化皂化 潤滑處理。32. 塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做 理想塑性材料 。33. 硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生 熱脆 。三、選擇題1.下面選項中哪個不是熱塑性變形對金屬組織和性能的影響( B ) A 改善晶粒組織 C 形成纖維組織 B 產(chǎn)生變形織構(gòu) D 鍛合內(nèi)部缺陷2.導(dǎo)致鋼的熱脆性的雜質(zhì)元素是( A ) A 硫 B 氮 C 磷 D 氫 3.已知一點的應(yīng)力狀態(tài)為，則該點屬于( C ) A 球應(yīng)力狀態(tài) B 平面應(yīng)力狀態(tài) C 純

8、切應(yīng)力狀態(tài) D 單向應(yīng)力狀態(tài)4.一般而言，接觸表面越光滑，摩擦阻力會越小，可是當(dāng)兩個接觸表面非常光滑時，摩擦阻力反而提高，這一現(xiàn)象可以用哪個摩擦機(jī)理解釋（ C ）A 表面凸凹學(xué)說 B 粘著理論 C 分子吸附學(xué)說 5.計算塑性成形中的摩擦力時，常用以下三種摩擦條件，在熱塑性成形時，常采用哪個（C ） A 庫倫摩擦條件 B 常摩擦條件 C 最大摩擦條件6. 下面關(guān)于應(yīng)變增量的敘述中錯誤的是（ D ） P96A 與加載過程中的某一瞬時的應(yīng)力狀態(tài)相對應(yīng)；B 在列維-米塞斯理論中，應(yīng)變增量主軸與該瞬時的應(yīng)力主軸重合；C 應(yīng)變增量主軸與當(dāng)時的應(yīng)變?nèi)恐鬏S不一定重合； 應(yīng)變增量對時間的導(dǎo)數(shù) 即為應(yīng)變速率 。

9、7.關(guān)于滑移線的說法，錯誤的是（ C ） A 滑移線必定是速度間斷線 B 沿同一條滑移線的速度間斷值為常數(shù) C 沿滑移線方向線應(yīng)變增量為零 D 直線型滑移線上各點的應(yīng)力狀態(tài)相同 8.根據(jù)體積不變條件，塑性變形時的泊松比（ C ） A 0.5 B 0.5 C 0.5 9.動可容速度場必須滿足哪些條件（ A、C 、D ） A 體積不變條件 B 力邊界條件 C 變形體連續(xù)性條件 D 速度邊界條件 10.下面哪些選項屬于比例加載應(yīng)滿足的條件（ A、B、C ） A 塑性變形量很小，與彈性變形屬于同一數(shù)量級 B 外載荷各分量按比例增加 C 加載過程中，應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸固定不變且重合 泊松比<0.5

10、 11.研究塑性力學(xué)行為時，常用的基本假設(shè)有：（ A、C、D ） A 連續(xù)性 B 均勻性和各向異性 C 體積力為零 體積不變 12. 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D13. 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流線四、敘述題1. 已知某受應(yīng)力作用點處于塑性純剪切狀態(tài)，試畫出表示該點應(yīng)力狀態(tài)的主應(yīng)力簡圖和表示該點應(yīng)變狀態(tài)的主應(yīng)變簡圖（已知真實應(yīng)力為）2. 已知一點的應(yīng)力狀態(tài)如圖所示，試寫出其應(yīng)力偏張量并畫出主應(yīng)變簡圖。3. 畫出無摩擦的接觸表面上一點處的滑移線(必須標(biāo)

11、明線線) y 4. 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)的主要因素有：金屬種類和化學(xué)成分；工具材料及其表面狀態(tài)；接觸面上的單位壓力；變形溫度；變形速度；潤滑劑。5. 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

12、以應(yīng)變增量張量就是應(yīng)變增量偏張量。6. 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）材料的化學(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7.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，材料的質(zhì)點才進(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：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%。8. 簡述金屬塑性

13、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。9. 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。10. 影響金屬塑性的外因有哪些？ 答（1）溫度：就大多數(shù)金屬和合金來說，隨著溫度升高，塑性增加。 （2）變形速度：變形速度對塑性的影響，實質(zhì)上是熱效應(yīng)在起作用。 （3）變形程度： 一般冷變形都是隨著變形程度的增加而降低塑性。 （4）應(yīng)力狀態(tài)： 壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬塑性越好。 （5）變形狀態(tài)： 主變形圖中壓縮分量越多，對

14、充分發(fā)揮金屬的塑性越有利。 （6）尺寸因素： 一般是隨著體積的增大，塑性下降，但當(dāng)體積增大到一定程度后，塑性不再下降。 (7) 周圍介質(zhì)11. 試述冷變形后的金屬在以后加熱過程中（從室溫加熱到過熱溫度）組織和性能將發(fā)生什么樣的變化？ 答；冷塑性變形后的金屬加熱時，通常是依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個階段的變化。冷變形金屬在回復(fù)時，顯微組織不發(fā)生變化，但晶體缺陷密度和它們的分布有所改變。這個過程是通過點缺陷消除、位錯的對消和重新排列來實現(xiàn)的。冷變形后的金屬加熱時，其組織性能最顯著的變化是在再結(jié)晶階段發(fā)生的。通過各種影響因素對再結(jié)晶過程進(jìn)行控制，將對金屬材料的強(qiáng)韌性、熱強(qiáng)性、沖壓性和電磁性等發(fā)

15、生重大影響。冷變形后的金屬在完成再結(jié)晶后，繼續(xù)加熱時會發(fā)生晶粒長大。晶粒大小對金屬的性能有很大影響，晶粒越粗大，強(qiáng)度就越低。所以控制再結(jié)晶晶粒長大在生產(chǎn)中是很重要的。12. 鑄態(tài)金屬經(jīng)過熱加工變形后，其強(qiáng)度和塑性有何變化，原因為何？答：鑄態(tài)金屬經(jīng)過熱加工變形后，其強(qiáng)度和塑性一般都會提高。因為：鑄態(tài)金屬組織中的縮孔、疏松、空隙、氣泡等缺陷得到壓密或焊合。在熱加工變形中可使晶粒細(xì)化和夾雜物破碎。形成纖維組織和帶狀組織也是熱加工變形的一個重要特征。由于纖維狀和帶狀組織的出現(xiàn)，使變形金屬在縱向和橫向具有不同的力學(xué)性能。13. 應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量的物理意義是什么？答： 在一般情況下，應(yīng)力張量可以表示

16、為兩個張量之和的形式，即應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量。球應(yīng)力張量只能改變物體內(nèi)給定微元的體積而不改變它的形狀；偏張量則只能改變微元的形狀而不改變其體積。14.塑性變形時應(yīng)變張量與應(yīng)變偏張量有何關(guān)系？其原因何在？答：塑性變形時應(yīng)變張量與應(yīng)變偏張量相等。其原因就是在塑性變形時忽略的體積變化。15.用主應(yīng)變簡圖來表示塑性變形的類型有那些？答：有三種類型：兩向正應(yīng)變一向負(fù)應(yīng)變；兩向負(fù)應(yīng)變一向正應(yīng)變；一正一負(fù)應(yīng)變。16. 什么是結(jié)構(gòu)超塑性？什么是相變超塑形？與常規(guī)的塑性相比，超塑性變形具有那些主要特征？超塑性變形力學(xué)方程中m的物理意義是什么？答：結(jié)構(gòu)超塑性是指材料晶粒超細(xì)化，并在一定的溫度范圍內(nèi)和一定的變形速

17、度的條件下出現(xiàn)的超塑性。主要特征：1）高延伸率，2）無縮頸，3）低流動應(yīng)力，4）低的應(yīng)變速率。m是應(yīng)變速率敏感指數(shù)，它的物理意義是： m值大，流動應(yīng)力會隨著應(yīng)變速率的增大而急速增大；此時，如試樣某處有局部縮小，則該處的應(yīng)變速率加大，該處繼續(xù)變形所需的應(yīng)力也隨之劇增，這就阻止了該處斷面的繼續(xù)減小，促使變形向別處發(fā)展而趨于均勻，最終獲得了更大的伸長率。由此可見，m值反映了材料抗局部收縮或產(chǎn)生均勻拉伸變形的能力。17.在塑性成形過程中，經(jīng)常采用的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡化類型有那些？分別寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。答：采用的四種簡化模型是：冪指數(shù)硬化曲線、剛塑性硬化曲線、剛塑性硬化直線、理想剛塑性水平直線。18.

18、 冷塑性變形對金屬組織和性能有何影響？（5'）答： 金屬組織的變化： 晶粒的形狀沿變形方向被拉長；位錯密度增大，出現(xiàn)亞結(jié)構(gòu)；形成變形織構(gòu)。 金屬性能的變化： 物理化學(xué)性能的變化：金屬的密度降低，電阻增大，導(dǎo)熱性降低，磁性發(fā)生變化，化學(xué)穩(wěn)定性能降低。 力學(xué)性能的變化：產(chǎn)生加工硬化，性能出現(xiàn)方向性。19. 試說明為什么同樣的材料在拉伸和壓縮時所表現(xiàn)的變形抗力不同？答：其原因是拉伸和壓縮時其應(yīng)力球張量大小不同所導(dǎo)致的變形抗力不同。20.什么應(yīng)力狀態(tài)下其變形為平面應(yīng)變？答：純剪切加球張量為平面應(yīng)變。五、計算題1. 有一試棒均勻連續(xù)拉伸三次，每拉一次斷面收縮20%，試計算各次的對數(shù)應(yīng)變值和總對數(shù)

19、應(yīng)變值。解：第一次拉伸： 同樣：總對數(shù)應(yīng)變值：2. 一塊長、寬、厚為120mm×36mm×0.5mm 的平板，在長度方向均勻拉伸至144mm ，若此時允許寬度有相應(yīng)的自然收縮，即：，試求對數(shù)應(yīng)變和平板的最終尺寸。3. 求高為h、直徑為d的圓柱體平砧間自由鐓粗時接觸面上的壓應(yīng)力y和單位變形力p，設(shè)=mK。P191 4.已知受力體內(nèi)一點的應(yīng)力張量為(Mpa)，（1）畫出該點的應(yīng)力單元體。（2）求出該點的應(yīng)力張量不變量、主應(yīng)力、主切應(yīng)力、最大切應(yīng)力、等效應(yīng)力、應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量。(10')解：應(yīng)力張量不變量：主應(yīng)力：最大切應(yīng)力：主切應(yīng)力：等效應(yīng)力：應(yīng)力偏張量：Mpa應(yīng)

20、力球張量：MPa5.一個兩端封閉的薄壁圓筒，半徑為r，壁厚為t, 受內(nèi)壓p的作用, 試求此時產(chǎn)生塑性變形時的內(nèi)壓p以及周向、軸向和徑向應(yīng)變增量之間的比值。(15')解：根據(jù)平衡條件可求得應(yīng)力分量為：z= ; =; t=0靜水壓力：m= (z+t) = 由： 得： ; 由于：z0故： rt=1-10根據(jù)屈雷斯加屈服準(zhǔn)則：1-3s得：內(nèi)表面開始屈服的p值為： p= s6、一個兩端敞開的薄壁圓筒，筒長l, 半徑r，壁厚t, 受內(nèi)壓p的作用開始脹形, 試求此時產(chǎn)生塑性變形時的內(nèi)壓p以及周向、軸向和徑向應(yīng)變增量之間的比值。(15')解：根據(jù)平衡條件可求得應(yīng)力分量為：z=0 ; = ; t=0靜水壓力：m= (z+t) = 由： 得： ; 根據(jù)屈雷斯加屈服準(zhǔn)則：1-3s得：內(nèi)表面開始屈服的p值為： p= s7. 在平砧上鐓粗矩形長毛坯，其寬度為a、高度為h、長度la,試用主應(yīng)力法推導(dǎo)出單位流動壓力p的表達(dá)式。(15')解：設(shè)：mk, 對圖中基元板列出平衡方程式：由屈服條件： 代入上式得最后得：單位面積的平均變形抗力為：8. 求光滑沖頭壓入半無限體時的單位流動壓力p。解：建立滑移線場如圖所示則有：ma-mb=2kab即：k-