金屬塑性成形原理習(xí)題集與答案解析

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式來表示:虹呵）二q+w十時（弓f心/宇+時，則單元內(nèi)任一點(diǎn)外的應(yīng)變可表示為屋+，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：些和旦。4. 等效應(yīng)力表達(dá)式：-7T5. 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，由第一主方向順時針轉(zhuǎn)4所得滑移線即為&線。6. 平面變形問題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力bz=©十。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. 對數(shù)應(yīng)變的特點(diǎn)是具有真實(shí)性、可靠性和。

2、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)的總稱叫淡加劑。12. 材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過100%的現(xiàn)象叫超塑性。13. 韌性金屬材料屈服時，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，其平均正應(yīng)力等于中間主應(yīng)力店2。18. 鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性降低。19.

3、 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)?=0.1,第二次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)?amp;2=0.25,貝U總的真實(shí)應(yīng)變A0.35。20 .塑性指標(biāo)的常用測量方法拉伸試驗法與壓縮試驗法。21 .彈性變形機(jī)理原子間距的變化；塑性變形機(jī)理位錯運(yùn)動為主。二、下列各小題均有多個答案，選擇最適合的一個填于橫線上1. 塑性變形時，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題的方法稱為B。A、解析法；B、主應(yīng)力法；C、

4、滑移線法；4. 韌性金屬材料屈服時，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，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，其平均正應(yīng)力B中間主應(yīng)力。2。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)過塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長的

5、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)H=0.5。（X）2. 塑性變形時，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=kam，對于超塑性金屬

6、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的應(yīng)變分量，也自然滿足協(xié)調(diào)方程，則不必校驗其是否滿足連續(xù)性條件。（X）17.在塑料變形時金屬材料塑性好，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)動學(xué)許可速度場

7、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？,，dln-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極重要的指標(biāo)，當(dāng)m值越大，塑性dln；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？走最短的路。答：變形過程中，物體質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動，即做最少的功，5. 何謂超塑性？答：延伸率超過100%的現(xiàn)象叫做超塑性。五、簡答題1.請簡

8、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)處皎接，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)際變形體的計算模型；(2) 分片近似，即對每一個單元選擇一個由相關(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；將各個單元所建立的關(guān)系式加以集成，得到一個與有限個節(jié)點(diǎn)相關(guān)的總體方程。解此總體方程，即可求得有限個節(jié)點(diǎn)的未知量(一般為速度或位移)，進(jìn)而求得整個問題的近似解，如應(yīng)力應(yīng)變、應(yīng)變速率等。所以有限元法的實(shí)質(zhì)，就是將具有無限個自由度的連續(xù)體，簡化成只有有限個自

9、由度的單元集合體,并用一個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；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；&E+dE+/昌E=O1(4) 塑性變形時體積不變，即F£-133-，所以應(yīng)變增量張量就是應(yīng)變增量偏張量，即3. 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

10、時的能耗。（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）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分成和兩個區(qū)域；在微段d&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保持連續(xù)形，不發(fā)生重疊和開裂可知，垂直于12-dSD上

11、的速度分量必須相等，即Un-Un,而切向速度分量可以不等，造成、區(qū)的相對滑動。其速度間斷值為Vt=u；-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，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%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

12、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，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,不計接觸面上的摩擦，且忽略凹?？谔幍膹澢?yīng)，試用主應(yīng)力法證明圖示瞬間的拉

13、深力為:2R一P=d0tSIn2（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:rd。t-（rdr）（山）瑚2,Sindt=02展開并略去高階微量，可得:一（rdrrr由于br是拉應(yīng)力，是壓應(yīng)力，故心1"尸3一一G0，得近似塑性條件為：cr-cr=cr+er=Ecr13r口聯(lián)解得：。r=lnrC式中的汀為。的積分中值；=S。當(dāng)R=Ro時，二-r=0,得C=1；lnRo。最后得拉深力為d0tSln2R°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)力旺，試用主應(yīng)力法求單位流動壓力p。解:取半無限體的半剖

14、面，對圖中基元板塊（設(shè)其長為l）列平衡方程:工月=弓論.（巧+小織）桃.2五火=0、a均取絕對值。其中，設(shè)”誠，用為摩擦因子，式為材料屈服時的最大切應(yīng)力值,由（1）式得:,2mK,a=-ax采用絕對值表達(dá)的簡化屈服方程如下:dcv=icr從而將（2）（3）（4）式聯(lián)立求解，得:B在邊界上,2"，由（3）式，知d一a,代入（5）式得:最后得:2mK(B2H-24*£TQ從而，單位流動壓力:學(xué)時=2即+竺耳餉FB'I,Ah)3. 圖3所示的圓柱體敏粗，其半徑為re,高度為h,圓柱體受軸向壓應(yīng)力血,而敏粗變形接觸表面上的摩擦力A0.2S(S為流動應(yīng)力)，Oze為鍛件外端(

15、r=e)處的垂直應(yīng)力。(1) 證明接觸表面上的正應(yīng)力為：2弓=一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壓力p,(4) 假如re=100MM,H=150MM,S=500MPa,求開始變形時的總變形抗力P為多少噸？解：(1)證明該問題為平行砧板間的軸對稱敏粗。設(shè)T="S,對基元板塊列平衡方程得：-r,h,rS2ohdrsin2rd"r-(rdr)(rdr)h,d-02d"成因為Sin22'并略去二次無窮小項，則上式化簡成：。5dr-2rdr-rhdr-rhdr=0假定為均勻敏粗變形，故：dr=dw；*=、最后得:圖

16、3drdrh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)則所寫的近似塑性條件為：CT-CTS;d聯(lián)解后得:.2.dzdrh2.Q=r當(dāng)rre時，=ze'eh2,、最后得：，z="7(e一r),zeh(3) 接觸表面上的單位流動壓力為：re0LdFre2,、0"T(reT)-ze2二rdr=2皇Le3hze=544MP(4) 總變形抗力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,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Y,求:(1) 證明接觸面上的單位應(yīng)力q=K(2+冗+2丫)；

17、(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:屈服準(zhǔn)則:得:2K,2）在AO邊界上:AO根據(jù)變形情況:按屈服準(zhǔn)則:AHCJy沿p族的一條滑移2KmHtjmoxyxy2KOA1A2A3A4)n為常數(shù)2KCJ2K0,-q（q取正值）2K-q2KK-qmH2K2K(q=K(22)（2）單位厚度的變形抗力:P=2bq=2bK(22)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，其接觸面上的單位壓力為p,自由表面ABC與X軸的夾角為&求:(1)證明接觸面上的單位應(yīng)力p=2K(1+9+；

18、(2)假定沖頭的寬度為2b,求變形抗力P。EF0X0答:(1)證明1）在AC邊界上:二1=xy=°CFmCJi一+-K2）在AO邊界上:-p（P取正值）3）根據(jù)變形情況:4)按屈服準(zhǔn)則：°1CT32K5)沿E族的一條滑移(amo則：C1amop2KH1OFEB)為常數(shù)(1(2)設(shè)AO的長度為L,sin3)=K-pmc則變形抗力為:P=2Lpsin2上sinsin,2K(1)=4bK(1C6. 模壁光滑平面正擠壓的剛性塊變形模型如圖6所示，試計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67所示:解：首先，可根據(jù)動可容條件建立變形區(qū)的速端圖，如圖b圖7設(shè)沖頭的下移速度為松="占二1。由圖7可求得各速度間斷值如下：八-<一"一、一;-/，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：L幻礦摟口=K（孟-2+折-也）二6M又沖頭的功率可表示為：!7=2iiF故得：P=3Z7.一理想剛塑性體在平砧頭間敏粗到某一瞬間，條料的