2023年《金屬塑性加工原理》試題

重慶大學(xué)試題答卷科目《金屬塑性加工理論》學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院姓名學(xué)號202320231留意事項：本學(xué)期完畢前，將紙質(zhì)答卷〔加封面，注明姓名、學(xué)號〕交給任課教師。請勿相互抄襲，否則后果自負(fù)。一、簡述金屬塑性加工的特點及其應(yīng)用狀況。 〔20分〕二、什么叫初始與后繼屈服？寫出常用的各向同性和各向異性材料的初始屈服準(zhǔn)則的表達式，并說明其物理意義。 〔20分〕三、設(shè)材料是抱負(fù)剛塑性體。證明在平面應(yīng)變下〔設(shè)dεz=0，有：dσ -dσ =01 2其中，σ和σ為〔x,y〕平面內(nèi)的主應(yīng)力。 〔20分〕1 2四、簡述金屬塑性成形問題主要求解方法的根本內(nèi)容及其應(yīng)用范圍?！?0分〕n和厚向異性指數(shù)r的意義及其對板料成形性能的影響。一、 答：與金屬切削加工、鑄造、焊接等加工方法相比，金屬塑性加工主要有以下特點：金屬材料經(jīng)過相應(yīng)的塑性加工后，其內(nèi)部組織發(fā)生顯著變化使材料構(gòu)造致密、組織改善、性能提高。特別是對于鑄造組織的改善，效果更為顯著。此外，經(jīng)過塑性成形后，金屬的流線分布合理，從而改善制件的性能。金屬塑性成型主要是靠金屬在塑性狀態(tài)下的體積轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)的，不產(chǎn)生切削，因而材料利用率高，可以節(jié)約大量的金屬材料。尤為明顯。④尺寸精度高：度完全可到達切削加工中的磨削加工的水平。應(yīng)用狀況：由于金屬塑性加工具有上述特點，因而在汽車、拖拉機與農(nóng)業(yè)機械、機床、航空航天、兵器、艦船、工程機械、起重機械、動力機械、是有化工機械、冶金機械、儀器儀表、輕工、家用電器和信息產(chǎn)業(yè)等制造業(yè)中起著極為重要的作用。適于連續(xù)的大量生產(chǎn)，供給型材、板材、管材和線材等金屬原材料；而鍛造或坯料；用軋制方法可生產(chǎn)板材、帶材、型材、管材及四周斷面型材，變斷孔、落料、切邊、板材和鋼材的剪切等；并且隨著生產(chǎn)技術(shù)的進展，上述根本的的塑性成形工藝方法。二、 答：初始與后繼屈服的概念：初始屈服塑性變外形態(tài)，產(chǎn)生的屈服即稱為初始屈服，簡稱屈服。具體地說，也即是彈性變外形態(tài)進入塑性變外形態(tài)開頭產(chǎn)生塑性變形的屈服。后繼屈服〔例如初始屈服假設(shè)該質(zhì)點在后續(xù)的一個變形過程元中連續(xù)發(fā)生塑性變形，則稱為后續(xù)屈服。通俗地說，材料產(chǎn)生初始屈服后，即進入塑性狀態(tài)后卸載，應(yīng)力下降為零，一局部應(yīng)變恢復(fù)，然后再重加載，材料重產(chǎn)生應(yīng)變并發(fā)生的屈服就是后繼屈服。性變形所滿足的力學(xué)條件。常用的各向同性材料的初始屈服準(zhǔn)則的表達式為：示為：〔C是與材料性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，可通過試驗測得〕加工硬化效應(yīng)。米塞斯屈服準(zhǔn)則:

2

2

26

2

2

2 22x y y z z x xy yz zx s(用主應(yīng)力表示為：

)22

2

)23

3

)21

22s物理意義：材料處于塑性狀態(tài)時，其等效應(yīng)力是一不變的定值，該定值只取決于材料在塑性變形時的性質(zhì)，而與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。屈雷斯加屈服準(zhǔn)則：

| max 2

|C物理意義：材料處于塑性狀態(tài)時，其最大的剪應(yīng)力是一不變的定值。該定值只取決于材料在變形條件下的性質(zhì)，而與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)。常用的各向異性材料的初始屈服準(zhǔn)則的表達式為：假設(shè)把各向異性主軸作為x，y，z，在平面應(yīng)力狀況下，Hill’48屈服準(zhǔn)則可以寫為： 1 1 f2(F

GH)

x

(FH)2y

2Hx y

2N

2 0xy〔其中，F(xiàn)、G、H、N是和材料屈服性能有關(guān)的各向異性常數(shù)，σ、σ 為正應(yīng)力，σ 為剪應(yīng)力〕x y xyBarlat’91屈服準(zhǔn)則：S1

S 2

S S 2 3

3 1

2m〔其中為等效應(yīng)力，m〔BCC〕時，m=6：當(dāng)板料金屬為面心立方〔FCC〕時，m=8〕物理意義：Barlat’91屈服準(zhǔn)則和基于結(jié)晶學(xué)計算的屈服面全都，其常常能呈現(xiàn)單軸和雙軸拉伸應(yīng)力狀態(tài)四周的最小曲率半徑。三．答由于材料是抱負(fù)的剛塑性體，則彈性應(yīng)變增量為零，塑性應(yīng)變增量就是總的應(yīng)變增量。塑性變形時體積不變，即dd d ddd0x y z 1 2 3又由于在平面應(yīng)變下〔設(shè)εz=0，則dd dd 0x y 1 2由于d

d

dd

x x

y z

1 1

2 3 d

d

d

d

y y 2

z

2 2 2 1 3 d

d

1

d

d

1

z z 2

y

3 3 2

2 1得 3 2

2z平面上沒有切應(yīng)力重量，zz為主應(yīng)力，且其大小為：z

12

y ；

12 x y ；所以 為常數(shù)，應(yīng)力狀態(tài)的差異只在于平均應(yīng)力 值不同，即各點的應(yīng)力max m莫爾圓的圓心在O軸上的位置不同。此外，處于平面塑性應(yīng)變狀態(tài)的變形體內(nèi)〔即平均應(yīng)力

m

max來表示，如下所示：x

m

max ； y m ；z m

max；xy所以有： xy

max

；dx

dy

0；即為所證結(jié)論d1

d2

四．答：塑性成型問題的求解方法有以下幾種：〔一：平衡微分方程和塑性條件聯(lián)立求解的數(shù)學(xué)解析法：根本內(nèi)容：將平衡微分方程和塑性條件進展聯(lián)解，以求出物體塑性變形時的應(yīng)力分布，進而求出變形力。在聯(lián)解的過程中，積分常數(shù)依據(jù)自由外表和接觸外表對于一般空間問題，在三個平衡微分方程和一個塑性條件中，共包含六個未知數(shù)，屬靜不定問題；對于軸對稱問題，包含四個未知數(shù)，仍屬靜不定問題；對于平面問題，兩個平衡微分方程和一個塑性條件中，共包含三個未知數(shù)，屬靜定問題?！捕褐鲬?yīng)力法〔又稱切塊法：主應(yīng)力法的實質(zhì)是將應(yīng)力平衡微分方程和屈服方程聯(lián)立求解。金屬流淌的狀況，將其劃分成假設(shè)干局部，每一局局部別按平面問題或軸對稱問題求解，然后“拼合”在一齊，即得到整個問題的解。的基元體或基元板塊，切面上的正應(yīng)力假定為主應(yīng)力，且均勻分布?；蜉S對稱問題，也難將其與平衡微分方程聯(lián)解。積分求解該微分方程，得到含有一個積分常數(shù)的表達式。依據(jù)外力邊值條件，確定上述積分常數(shù)。應(yīng)用范圍：主要用在體積成形和板料成形中，例如簡潔的鐓粗，擠壓和拉〔三：變形功法建立在能量守恒的定律根底上，根本內(nèi)容為：剛塑性體在塑性變形過程中dWedWd與外摩擦力所作的功增量dWf之和〔各功增量均取確定值dWe=dWd+dWf其中，dWd〔σ1dε1+σ2dε1+σ3dε3〕dV；dWePdupdWf=∫FτdufdF為了計算和，需要知道變形體的位移增量場或應(yīng)變增量場，但在塑性成型時，由于外摩擦的影響，變形總是不均勻，因此往往需要作變形均勻的假設(shè)，因此又稱均勻變形功法?！菜模夯凭€法滑移線理論包括應(yīng)力場理論和速度場理論，它是針對具體的塑性加工過程，建立滑移線場，然后利用滑移線的某些特性來進展求解。根本內(nèi)容：設(shè)O-xy平面為塑性流淌平面，則該平面上任一點的最大切應(yīng)力都位于該平面上。在O-xy平面將無限接近的最大剪應(yīng)力連接起來，可得二族正交曲線，曲線上任一點的切線方向即為該點處的最大切應(yīng)力的方向。這二族正交的曲線族稱為滑移線，它們分布在塑性變形區(qū)內(nèi)，形成滑移線場。常見滑移線的〕二族正交直線，為均勻應(yīng)力場〕一組滑移線為直線，另一族為與直線正交的曲線，為簡潔應(yīng)力場。應(yīng)用范圍：主要應(yīng)用在求解剛塑性體的平面應(yīng)變問題，可歸結(jié)為依據(jù)應(yīng)力邊界條件求解滑移線場及其應(yīng)力狀態(tài)，并依據(jù)速度邊界條件求出與滑移線場相匹配的速度場?！参澹荷舷薹ǜ緝?nèi)容：上限法是一種能比較全面地求解金屬塑性成形問題的近似方法，由它所確定的載荷是真實載荷的上界。上限法的理論根底是虛功率原理。上限法的根本方程為：P*dv v* dKV*dsO V s f R tscii j Dj*dv v*dKV*d.v s f R s ti ci i Dj還可用于金屬流淌和變形分析、工藝參數(shù)和模具的優(yōu)化設(shè)計，以及工件內(nèi)部溫度場和缺陷的推想等?！擦河邢拊ㄓ邢拊ㄊ菍λ苄猿尚芜^程進展數(shù)值模擬的最有效的方法。它主要比較準(zhǔn)確地求解變形體內(nèi)部的各種場變量，如速度〔位移〕場，應(yīng)變場和應(yīng)力場等，從而為工藝分析供給科學(xué)依據(jù)。有限元法的根本思想是：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)點處鉸接，即為實際變形體的計算模型；〔如速度或位移〔一般為速度或位移進而求得整個問題的近似解，如應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變速率等。應(yīng)用范圍：有限元法不但可用來計算塑性成形的力能消耗和壓力分布，還可以應(yīng)變分布，從而為合理選擇加工設(shè)備、優(yōu)化工藝和模具參數(shù)，以及分析產(chǎn)品質(zhì)量、推想產(chǎn)品缺陷等供給科學(xué)依據(jù)。五.答n板料應(yīng)變強化指數(shù)nN現(xiàn)為板料變形的力氣愈大，應(yīng)變分布的均勻性好，即愈不易發(fā)生分散失穩(wěn)。N尤其是脹形類變形。Kn 或者 loglogKnlogn布的應(yīng)變對應(yīng)變強化力氣的影響表示板料應(yīng)變強化力氣。對其微分得說明n值大的材料在變形中， 增加越大可使變形快速地轉(zhuǎn)移到接近局部，使各點的變形更加均勻?qū)故Х€(wěn)力氣的影響以板料雙向拉伸試驗為例來爭論：設(shè)則發(fā)生分散性失穩(wěn)時的應(yīng)變強度為：發(fā)生集中性失穩(wěn)時的應(yīng)變強度為：nN越大大，則愈能推遲失穩(wěn)的發(fā)生。對成型極限的影響〔a〕翻邊翻邊系數(shù):(式中：—翻邊前預(yù)制孔徑；D—翻邊后孔徑)變形完畢后切向最大應(yīng)變量：上式可知，x=0.〔b〕脹形脹形系數(shù)：(式中—最大變形處直徑,—該處毛胚原始直徑)由上式可知,在脹形工藝中，n值大的材料使變形均勻，變薄減小，厚度分布也均勻，外表質(zhì)量好，增大了極限變形程度，零件不易產(chǎn)生裂紋〔C〕四周的拉應(yīng)力： 〔式中： —最大變形處切向拉應(yīng)力，—毛料在拉形模上的包角〕整理后得：當(dāng)鉗口四周的拉應(yīng)力到達時為拉形的極限拉型系數(shù)則為：r厚向異性指數(shù)r，又稱厚向異性系數(shù)，是指在單拉試驗中，寬度方向應(yīng)變e2和厚度方向應(yīng)變e 之比厚向異性指數(shù)r值越大說明材料在承受拉變形時，3w0wflogtt0fe寬度方向上的應(yīng)變大，而厚度方向上的應(yīng)變小。當(dāng)w0wflogtt0f/r