【正文】 （ 3）潤滑劑有冷卻模具的作用； （ 4）潤滑劑不應對金屬和模具有腐蝕作用； （ 5）潤滑劑應對人體無毒，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 ?答：（ 1）結構致密，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）生產效率高。 六、計算題 1．圓板坯拉深為圓筒件如圖 1所示。 假設板厚為 t,圓板坯為理想剛塑性材料，材料的真實應力為 S，不計接觸面上的摩擦 ,且忽略凹?？谔幍膹澢?,試用主應力法證明圖示瞬間的拉深力為： （ 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。沿負的徑向的靜力平衡方程為： 展開并略去高階微量，可得： 由于是拉應力，是壓應力，故，得近似塑性條件為： 聯(lián)解得： 式中的 2．如圖 2 所示，設有一半無限體，側面作用有均布壓應力，試用主應力法求單位流動壓力 p。 圖 2 解： 取半無限體的半剖面，對圖中基元板塊（設其長為 l）列平衡方程： （ 1）其中，設，為摩擦因子，為材料屈服時的最大切應力值，、均取絕對值。 由 (1)式得： （ 2）采用絕對值表達的簡化屈服方程如下： （ 3）從而（ 4）將（ 2）（ 3）（ 4）式聯(lián)立求解，得： （ 5）在邊界上，由（ 3）式，知，代入（ 5）式得： 最后得： （ 6）從而，單位流動壓力： （ 7） 3．圖 3 所示的圓柱體鐓粗，其半徑為 re，高度為 h，圓柱體受軸向壓應力 sZ，而鐓粗變形接觸表面上的摩擦力 t＝０ .２Ｓ（Ｓ為流動應力）， sze為鍛件外端（ r=re）處的垂直應力。 （ 1）證明接觸表面上的正應力為： （ 2）并畫出接觸表面上的正應力分布； （ 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鐓粗。設對基元板塊列平衡方程得： 因為，并略去二次無窮小項，則上式化簡成： 假定為均勻鐓粗變形，故： 圖 3 最后得： 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。 按密席斯屈服準則所寫的近似塑性條件為： 聯(lián)解后得： 當時，最后得： （ 3）接觸表面上的單位流動壓力為： =544MP（ 4）總變形抗力 :=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，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，求： （ 1）證明接觸面上的單位應力 q=K（ 2++2）； （ 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： 故，屈服準則： 得： 2）在 AO邊界上： 根據(jù)變形情況： 按屈服準則： 沿族的一條滑移（ OA1A2A3A4）為常數(shù)（ 2）單位厚度的變形抗力： 5．圖 5 所示的一尖角為 2j 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 d，求： （ 1）證明接觸面上的單位應力 p=2K（ 1+j+d）； （ 2）假定沖頭的寬度為 2b，求變形抗力 P。 圖 5 答： （ 1）證明 1）在 AC邊界上： 2）在 AO邊界上： 3）根據(jù)變形情況： 4）按屈服準則： 5）沿族的一條滑移（ OFEB）為常數(shù)（ 2）設 AO 的長度為 L，則變形抗力為 ： 6．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，設材料的最大切應力為常數(shù) K。 圖 6 解：首先，可根據(jù)動可容條件建立變形區(qū)的速端圖，如圖 7所示： 圖 7 設沖頭的下移速度為。由圖 7可求得各速度間斷值如下： 。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： 又沖頭的功率可表示為： 故得： 7．一理想剛塑性體在平砧頭間鐓粗到某一瞬間，條料的截面尺寸為 2a179。 2a，長度為 L，較 2a 足夠 大，可以認為是平面變形。變形區(qū)由A、 B、 C、 D 四個剛性小塊組成（如圖 8 所示），此瞬間平砧頭速度為i=1（下砧板認為靜止不動）。試畫出速端圖并用上限法求此條料的單位變形力 p。 圖 8 解：根據(jù)滑移線理論，可認為變形區(qū)由對角線分成的四個剛性三角形組成。剛性塊 B、 D為死區(qū)，隨壓頭以速度 u相向運動； 剛性塊 A、 C 相對于 B、 D 有相對運動（速度間斷），其數(shù)值、方向可由速端圖（如圖 9所示）完全確定。 圖 9u*oA=u*oB=u*oC=u*oD=u/sinθ =根據(jù)能量守恒： 2P178。 1＝ K（ u*oA＋ u*oB＋ u*oC＋ u*oD）又＝＝＝＝ a 所以單位流動壓力： P=＝ 2K 第二篇：《金屬塑性成形原理》復習題 《金屬塑性成形原理》復習題 ？什么是塑性成形？塑性成形有何特點？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； 塑性變形 當作用在物體上的外力取消后，物體的變形不能完全恢復而產生的殘余變形； 塑性成形 金屬材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并獲得一定力學性能的加工方法，也稱塑性加工或壓力加工； 塑性成形的特點：①組織、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生產效率高 。 Ⅰ .按成型特點可分為塊料成形 (也稱體積成形 )和板料成型兩大類 1）塊料成型是在塑性成形過程中靠體積轉移和分配來實現(xiàn)的。可分為一次成型和二次加工。 一次加工： ①軋制 是將金屬坯料通過兩個旋轉軋輥間的特定空間使其產生塑性變形，以獲得一定截面形狀材料的塑性成形方法。分縱軋、橫軋、斜軋； 用于生產型材、板材和管材。 ②擠壓 是在大截面坯料的后端施加一定的壓力， 將金屬坯料通過一定形狀和尺寸的模孔使其產生塑性變形，以獲得符合?？捉孛嫘螤畹男〗孛媾髁匣蛄慵乃苄猿尚畏椒?。分正擠壓、反擠壓和復合擠壓； 適于 (低塑性的 )型材、管材和零件。 ③拉拔 是在金屬坯料的前端施加一定的拉力，將金屬坯料通過一定形狀、尺寸的模孔使其產生塑性變形，以獲得與模孔形狀、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生產棒材、管材和線材。 二次加工： ①自由鍛 是在鍛錘或水壓機上，利用簡單的工具將金屬錠料或坯料鍛成所需的形狀和尺寸的加工方法。精度低，生產率不高 ，用于單件小批量或大鍛件。 ②模鍛 是將金屬坯料放在與成平形狀、尺寸相同的模腔中使其產生塑性變形，從而獲得與模腔形狀、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分開式模鍛和閉式模鍛。 2）板料成型一般稱為沖壓。分為分離工序和成形工序。 分離工序：用于使沖壓件與板料沿一定的輪廓線相互分離，如沖裁、剪切等工序； 成型工序：用來使坯料在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，成為具有要求形狀和尺寸的零件，如彎曲、拉深等工序。 Ⅱ .按成型時工件的溫度可分為熱成形、冷成形和溫成形。 。 1）各晶粒變形的不同時性。不同時性是由多晶體的各個晶粒位向不同引起的。 2）各晶粒變形的相互協(xié)調性。晶粒之間的連續(xù)性決定，還要求每個晶粒進行多系滑移； 每個晶粒至少要求有 5 個獨立的滑移系啟動才能保證。 3）晶粒與晶粒之間和晶粒內部與晶界附近區(qū)域之間的變形的不均勻性。 Add： 4）滑移的傳遞，必須激發(fā)相鄰晶粒的位錯源。 5）多晶體的變形抗力比單晶體大，變形更不均勻。 6）塑性變形時，導致一些物理，化學性能的變化。 7）時間性。 hcp系的多晶體金屬與單晶體比較，前者具有明顯的晶界阻滯效應和極高的加工硬化率，而在立方晶系金屬中，多晶和單晶試樣的應力 — 應變曲線就沒有那么大的差別。 。 ①晶粒越細，變形抗力越大。晶粒的大小決定位錯塞積群應力場到晶內位錯源的距離，而這個距離又影響位錯的數(shù)目 n。晶粒越大，這個距離就越大，位錯開動的時間就越長， n 也就越大。 n 越大，應力場就越強，滑移就越容易從一個晶粒轉移到另一個晶粒。 ②晶粒越細小，金屬的塑性就越好。 a．一定體積，晶粒越細，晶粒數(shù)目越多，塑性變形時位向有利的晶粒也越多，變形能較均勻的分散到各個晶粒上； b．從每個晶粒的應力分布來看，細晶粒是晶界的影響區(qū)域相對加大，使得晶粒心部的應變與晶界處的應變差異減小。這種不均 勻性減小了，內應力的分布較均勻，因而金屬斷裂前能承受的塑性變形量就更大。 ？產生加工硬化的原因是什么？加工硬化對塑性加工生產有何利弊？加工硬化 隨著金屬變形程度的增加，其強度、硬度增加，而塑性、韌性降低的現(xiàn)象。加工硬化的成因與位錯的交互作用有關。隨著塑性變形的進行，位錯密度不斷增加，位錯反應和相互交割加劇，結果產生固定割階、位錯纏結等障礙，以致形成胞狀亞結構，使位錯難以越過這些障礙而被限制在一定范圍內運動。這樣，要是金屬繼續(xù)變形，就需要不斷增加外力，才能克服位錯間強大的交互作 用力。 加工硬化對塑性加工生產的利弊： 有利的一面：可作為一種強化金屬的手段，一些不能用熱處理方法強化的金屬材料，可應用加工硬化的方法來強化，以提高金屬的承載能力。如大型發(fā)電機上的護環(huán)零件 (多用高錳奧氏體無磁鋼鍛制 )。 不利的一面：①由于加工硬化后，金屬的屈服強度提高，要求進行塑性加工的設備能力增加； ②由于塑性的下降，使得金屬繼續(xù)塑性變形困難，所以不得不增加中間退火工藝，從而降低了生產率，提高了生產成本。 ？為什么說動態(tài)回復是熱塑性變形的主要軟化機 制？動態(tài)回復是在熱塑性變形過程中發(fā)生的回復 (自發(fā)地向自由能低的方向轉變的過程 )。 動態(tài)回復是熱塑性變形的主要軟化機制，是因為： ①動態(tài)回復是高層錯能金屬熱變形過程中唯一的軟化機制。動態(tài)回復是主要是通過位錯的攀移、交滑移等實現(xiàn)的。對于層錯能高的金屬，變形時擴展位錯的寬度窄，集束容易，位錯的交滑移和攀移容易進行，位錯容易在滑移面間轉移，而使異號位錯相互抵消，結果使位錯密度下降，畸變能降低，不足以達到動態(tài)結晶所需的能量水平。因為這類金屬在熱塑性變形過程中，即使變形程度很大，變形溫度遠高于靜態(tài)再結晶 溫度，也只發(fā)生動態(tài)回復，而不發(fā)生動態(tài)再結晶。 ②在低層錯能的金屬熱變形過程中，動態(tài)回復雖然不充分，但也隨時在進行，畸變能也隨時在釋放，因而只有當變形程度遠遠高于靜態(tài)回復所需要的臨界變形程度時，畸變能差才能積累到再結晶所需的水平，動態(tài)再結晶才能啟動，否則也只能發(fā)生動態(tài)回復。 Add：動態(tài)再結晶容易發(fā)生在層錯能較低的金屬，且當熱加工變形量很大時。這是因為層錯能低，其擴展位錯寬度就大，集束成特征位錯困難，不易進行位錯的交滑移和攀移； 而已知動態(tài)回復主要是通過位錯的交滑移和攀移來完成的，這就意味著這類材料動態(tài)回復的速率和程度都很低 (應該說不足 )，材料中的一些局部區(qū)域會積累足夠高的位錯密度差 (畸變能差 )，且由于動態(tài)回復的不充分，所形成的胞狀亞組織的尺寸小、邊界不規(guī)整，胞壁還有較多的位錯纏結，這種不完整的亞組織正好有利于再結晶形核，所有這些都有利于動態(tài)再結晶的發(fā)生。需要更大的變形量上面已經(jīng)提到了。 ？影響動態(tài)再結晶的主要因素有哪些？動態(tài)再結晶是在熱塑性變形過程中發(fā)生的再結晶。動態(tài)再結晶和靜態(tài)再結晶基本一樣，也會是通過形核與長大來完成，其機理也是大角度晶界(或亞晶界 )想高 位錯密度區(qū)域的遷移。 動態(tài)再結晶的能力除了與金屬的層錯能高低 (層錯能越低，熱加工變形量很大時，容易出現(xiàn)動態(tài)再結晶 )有關外，還與晶界的遷移難易有關。金屬越存，發(fā)生動態(tài)再結晶的能力越強。當溶質原子固溶于金屬基體中時，會嚴重阻礙晶界的遷移、從而減慢動態(tài)再結晶的德速率。彌散的第二相粒子能阻礙晶界的移動，所以會遏制動態(tài)再結晶的進行。 ？ (參見 P2731)①改善晶粒組織②鍛合內部缺陷③破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布④形成纖維組織⑤改善偏析 屬和熱變形金屬的纖維組織有何不同？冷變形中的纖維組織：軋制變形時，原來等軸的晶粒沿延伸方向伸長。若變形程度很大，則晶粒呈現(xiàn)為一片纖維狀的條紋，稱為纖維組織。當金屬中有夾雜或第二相是，