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金屬塑性成形原理復(fù)習(xí)題[合集](參考版)

2025-04-09 14:10本頁(yè)面
  

【正文】 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。彌散的第二相粒子能阻礙晶界的移動(dòng),所以會(huì)遏制動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行。金屬越存,發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力越強(qiáng)。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和靜態(tài)再結(jié)晶基本一樣,也會(huì)是通過(guò)形核與長(zhǎng)大來(lái)完成,其機(jī)理也是大角度晶界(或亞晶界 )想高 位錯(cuò)密度區(qū)域的遷移。需要更大的變形量上面已經(jīng)提到了。 Add:動(dòng)態(tài)再結(jié)晶容易發(fā)生在層錯(cuò)能較低的金屬,且當(dāng)熱加工變形量很大時(shí)。因?yàn)檫@類金屬在熱塑性變形過(guò)程中,即使變形程度很大,變形溫度遠(yuǎn)高于靜態(tài)再結(jié)晶 溫度,也只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù),而不發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。動(dòng)態(tài)回復(fù)是主要是通過(guò)位錯(cuò)的攀移、交滑移等實(shí)現(xiàn)的。 ?為什么說(shuō)動(dòng)態(tài)回復(fù)是熱塑性變形的主要軟化機(jī) 制?動(dòng)態(tài)回復(fù)是在熱塑性變形過(guò)程中發(fā)生的回復(fù) (自發(fā)地向自由能低的方向轉(zhuǎn)變的過(guò)程 )。如大型發(fā)電機(jī)上的護(hù)環(huán)零件 (多用高錳奧氏體無(wú)磁鋼鍛制 )。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(cuò)間強(qiáng)大的交互作 用力。加工硬化的成因與位錯(cuò)的交互作用有關(guān)。這種不均 勻性減小了,內(nèi)應(yīng)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。 ②晶粒越細(xì)小,金屬的塑性就越好。晶粒越大,這個(gè)距離就越大,位錯(cuò)開動(dòng)的時(shí)間就越長(zhǎng), n 也就越大。 ①晶粒越細(xì),變形抗力越大。 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(yīng)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(yīng)力 — 應(yīng)變曲線就沒(méi)有那么大的差別。 6)塑性變形時(shí),導(dǎo)致一些物理,化學(xué)性能的變化。 Add: 4)滑移的傳遞,必須激發(fā)相鄰晶粒的位錯(cuò)源。晶粒之間的連續(xù)性決定,還要求每個(gè)晶粒進(jìn)行多系滑移; 每個(gè)晶粒至少要求有 5 個(gè)獨(dú)立的滑移系啟動(dòng)才能保證。不同時(shí)性是由多晶體的各個(gè)晶粒位向不同引起的。 。 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(lái)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。 2)板料成型一般稱為沖壓。 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(chǎn)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。 二次加工: ①自由鍛 是在鍛錘或水壓機(jī)上,利用簡(jiǎn)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。 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(guò)一定形狀、尺寸的模孔使其產(chǎn)生塑性變形,以獲得與??仔螤?、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。 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(guò)一定形狀和尺寸的??资蛊洚a(chǎn)生塑性變形,以獲得符合模孔截面形狀的小截面坯料或零件的塑性成形方法。 一次加工: ①軋制 是將金屬坯料通過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軋輥間的特定空間使其產(chǎn)生塑性變形,以獲得一定截面形狀材料的塑性成形方法。 Ⅰ .按成型特點(diǎn)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(guò)程中靠體積轉(zhuǎn)移和分配來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 圖 9u*oA=u*oB=u*oC=u*oD=u/sinθ =根據(jù)能量守恒: 2P178。 圖 8 解:根據(jù)滑移線理論,可認(rèn)為變形區(qū)由對(duì)角線分成的四個(gè)剛性三角形組成。i=1(下砧板認(rèn)為靜止不動(dòng))。 2a,長(zhǎng)度為 L,較 2a 足夠 大,可以認(rèn)為是平面變形。由圖 7可求得各速度間斷值如下: 。 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(zhǔn)則: 5)沿族的一條滑移( OFEB)為常數(shù)( 2)設(shè) AO 的長(zhǎng)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(jì)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。設(shè)對(duì)基元板塊列平衡方程得: 因?yàn)?,并略去二次無(wú)窮小項(xiàng),則上式化簡(jiǎn)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(jiǎn)化后所得的近似平衡方程完全相同。 由 (1)式得: ( 2)采用絕對(duì)值表達(dá)的簡(jiǎn)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(dòng)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(yīng)力 sZ,而鐓粗變形接觸表面上的摩擦力 t=0 .2S(S為流動(dòng)應(yīng)力), sze為鍛件外端( r=re)處的垂直應(yīng)力。沿負(fù)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(yīng)力,是壓應(yīng)力,故,得近似塑性條件為: 聯(lián)解得: 式中的 2.如圖 2 所示,設(shè)有一半無(wú)限體,側(cè)面作用有均布?jí)簯?yīng)力,試用主應(yīng)力法求單位流動(dòng)壓力 p。 六、計(jì)算題 1.圓板坯拉深為圓筒件如圖 1所示。 ( 3)精度高,可以實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削的要求。 8.簡(jiǎn)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。在平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí),兩個(gè)準(zhǔn)則的差別最大為 %。 ( 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。其速度間斷值為6.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)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(rùn)滑劑 4.簡(jiǎn)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(shuō)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①和②兩個(gè)區(qū)域; 在微段 dSD上的速度間斷情況如下圖所示。 所以有限元法的實(shí)質(zhì),就是將具有無(wú)限個(gè)自由度的連續(xù)體,簡(jiǎn)化成只有有限個(gè)自由度的單元集合體,并用一個(gè)較簡(jiǎn)單問(wèn)題的解去逼近復(fù)雜問(wèn)題的解。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(duì)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(lái)近似描述其場(chǎng)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)與有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的總體方程。 五、簡(jiǎn)答題 1.請(qǐng)簡(jiǎn)述有限元法的思想。 4.何謂最小阻力定律?答:變形過(guò)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。 熱變形:在再結(jié)晶溫度以上的變形。 2.在結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性中, m 值的物理意義是什么?答: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,塑性越好。) 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(179。) 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(yàn)其是否滿足連續(xù)性條件。 (√)15.碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。 (179。 (179。) 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)。) 10.結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為,對(duì)于超塑性金屬 m=。) 9.合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。 ) 8.合金元素使鋼的塑性增加,變形拉力下降。 ( √ ) 7.塑性就是柔軟性。 ) 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。 ) 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。 ) 3.靜水壓力的增加,對(duì)提高材料的塑性沒(méi)有影響。) 2.塑性變形時(shí),工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。 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)μ =。 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、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、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A 散逸,這叫最大散逸功原理。 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(wèn)題的方法稱為 B 。 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(duì)摩擦系數(shù)的影響 A 工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。 20.塑性指標(biāo)的常用測(cè)量方法拉伸試驗(yàn)法與壓縮試驗(yàn)法。 18.鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高,塑性、韌性降低。 16.應(yīng)力狀態(tài)中的壓 應(yīng)力,能充分發(fā)揮材料的塑性。 14.硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生熱脆 。 12.材料在一定的條件下,其拉伸變形的延伸 率超過(guò)100%的現(xiàn)象叫超塑性。 10.鋼冷擠壓前,需要對(duì)坯料表面進(jìn)行磷化皂化 潤(rùn)滑處理。 8.對(duì)數(shù)應(yīng)變的特點(diǎn)是具有真實(shí)性、可靠性和可加性 。 z=。 : 滑移和孿生。 一、填空題 性多項(xiàng)式來(lái)表示: ,則單元內(nèi)任一點(diǎn)外的應(yīng)變可表示為=。 =ijsMPa 試分別按 Mises 和Tresca塑性條件計(jì)算該材料的屈服應(yīng)力及值,并分析差異大小。179。230。231。231。 248。247。 3.若變形體屈服時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)為: 10300015023180。 解: (1)該點(diǎn)的應(yīng)力單元體如下圖所示 (2)應(yīng)力張量不變量如下故得應(yīng)力狀態(tài)方程為解之得該應(yīng)力狀態(tài)的三個(gè)主應(yīng)力為( Mpa)設(shè)主方向?yàn)?,則主應(yīng)力與主方向滿足如下方程即,解之則得,解之則得,解之則得最大剪應(yīng)力為: 八面體正應(yīng)力為: Mpa 八面體切應(yīng)力為: 應(yīng)力偏張量為: ,應(yīng)力球張量為: 2.已知金屬變形體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量為 Mpa,求: (1)計(jì)算方向余弦為 l=1/2, m=1/2, n=的斜截面上的正應(yīng)力大小。 (3)彈性變形時(shí),應(yīng)力球張量使物體產(chǎn)生體積的變化,泊松比。 答:彈性變形時(shí)應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系有如下特點(diǎn): (1)應(yīng)力與應(yīng)變完全成線性關(guān)系,即應(yīng)力主軸與全量應(yīng)變主軸重合。 綜上所述,應(yīng)變速率的增加,既有使金屬塑性降低的一面,又有使金屬塑性增加的一面,這兩方面因素綜合作用的結(jié)果,最終決定了金屬塑性的變化。 (2)增加應(yīng)變速率,由于沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行回復(fù)或再結(jié)晶,因而軟化過(guò)程不充分而使金屬的塑性降低。 2.請(qǐng)簡(jiǎn)述應(yīng)變速率對(duì)金屬塑性的影響機(jī)理。 1.試簡(jiǎn)述提高金屬塑性的主要途徑。 (3)對(duì)于應(yīng)變硬化材料,卸載后再重新加載時(shí)的屈服應(yīng)力就是報(bào)載時(shí)的屈服應(yīng)力,比初始屈服應(yīng)力要高。 ?答:在塑性變形時(shí),應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點(diǎn): (1)應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是非線性的,因此,全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合。 純剪應(yīng)力狀態(tài)下單元體應(yīng)力偏量的主方向與單元體應(yīng)力張量的主方向一致,平均應(yīng)力。) 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(179。) 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(yàn)其是否滿足連續(xù)性條件。 (√)15.碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。 (179。 (179。) 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)。) 10.結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為,對(duì)于超塑性金屬 m=。) 9.合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。 ) 8.合金元素使鋼的塑性增加,變形拉力下降。 ( √ ) 7.塑性就是柔軟性。 ) 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。 ) 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。 ) 3.靜水壓力的增加,對(duì)提高材料的塑性沒(méi)有影響。) 2.塑性變形時(shí),工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響小于
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