金屬塑性成形原理習(xí)題及答案

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上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(xiàng)式來表示： ，則單元內(nèi)任一點(diǎn)外的應(yīng)變可表示為 。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： 滑移 和 孿生 。 4. 等效應(yīng)力表達(dá)式： 。 5.一點(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(shí)針轉(zhuǎn) 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 z = 。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(duì)數(shù)應(yīng)變的特點(diǎn)是具有真實(shí)

2、性、可靠性和可加性。9就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢(shì)是，隨著溫度的升高，塑性提高。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。11為了提高潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑、耐磨、防腐等性能常在潤(rùn)滑油中加入的少量活性物質(zhì)的總稱叫添加劑。12材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過 的現(xiàn)象叫超塑性。13韌性金屬材料屈服時(shí)，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(shí)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(shí)，其平均正應(yīng)力sm 等于中間主應(yīng)力s2。18鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 降低 。 19材料經(jīng)過

3、連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑1.1，第二次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑2.25，則總的真實(shí)應(yīng)變e0.35。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 。21彈性變形機(jī)理 原子間距的變化；塑性變形機(jī)理 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)為主。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。、大于；、等于；、小于；2塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做A。、理想塑性材料；、理想彈性材料；、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。、解析法；、主應(yīng)力法；、滑移線法；4 韌性金屬材料屈服時(shí)，A準(zhǔn)則較符合實(shí)際的

4、。、密席斯；、屈雷斯加； 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。、能量；、力； 、應(yīng)變；6 硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生A。、熱脆性；、冷脆性；、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。、拉應(yīng)力；、壓應(yīng)力；、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；8 平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力sB中間主應(yīng)力s。、大于；、等于； 、小于；9 鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 B 。、提高； 、降低； 、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(zhǎng)的現(xiàn)象稱為A。、纖維組織；、變形織構(gòu)；、流線；三、判斷題1按密席斯屈服準(zhǔn)則所得到的最大摩

5、擦系數(shù)=0.5。 （ ）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。 （）3靜水壓力的增加，對(duì)提高材料的塑性沒有影響。 （）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。 （）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。 （）6塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。 （）7塑性就是柔軟性。 （）8合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。 （ ）9合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。 （ ）10結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為，對(duì)于超塑性金屬m =0.02-0.2。 （ ）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)。 （ ） 12屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在

6、平面應(yīng)變上，兩個(gè)準(zhǔn)則是一致的。 （ ）13變形速度對(duì)摩擦系數(shù)沒有影響。 （ ）14靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。 （ ）15碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。 （ ）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。 （ ）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 （ ）四、名詞解釋1上限法的基本原理是什么？答：按運(yùn)動(dòng)學(xué)許可速度場(chǎng)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。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

7、？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。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？答：變形過程中，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。5何謂超塑性？答：延伸率超過100%的現(xiàn)象叫做超塑性。五、簡(jiǎn)答題1請(qǐng)簡(jiǎn)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)處鉸接，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

8、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。 解此總體方程，即可求得有限個(gè)節(jié)點(diǎn)的未知量（一般為速度或位移），進(jìn)而求 得整個(gè)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(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(gè)假設(shè)基礎(chǔ)

9、上的： (1) 材料是剛塑性材料，即彈性應(yīng)變?cè)隽繛榱?，塑性?yīng)變?cè)隽烤褪强偟膽?yīng)變?cè)隽浚?(2) 材料符合 Mises 屈服準(zhǔn)則，即 ； (3) 每一加載瞬時(shí)，應(yīng)力主軸與應(yīng)變?cè)隽恐鬏S重合； (4) 塑性變形時(shí)體積不變，即 ，所以應(yīng)變?cè)隽繌埩烤褪菓?yīng)變?cè)隽科珡埩浚?3在塑性加工中潤(rùn)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(rùn)滑的目的是:減少工模具磨損；延長(zhǎng)工具使用壽命；提高制品質(zhì)量；降低金屬變形時(shí)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(rùn)滑劑4簡(jiǎn)述在塑性加工中影響金屬材料變形抗力

10、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(gè)區(qū)域；在微段dSD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(shí)保持連續(xù)形，不發(fā)生重疊和開裂可知，垂直于dSD上的速度分量必須相等，即，而切向速度分量可以不等，造成、區(qū)的相對(duì)滑動(dòng)。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

11、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(gè)主應(yīng)力相等的應(yīng)力狀態(tài)下，兩者是一致的。對(duì)于塑性金屬材料，密席斯準(zhǔn)則更接近于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)準(zhǔn)則的差別最大為15.5%7. 簡(jiǎn)述塑性成形中對(duì)潤(rùn)滑劑的要求。答：（1）潤(rùn)滑劑應(yīng)有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤(rùn)滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)；（2）潤(rùn)滑劑應(yīng)有良好耐高溫性能，在熱加工時(shí)，潤(rùn)滑劑應(yīng)不分解，不變質(zhì)；（3）潤(rùn)滑劑有冷卻模具的作用；（4）潤(rùn)滑劑不應(yīng)對(duì)金屬和模具有腐蝕作用；（5）潤(rùn)滑劑應(yīng)對(duì)人體無毒，不污染環(huán)境；（6）潤(rùn)滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價(jià)格便宜等。8

12、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。（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(jì)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(jì)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(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)有一半無限體，側(cè)面作

13、用有均布?jí)簯?yīng)力 ，試用主應(yīng)力法求單位流動(dòng)壓力p。圖2解：取半無限體的半剖面，對(duì)圖中基元板塊（設(shè)其長(zhǎng)為 l ）列平衡方程： （ 1 ）其中，設(shè) ， 為摩擦因子， 為材料屈服時(shí)的最大切應(yīng)力值， 、 均取絕對(duì)值。 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.（為流動(dòng)應(yīng)力）， s

14、ze為鍛件外端（r=re）處的垂直應(yīng)力。 （1）證明接觸表面上的正應(yīng)力為：（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(dòng)壓力， （4）假如re100MM，150MM,=500MPa，求開始變形時(shí)的總變形抗力為多少噸？解：（1）證明該問題為平行砧板間的軸對(duì)稱鐓粗。設(shè)對(duì)基元板塊列平衡方程得：因?yàn)?，并略去二次無窮小項(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。按密席斯屈服準(zhǔn)則所寫的近似塑性條件為：聯(lián)解后得：當(dāng)時(shí)，最后得：（3）接觸表面上的單位流動(dòng)壓力為：=544MP（4）總變形抗力:=1708T4圖4所示的一平?jīng)_頭在外力

15、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(jì)，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(yīng)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(zhǔn)則： 得：2）在AO邊界上：根據(jù)變形情況：按屈服準(zhǔn)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(jì)，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(yīng)力p=2K

16、（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(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(zhǎng)，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。圖6解：首先，可根據(jù)動(dòng)可容條件建立變形區(qū)的速端圖，如圖7所示： 圖7設(shè)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 2a 2a ，長(zhǎng)度為 L ，較 2a 足夠大，可以認(rèn)為是平面變形。變形區(qū)由 A 、 B 、 C 、 D 四個(gè)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(rèn)為靜止不動(dòng)）。試畫