2023年《金屬塑性加工原理》試題

重慶大學試題答卷科目《金屬塑性加工理論》學院材料科學與工程學院姓名學號202320231留意事項：本學期完畢前，將紙質答卷〔加封面，注明姓名、學號〕交給任課教師。請勿相互抄襲，否則后果自負。一、簡述金屬塑性加工的特點及其應用狀況。 〔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則的表達式，并說明其物理意義。 〔20分〕三、設材料是抱負剛塑性體。證明在平面應變下〔設dεz=0，有：dσ -dσ =01 2其中，σ和σ為〔x,y〕平面內的主應力。 〔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容及其應用范圍?！?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：金屬材料經過相應的塑性加工后，其內部組織發(fā)生顯著變化使材料構造致密、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)下的體積轉移來實現(xiàn)的，不產生切削，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，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；并且隨著生產技術的進展，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)開頭產生塑性變形的屈服。后繼屈服〔例如初始屈服假設該質點在后續(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，材料產生初始屈服后，即進入塑性狀態(tài)后卸載，應力下降為零，一局部應變恢復，然后再重加載，材料重產生應變并發(fā)生的屈服就是后繼屈服。性變形所滿足的力學條件。常用的各向同性材料的初始屈服準則的表達式為：示為：〔C是與材料性質有關的常數(shù)，可通過試驗測得〕加工硬化效應。米塞斯屈服準則:

2

2

26

2

2

2 22x y y z z x xy yz zx s(用主應力表示為：

)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，而與應力狀態(tài)無關。屈雷斯加屈服準則：

| max 2

|C物理意義：材料處于塑性狀態(tài)時，其最大的剪應力是一不變的定值。該定值只取決于材料在變形條件下的性質，而與應力狀態(tài)無關。常用的各向異性材料的初始屈服準則的表達式為：假設把各向異性主軸作為x，y，z，在平面應力狀況下，Hill’48屈服準則可以寫為： 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的各向異性常數(shù)，σ、σ 為正應力，σ 為剪應力〕x y xyBarlat’91屈服準則：S1

S 2

S S 2 3

3 1

2m〔其中為等效應力，m〔BCC〕時，m=6：當板料金屬為面心立方〔FCC〕時，m=8〕物理意義：Barlat’91屈服準則和基于結晶學計算的屈服面全都，其常常能呈現(xiàn)單軸和雙軸拉伸應力狀態(tài)四周的最小曲率半徑。三．答由于材料是抱負的剛塑性體，則彈性應變增量為零，塑性應變增量就是總的應變增量。塑性變形時體積不變，即dd d ddd0x y z 1 2 3又由于在平面應變下〔設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平面上沒有切應力重量，zz為主應力，且其大小為：z

12

y ；

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

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)學解析法：根本內容：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Ψā灿址Q切塊法：主應力法的實質是將應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，切面上的正應力假定為主應力，且均勻分布。或軸對稱問題，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。依據外力邊值條件，確定上述積分常數(shù)。應用范圍：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，因此又稱均勻變形功法?！菜模夯凭€法滑移線理論包括應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。根本內容：設O-xy平面為塑性流淌平面，則該平面上任一點的最大切應力都位于該平面上。在O-xy平面將無限接近的最大剪應力連接起來，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，形成滑移線場。常見滑移線的〕二族正交直線，為均勻應力場〕一組滑移線為直線，另一族為與直線正交的曲線，為簡潔應力場。應用范圍：主要應用在求解剛塑性體的平面應變問題，可歸結為依據應力邊界條件求解滑移線場及其應力狀態(tài)，并依據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緝热荩荷舷薹ㄊ且环N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)化設計，以及工件內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。它主要比較準確地求解變形體內部的各種場變量，如速度〔位移〕場，應變場和應力場等，從而為工藝分析供給科學依據。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，如應力、應變、應變速率等。應用范圍：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，還可以應變分布，從而為合理選擇加工設備、優(yōu)化工藝和模具參數(shù)，以及分析產品質量、推想產品缺陷等供給科學依據。五.答n板料應變強化指數(shù)nN現(xiàn)為板料變形的力氣愈大，應變分布的均勻性好，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布的應變對應變強化力氣的影響表示板料應變強化力氣。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移到接近局部，使各點的變形更加均勻對抗失穩(wěn)力氣的影響以板料雙向拉伸試驗為例來爭論：設則發(fā)生分散性失穩(wěn)時的應變強度為：發(fā)生集中性失穩(wěn)時的應變強度為：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：—翻邊前預制孔徑；D—翻邊后孔徑)變形完畢后切向最大應變量：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，外表質量好，增大了極限變形程度，零件不易產生裂紋〔C〕四周的拉應力： 〔式中： —最大變形處切向拉應力，—毛料在拉形模上的包角〕整理后得：當鉗口四周的拉應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，寬度方向應變e2和厚度方向應變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寬度方向上的應變大，而厚度方向上的應變小。當w0wflogtt0f/r