《金属塑性成形原理》试卷及答案

1、金属塑性成形原理试卷及答案一、填空题设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示:讥入沖二两十逊X十勺ys-y逐卩（“）F+呼+欣，则单元内任一点外的应变可表示为hL塑性是指：在外力作用下使金属材料发牛塑性变形而不破坏其完整性的能力。金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。4.等效应力表达式:所得滑移添加.25，则总点的代数值最大的主应力的指向称为第一主方向，由第一主方向顺时针转线即为线。平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力。z二十巧。塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦TOC o 1-5 h z对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性。9就大多数金

2、属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性提高。钢冷挤压前，需要对坯料表面进行磷化皂化润滑处理。为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物质的总称口叫_剂。材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过100%的现象叫超塑性。韧性金属材料屈服时，密席斯（Mises）准则较符合实际的。硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆。塑性变形时不产牛硬化的材料叫做理想塑性材料。应力状态中的压应力，能充分发挥材料的塑性。17平面应变时，其平均正应如中间主应力。钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧f降低。材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为=0.1,第二次的真实应变为e2=0的真实应变

3、e=0.35q塑性指标的常用测量方法拉伸试验法与压缩试验法弹性变形机理原子间距的变化：塑性变形机理位错运动为主。二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。A、大于；B、等于；C、小于；塑性变形时不产生硬化的材料叫做A。A、理想塑性材料；B、理想弹性材料；C、硬化材料；用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称B。A、解析法；B、主应力法；C、滑移线法；韧性金属材料屈服时，A准则较符合实际的。A、密席斯；B、屈雷斯加；C密席斯与屈雷斯加；由于屈服原则的限制，物体在塑性变形时，总是要导致最大的丄

4、散逸，这叫最大散逸功原理。A、能量；B、力；C、应变；硫元素的存在使得碳钢易于产生A。A、热脆性；B、冷脆性；C、兰脆性；应力状态中的B应力，能充分发挥材料的塑性。A、拉应力；B、压应力；C、拉应力与压应力；平面应变时，其平均正应力aB中间主应力。m2A、大于；B、等于；C、小于；钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧fB。A、提咼；B、降低；C、没有变化；多晶体经过塑性变形后各晶粒沿变形方向显著伸长的现象称为A。A、纤维组织；B、变形织构；C、流线；三、判断题TOC o 1-5 h z按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数卩=0.5。(X)塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响小于工件表

5、面的粗糙度对摩擦系数的影响。(X)静水压力的增加，对提高材料的塑性没有影响。(X)在塑料变形时要产生硬化的材料叫理想刚塑性材料。(X)塑性变形体内各点的最大剪应力的轨迹线叫滑移线。(7)6塑性是材料所具有的一种本质属性。(7)X)塑性就是柔软性(x)合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。TOC o 1-5 h z合金钢中的白点现象是由于夹杂引起的。（X）10结构超塑性的力学特性为S=km，对于超塑性金属m=0.02-0.2。（X）影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构。（V）屈雷斯加准则与密席斯准则在平面应变上，两个准则是一致的。（X）变形速度对摩擦系数没有影响。（X）14静水压力

6、的增加，有助于提高材料的塑性。（V）15.碳钢中冷脆性的产生主要是由于硫元素的存在所致。（X）16如果已知位移分量，则按几何方程求得的应变分量自然满足协调方程；若是按其它方法求得的应变分量，也自然满足协调方程，则不必校验其是否满足连续性条件。（X）在塑料变形时金属材料塑性好，变形抗力就低，例如：不锈钢（X）四、名词解释何谓最小阻力定律？答：变形过程中，物体质点将向着阻力最小的方向移动，即做最少的功，走最短的路。何谓超塑性？答：延伸率超过100%的现象叫做超塑性。可分为结构超塑性和动态超塑性。五、简答题Levy-Mises理论的基本假设是什么？答：Levy-Mises理论是建立在以下四个假设基础

7、上的：（1）材料是刚塑性材料，即弹性应变增量为零，塑性应变增量就是总的应变增量；rr二rv（2）材料符合Mises屈服准则，即一；（3）每一加载瞬时，应力主轴与应变增量主轴重合；/氏十圧匕十皿二丛E十匚十二0一一一一（4）塑性变形时体积不变，即$，所以应变增量张量就是应变增量偏张量，即叭二叫。在塑性加工中润滑的目的是什么？影响摩擦系数的主要因素有哪些？答：（1）润滑的目的是：减少工模具磨损；延长工具使用寿命；提高制品质量；降低金属变形时的能耗。（2）影响摩擦系数的主要因素：1）金属种类和化学成分；2）工具材料及其表面状态；3）接触面上的单位压力；4）变形温度；5）变形速度；6）润滑剂3简述在塑

8、性加工中影响金属材料变形抗力的主要因素有哪些？答：（1）材料（化学成分、组织结构）；（2）变形程度；（3）变形温度；（4）变形速度；（5）应力状态；（6）接触界面（接触摩擦）为什么说在速度间断面上只有切向速度间断，而法向速度必须连续？答：现设变形体被速度间断面SD分成和两个区域；在微段dSD上的速度间断情况如下图所示。根据塑性变形体积不变条件，以及变形体在变形时保持连续形，不发生重叠和开裂可知，垂直于dSD上的速度分量必须相等，即U1-u2，而切向速度分量可以不等，造成、区的相对滑动。其速度间断值nn为Vt=U1-u2tt何谓屈服准则？常用屈服准则有哪两种？试比较它们的同异点？答：（1）屈服准

9、则：只有当各应力分量之间符合一定的关系时，质点才进入塑性状态，这种关系就叫屈服准则。（2）常用屈服准则：密席斯屈服准则与屈累斯加屈服准则。（3）同异点：在有两个主应力相等的应力状态下，两者是一致的。对于塑性金属材料，密席斯准则更接近于实验数据。在平面应变状态时，两个准则的差别最大为15.5%简述塑性成形中对润滑剂的要求。答：（1）润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态；（2）润滑剂应有良好耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不分解，不变质；（3）润滑剂有冷却模具的作用；（4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用；（5）润滑剂应对人体无毒，不污染环境；（6

10、）润滑剂要求使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。简述金属塑性加工的主要优点？答：（1）结构致密，组织改善，性能提高。（2）材料利用率高，流线分布合理。（3）精度高，可以实现少无切削的要求。（4）生产效率高。六、计算题1.圆板坯拉深为圆筒件如图1所示。假设板厚为t,圆板坯为理想刚塑性材料，材料的真实应力为S,不计接触面上的摩擦，且忽略凹模口处的弯曲效应，试用主应力法证明图示瞬间的拉深力为:In2R0do（b）单元体图1板料的拉深答：在工件的凸缘部分取一扇形基元体，如图所示。沿负的径向的静力平衡方程为:dQQrdQt-(Q+de)(r+dr)d01-2qsindrt=0rrr02展开并略去高阶微

11、量，可得:drdQ=(q+Q)_rr0r是拉应力，Qq是压应力，故1rQ-Q=Q13=Q30，得近似塑性条件为:+q=Bq0联解得:q=一卩0lnr+Cr式中的&为Q的积分中值，&二S。当R二R时,0=0,得C=BqlnR。取后得拉深力为02RP=兀dtBSlnlod02如图2所示，设有一半无限体，侧面作用有均布压应力巧，试用主应力法求单位流动压力p。解：取半无限体的半剖面，对图中基元板块（设其长为l）列平衡方程:乞马二拆一（珏-2dx=0其中，设z忒，淤为摩擦因子，疋为材料屈服时的最大切应力值，晳、玉均取绝对值。由式得:(2)采用绝对值表达的简化屈服方程如下:从而叫二牧将(2)(3)(4)式

12、联立求解，得:2mK_B_在边界上，由(3)式，知i=0o+2r，代入最后得:2mK(B从而，单位流动压力:3.图3所示的圆柱体镦粗，其半径为r,高度为h，圆柱体受轴向压应力d,eZ擦力t=0.2S(S为流动应力)，d为锻件外端(r=r)处的垂直应力。zee(3)(4)(5)(5)式得：(6)(7)而镦粗变形接触表面上的摩(1)证明接触表面上的正应力为:eze并画出接触表面上的正应力分布;求接触表面上的单位流动压力p,假如r=100MM,H=150MM,S=500MP，求开始变形时的总变形抗力P为多少吨?解:(1)证明TLI、S,该问题为平行砧板间的轴对称镦粗。设对基元板块列平衡方程得：d0o

13、hrd0+2ohdrsin-2Trd0dr-(o+do)(r+dr)hd0=002rr.d0sin因为Td02，并略去二次无穷小项，则上式化简成:ohdr-2Trdr-ohdr-rhdo二00rr假定为均匀镦粗变形，故：d8=de;o=or0r0金詞讯勒方利MW图3最后得:do2tdr该式与精确平衡方程经简化后所得的近似平衡方程完全相同。按密席斯屈服准则所写的近似塑性条件为：QQ=S；dQ=dezrzr联解后得：dQz2Tr+Ch时，C“+21rzehe牛(r-r)+Qheze3)接触表面上的单位流动压力为：p=P=丄freQdF=丄F兀r2ozer兀r2oe2ihe(r-r)+e2兀rdr=

14、3hze2ir匕+Qze=544MP4)总变形抗力:=兀r2pe=1708T4图4所示的一平冲头在外力作用下压入两边为斜面的刚塑性体中，接触表面上的摩擦力忽略不计，其接触面上的单位压力为q,自由表面AH、BE与X轴的夹角为Y，求：(1)证明接触面上的单位应力q=K(2+兀+2Y)；(2)假定冲头的宽度为2b，求单位厚度的变形抗力P；解:(1)证明1)在AH边界上有:屈服准则:o得:3图4AHo-o=2KimH3o+o132二_2KqmH2)在AO边界上:3AO根据变形情况:o按屈服准则：x兀4-YT=0 xy=ox1(o+o)=-K12xy=0,o=-q(q取正值)yb=b+2K=-q+2Kxy1b二mo(b+b)=K-q2xy沿0族的一条滑移(OAAAA)耳为常数1234bmH+2KcoH兀K-q+2K=K+2K(-Y)b+2Ko=m003兀4q=K(2+兀+2Y)(2)单位厚度的变形抗力：P=2bq=2bK(2+冗+2丫)5图5所示的一尖角为29的冲头在外力作用下插入具有相同角度的缺口的刚塑性体中，接触表面上的摩擦力忽略不计，其接触面上的单位压力为P，自由表面ABC与X轴的夹角为5,求：证明接触面上的单位应力p=2K(1+9+5