金属塑性成型原理例题及答案

“金属塑性成型原理”复习思考题

一、名词解释

【塑性变形】当作用力大于屈服极限载荷，卸载后，试样中保留残余变形，这种残余变形称为塑性变形。

【塑性】在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。

【温度效应】塑性变形热能，除一部分散失到周围介质中，其余的使变形体温度升高，这种由于塑性变形过程中所产生的热量而使变形体温度升高的现象称为温度效应；

【塑性图】为了具体掌握不同变形条件下，金属的塑性随温度变化的情况，需要用试验方法绘制其塑性——温度曲线，简称塑性图。

【静水压力】应力球张量的每个分量称为静水应力，它的负值称为静水压力。 【应力状态】应力状态是指物体内所承受应力的情况。

【应力张量】表示点应力状态的九个应力分量构成的一个二阶张量称为应力张量。用σij表示。

【应力状态特征方程】p66：公式3-15

【应力张量不变量】应力状态特征方程中的系数J1、J2、J3具有单值性，不随坐标而变，J1、J2、J3分别称为应力张量的第一、第二、第三不变量。 【主应力】主平面上的正应力叫做主应力。 【主平面】切应力为零的微分面称为主平面。

【主方向】主平面的法线方向即为主应力方向，称为应力主方向。 【等效应力】 取八面体切应力绝对值的3

第一章

1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？

塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；

塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能

的加工方法，也称塑性加工或压力加工；

塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。

Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类

1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。 一次加工：

①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。

②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。

③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺

金属塑性加工原理Principle of Plastic Deformation in Metals Processing

王 桂 兰 材料加工与计算机应用系 2005.5

绪 论 基本概念

弹性、塑性变形的力学特征 塑性加工的特点与分类

研究内容 教学计划与参考书

研究内容塑性力学是研究物体变形规律的一门学科，是 固体力学的一个分支。研究变形体受外界作用 (外载荷、边界强制位移、温度场等)时在变形 体内的反应(应力场、应变场、应变速度场等)。 与其它工程力学(理论力学、材料力学、结构 力学)的区别：研究方法、对象、结果的差异。 弹塑性力学的研究对象是整体(而不是分离体) 变形体内部的应力、应变分布规律(而不是危险 端面)。

几个基本概念

弹性(elasticity):卸载后变形可以恢复特性， 可逆性 塑性(plasticity):物体产生永久变形的能力， 不可逆性 屈服(yielding):开始产生塑性变形的临界状态 损伤(damage):材料内部缺陷产生及发展的过程 断裂(fracture):宏观裂纹产生、扩展到变形体 破断的过程

弹性、塑性变形的力学特征可逆性：弹性变形——可逆；塑性变形——不可逆 - 关系：弹性变形——

一、简述“经典塑性力学”的主要内容，以及“现代塑性力学”的发

展概况（选2～3个发展方向加以简单介绍） （20分） 答：“经典塑性力学”的主要内容

经典塑性理论主要基于凸性屈服面、正交法则和塑性势等概念，描述的是一种均匀连续的介质在外力作用下产生不可恢复的位移或滑移现象的唯象平均。

经典塑性理论主要基于以下三个方面：（1）初始屈服准则；（2）强化准则；（3）流动规则。 经典塑性力学的三个假设

(1) 传统塑性势假设。众所周知,传统塑性势是从弹性势借用过来的, 并非由固体力学原理导出。因此这是一条假设。按传统塑性势公式, 即可得出塑性主应变增量存在如下比例关系:

(1)

式中Q为塑性势函数。可推证塑性主应变增量与主应力增量有如下关系:

(2)

由式(1)知式(2)中矩阵[Ap]中的各行元素必成比例,即有

(3)

且[Ap]的秩为1,它只有一个基向量,表明这种情况存在一个势函数。由式(1)或式(2) 或传统塑性势理论,都可推知塑性应变增量的方向只与应力状态有关,而与应力

第三章

2.叙述下列术语的定义或含义：

①张量：由若干个当坐标系改变时满足转换关系的分量所组成的集合称为张量； ②应力张量：表示点应力状态的九个分量构成一个二阶张量，称为应力张量； .ζη η.x xy xz

③应力张量不变量：已知一点的应力状态

④主应力：在某一斜微分面上的全应力S和正应力ζ重合，而切应力η=0，这种切应力为 零的微分面称为主平面，主平面上的正应力叫做主应力；

⑤主切应力：切应力达到极值的平面称为主切应力平面，其面上作用的切应力称为主切应力

⑥最大切应力：三个主切应力中绝对值最大的一个，也就是一点所有方位切面上切应力最大的，叫做最大切应力ηmax

⑦主应力简图：只用主应力的个数及符号来描述一点应力状态的简图称为主应力图：

⑧八面体应力：在主轴坐标系空间八个象限中的等倾微分面构成一个正八面体，正八面体的每个平面称为八面体平面，八面体平面上的应力称为八面体应力； ⑨等效应力：取八面体切应力绝对值的3倍所得之参量称为等效应力

⑩平面应力状态：变形体内与某方向垂直的平面上无应力存在，并所有应力分量与该方向轴无关，则这种应力状态即为平面应力状。实例：薄壁扭转、薄壁容器承受内压、板料成型的一些工序等，由于厚度方向应力相对很小而可以忽略，

同学们好! 自我介绍: 浙江科技学院机械与汽车工程学 院 施于庆TEL:13867424963 E-MAIL:SYU163@

金属塑性成形原理Principle of Metal Forming

2000.9

金属塑性成形原理专业理论课 考试方法-考查 成绩评定： 平时作业 学期讲课结束后考查

绪 论

研究内容 几个基本概念 弹性、塑性变形的力学特征

第一章绪论

金属塑性成形是金属压力加工的方法之 一，是在外力作用使金属产生塑性变形， 从而得到所需的形状和尺寸的工件的加 工方法，可称为塑性加工或压力加工

研究内容塑性力学是研究物体变形规律的一门学科，是 固体力学的一个分支。研究变形体受外界作用 (外载荷、边界强制位移、温度场等)时在变形 体内的反应(应力场、应变场、应变速度场等)。 与其它工程力学(理论力学、材料力学、结构 力学)的区别：研究方法、对象、结果的差异。 弹塑性力学的研究对象是整体(而不是分离体) 变形体内部的应力、应变分布规律(而不是危险 端面)。

几个基本概念

弹性(elasticity):卸载后变形可以恢复特性， 可逆性 塑性(plasticity):物体产生永久变形的能力， 不可逆性 屈服(y

《金属塑性成形原理》闭卷考试A卷

湘潭大学200 7年下学期2005 级〈〈金属塑性成形原理〉〉课程期末考试

（A卷）适用专业 材料成型及控制工程（模具方向）

学院 兴湘 专业 材料成型（模具方向）班级 学号 姓名

考试时间 150 分钟 考试方式 闭卷 考试成绩

一． 填空题（每空1分，共20分）

1、滑移系（ ）的金属总是比滑移系（ ）的金属变形协调性好，塑性高。 2、密排六方晶格Zn的滑移面一般为（ ）面，其滑移方向为<1 1 2 0>方向，它一共有（ ）滑移系。

3、金属的晶粒越细，屈服强度越（ ），金属的晶粒越细小，金属的塑性越好。 4、随着金属塑性变形程度增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性（ ）。这种现象叫加工硬化。滑移系多的金属，加工硬化速率越大，一般细晶粒金属比粗晶粒金属的加工硬化速率高。在进行多道次塑性加工（如多道挤压）时，通常需要用中间退火工序来消除加工硬化。

5、热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、（ ）和扩散蠕变。

6、应

绪 论

0-1 请选择你生活学习中所接触的五种物品，写一篇约五千字的调研笔记，调查其从原料到该物品制造的全过程，运用你所学的知识分析制造这些物品所涉及的学科知识。

第一章 应力分析与应变分析

1-1 塑性加工的外力有哪些类型？

1-2 内力的物理本质是什么？诱发内力的因素有哪些？

1-3 何谓应力、全应力、正应力与切应力？塑性力学上应力的正、负号是如何规定的？ 1-4 何谓应力特征方程、应力不变量？

1-5何谓主切应力、八面体应力和等效应力？它们在塑性加工上有何意义？ 1-6 何谓应力张量和张量分解方程？它有何意义？ 1-7 应力不变量（含应力偏张量不变量）有何物理意义？ 1-8 塑性变形的力学方程有哪几种？其力学意义和作用如何？ 1-9 锻造、轧制、挤压和拉拔的主力学图属何种类型？

1-10 变形与位移有何关系？何谓全量应变、增量应变？它们有何联系和区别？ 1-11 简述塑性变形体积不变条件的力学意义。

1-12何谓变形速度？它们与工具速度、金属质点运动速度有何区别和联系？ 1-13 何谓变形力学图？如何根据主应力图确定塑性变形的类型？ 1-14 锻造、轧制、挤压和拉拔的变形力学图属何种类型？ 1-15 塑性加工时的变形程度有哪几种表示

绪 论

0-1 请选择你生活学习中所接触的五种物品，写一篇约五千字的调研笔记，调查其从原料到该物品制造的全过程，运用你所学的知识分析制造这些物品所涉及的学科知识。

第一章 应力分析与应变分析

1-1 塑性加工的外力有哪些类型？

1-2 内力的物理本质是什么？诱发内力的因素有哪些？

1-3 何谓应力、全应力、正应力与切应力？塑性力学上应力的正、负号是如何规定的？ 1-4 何谓应力特征方程、应力不变量？

1-5何谓主切应力、八面体应力和等效应力？它们在塑性加工上有何意义？ 1-6 何谓应力张量和张量分解方程？它有何意义？ 1-7 应力不变量（含应力偏张量不变量）有何物理意义？ 1-8 塑性变形的力学方程有哪几种？其力学意义和作用如何？ 1-9 锻造、轧制、挤压和拉拔的主力学图属何种类型？

1-10 变形与位移有何关系？何谓全量应变、增量应变？它们有何联系和区别？ 1-11 简述塑性变形体积不变条件的力学意义。

1-12何谓变形速度？它们与工具速度、金属质点运动速度有何区别和联系？ 1-13 何谓变形力学图？如何根据主应力图确定塑性变形的类型？ 1-14 锻造、轧制、挤压和拉拔的变形力学图属何种类型？ 1-15 塑性加工时的变形程度有哪几种表示

《金属塑性成形原理》习题（2）

答案

一、填空题

1. 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：

，则单元内任一点外的应变可表示为 ＝ 。

2. 塑性是指： 在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力 。 3. 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： 。

5.一点的代数值最大的 __ 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。

。

所得滑移

6. 平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力 σ z =

7．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 。 8．对数应变的特点是具有真实性、可靠性和 可加性 。

9．就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性 提高 。 10．钢冷挤压前，需要对坯料表面进行 磷化皂化 润滑处理。

11．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叫 添加剂 。

12．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。 13．韧性金属材料屈服时， 密席斯（Mises）