2010《金属塑性加工原理》

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1、重庆大学试题答卷科目《金属塑性加工理论》学院材料科学与工程学院姓名陈艳丽学号201009020692010年－2011年第1学年注意事项：（1）本学期结束前，将纸质答卷（加封面，注明姓名、学号）交给任课教师。（2）请勿相互抄袭，否则后果自负。一、简述金属塑性加工的特点及其应用情况。（20分）答：塑性加工是指金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法。与其他加工方法（如金属的切削加工、铸造、焊接等）相比，金属塑性加工方法有如下特点：（1）组织、性能好金属材料在塑性加工的过程中，其内部组织发生显著的变化。内部组织疏松多孔、晶粒粗

2、大且不均匀等许多缺陷经过塑性加工就能使其结构致密、组织改善、性能提高。（2）材料利用率高金属塑性加工主要是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不产生切削，因此只有少量的工艺废料，并且流线分布合理。（3）尺寸精度高应用先进的技术和设备，采用模具，不少塑性成形方法已经达到少或无切削的要求。（4）生产效率高，适于大批量生产。由于随着塑性加工工具和设备的改进及机械化、自动化程度的提高，生产率也相应得到提高。例如，高速冲床的行程次数已达到1500-1800次/min；在1200x10kN热模锻压力机上锻造一根汽车发动机用的汽车六拐曲轴只要40s。塑性加工的应用：按照

3、成形特点，一般将塑性成形分为体积成形和板料成形两大类，每类又包括多种加工方法，形成各自的工艺领域。1.体积成形，是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。这类成形又可分为一次加工和二次加工。（1）一次加工包括轧制、挤压、拉拔（2）二次加工包括自由锻、模锻2.板料成形，一般称为冲压。它是对厚度较小的坯料，利用专门的模具，是金属板料通过一定模孔而产生塑性变形，从而获得所需的形状、尺寸的零件或坯料。板料成形可进一步分为分离工序和成形工序两类。金属塑性加工由于其上述特点，在冶金工业、机械制造工业等部门中得到广泛应用，在国民经济中占有十分重要的地位。二、什么叫初始与

4、后继屈服？写出常用的各向同性和各向异性材料的初始屈服准则的表达式，并说明其物理意义。（20分）答：初始与后继屈服定义如下：初始屈服：在外力的作用下，质点由弹性变形状态进入塑性变形状态，称为初始屈服，简称屈服。后继屈服：设质点在某一微小变形过程元中处于塑性变形状态（例如初始屈服），如果该质点在后续的一个变形过程元中继续发生塑性变形，则称为后续屈服。在一定条件（变形温度、变形速率等）下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，质点才开始进入塑性状态，这种关系就是屈服准则。对于各向同性材料，由于坐标选择与屈服准则无关，所以可用主应力来表示：对于各向同性的理想塑性材料来

5、说，主要适用两个屈服准则：（1）屈雷斯加屈服准则即当受力物体中的最大切应力达到某一定值时，该物体就发生屈服，其几何表达式为：式中、为代数值最大、最小主应力；（2）米赛斯屈服准则在一定变性条件下，当受力物体内一点的应力偏张量的第二不变量J达到某一定值时，该点就开始进入塑性状态，其几何表达式为：对于各向异性材料，其各方向的性质不同，要用来表示各个应力分量，从而各向异性材料的屈服准则表达式为：式中C是与材料性质有关而与应力状态无关的常数，可通过实验求得。三、设材料是理想刚塑性体。证明在平面应变下（设dεz=0），有：dσ1-dσ2=0其中，σ1和σ2为（x,y）平

6、面内的主应力。（20分）证明：平面应变时，物体内与Z轴垂直的平面始终不会倾斜扭曲，所以Z平面上没有切应力分量，Z方向必为应力主方向，以应力主轴为坐标轴。设材料是理想的刚塑性体，则弹性应变增量为零，塑性应变增量就是总的应变增量。塑性变形时体积不变，即。又因为在平面应变下（设dεz=0），则根据列维-米赛斯理论：所以：即：,则：四、简述金属塑性成形问题主要求解方法的基本内容及其应用范围。（20分）答：（一）：主应力法主应力法是以假设基元体上作用着均匀分布的主应力为基础，将应力平衡微分方程和屈服方程联立求解，基本内容是通过引进一些假设，建立新的能求解的常微分形态的

7、应力平衡微分方程。（1）沿着模具的作用力的方向选取一个基元块（一个宏观尺度，两个微分尺度），或选取一个单元体（三个微分尺度）。在每个面元上画出相应的应力，并假设在每个面元上应力均匀分布。（2）沿某一方向写出应力平衡方程，展开并忽略高阶微量，得一应力平衡微分方程。（3）将正应力视为主应力，通常认为沿模具方向的正应力的绝对值为最大，且根据正应力的指向来确定它是拉应力还是压应力，由此确定近似的与。然后代入用参数表示的Mises屈服准则中，建立近似塑性条件。再将近似塑性条件代入应力平衡微分方程中，把该方程进一步简化为只含一个未知应力的常微分方程。（4）积分求解该微分

8、方程，得到含有一个积分常数的表达式。（5）根据外力边