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第三章 金属塑性成形

第三章 金属塑性成形
第三章 金属塑性成形

第三章金属塑性成形

概述

?什么是塑性成形

?塑性的概念

?塑性成形的主要方法

第一节自由锻Free Forging

一、自由锻工艺规程的制定

1.绘制锻件图

第三章塑性成形

2.确定锻造变形工艺方案

?决定因素:形状特征、尺寸、技术要求。

?具体内容:工序、尺寸、工具。

?三个工序:基本工序、辅助工序、精整工序。

?自由锻基本类型及其典型变形方案

3.计算坯料质量及尺寸

G B=G F+G L= G F+ G b+G c

尺寸:V B=G B/ρ

?盘类零件:

?轴类零件:

?既拔长又镦粗的锻件:

4.确定温度制度

?(钢)开锻温度:1050~1250?C

终锻温度:750~900?C

?依据:可锻性、氧化、脱碳、过热、过烧、设备能力等5.力能参数计算

1).理论计算法

2).查表法

6.选择锻造设备

?类型:气(汽)锤、液压机

?规格:以落锤重量表示。例如:100kN气锤、1000kN油压机?依据:锻件类型、材质、尺寸、现有设备

二、自由锻工艺规程设计实例

1.压盖

?条件:45号钢,初轧坯

?锻件图:

?变形方案:

?坯料尺寸:

G

B =G

F

+G

L

=G

F

+2.0%G

F

+1.3?452 ? 149 ? 10-6

?按盘类:

?按轴类:

?直径:

?长度: L=4G B/D2π=205mm

?温度制度:

–开锻温度:1150?C

–终锻温度: 800?C

?计算压力:

–查σs ,计算σz ,取μ=0.3,

算得局部镦粗力P=0.42t

冲孔力P=0.37t

?选0.5吨自由锻锤

?填写工艺卡片

三、自由锻件的结构工艺性

第二节模锻Die Forging

一、模锻的特点与应用

1.特点:

?生产率高

?形状复杂、尺寸精确

?表面光洁、余量较小

?操作简便、易于控制

?锻造力大、模具复杂

2.适用:

?成批生产的中小型、形状较为复杂的锻件。

二、锤上模锻

1.锻模结构

?开式模、闭式模

?上模、下模

?模膛

–制坯模膛、模锻模膛

?间隙

?顶料杆

图示锤上模锻设备

典型锤锻过程:

制坯:镦粗、压扁、拔长、滚压、弯曲。获得基本形状预锻:预成形(粗锻)

终锻:精锻

切边:切断毛边或连皮

2.模锻工艺规程

1).设计锻件图

?选定分模面

?加工余量

?模锻斜度

?圆角半径

?冲孔连皮

?选定分模面:

–脱模

–充满

–平面简化

–上下相似

–减少余块

?加工余量

–按吨位法确定:T ↑→?↑、δ↑

–按零件形状尺寸精度确定:

?=1~4mm

δ=±0.3~3mm

?模锻斜度:

αi=3?、5?、7?、10?、12?、15?↑

h/b ↑→α

i

?圆角半径

–外圆角半径:r=?+r0

–内圆角半径:R=2~3r

–规范系列:

1、1.5、

2、

3、

4、

5、

8、10、12、15、20mm

?冲孔连皮

厚度s的取值 :

d=30~80mm时, s=4~8mm

d<25mm,或h>3d时,冲出孔穴

第三章塑性成形

?其他技术细节:

–表面缺陷

–错移量

–未注斜度、未注圆角

–热处理规范

2)确定坯料尺寸

体积:VB=(VF+Vf+Vs)(1+k)

烧损系数:k=2~3%

坯料直径:盘类: m=H/D=1.8~2.2

轴类:

模膛系数:当不制坯,或有拔长工序时,k=1

当有滚挤工步时,K=0.7~0.85

坯料长度:=4V/( D2)

3)确定变形工步

按成品模段件的形状分配变形

两大类:短轴类:镦粗为主+预锻、终锻

长轴类(直轴类、弯轴类、枝芽类):拔长、滚压+弯曲、成形+预锻、终锻图示锤上模锻变形工步

图示锤上模锻变形工步

4)确定锻后工序(精整)

?切边冲孔:热冲、冷冲

?校正:在模膛或专用校正模中进行

?热处理:正火或退火

?清理:酸洗、喷丸、喷砂、滚动清理

?精压:平面精压、体积精压

三、其他设备上的模锻

1、热模锻压力机模锻(曲柄压力机)

特点:

?静压力、平稳、振动小

?滑块速度低、行程固定

?刚性好,精度高

?可采用组合模

?一次成形,变形量不宜过大,采用分步成形

?设备结构复杂

2.平锻机模锻

1).设备特点

具有曲柄压力机所有特点。

2).工艺特点

?坯料水平放置,长度不受限制。

?出模方便,可锻出侧面带有凸台、凹槽,带有深孔、通孔的锻件。?锻件外壁不需斜度,带孔件不留飞边和连皮,接近零件形状。

?尺寸精度高、光洁,生产率高。

?可实现镦粗、冲孔、成形、穿孔、切断等(不能拔长)工步。

?适用于带头部的杆件、套圈类零件的大批生产。

?设备结构复杂造价高。

3.螺旋压力机模锻

1).设备特点

?飞轮摩擦式螺旋压力机、液压传动螺旋压力机

?行程和速度介于模锻锤和曲柄压力机之间0.5~1m/sec

?先冲击,后静压。具有锤锻和压力机的双重特性。

2).工艺特点

?工艺适应性良好。

?偏心载荷承受能力差,仅适用于单膛模锻。

?有顶出机构,适用于带有头部及杆部的回转小锻件。

?效率低,吨位小。

四、模锻件的结构工艺性

?合理分模面、斜度、圆角半径。

?配合表面留有加工余量,非配合表面设计成非加工表面。

?零件外形力求简单、平直、对称、截面相差不宜过于悬殊,避免薄壁、高肋、凸起等不利于成形的结构。

?避免窄沟、深槽、深孔、多孔结构。

?形状复杂的锻件采用其他成形方法。

第三节板料冲压Sheet Forming

一、板料冲压的特点及应用

1.加工特点

?复杂薄壁件,尺寸精度高,表面光洁。

?冷作强化可使零件刚度提高、重量减轻。

?机组自动化程度高。

2.应用:五金零件、仪器仪表零件、汽车外壳、建筑构件等

二、冲压基本工序

两大基本工序:分离(冲裁)、成形(冷弯)

1.冲裁

1).目的:使板料按一定规则分离。

2).种类:切断、冲孔、落料、切边、切口、剖切

第三章塑性成形

3).冲裁过程

弹性变形→塑性变形→断裂→分离

冲裁力F=K τ t L (N)

其中:K 冲裁系数(1.3 )

τ材料剪切强度极限(MPa)

t 板料厚度(mm)

L 周长(mm)

4).冲裁间隙c

?合理的c值可使断裂口相遇。

?c值与板厚和材质有关。

?c值影响冲裁力和冲裁质量。

?c=0.06~0.08t 软料

c=0.08~0.2t 硬料

?刃口尺寸:落料模,凸模:d=D-2c

冲孔模,凹模:d=D+2c

5).冲裁后的整修

第三章塑性成形

2.弯曲

1). 弯曲的基本概念

?遵从弹塑性规律

?变形发生在折弯角区域

?中性层

?弯曲角和弯曲半径

?回弹

2).弯曲的类型

?简单弯曲

?卷绕

?扭曲

3). 应力-应变分析

?中性层

?表面相对应变:εθ = t/(2r)

?真应变:eθ= ln(1+ εθ)

4).几个值得注意的问题

?最小弯曲半径:r min= 0.25~1.0 t

?弯曲力矩:

当无硬化的纯塑性弯曲时,n=0,c=σ

,则M=Bt2σs/4

s

?弹性恢复现象:

受材料力学性能、板厚、形状、相对弯曲半径等影响。

措施:选用合适的材料、改进成形结构、采用适当的模具、采用拉弯工艺?注意弯曲方向与材料纤维方向的关系

?弯曲过程中避免撕裂的措施

3.拉深——拉延、深冲

?将板件经过冲拉成杯状件。

?包括:筒形件、球面形件、盒形件、阶梯形件。

?如将翻边、扩口、冲孔等工序相结合,可加工十分特殊和复杂的零件。1).拉深过程

?力平衡

?三个变形区

2).拉深件的主要质量问题

?起皱

?纵裂

?掉底

3).质量问题的防止措施

?限制拉深系数:m=d i/d i-1 (i=1~n) 一般规律:t/d

i-1

↓→ m↑

i↑→ m↑

?模具圆角半径:凹模:R d=5~20t

凸模:R

p ≤R

d

?间隙控制:c=1.1~1.5t

?适当的压边力、采用压边圈和适当润滑

?再结晶退火

4.成形

1).翻边

按坯料情况,可分为平面翻边和曲面翻边两种。

按变形性质,可分为伸长类翻边和压缩类翻边。

?应力应变分析

伸长:遵从材料拉伸塑性变形和断裂规律

压缩:符合材料压缩塑性变形和失稳规律

第三章塑性成形

2).胀形

利用机械或液压方法使筒状材料鼓起的一种成形方式。

材料表面以拉应力为主,伴以减薄,变形均匀性较好。

3).起伏和压肋

4).旋压和爆炸成形

三、板料冲压件的结构工艺性

1.冲压件的形状

?尽可能采用规则、对称形状

?落料形状便于排样和套裁

?加强筋的应用

?适当采用冲压-焊接方法生产形状复杂的零件

?适当采用冲口成形工艺

?改进零件形状,简化工艺和降低成本

2.冲压件的尺寸

?圆角过渡,防止撕裂

?避免狭长冲口和过小的冲孔间距

?注意材料的最小弯曲半径

?拉深件的圆角半径不宜过小

3.冲压件的精度和表面质量

? 按照各基本工序的经济精度设计冲压结构

? 允许冲压件表面质量低于原料表面质量

? 一般精度分配:

落料:≤IT10 ; 冲孔:≤IT9 ; 弯曲:≤IT9~10 ;

拉深高度:≤IT8~10 ; 整形后:≤IT6~7 ;

直径公差:≤IT9~10

第四节 轧制成形 Rolling

一、轧制成形的特点及应用

1.特点:

? 断面减缩、大延伸

? 以长形件为主

? 变形速度较大

? 成形的连续性强

? 生产效率高

2.应用:

? 各种金属的板、管、型材

? 应用于建筑、机械、化工、电气、仪表、交通、民用等

二、基本概念

1.体积不变(秒流量相等)

2.最小阻力定律

3.宽展

4.前滑

5.咬入

6.加工硬化和动态再结晶

三、几个重要参数

1.变形参数

? 压下量:?h=H-h, ε= ?h/H (%)

? 延伸系数:μ=F H /F h ? 宽展: ?B=B h -B H =F(H, ?h,f,σs ,R …)

2.运动学参数

? 秒流量: F 1v 1 =F 2v 2 =F i v i =F n v n ? 前滑系数:S h =(v h -v R )/v R 四、变形不均匀问题

? 不均匀变形的客观存在

? 后果:轧件开裂、拉缩,或堆积、失稳

? 影响因素:断面形状、变形量、摩擦系数…

五、典型加工方式举例

1.板带材轧制

? 四辊单机架热轧中厚板

? 四辊多机架热连轧板带

?多辊单机架冷轧板带

?多辊多机架冷连轧板带

2.钢管轧制

?无缝管加工基本工艺过程

?基本工艺:坯料准备—穿孔—轧管—精整

?斜轧加工生产

?纵轧加工生产

?焊管加工基本工艺过程

?基本工艺:成型—焊接—精整

?高频直缝焊管生产

?其他焊管生产

3.型材轧制

?小型型材生产

?中型型材生产

?大型型材生产

?线材生产

?孔型设计问题

第五节挤压和拔制成形

一、挤压成形

1.类型:正挤、反挤、复合挤压

2.工艺特点:

?应力状态有利于提高塑性

?成形断面复杂

?组织性能改善

思考题

1. 塑性成形加工的特点是怎样的?其主要方法有哪些?

2.金属材料的塑性和变形抗力(屈服极限)受那些因素影响?其规律是怎样的?

3.碳钢在锻造温度范围内变形时,是否会产生冷变形强化?

4. 塑性差的金属材料进行锻造时.应注意什么问题?

5.铅(熔点为327C)在20C,钨(熔点为3380C)在1100C时变形,各属何种变形?

6.用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形获得的六角螺栓其力学性能有何不同?为

什么?

7.重要的巨型锻件(如水轮机主抽)应该采用什么锻造方法?为什么?

8. 试制定如图所示的双联齿轮和齿轮轴的自由锻工艺规程(锻件图、变形工步、坯

料尺寸)。

9. 图示零件采用锤上模锻时,最合适的分模面在何处?

10.如图所示的汽车后半轴零件,大批量生产时,可以用哪些方法制造?

11. 能否利用冲制孔径为100mm工件的冲孔模改制成拉深内径为100mm的无凸缘筒

形件的拉深模? 如可能的话,模具要做哪些改变?(材料厚2mm)

12.用厚度为2mm的Q235钢板冲压成形如图所示的零件,应采取怎样的冲制过程?

13. 用图示板料毛坯拉深(b)图或(c)图零件时, 哪个较难成形?为什么?

14.轧制成形的主要特点是什么?轧制生产的主要产品?

15.宽展的影响因素主要有哪些?影响规律是怎样的?

16.轧制变形不均匀所导致的结果主要有哪些?其规律如何?

17.冷轧和热轧的区别何在?

18.挤压成形有哪些方法?各有何特点?

19.钢管生产有哪两种基本方法?试简述之.

20.拔制成形有哪些方法?各有何特点?

(完整版)金属塑性成形原理习题及答案解析

《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所得滑移线即为线。 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)准则较符合实际的。 14.硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆。 15.塑性变形时不产生硬化的材料叫做理想塑性材料。 16.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,其平均正应力 m 等于中间主应力 2。 18.钢材中磷使钢的强度、硬度提高,塑性、韧性降低。

19.材料经过连续两次拉伸变形,第一次的真实应变为 1=0.1,第二次的真实应变为 2=0.25,则总的真实应变 =0.35 。 20.塑性指标的常用测量方法拉伸试验法与压缩试验法。 21.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 1.塑性变形时,工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响 A 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; 2.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; 3.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为 B 。 A、解析法;B、主应力法;C、滑移线法; 4.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; 5.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 A 散逸,这叫最大散逸功原理。 A、能量;B、力;C、应变; 6.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; 7.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; 8.平面应变时,其平均正应力 m B 中间主应力 2。 A、大于;B、等于;C、小于; 9.钢材中磷使钢的强度、硬度提高,塑性、韧性 B 。 A、提高;B、降低;C、没有变化; 10.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 1.按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数μ=0.5。(×) 2.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面的粗糙度对摩擦系数的影响。(×)

金属塑性成形原理复习题

一、名词解释 1. 主应力:只有正应力没有切应力的平面为主平面,其面上的应力为主应力。 2. 主切应力:切应力最大的平面为主切平面,其上的切应力为主主切应力。 3. 对数应变 答:变形后的尺寸与变形前尺寸之比取对数 4. 滑移线 答:最大切应力的方向轨迹。 5. 八面体应力:与主平面成等倾面上的应力 6. 金属的塑性: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。 7. 等效应力:又称应力强度,表示一点应力状态中应力偏张量的综合大小。 8. 何谓冷变形、热变形和温变形:答度以下,通常是指室温的变形。热变形:在再结晶温度以上的变形。 温变形,高于室温的变形。 9. 何谓最小阻力定律:答,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。 10.金属的再结晶 答:冷变形金属加热到一定的温度后,在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶,直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 11. π平面 答:是指通过坐标原点并垂于等倾线的平面。 12.塑性失稳 答:在塑性加工中,当材料所受的载荷达到某一临界后,即使载荷下降,塑性变形还会继续,这种想象称为塑性失稳。 13.理想刚塑性材料:在研究塑性变形时,既不考虑弹性变形,又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。P139 14.应力偏张量:应力偏张量就是应力张量减去静水压力,即:σij ′ =σ-δij σm 二、填空题 1. 冷塑性变形的主要机理:滑移和孪生 2. 金属塑性变形的特点:不同时性、相互协调性和不均匀性。 3. 由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织称为:变形织构 。 4. 随着变形程度的增加,金属的强度 硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为:加工硬化。 5. 超塑性的特点:大延伸率、低流动应力、无缩颈、易成形、无加工硬化 。 6. 细晶超塑性变形力学特征方程式中的m 为:应变速率敏感性指数。 7. 塑性是指金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力 。 8. 塑性指标是常用的两个塑性指标是:伸长率和断面收缩率。 9. 影响金属塑性的因素主要有:化学成分、组织状态、变形温度、应变速率、应力状态(变形力学条)。 10. 晶粒度对于塑性的影响为:晶粒越细小,金属的塑性越好。 11. 应力状态对于塑性的影响可描述为:(静水压力越大)主应力状态下压应力个数越多,数值越大时,金属的塑性越好。 12. 通过试验方法绘制的塑性——温度曲线,称为:塑性图 。 13. 用对数应变表示的体积不变条件为: 0x y z εεε++=。 14. 平面变形时,没有变形方向(设为z 向)的正应力为: 21311=()=()=22 z x y m σσσσσσσ=++。 15. 纯切应力状态下,两个主应力数值上相等,符号相反 。

金属材料的塑性成形

第3章金属材料的塑性成形 概述 3.1金属塑性成形基础 3.2 常用的塑性成形方法 3.3 少、无切削的塑性成形方法3.4 常用的塑性成形金属材料

概述 金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性, 在外力作用下通过塑性变形,获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。由于外力多数情况下是以压力的形式出现的,因此也称为金属压力加工。 塑性成形的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。 金属塑性成形的基本生产方式有:轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压等。

塑性成形的特点及应用: (1)消除缺陷,改善组织,提高力学性能。 (2)材料的利用率高。 (3)较高的生产率。如利用多工位冷镦工艺加工内角螺钉,比用棒料切削加工工效提高约400倍。 (4)零件精度较高。应用先进的技术和设备,可实现少切削或无切削加工。如精密锻造的伞齿轮可不经切削加工直接使用。 但该方法不能加工脆性材料和形状特别复杂或体积特别大的零件或毛坯。 塑性成形加工在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器等行业得到了广泛应用。例如,飞机上的塑性成形零件约占85%;汽车、拖拉机上的锻件占60%~80%。

3.1 金属塑性成形基础 3.1.1 单晶体和多晶体的塑性变形3.1.2 金属的塑性变形 3.1.3 塑性成形金属在加热时组织和 性能的变化 3.1.4 金属的塑性成形工艺基础

3.1.1单晶体和多晶体的塑性变形1.单晶体的塑性 变形 金属塑性变形最常 见的方式是滑移。 滑移是晶体在 切应力的作用下, 一部分沿一定的晶 面(亦称滑移面) 和晶向(也称滑移 方向)相对于另一 部分产生滑动。 晶体滑移变形示意图

金属塑性成型原理-知识点

名师整理精华知识点 名词解释 塑性成型: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 加工硬化:略 动态回复:在热塑性变形过程中发生的回复 动态再结晶:在热塑性变形过程中发生的结晶 超塑性变形:一定的化学成分、特定的显微组织及转变能力、特定的变形温度和变形速率等,则金属会表现出异乎寻常的高塑性状态 塑性:金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。 屈服准则(塑性条件):在一定的变形条件下,只有当各应力分量之间符合一定关系时,指点才开始进入塑性状态,这种关系成为屈服准则。 塑性指标:为衡量金属材料塑性的好坏,需要有一种数量上的指标。 晶粒度:表示金属材料晶粒大小的程度,由单位面积所包含晶粒个数来衡量,或晶粒平均直径大小。填空 1、塑性成形的特点(或大题?) 1组织性能好(成形过程中,内部组织发生显著变化)2材料利用率高(金属成形是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的,不切削,废料少,流线合理)3尺寸精度高(可达到无切削或少切屑的要求)4生产效率高适于大批量生产 失稳——压缩失稳和拉伸失稳 按照成形特点分为1块料成形(一次加工、轧制、挤压、拉拔、二次加工、自由锻、模锻2板料成形多晶体塑性变形——晶内变形(滑移,孪生)和晶界变形 超塑性的种类——细晶超塑性、相变超塑性 冷塑性变形组织变化——1晶粒形状的变化2晶粒内产生亚结构3晶粒位向改变 固溶强化、柯氏气团、吕德斯带(当金属变形量恰好处在屈服延伸范围时,金属表面会出现粗超不平、变形不均匀的痕迹,称为吕德斯带) 金属的化学成分对钢的影响(C略、P冷脆、S热脆、N兰脆、H白点氢脆、O塑性下降热脆);组织的影响——单相比多相塑性好、细晶比粗晶好、铸造组织由于有粗大的柱状晶粒和偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷、塑性降低。 摩擦分类——干摩擦、边界摩擦、流体摩擦 摩擦机理——表面凹凸学说、分子吸附学说、粘着理论 库伦摩擦条件T=up 常摩擦力条件 t=mK 塑性成形润滑——1、特种流体润滑法2、表面磷化-皂化处理3、表面镀软金属 常见缺陷——毛细裂纹、结疤、折叠、非金属夹杂、碳化物偏析、异金属杂物、白点、缩口残余 影响晶粒大小的主要因素——加热温度、变形程度、机械阻碍物 常用润滑剂——液体润滑剂、固体润滑剂(干性固体润滑剂、软化型固体润滑剂) 问答题 1、提高金属塑性的基本途径 1、提高材料成分和组织的均匀性 2、合理选择变形温度和应变速率 3、选择三向压缩性较强的变形方式 4、减小变形的不均匀性 2、塑性成形中的摩擦特点 1、伴随有变形金属的塑性流动 2、接触面上压强高 3、实际接触面积大 4、不断有新的摩擦面产生 5、常在高温下产生摩擦 3、塑性成形中对润滑剂的要求 1、应有良好的耐压性能 2、应有良好的耐热性能 3、应有冷却模具的作用 4、应无腐蚀作用 5、应无毒 6、应使用方便、清理方便 4、防止产生裂纹的原则措施 1、增加静水压力 2、选择和控制适合的变形温度和变形速度 3、采用中间退火,以便消除变形过程中产生的硬化、变形不均匀、残余应力等。 4、提高原材料的质量 5、细化晶粒的主要途径 1、在原材料冶炼时加入一些合金元素及最终采用铝、钛等作为脱氧剂 2、采用适当的变形程度和变形温度 3、采用锻后正火或退火等相变重结晶的方法 6、真实应力-应变的简化形式及其近似数学表达式1、幂指数硬化曲线Y=B?n 2、有初始屈服应力的刚塑性硬化曲线Y=σs+B1?m 3、有初始屈服应力的刚塑性硬化直线Y=σs+B2?4、无加工硬化的水平直线Y=σs 7、为什么晶粒越细小,强度和塑性韧性都增加?晶粒细化时,晶内空位数目与位错数目都减少,位错与空位、位错间的交互作用几率减小,位错易于运动,即塑性好。位错数目少,塞积位错数目少,使应力集中降低。晶粒细化使晶界总面积增加,致使裂纹扩展的阻力增加,推迟了裂纹的萌生,增加了断裂应变。晶粒细小,裂纹穿过晶界进入相邻晶粒并改变方向的频率增加,消耗的能量增加,韧性增加。另外晶界总面积增加可以降低晶界上的杂质浓度,减轻沿晶脆性断裂倾向。 8、变形温度对金属塑性的影响 总趋势:随着温度的升高,塑性增加,但是这种增加并非简单的线性上升;在加热过程的某些温度区间,往往由于相态或晶粒边界状态的变化而出现脆性区,使金属的塑性降低。在一般情况下,温度由绝对零度上升到熔点时,可能出现几个脆性区,包括低温的、中温的、和高温的脆性区。 9、动态回复、为什么说是热塑性变形的主要软化机制? 动态回复是指在热塑性变形过程中发生的回复,2,动态回复,主要是通过位错的攀移,交滑移等,来实现的,对于铝镁合金、铁素体钢等,由于它们层错能高,变形时扩展位错宽度窄,集束容易,位错的攀移和交滑移容易进行,位错容易在滑移面间转动,而使异号位错相互抵消,结果使位错密度下降,畸变能降低,不足以达到动态再结晶所需的能量水平。因此这类金属在热塑性变形过程中,即使变形程度很大,变形温度远高于再结晶温度,也只会发生动态回复,而不发生动态再结晶。 10、什么是动态再结晶,其主要影响因素?(自己总结吧,课本太乱) 动态再结晶:在热塑性变形过程中发生的结晶。与金属的位错能高地有关,与晶界迁移的难易有关 ,金属越纯,发生动态再结晶的能力越强。

金属塑性成形原理习题集

《金属塑性成形原理》习题集 运新兵编 模具培训中心 二OO九年四月

第一章 金属的塑性和塑性变形 1.什么是金属的塑性?什么是变形抗力? 2.简述变形速度、变形温度、应力状态对金属塑性和变形抗力的影响。如何提高金属的塑性? 3.什么是附加应力? 附加应力分几类?试分析在凸形轧辊间轧制矩形板坯时产生的附加应力? 4.什么是最小阻力定律?最小阻力定律对分析塑性成形时的金属流动有何意义? 5.塑性成形时,影响金属变形和流动的因素有哪些?各产生什么影响? 6.为什么说塑性成形时金属的变形都是不均匀的?不均匀变形会产生什么后果? 7.什么是残余应力?残余应力有哪几类?会产生什么后果?如何消除工件中的残余应力? 8.摩擦在金属塑性成形中有哪些消极和积极的作用?塑性成形中的摩擦有什么特点? 9.塑性成形中的摩擦机理是什么? 10. 塑性成形时接触面上的摩擦条件有哪几种?各适用于什么情况? 11. 塑性成形中对润滑剂有何要求? 12. 塑性成形中常用的液体润滑剂和固体润滑剂各有哪些?石墨和二硫化钼 如何 起润滑作用? 第二章 应力应变分析 1.什么是求和约定?张量有哪些基本性质? 2.什么是点的应力状态?表示点的应力状态有哪些方法? 3.什么是应力张量、应力球张量、应力偏张量和应力张量不变量? 4.什么是主应力、主剪应力、八面体应力? 5.什么是等效应力?有何物理意义? 6.什么是平面应力状态、平面应变的应力状态? 7.什么是点的应变状态?如何表示点的应变状态? 8.什么是应变球张量、应变偏张量和应变张量不变量? 9.什么是主应变、主剪应变、八面体应变和等效应变? 10. 说明应变偏张量和应变球张量的物理意义? 11. 塑性变形时应变张量和应变偏张量有和关系?其原因何在? 12. 平面应变状态和轴对称状态各有什么特点? 13. 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=30758075050805050ij σ,试求方向余弦为21==m l ,2 1=n 的斜面上的全应力、正应力和剪应力。 14. 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=10010010010010ij σ,求其主应力、主剪应力、八面体应力、应力球张量及应力偏张量。 15. 设某物体内的应力场为

金属的塑性成形

利用外力使金属产生塑性变形,使其改变形状、尺寸和改善性能,获得型材或锻压件。锻压、挤压、轧制、拉拔…… 两个条件:外力、塑性,缺一不可 优点: 金属组织致密、晶粒细小、力学性能提高; 属于少、无切削加工,材料利用率高,生产效率高 应用:型材、板材、线材、 承受较大负荷或复杂载荷的机械零件 缺点:制件形状比铸件简单,生产条件较差 第3章金属的塑性成形 第3章金属的塑性成形 型材 线材 板材 轴 齿轮 其它 各种塑性成形产品 目录【】 第3章金属的塑性成形 3.1 金属塑性成形基础 3.2塑性成形方法3.2.1锻造1.自由锻(P99) 3.3.1 自由锻工艺设计(P122) 3.2.1 锻造2.模锻(P100) 3.3.2 锤模锻工艺设计(P125) 3.2.2 冲压(P106) 3.3.3 冲压工艺设计(P131) 3.1 金属塑性成形基础 3.1.1 金属塑性变形的机理 1.单晶体的塑性变形 滑移:金属原子沿某些特定面移动 (金属原子在外力作用下产生了位移) 理想 单晶体 无缺陷 晶格规则 滑移通过位错(晶体中的线缺陷)移动实现 结论:切应力引起塑性变形,正应力引起弹性变形 金属塑性变形的实质:原子的移动 塑性变形前后晶格类型保持不变 滑移 2.多晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形=晶内变形+晶间变形 晶内变形:滑移

晶间变形:晶粒间相对滑动和转动 各晶粒的变形是分批、逐步进行的 (低温时多为晶内变形,变形量较小;高温时多为晶间变形) 多晶体的塑性变形 3.1.2 金属的加工硬化、回复和再结晶 1.金属的加工硬化 组织变化: 晶粒沿变形方向被拉长; 滑移面附近晶格产生畸变; 出现许多微小碎晶 性能变化: 强度和硬度增加; 塑性、韧性下降 优点:强化金属,用于不能热处理强化的合金 缺点:继续塑性成形或切削加工难度加大,增大内应力 3.1.2 金属的加工硬化、回复和再结晶 金属在低于再结晶温度加工时,由于塑性应变而产生的强度和硬度增加的现象。 机设04-1,2,3 第四次课第十二周周二下午5,6节 第十一周周五下午7,8节运动会放假 标记 2.回复和再结晶 (1) 回复:减轻或消除晶格畸变,保 持较高强度、降低脆性,晶粒大小形状不变 回复温度:T回=(0.25~0.30)T熔 冷拔钢丝经冷卷成形后低温退火,可使弹簧定形且保持良好的弹性 (2) 再结晶:塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生 核、结晶,变为等轴晶粒,完全消除加工硬化现象。 T再≥0.4T熔 (再结晶只是原子重新排列的过程) 线材的多次拉拔和板料的多次拉深时,在工序间穿插再结晶退火 原始组织塑性变形回复再结晶 回复和再结晶 3.1.3 金属的冷成形、热成形及温成形 冷成形: 在回复温度以下,加工硬化(冷轧、冷锻、冷冲压、冷拔) 提高强度和表面质量,用于制造半成品或成品。 (变形材料应有较好的塑性且变形量不宜过大) 热成形: 在再结晶温度以上,加工硬化+再结晶 且加工硬化被再结晶完全消除(热轧、热锻、热冲压、热拔) 综合力学性能好,变形力小,变形程度大,用于制造毛坯或半成品 温成形: 高于回复温度、低于再结晶温度, 加工硬化+回复,无再结晶 较冷成形可降低变形力且利于提高金属塑性,

《金属塑性成形基础原理》习题集标准答案

《金属塑性成形原理》 习题答案 一、填空题 1. 衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。 2. 所谓金属的再结晶是指冷变形金属加热到更高的温度后,在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶,直至完全取代金属的冷变形组织的过程。 3. 金属热塑性变形机理主要有:晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。 4. 请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量 =+ 5. 对应变张量,请写出其八面体线变与八面体切应变 的表达式。 =; =。

6.1864 年法国工程师屈雷斯加(H.Tresca )根据库伦在土力学中研究成果,并从他自已所做的金属挤压试验,提出材料的屈服与最大切应力有关,如果 采用数学的方式,屈雷斯加屈服条件可表述为。 7. 金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多,归结起来主要有金属的种类和化学成分、工具的表面状态、接触面上的单位压力、变形温度、变形速度等几方面的因素。 8. 变形体处于塑性平面应变状态时,在塑性流动平面上滑移线上任一点的切线方向即为该点的最大切应力方向。对于理想刚塑性材料处于平面应变状态下,塑性区内各点的应力状态不同其实质只是平均应力不同,而各点处的最大切应力为材料常数。 9. 在众多的静可容应力场和动可容速度场中,必然有一个应力场和与之对应的速度场,它们满足全部的静可容和动可容条件,此唯一的应力场和速度场,称之为真实应力场和真实速度场,由此导出的载荷,即为真实载荷,它是唯一的。 10. 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=。 11、金属塑性成形有如下特点:、、、。 12、按照成形的特点,一般将塑性成形分为和两大类,按照成形时工件的温度还可以分为、和三类。

金属塑性成型原理

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、尺寸的模孔使其产生塑性变形,以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工: ①自由锻----是在锻锤或水压机上,利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低,生产率不高,用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形,从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2)板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序:用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离,如冲裁、剪切等工序; 成型工序:用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形,成为具有要求形状和尺寸的零件,如弯曲、拉深等工序。 Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1)各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。 2)各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定,还要求每个晶粒进行多系滑移;每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3)晶粒与晶粒之间和晶粒部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add: 4)滑移的传递,必须激发相邻晶粒的位错源。 5)多晶体的变形抗力比单晶体大,变形更不均匀。 6)塑性变形时,导致一些物理,化学性能的变化。 7)时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较,前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率,而在立方晶系金属中,多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。

金属塑性成型原理

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:外力作用下使金属材料发生塑性形变而不破坏其完整性的能力。 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形并获得一定力学性能的加工方法。 软取向:μ=0.5或接近0.5 硬取向:μ=0或或接近0 金属塑性成形的特点:1组织性能好,金属材料在塑性成形过程中,其内部发生显著的变化2材料利用率高金属塑性成形主要是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的,不产生切屑,因此只有少量的工艺废料,并且流线分布合理3尺寸精度高不少成型方法已达到少或无切削的要求。4生产效率高,适于大批量生产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。 金属塑性成形分为板料成形和块料成形。 块料成形是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。1一次加工:轧制,挤压,拉拔2二次加工:自由锻,模锻。 板料成形一般称为冲压,是对厚度较小的板料,利用专门的模具,使金属板料通过一定模孔而产生塑性变形。这类塑性加工方法可分为分离工序和成形工序两类。 金属塑性成形原理是研究和探讨金属在各种塑性加工过程中可遵循的基础和规律的一门学科。目的在于科学地、系统地阐明这些基础和规律,为学习后续的工艺课程作理论准备,也为合理制订塑性成形工艺规范及选择设备、设计模具奠定理论基础。 金属塑性成形工艺应要求:1使金属具有良好的塑性2使变形抗力小3保证塑性成形件质量4能了解变形力。为达到以上要求需从塑性变形的力学基础、物理基础、塑性成形问题的工程解法、塑性成形件的质量分析等发面进行论述。 晶内变形的主要方式和单晶体一样为滑移和孪生。 滑移是指晶体在力的作用下,晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。 晶体的滑移过程实际上就是位错的移动和增殖过程。加工硬化的原因是位错增殖。 滑移系多的金属要比滑移系少的金属变形协调性好、塑性高,如面心立方金属比密排六方金属的塑性好。 临界切应力的大小取决于金属的类型、纯度、晶体结构的完整性、变形温度、应变速率和预先变形程度等因素。 孪生是晶体在切应力作用下,晶体的一部分沿着一定的晶面和一定的晶向发生均匀切变。 晶向变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。特别的,在冷态变形条件下,由于晶界强度较高,晶间变形的较小。 多晶体塑性变形的特点:1各晶粒变形的不同时性2各晶粒变形的相互协调性3晶粒与晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。 晶粒的大小与应力场的关系:晶粒越细,金属屈服强度越大,金属塑性越好。 冷塑性变形对金属组织和性能的影响:一、组织的变化1晶粒形状的变化2晶粒内产生亚结构3晶粒位向改变。二、性能的变化强度、硬度增加越多,而塑性指标降低越甚,也即加工硬化越严重。纤维组织:(冷变形)轧制变形时,原来等轴的晶粒延伸长变形方向伸长,若变形程度很大则晶粒呈现为一片如纤维状的条纹。 变形织构:由于塑性变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织。 冷、热、温变形的区别是再结晶温度不同。 冷变形后,对金属加热和保温会发生顺次的三个过程:回复,再结晶,晶粒长大。热塑性变形时的软化过程按性质可分为以下几种:动态回复、动态 再结晶、静态回复、静态再结晶、亚动态再结晶等。 动态再结晶:在热塑性变形过程中发生的再结晶。 热塑性变形对金属组织和性能的影响:1改善晶粒组织2锻合内部 缺陷3破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布4形成纤维 组织5改善偏析。 超塑性变形状态:处于特定的条件下,如一定的化学成分、特定的 显微组织及转变能力、特定的变形温度和应变速率等,则金属会表 现出异乎寻常的高塑性状态。 超塑性:金属和合金具有超长的均匀变形能力,其伸长率达到百分 之几百,甚至百分之几千。(分为细晶超塑性和相变超塑性) 塑性指标:为了衡量金属材料塑性的好坏,需要有一种数量上的指 标。用伸长率和断面收缩率表示。 影响塑性的因素:金属的化学成分和组织,变形温度,应变速率, 变形力学条件。 冷脆:磷是钢中的有害物质,在铁中有相当大的溶解度,使钢的强 度、硬度提高,而塑性、韧性降低,在冷变形时影响更为严重。 热脆:(与O、S有关)钢未加热到变形温度,硫化物及其共晶体熔 化,形成裂纹的现象。 氢脆:氢溶入钢中使钢的塑性、韧性下降。白点:氢原子聚集产生 局部高压,在钢中组织应力或温度应力共同作用下产生的微裂纹。 变形温度对金属塑性的影响:随着温度上升,塑性增加,但非简单 的线性上升;在加热过程的某些温度区间,往往由于相态或晶粒边 界状态的变化而出现脆性区,使金属的塑性降低。 热效应:塑性变形时金属所吸收的能量,绝大部分转化为热能。温 度效应:塑性变形中的产生的热量使变形体温度升高的现象。 加工硬化:随着变形程度的增加,金属的强度、硬度增加,而塑性 韧性降低的现象。 热塑性变形:在再结晶温度以上进行的塑性变形,又称热塑性加工 从工艺性能的角度看,提高应变速度会以下有利作用:1降低摩擦 系数,从而降低金属的流动阻力,改善金属的充填性及变形的不均 匀性2减少热成形时的热量损失,从而减少毛坯温度下降和温度分 布的不均匀性3出现所谓“惯性流动效应”从而改善金属的充填性 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 情形,需要试验方法绘制其塑性--温度曲线,简称塑性图。 温度效应与下列因素有关:1变形温度2应变速率3变形程度。 温度升高使金属塑性增加的原因:1发生回复或再结晶2原子动能 增加3金属的组织、结构发生变化4扩散蠕变机理起作用5晶间滑 移作用增强。 1、怎样解释静水压力越大金属的塑形越高?①拉伸应力会促 进晶间变形、加速晶界的破坏;而压缩应力能阻止或减少晶 间变形,随着静水压力的增大,晶间变形越加困难,因而提 高了金属的塑形。②三向压缩应力有利于愈合塑形变形过程 中产生的各种损伤;而拉应力则相反,它促使损伤的发展。 ③当变形体内原先存在着少量对塑形不利的杂质、液态相或 组织缺陷时,三向压缩作用能抑制这些缺陷,全部或部分地 消除其危害;反之,在拉应力作用下,将在这些地方产生应 力集中,促使金属的破坏。4增大静水压力能抵消由于不均 匀变形引起的附加拉应力,从而减轻了附加拉应力所造成的 拉裂作用。 2、主应力图:受力物体内一点的应力状态,可用作用在应力单 元体上的主应力来描述,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。 3、等效应力的特点:①等效应力是一个不变量。②等效应力在数 值上等于单向均匀拉伸(或压缩)时的拉伸(或压缩)应力?, ?=?;③等效应力并不代表着某一平面上的应力,因而不能在 某一特定的平面上表示出来;4等效应力可以理解为代表一点 应力状态中应力偏张量的综合作用。 主应变简图:用主应变的个数和符号来表示应变状态的简图称 为主应变状态图,简称主应变简图或主应变图。 4、特征应变:三个主应变中绝对值最大的主应变,反映了该工序 变形的特征,称为特征应变。 5、三种变形类型:压缩类变形、剪切类变形、伸长类变形。 6、全量变形:反应单元体在某一变形过程中的某个阶段结束时 的应变,称为全量变量。 7、应力状态:当旋转体承受的外力对称于旋转轴分布时,则旋 转体内质点所处的应力状态称为轴对称应力状态。 8、屈雷斯加屈服准则适用于脆性材料,米赛斯屈服准则适用于 韧性材料。 9、塑形成型时应力应变关系的特点:①应力与应变之间的关系 是非线性的,因此,全量应变主轴与应力主轴不一定重合。 ②塑性变形时可以认为体积不变,即应变球张量为零,泊松 比v=0.5③对于应变硬化材料,卸载后再重新加载时的屈服 应力就是卸载时的屈服应力,比初始屈服应力要高。④塑形 变形是不可逆的,与应变历史有关,即应力应变关系不再保 持单值关系。 10、金属塑形成型中摩擦的特点:①伴随有变形金属的塑形流动 ②接触面上压强高③实际接触面积大④不断有新的接触面 产生⑤常在高温下产生摩擦 11、摩擦对塑形成型的危害主要表现在:①改变变形体内应力状 态,增大变形抗力②引起不均匀变形,产生附加应力和残余 应力③降低模具寿命 12、折叠的特征:①折叠与其周围金属流线方向一致②折叠尾端 一般呈小圆角或枝杈形③折叠两侧有较重的脱碳、氧化现 象。 13、界限法包括:1上限法2下限法 14、主应力法:实质是将应力平衡微分方程和屈服方程联立求 解。 15、塑性区的应力边界条件:1.不受力的自由表面2.无摩擦的接 触表面3.摩擦切应力达到最大值K的接触表面。4.摩擦切应 力为某一中间值的接触表面。 16、常见的滑移线场有以下几种类型:1.直线滑移线场。2简单 滑移线场.3.直线滑移线场与简单滑移线场的组合。4.由两族 相互正交的光滑曲线所构成的滑移线场 17、最大散逸功原理又称第二塑形变分原理。最大散逸功原理可 表述为:对钢塑性体一定的应变增量场而言,在所有满足屈 服准则的应力场中,与该应变增量场符合应力应变关系的应 力场所做的塑性功增量为最大。 亨盖方程 σm-2kω= ξ(β)沿α线 σm+2kω= η(α)沿β线 当沿α族(或β族)中的同一条滑移线移动时,ξ(或η)为常 数,只有当一条滑移线移动到同族的另一条滑移线是ξ(或η) 值才有改变 静可容应力场σij*:用下限法计算极限载荷时,只假设塑变区内的 应力状态。 动可容速度场ui*(或位移场ui*):用上限法计算极限载荷时,只 假设塑变区的位移状态 下限法:应力场所求得的极限载荷点是小于(最多等于)真实载荷。 上限法:速度场所求得的极限载荷总是大于(最小等于)真实载荷。

第三章 塑性成型习题作业

一、填空 1.金属的加工硬化是指塑性变形后其机械性能中强度和硬度(升高),而塑性和韧性(降低)的现象。 2.金属经塑性变形后,强度升高塑性下降的现象称为(加工硬化),它可以通过(加热)方法消除。 3.金属产生加工硬化后的回复温度T回=(0.2----0.3)T熔(金属熔化的绝对温度);再结晶温度T 再=( 0.4)T熔。 4.锻造时对金属加热的目的是(提高塑性)和(减小变形抗力)。 7.衡量金属可锻性的两个指标是(塑性)和(变形抗力)。 9.金属在塑性变形过程中三个方向承受的(压应力)数目越多,则金属的塑性越好,(拉应力)的数目越多,则金属的塑性越差。 11.模锻件的分模面即上下模在锻件上的(),为了便于模锻件从模膛中取出,锻件沿锤击方向的表面要有一定的(斜度)。 12.板料冲压的基本工序可分为(分离)和(成形)两大类。 13.板料落料时,凹模的尺寸(大于)落料件的尺寸,而凸模的尺寸小于落料件的尺寸;板料冲孔时,凸模的尺寸(小于)孔的尺寸,而凹模的尺寸大于孔的尺寸。 15.为使弯曲后角度准确,设计板料弯曲模时考虑到(回弹)现象,应使模具的角度比需要的角度(小)。 17.板料冲压基本工序冲孔和落料是属于(分离)工序;而拉深和弯曲则属于(成形)工序。 18.按照挤压时金属流动方向和凸模运动方向之间的关系,挤压可分为(正挤压)、(反挤压)、(复合挤压)和(径向挤压)。 二、判断 1.滑移是金属塑性变形的主要方式。 F 2.变形金属经再结晶后不仅可以改变晶粒形状,而且可以改变晶体结构。F 3.钨的熔点为3380℃,当钨在1200℃变形时,属于冷变形。 F 4.金属存在纤维组织时,沿纤维方向较垂直纎维方向具有较高的强度,较低的塑性。F 5.锻造纤维组织的稳定性很高,故只能用热处理的方法加以消除。F 6.金属材料凡在加热条件下的加工变形称为热变形,而在室温下的加工变形称为冷变形。F 7.钢料经冷变形后产生加工硬化而提高强度,钢锭经锻造热变形后因无加工硬化,故机械性能没有改善。F 8.自由锻不但适用于单件,小批生产中锻造形状简单的锻件,而且是锻造中型锻件唯一的方法。 F 9.模型锻造比自由锻造有许多优点,所以模锻生产适合于小型锻件的大批大量生产。T 10.胎膜锻造比自由锻造提高了质量和生产率,故适用于大件,大批量的生产。F 11.带孔的锻件在空气锤上自由锻造时,孔中都要预留有冲孔连皮,而于锻后冲去。T 12.自由锻造可以锻造内腔形状复杂的锻件。F 13.锤上模锻可以直接锻出有通孔的锻件。F 14.自由锻件上不应设计出锥体或斜面的结构,也不应设计出加强筋,凸台,工字型截面或空间曲线型截面,这些结构难以用自由锻方法获得。T 15.锤上模锻时,终锻模膛必须要有飞边槽。T 16.锻造时对坯料加热的目的是提高塑性和降低变形抗力,所以,加热温度越高越好。F 17.制定锻件图时,添加敷料是为了便于切削加工。T 19.在空气锤上自由锻造有孔的锻件时,都不能锻出通孔,而必须留有冲孔连皮,待锻后

塑性成形方法

第五节其它塑性成形方法 随着工业的不断发展,人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要求,不仅要求生产各种毛坯,而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量的成品零件。其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速发展和广泛的应用,例如挤压、拉拔、辊轧、精密模锻、精密冲裁等。 一、挤压 挤压:指对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用,使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出,或充满凸、凹模型腔,而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法。 挤压法的特点: (1)三向压应力状态,能充分提高金属坯料的塑性,不仅有铜、铝等塑性好的非铁金属,而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成形。在一定变形量下,某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进行挤压成形。对于要进行轧制或锻造的塑性较差的材料,如钨和钼等,为了改善其组织和性能,也可采用挤压法对锭坯进行开坯。 (2)挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。 (3)可以实现少、无屑加工,一般尺寸精度为IT8~IT9,表面粗糙度为Ra3.2~0.4μ m,从而 (4)挤压变形后零件内部的纤维组织连续,基本沿零件外形分布而不被切断,从而提高了金属的力学性能。 (5)材料利用率、生产率高;生产方便灵活,易于实现生产过程的自动化。 挤压方法的分类: 1.根据金属流动方向和凸模运动方向的不同可分为以下四种方式:

(1)正挤压金属流动方向与凸模运动方向相同,如图2-69所示。 (2)反挤压金属流动方向与凸模运动方向相反,如图2-70所示。 (3)复合挤压金属坯料的一部分流动方向与凸模运动方向相同,另一部分流动方向与凸模运动方向相反,如图2-71所示。 (4)径向挤压金属流动方向与凸模运动方向成90°角,如图2-72所示。 图2-69 正挤压 图2-70 反挤压

金属塑性成形工艺

有色金属塑性加工趋势 冶金 金属塑性成形工艺有着悠久的历史,4000多年前(青铜器时代),金属的塑性加工与金属的熔炼与铸造同时出现,可加工铜、铁、银、金、铅、锌、锡等,所采用的工艺包括热锻、冷锻、板材加工、旋压、箔材和丝材拉拨。 近代第一次技术革命开始于18世纪中叶,以蒸汽机的发明和广泛使用为标志,从而实现了手工工具到机械工具的转变。塑性加工也从手工自由锻向机械压力机(蒸汽锤、自由锻锤及蒸汽轧钢机)进步。 近代第二次技术革命以电力技术为主导,电磁理论的建立,为电力取代蒸汽动力的革命奠定了基础。金属塑性加工设备以蒸汽向电力驱动进步。机械制造业的进一步发展,提高了塑性加工设备的制造水平,出现了轧钢机、挤压机、锻造机、拉拨机和压力机。 现代科技革命开始于上世纪40年代,其主要标志为电子技术的发展,电控和电子计算机的应用,塑性加工设备和技术向全流程自动化进步。现在可以做到配料、熔炼、铸造、轧制及随后处理全线自动化。 目前,金属材料在日常生活和高科技中占有相当大的比例,其加工技术是其它加工的基础。材料加工成形工艺通常有液态金属成形、塑性成形、连接成形等。塑性成形主要是利用金属在塑性状态下的体积转移因而材料的利用率高流线分布合理高了制品的强度, 可以达到较高的精度, 具有较高的生产率. 坯料在热变形过程中可能发生了再结晶或部分再结晶,粗大的树枝晶组织被打破,疏松和孔隙被压实、焊合,内部组织和性能得到了较大的改善和提高。有色金属塑性加工的基本方法:轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压等。 近年来,随着科学技术整体的飞速进步,金属塑性加工技术也取得了迅速发展。人们充分认识到随着科学技术整体的飞速进步,金属塑性加工技术也取得了迅速发展。人们充分认识到最终决定材料及产品结构和控制性能的关键是合成与加工。因此,材料科学与材料工程学紧密结合成为开发新材料和提高传统材料性能的必然途径。有色金属材料加工技术向高精度、高性能、低消耗、低成本、优化生产过程和自动化方向发展。最终决定材料及产品结构和控制性能的关键是合成与加工。因此,材料科学与材料工程学紧密结合成为开发新材料和提高传统材料性能的必然途径。有色金属材料加工技术向高精度、高性能、低消耗、低成本、优化生产过程和自动化方向发展。目前金属塑性加工技术现状与总的发展趋势是主要体现在以下一些方面:(1)生产方法、工艺技术向着节能降耗、综合连续、优化精简、高速高效的方向发展。如实行冶炼、铸造与加工的综合一体化,采用连铸连轧,连续铸轧、连续铸挤,半固态加工等新工艺技术;尽量生产最终和接近最终形状产品;利用余热变形、热变形与温变形配合,冷加工与热加工变形量之间的优化匹配,变形与热处理的配合,省略或减少加热与中间退火次数等。(2)工艺装备更新换代加快,设备更趋大型、精密、成套、连续,自动化水平更加提高。生产线更趋大型化、专业化。产品单重大大增加。(3)产品向多品种、高质量、高精度发展,产品结构不断调整,新材料新产品不断被开发。轻型薄壁材料、复合材料、镀层涂层材料等不断发展,产品注重深度加工,有色材料的产品综合性能和使用效能大大提高。(4)工模具结构、材质,加工工艺、热处理工艺和表面处理工艺不断改进和完善。模具的质量和使用效果、寿命得到极大的提高。(5)在加工辅助工序和其他环节,开发新型辅助设备,采取先进技术和多种

《金属塑性成型原理》复习资料

第一章绪论 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。可分为一次加工和二次加工。 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、尺寸的模孔使其产生塑性变形,以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工: ①自由锻 --- 是在锻锤或水压机上,利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需 的形状和尺寸的加工方法。精度低,生产率不高,用于单件小批量或大锻件。 ②模锻 -- 是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变 形,从而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。2)板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。分离工序:用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离,如冲裁、剪切等工序;成型工序:用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形,成为具有要求形状和尺寸的零件,如弯曲、拉深等工序。

金属塑性成型原理

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、尺寸的模孔使其产生塑性变形,以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工: ①自由锻----是在锻锤或水压机上,利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低,生产率不高,用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形,从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2)板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序:用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离,如冲裁、剪切等工序;

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