《塑性成型原理》实验指导书2010年

第一章 塑性成形原理实验一 真实应力-------应变曲线的测定一、实验目的：测定铝的静态（室温、低速）真实应力——应变曲线。

二、实验原理：在塑性成形力学分析中，真实应力——应变曲线是不可缺少的重要参数，例如材料进入塑性状态。

必须满足等效应力等于单向应力状态下的屈服应力。

而这个应力是随变形温度、变形速度和变形程度而变化的。

在一定温度、变形速度情况下，真实应力)(s 随变形程度ε的关系称为真实应力——应变曲线（也称硬化曲线）。

这里真实应力是指在单向应力状态下，任一瞬时作用在试件上的变形力)(P 与该瞬时试件横截面积)(F 之比：F P S /= -------------------------------（1）真实应力——应变曲线可通过单向拉伸；均匀镦粗试验获得或通过扭转等试验间接获得。

由于单向拉伸试验出现颈缩，变形程度爱到一定的限制，所以广泛采用均匀镦粗获得真实应力——应变曲线。

本实验采取以下措施：（1）、上下压板经淬硬、回火、硬削和抛光； （2）、试件尺寸比为1/00=R D ；（3）、试件端面置浅坑，储存润滑剂 。

（4）、试件每压下10%时，重新涂润滑剂。

压缩时对数应变：HH 0ln= ---------------------------------------------（2）0H ——压缩前试件高度H ——压缩瞬时试件高度压缩时的真实力按平均压力计算： 0F PF P S ==-----------------------------（3） F ——试件变形某一瞬时面积 ； 0F ——试件变形前面积； P ——轴向载荷。

三、实验设备和仪器：实验是在材力试验机上进行（也可在锤上或曲柄压力机上进行）。

力和变形的测量采用传感器、应变仪。

由X —Y 记录仪记录变形和位移的变化。

二个传感器及X —Y 记录仪简要说明见附录。

四、实验步骤：（1）、精确测量试件原始尺寸0D ，0H ；（2）、安装测力、测位移传感器并将其接入动态应变仪，再将应变仪输出端接入X —Y 记录仪；（3）、标定传达传感器（可直接用标定曲线）；（4）、将试件上下端涂润滑剂（石腊），放在试件压板之间；（5）、加压变形，每变形△H= mm卸载，重涂润滑剂；（6）、再加压直至所需变形程度；（7）、X—Y记录仪记录变形过程。

轧制不均匀变形分析一、实验目的通过不均匀变形的实验过程，了解和观察轧制过程中轧件出现的不均匀变性现象，分析产生不均匀变形结果的原因，从而掌握减少不均匀的措施和实验方法。

二、实验内容1.沿宽度方向压下不均2.沿高度方向压下均匀 三、实验说明因为压下量：H h h -=∆，L l l -=∆，B b b -=∆ 应变：H h h ∆=ε，L l l ∆=ε，Bb b ∆=ε 体积不变定律：0=++b l h εεε 如果：0=b ε，0=+l h εε 四、实验仪器、设备与材料1.Φ130mm 二辊实验轧机2.游标卡尺、锉刀、钢板尺3.铅试样、铝试样（见实验步骤） 五、实验操作过程1.沿轧件宽度方向高度上压下不均（1）用1.5mm 厚的铅试样卷成如图1尺寸与形状的试样三种，经一道轧成1mm 厚，观察结果并记录下来，比较三种不同情况，并分析其原因。

图1（2）将厚1.5mm 的铅试样折迭成如图2所示，经一道轧成1mm 厚，观察结果并记录下来。

（3）取铅试样3×40×60mm 中心有凹槽（如图3）的一块经一道轧成1.5mm 厚，观察结果并作出记录。

图2 图32.沿高度上均匀变形（1）将1×50×140mm 的铅试样绕于0.2×20×75mm 的铝板上，共绕三圈如下图4，用最大可能压下轧制，后将铅试样拆开，仔细观察铝片的情况。

（2）将1×50×70mm 的铅板迭放在同样尺寸的铝板上以△h=1mm 的压下量轧制，观察发生的现象。

图4六、实验思考与分析1.画出各实验前、后的示意图，并分析产生的各实验结果的原因及各部分所产生的应力情况。

2.简述不均匀变形的后果。

3.如何联系生产实际，采取措施来防止或减轻不均匀变形的不良影响。

实验二：滑动区和粘着区的测定一、实验目的在摩擦系数及变形区几何参数变化的条件下，测定滑动区和粘着区的大小。

二、实验原理在塑性变形过程中，接触表面金属质点相对于工具表面有径向滑动的区域，称为滑动区，没有径向滑动的区域叫粘着区。

实验一 金属塑性变形力学特点（综合性实验）一、实验目的1、测定材料的真应力—真应变曲线，并与名义应力—应变曲线进行比较。

2、采用一元线性回归的方法，求出材料的形变强化指数 。

3、进一步掌握有关设备、仪器的使用、操作方法。

二、实验基本原理断裂力学中裂纹前方的应力应变场、裂纹尖端的钝化特性及扩展规律、在大变形条件下工作的构件与材料的变形与断裂行为、材料的塑性成型加工工艺都离不开对材料的塑性变形规律以及强化特性的了解和认识。

材料的塑性变形规律以及强化特性参数主要是通过单轴拉伸试验及其数据处理得到的，即本实验要进行的材料的真应力—真应变曲线及形变强化指数的测定。

材料性能的测试是通过试样进行的，试样制备是试验的重要环节，国家标准GB6397-86对此有详细的规定。

本试验采用圆棒试样，如图1所示。

试样的工作部分应保持均匀光滑以确保材料的单向应力状态。

均匀部分的有效工作长度称为标距，在本试验中由引伸计刀口的距离确定，参见图1，初始标距=50 mm ，和分别为工作部分的初始直径和初始面积。

试样的过渡部分应有适当的圆角以降低应力集中，两端的夹持部分用以传递载荷，其形状与尺寸应与试验机的钳口相匹配。

图1 圆棒拉伸试样简图1.真应力—真应变曲线在拉伸过程中由于试样任一瞬时的面积和标距（l l l ∆+=0）随时都在变化，而名义应力和名义应变是按初始面积和标距计算的，因此任一瞬时的真实应力和真实应变与相应的和之间都存在着差异，进入塑性以后这种差异逐渐增大。

在均匀变形阶段，真实应力的定义为A P s /=根据塑性变形体积不变的假设（Al l A V ==00），有)1(/00εσ+==l A Pl s真实应变（也叫对数应变）的定义为)1ln(ln 00ε+===⎰l l l dl e l l将上式展开： (323)2-+-=εεεe这说明在均匀变形的范围内，真应力恒大于名义应力，而真应变恒小于名义应变。

在弹性阶段由于应变值极小，二者的差异极小，没有必要加以区分。

《塑性成型原理》课程实验指导书上海工程技术大学材料工程学院材料加工工程系2010～2011年实验须知1．上试验课前，必须预习课程试验指导书及相关的讲课内容，明确试验目的及步骤，并做好进行试验数据记录的准备（试验指导教师有检查预习情况的责任，对未预习者，不得进行试验）。

2．进入试验室后，必须听从试验指导老师及相关人员的指导，遵守试验室有关制度。

3．进入试验室后，必须听从试验指导教师或相关人员介绍设备使用情况，待熟悉设备后，经指导教师同意方能开动设备。

4．使用试验设备前，必须按照试验指导书中所规定的试验步骤进行相关试验。

进行试验时，思想必须集中，要安全操作试验设备，避免实事故发生。

5．实验完毕后，必须整理试验场地（须将试验设备擦拭干净，上油，打扫试验场地等）。

6．学生必须爱护国家财产，如有损坏仪器、设备、工具、量具等物，应立即报告实验指导教师及相关人员。

属自然损坏，酌情处理；属故意损坏，除责令其检查外，应呈报学校进行处理。

7．试验试样原则上不准拿出实验室，如确实因测量未完成或其他情况，须得到实验指导老师同意，方能办理借出手续。

8．实验报告内容包括实验目地，步骤，使用仪器设备、工、模具以及测量数据及其结果分析等各方面。

实验数据需用曲线表示出来时，一律用方格纸描绘。

9．实验报告一律用学校所规定的统一的实验报告纸撰写，在实验结束后一周内交给课程指导教师。

实验一真实应力－应变曲线的测定与绘制一、实验目的1、学会真实应力－应变曲线的实验测定和绘制2、加强对真实应力－应变曲线物理意义及用途的认识二、实验用材料、使用工具及仪器设备1、试样：20＃钢，其尺寸如图1 所示图1 试样尺寸2、工具：游标卡尺、钢皮尺、冲子、光滑垫板3、仪器设备：600KN万能材料试验机三、实验内容真实应力－应变曲线反映了试样随着塑性变形程度增加，流动应力也相应不断上升，因此真实应力－应变曲线又称为硬化曲线。

真实应力－应变曲线的变化主要与实验材料的化学成分、组织结构、变形温度、应变速度等因素的影响有关。

第二部分金属塑性成形原理实验实验一拉伸实验：绘制真实应力—应变曲线一、实验目的掌握单向静力拉伸真实应力—应变曲线的绘制方法，二、实验原理根据位伸图的P-△L曲线，建立条件应力σ与相对伸长ε关系曲线：σ=P/ F0 (1)ε=△L/ L0(2)式中：P为拉伸载荷；F0为试样原始截面积；△L为试样伸长值；L0为试样标距长度；根据σ—ε关系曲线绘制以对数应变表示的真实应力—应变曲线：在出现缩颈之前：条件应力S=σ（1+ε）对数应变∈=ln（L/L0）=ln（1+ε）在出现缩颈之后，对数应变∈由式（4A）计算，真实应力S由（S）计算：E=LN（FS/F）（4A）S=σ（1+ε）/（1+d/8ρ）（S）式中d为缩颈处试样截面积：ρ为缩颈处试样外形的曲率半径。

三、实验设备、工具和试样1．实验设备：WI—60型液压万能材料试验机。

2．工具：游标卡尺；圆规；手锤；冲子；3．试样：每组两件，材料；15钢（或低碳钢）；四、实验步骤1．在试样上标定标距L0=100MM，用游标卡尺测量试样直径并记录。

2．在材料试验机上进行拉伸试验，并记录P—△L曲线。

3．测量拉伸试样出现缩颈后的d和ρ的三个瞬时值。

4．记录最大拉伸力P max和试样断裂时的伸长△L断，试样断裂后的直径。

五．记录数据及实验报告内容1．记录数据：（1）记录下表数据（2）记录P—△L曲线2．实验报告内容（1）简要说明实验目的、步骤，列出实验所获得的数据。

（2）绘制真实应力—应变曲线。

（3）说明所获得的真实应力—应变曲线塑性失稳点的特性。

（4）写出所获得的真实应力—应变曲线的经验方程（5）对本实验的讨论和改进意见。

重庆工商大学机械与包装工程学院《金属塑性成形原理》实验指导书班级--------------姓名--------------学号--------------重庆工商大学机械与包装工程学院机械基础教研室编实验一、金属材料的实际应力—应变曲线的测定----拉伸试验法对理想塑性材料，屈服应力为常数σs 。

但是对于一般工程材料来说，进入塑性状态以后，继续变形时，会产生强化，则屈服应力将不断变化，即为后续屈服应力。

一般用流动应力来泛指屈服应力，用S表示。

它包括初始屈服应力σs和后续屈服应力。

流动应力的数值等于试样断面上的实际应力。

它是金属塑性加工变形抗力的指标。

流动应力变化规律通常表达为真实应力与应变的关系，即实际应力--应变曲线。

实际应力—应变关系曲线一般由实验确定。

一、实验目的1、了解金属材料强度和塑性的实质及测定方法。

2、掌握金属材料的实际应力—应变曲线的拉伸试验测定方法。

二、实验设备及工具材料试验机、划线机、游标卡尺三、拉伸试样按照国标GB6397-86规定，拉伸试样分为比例和定标距两种。

比例试样是按公式：Lo=K×(Fo)0.5计算而得的试样。

式中K 通常为5.65和11.3，前者称为短试样，后者称为长试样。

长、短试样的标距长度Lo分别为5do和10do。

现用退火状态下的低碳钢比例试样（一般采用20钢）。

GB6397-86圆形拉伸试样如图：四、实验步骤1、标称应力—应变曲线的测定（1）、用游标尺测量试样的原始直径do（在相互垂直的两个方向测量取平均值），并记下数据。

（2）、在划线机上画出原始标距长度Lo（即10do），再用游标卡尺测量原始标距长度Lo，并记下数据。

（3）、打开材料试验机的电源开关，启动主机。

同时开启电脑。

（4）、将引伸仪用橡胶筋固定在试样的标距内，然后将试样装在试验机的上、下钳口内，并夹紧。

（5）、开动机器，打开送油阀，进行拉伸试验。

（6）、在拉伸过程中，首先电脑内的载荷—位移曲线是一条直线，载荷和位移成正比例关系增加；当载荷—位移曲线上出现一平台时，即拉伸载荷并未增大而位移还在继续增加时，表明材料已经发生“屈服”；当继续拉伸，载荷—位移曲线呈现为抛物线增加，当载荷达到某一值时，载荷—位移曲线呈现抛物线减低，此时表明试样开始发生“缩颈”现象。

实验一 利用拉伸试验绘制真实应力应变曲线一、实验目的1．掌握如何利用拉伸实验测定分析金属材料塑性变形抗力规律；2．掌握利用拉伸图()ΔL F -绘制真实应力曲线()∈-S 的方法；3．进一步理解真实应力－应变曲线的意义；4．熟悉WAW －1000C 微机控制电液伺服万能材料试验机的使用方法。

二、实验原理各种变形温度、速度等条件下的流动应力变化规律对研究金属塑性成形问题是必不可少的。

这些规律通常表达为条件应力－应变曲线()εσ-或真实应力－应变曲线()∈-S 。

1．真实应力(S )是单向应力状态下作用于试样瞬时断面上的应力，也即瞬时的流动应力，它反映了材料的变形抗力，可表示为：AF S = （1-1） 式中： F —瞬时载荷；A —试样瞬时断面积。

而条件应力A F σ= （1-2） 由于式中0A 指的是试样的原始断面积，因此，真实应力更精确地反映了某一瞬时作用于试样断面上的流动应力。

2．真实应变按不同的应变表示方式可有三种形式：(1)相对伸长0010L L L L ΔL ε-==（1-3）式中：0L —试样原始标距长度；1L —拉伸后标距的长度。

(2)相对断面收缩率10A A A ψ-= （1-4） 式中：0A —试样原始断面积；1A —拉伸过程中试样瞬时断面积。

(3)对数应变(真实应变)LdL d ∈= （1-5） 式中：L —试样的瞬时长度；dL —瞬时的试样长度改变量。

显然，对数应变反映了瞬态的变形，比其它两种应变更真实地表示了试样的变形程度。

另外，对数应变还具备其所特有的优点：(a )对数应变具有可加性，即当连续分段变形时，总的应变等于各段应变之和；(b )试样在拉伸一倍再压缩至原长时的两种对数应变值互为相反数，即：l n 2L 2L 2L L =∈-=∈→→(c )用对数应变表示的拉伸真实应力－应变曲线和压缩真实应力－应变曲线完全重合， 仅应力有拉、压之分；(d )用对数应变表示的真实应力－应变曲线还与简单加载条件 下的等效应力－等效应变曲线完全相同。

实验一 金属室温压缩实验一、实验目的1、在万能材料试验机上进行室温压缩试验，掌握实验技能；2、掌握通过压缩实验建立真实应力－应变曲线的方法；3、了解摩擦对塑变的影响。

二、实验原理和方法基于拉伸实验确定的真实应力－应变曲线，最大应变量受到塑性失稳的限制，一般∈≈1.0左右，而实际塑性成形时的应变比1.0大得多，而压缩实验得到的真实应力－应变曲线的应变量可达∈＝2.0。

因此，要获得大变形下的真实应力－应变曲线就需要用压缩实验。

图1-a 是圆柱体压缩实验简图，试样尺寸一般取1=HoDo（图1-b ），Do =20-30mm 。

为减小试样与压头之间的摩擦，可在试样端面上车沟槽，以保存润滑剂，或将试样端面车成浅坑（图1-c ），浅坑中充以石蜡，也可保持润滑作用。

(a) (b) (c)图1 圆柱压缩实验及其试件压缩实验要注意的第一个问题是载荷的均匀性。

为了使载荷均匀分布，对试样有严格的要求，压头作成半球形也有利于调整。

第二个是试样的稳定性。

要求d/h ＝1-2。

第三个是端面的摩擦问题，这也是最关键的问题。

试样端面与压头之间的摩擦造成横向约束，构成了三向压应力，减少了引起塑变的切应力分量，使试样接近压头的部分难于变形，于是在试样高度方向也存在应变梯度，这就是鼓形效应。

三、实验仪器与材料实验设备：2000KN 万能材料试验机； 试样：低碳钢； 润滑剂：液体石蜡； 清洗剂：丙酮；测量工具：游标卡尺。

四、实验内容及步骤1、测量并记录试样的原始尺寸，涂润滑剂；2、对圆柱体进行压缩，以缓慢的速度加试验力，并按压缩率20％、30％、40％、50％分别压制四个试样。

3、测量并记录下每个试样的高度、直径和当时的压力，并将所得到的数据转化成真实应力、应变，从而得到真实应力-应变曲线。

HH 0ln∈= 0H 、H ——试样压缩前、后的高度。

∈==eF PF P Y 0 0F 、F ——试样压缩前、后的断面积；P ——轴向载荷 4、实验数据五、实验报告要求1、要求预习，完成实验目的、原理、所需仪器及材料；2、设计实验数据表格，记录实验数据；每组交一份原始数据；3、根据在坐标纸上画出真实应力－应变曲线；4、讨论摩擦对塑性变形的影响； 完成思考题。

塑形成型实验报告实验目的本实验旨在通过塑形成型的实践操作，探索塑性材料在加热塑形过程中的物理性质和形状变化，并掌握塑形过程中的操作技术。

实验材料和设备实验所需材料包括聚乙烯塑料片、聚丙烯塑料片、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物板（ABS板）、加热器、模具等。

实验原理塑形成型是指将塑性材料加热并置于模具中进行加压成型的过程。

塑性材料的塑形特性主要由软化温度、流动性和延伸性等因素决定。

在加热过程中，塑性材料分子的内部结构发生变化，材料变得柔软易弯曲，可以通过外力的作用改变原有的形状。

实验步骤1. 准备工作- 检查实验设备是否完好，确保安全使用；- 准备所需塑料材料和模具，确保清洁；- 打开加热器并调节合适的加热温度。

2. 加热塑形- 将所选塑料材料剪成适当大小的片状；- 将一片塑料材料放置在加热器中加热，待软化；- 使用工具迅速将软化的塑料材料放入预先准备好的模具中；- 用手或工具给予适量压力，使塑料材料充分填充模具；- 等待一定时间，使塑料材料冷却、凝固；- 取出成型后的产品，并观察形状和质量的变化。

3. 比较实验重复实验步骤2，使用不同种类的塑料材料和模具进行比较实验。

观察和记录不同材料和模具在加热塑形过程中的差异。

实验结果与分析通过实验，我们成功地进行了塑形成型，并观察到了塑料材料在加热过程中的形状变化。

我们发现，不同塑料材料具有不同的软化温度和流动性。

聚乙烯和聚丙烯较为柔软，易于塑形；而ABS板较硬，加热温度较高才能使其软化。

此外，我们还观察到模具的形状和尺寸对最终成型的产品产生了影响，较复杂的模具会导致一些细节部分无法完全塑形。

实验总结本实验通过实践操作，加深了对塑形成型原理的理解，掌握了塑形成型的操作技术。

通过比较不同材料和模具在加热塑形过程中的差异，我们也进一步认识到不同塑料材料和模具的适用范围和局限性。

在实验中，我们注重安全操作，避免了材料过热或其他意外情况的发生。

实验结果对于相关领域的研究和应用具有一定的参考价值。