塑性加工原理复习题1

《金属塑性变形理论》前言前言《金属塑性变形理论》是关于金属塑性加工学科的基础理论课，也是金属材料工程、材料成型及控制工程专业大学本科生的主干课程。

《金属塑性变形理论》总学时为80，内容上分为两部分，即“塑性加工力学”（44学时）和“塑性加工金属学”（36学时）。

为使学生能够学好本课，以奠定扎实的理论基础，提高分析问题和解决问题的能力，编者集20余年的教学经验特编制本习题集，一方面作为学生在学习本课程时的辅导材料，供课下消化课堂内容时使用，另一方面也可供任课教师在授课时参考，此外对报考研究生的学生还具有指导复习的作用。

本“习题集”在编写时，充分考虑了学科内容的系统性、学生学习的连贯性以及与教材顺序的一致性。

该“习题集”中具有前后关联的一个个题目，带有由浅入深的启发性，能够引导学生将所学的知识不断深化。

教师也可根据教学进程从中选题，作为课外作业指导学生进行练习。

所有这些都会有助于学生理解和消化课堂上所学习的内容，从而提高课下的学习效率。

编者2005年10月第一部分：塑性加工力学第一章 应力状态分析1． 金属塑性加工中的外力有哪几种？其意义如何？2． 为什么应力分量的表达需用双下标？每个下标都表示何物理意义？ 3． 已知应力状态如图1-1所示，写出应力分量，并以张量形式表示。

4． 已知应力状态的六个分量7-=x σ，4-=xy τ，0=y σ，4=yz τ，8-=zx τ，15-=z σ(MPa)，画出应力状态图，写出应力张量。

5． 作出单向拉伸、单向压缩、三向等值压缩、平面应力、平面应变、纯剪切应力状态的应力Mehr 圆。

6． 已知应力状态如图1-2所示，当斜面法线方向与三个坐标轴夹角余弦31===n m l 时，求该斜面上的全应力S 、全应力在坐标轴上的分量x S 、y S 、z S 及斜面上的法线应力n σ和切应力n τ。

7． 将下列应力状态用单元体表示。

（1）⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=6040504050705070100σT N/mm 2 （用直角坐标系）（2）图1-1图1-2⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2007090701000900120σT N/mm 2 （用柱面坐标系）8． 单元体上各面所作用的应力分量如图1-3所示。

《材料成形技术基础》总复习思考题一、基本概念加工硬化、轧制成形、热塑性成形、冷塑性成形、变形速度、塑性变形能力（可锻性）、自由锻造、模型锻造、敷料（余块）、锻造比、镦粗、拔长、冲孔、落料、拉深、拉深系数、反挤压成形、正挤压。

二、是非判断1、塑性是金属固有的一种属性，它不随变形方式或变形条件的变化而变化。

（）2、对于塑性较低的合金材料进行塑性加工时拟采用挤压变形方式效果最好。

（）3、自由锻是生产单件小批量锻件最经济的方法，也是生产重型、大型锻件的惟一方法。

（）4、锻件图上的敷料或余块和加工余量都是在零件图上增加的部分，但两者作用不同。

（）5、模膛深度越深，其拔模斜度就越大。

（）6、对正方体毛坯进行完全镦粗变形时，可得到近似于圆形截面的毛坯。

（）7、对长方体毛坯进行整体镦粗时，金属沿长度方向流动的速度大于横向流动的速度。

（）8、塑性变形过程中一定伴随着弹性变形。

（）9、金属在塑性变形时，压应力数目越多，则表现出的塑性就越好。

（）10、金属变形程度越大，纤维组织越明显，导致其各向异性也就越明显。

（）11、金属变形后的纤维组织稳定性极强，其分布状况一般不能通过热处理消除，只能通过在不同方向上的塑性成形后才能改变。

（）12、材料的变形程度在塑性加工中常用锻造比来表示。

（）13、材料的锻造温度范围是指始锻温度与终锻温度之间的温度。

（）14、加热是提高金属塑性的常用措施。

（）15、将碳钢加热到250℃后进行的塑性变形称为热塑性变性。

（）16、自由锻造成形时，金属在两砧块间受力变形，在其它方向自由流动。

（）17、镦粗、拔长、冲孔工序属于自由锻的基本工序。

（）18、模锻件的通孔可以直接锻造出来。

（）19、可锻铸铁可以进行锻造加工。

（）20、始锻温度过高会导致锻件出现过热和过烧缺陷。

（）21、热模锻成形时，终锻模膛的形状与尺寸与冷锻件相同。

（）22、金属的锻造性与材料的性能有关，而与变形的方式无关。

（）23、模锻件的精度取决于终锻模膛的精度。

一、填空1、典型的塑性成形工艺包括拉深,挤压,轧制,拉拔等。

2、金属发生塑性变形时,其晶内变形的主要方式是滑移和孪生。

3、主应变简图采用主应变的个数和方向描述一点的应变状态,满足体积不变条件的应变状态主应变简图有3种。

4、米塞斯和屈雷斯加两个屈服准则相差最大的应力状态是平面应变状态。

5、不考虑材料的弹性,也不考虑材料硬化的材料模型称为理想刚塑性材料;不考虑材料的弹性,考虑材料硬化的材料模型称为刚塑性硬化材料。

6、超塑性成形工艺方法有结构超塑性和动态超塑性。

(相变超塑性)7、米塞斯和屈雷斯加两个屈服准则一致的应力状态是单向应力状态。

8、按照加工特点来分,塑性成形可以分为块料成形和板料成形两大类,其中,常见的块料成形包括拉拔,锻造,挤压,轧制等工艺。

9、冷挤压钢制零件时,需要对制件表面进行磷化处理,磷化处理后必须进行润滑处理,常用的润滑方法是表面皂化。

10、主应力简图共有9种。

满足体积不变条件的主应变简图共有3种。

11、应力偏张量引起物体产生形状变化;应力球张量引起物体产生体积变化。

12、多晶体的塑性变化包括晶内变形和晶间变形,其中,晶间变形的主要方式是滑移。

13、对数应变的主要特点是准确性、叠加性、可比性。

14、塑性应力应变关系与加载历史有关,变形过程中材料体积不变。

15、单位面积的内力被称为应力。

16、多晶体塑性变形的特点包括:具有不均匀性、不同时性、和相互协调性。

17、塑性成形中的三种摩擦状态分别是:干摩擦,流体摩擦,边界摩擦。

18、常用的求解塑性工程问题的方法有主应力法、滑移线法、上限元法。

19、塑性成形工艺按成形件的特点可以分为块料成形和板料成形。

20、金属发生塑性变形时,其晶内变形的主要方式是滑移和孪生。

21、屈雷斯加屈服准则的物理意义为,当材料的最大剪应力达到某一常数时材料就屈服了;米塞斯屈服准则的物理意义为,当材料的等效应力达到某一定值时,材料就屈服了。

22、关于摩擦产生机理有:表面凸凹学说,分子吸附学说,表面粘着学说。

基础部分1、简述引起熔体破碎的主要的原因。

熔体破裂是液体不稳定流动的一种现象。

产生熔体破裂的原因主要是熔体中的弹性回复所引起。

熔体在管道中流动时剪切速率分布的不均匀性使熔体中弹性能不均匀分布。

当熔体中产生的弹性应力一旦增加到与滞流动阻力相当时，粘滞阻力就不能再平衡弹性应力的作用，而弹性效应所致熔体流速在某一位置上的瞬时增大形成“弹性湍流”，即“应力破碎”现象。

在园管中，如果产生弹性湍流的不稳定点沿着管的周围移动，则挤出物将呈螺旋状，如果不稳定点在整个圆周上产生，就得到竹节状的粗糙挤出物。

产生不稳定流动和熔体破裂现象的另一个原因是熔体剪切历史的波动引起的。

即剪切应力不同，熔体所产生的弹性效应不同，从而使其弹性回复产生差异，形成熔体破裂。

2、将聚丙烯丝抽伸至相同伸长比，分别用冰水或90℃热水冷却后，再分别加热到90℃的二个聚丙烯丝试样，哪种丝的收缩率高，为什么?用冰水的聚丙烯丝收缩率高，因为冰水冷却时，冰水的温度远远低于聚丙烯的最佳结晶温度，此时，聚丙烯丝的结构更多的保持了其纺丝过程中分子的取向状态，而用90℃热水冷却时，聚丙烯分子具有较为充分的解取向时间，当聚丙烯丝再次分别加热到90℃时，前者才进行较高程度的解取向，表现出较高的收缩率。

3、简述高聚物熔体流动的特点。

由于高聚物大分子的长链结构和缠绕，聚合物熔体、溶液和悬浮体的流动行为远比伤分子液体复杂。

在宽广的剪切速率范围内，这类液体流动时剪切力和剪切速率不再成比例关系，液体的粘度也不是一个常此因而聚合物液体的流变行为不服从牛顿流动定律。

即非牛顿型流动。

4、举例说明高聚物熔体粘弹性行为的表现。

聚合物流动过程最常见的弹性行为是端末效应和不稳定流动。

端末效应包括入口效应和模口膨化效应(离模膨胀)即巴拉斯效应。

不稳定流动即可由于熔体弹性回复的差异产生熔体破碎现象。

5、说明链结构对高聚物粘度的影响。

聚合物的结构因素即链构型和链的极性、分子量、分子量分布以及聚合物的组成等对聚合物液体的粘度有明显影。

金属塑性期末考试试题
一、选择题（每题2分，共20分）
1. 金属塑性变形的基本原理是什么？
A. 弹性变形
B. 塑性变形
C. 断裂
D. 蠕变
2. 金属塑性加工中，哪个参数是影响材料变形能力的关键？
A. 温度
B. 应变率
C. 应力
D. 材料的化学成分
3. 金属在拉伸过程中，哪个阶段是塑性变形的主要阶段？
A. 弹性阶段
B. 屈服阶段
C. 强化阶段
D. 颈缩阶段
4. 在金属塑性变形过程中，什么是应力-应变曲线？
A. 描述材料强度的曲线
B. 描述材料硬度的曲线
C. 描述材料塑性变形的曲线
D. 描述材料弹性变形的曲线
5. 金属塑性加工中的“冷加工”和“热加工”的区别是什么？
A. 温度不同
B. 应变率不同
C. 材料类型不同
D. 变形机制不同
二、简答题（每题10分，共30分）
1. 简述金属塑性变形的微观机制。

2. 什么是金属的屈服现象？它在工程应用中有何意义？
3. 描述金属塑性加工中的“加工硬化”现象，并解释其对材料性能的影响。

三、计算题（每题25分，共50分）
1. 已知某金属材料的应力-应变曲线，求在某一应变下的材料屈服强度和抗拉强度。

（给出具体数据和计算过程）
2. 某金属棒在拉伸过程中，其直径从20mm减小到18mm，求其塑性变形率。

（给出计算公式和结果）
四、论述题（共30分）
1. 论述金属塑性加工过程中的“应变率敏感性”现象及其对材料加工的影响。

五、实验题（共30分）
1. 设计一个实验来测量不同温度下金属材料的塑性变形能力，并说明实验步骤和预期结果。

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：答冷变形：在再结晶温度以下，通常是指室温的变形。

热变形：在再结晶温度以上的变形。

温变形在再结晶温度以下，高于室温的变形。

9. 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。

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。

P13914.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 。

⾦属塑性成形原理模拟题⼀、填空题：（每题 3 分，共计 30 分）1. 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。

2. ⾦属的超塑性可分为细晶超塑性和相变超塑性两⼤类。

3. ⾦属单晶体变形的两种主要⽅式有：滑移和孪⽣。

4. 影响⾦属塑性的主要因素有：化学成份，组织，变形温度，应变速率，变形⼒学条件。

5. 等效应⼒表达式：。

6. 常⽤的摩擦条件及其数学表达式：库伦摩擦条件，常摩擦条件。

7.π平⾯是指：通过坐标原点并垂于等倾线的平⾯，其⽅程为 __。

8.⼀点的代数值最⼤的 __ 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。

9. 平⾯变形问题中与变形平⾯垂直⽅向的应⼒σ z =10. 在有限元法中：应⼒矩阵 [S]= ，单元内部各点位移 {U}=⼆、简答题（共计 30 分）1. 提⾼⾦属塑性的主要途径有哪些？（ 8 分）答：提⾼⾦属塑性的途径有以下⼏个⽅⾯：(1) 提⾼材料成分和组织的均匀性；…… 2'(2) 合理选择变形温度和应变速率；…… 2'(3) 选择三向压缩性较强的变形⽅式；…… 2'(4) 减⼩变形的不均匀性。

…… 2'2. 纯剪切应⼒状态有何特点？（ 6 分）答：纯剪切应⼒状态下物体只发⽣形状变化⽽不发⽣体积变化。

…… 2'纯剪应⼒状态下单元体应⼒偏量的主⽅向与单元体应⼒张量的主⽅向⼀致，平均应⼒。

…… 2'其第⼀应⼒不变量也为零。

…… 2'3. 塑性变形时应⼒应变关系的特点？（ 8 分）答：在塑性变形时，应⼒与应变之间的关系有如下特点：(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'(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。

……2'(3) 对于应变硬化材料，卸载后再重新加载时的屈服应⼒就是报载时的屈服应⼒，⽐初始屈服应⼒要⾼。

中南大学考试试卷2001 —— 2002 学年第二学期时间110 分钟金属塑性加工原理课程64 学时4 学分考试形式：闭卷专业年级材料1999 级总分100 分，占总评成绩70%一、名词解释（本题10分，每小题2分）1.热效应2.塑脆转变现象3.动态再结晶4.冷变形5.附加应力二.填空题（本题10分，每小题2分）1.主变形图取决于______，与_______无关。

2.第二类再结晶图是_____，_______与__________的关系图。

3.第二类硬化曲线是金属变形过程中__________与__________之间的关系曲线。

4.保证液体润滑剂良好润滑性能的条件是_______，__________。

5.出现细晶超塑性的条件是_______，__________，__________。

三、判断题（本题10分，每小题2分）1.金属材料冷变形的变形机构有滑移（），非晶机构（），孪生（），晶间滑动（）。

2.塑性变形时，静水压力愈大，则金属的塑性愈高（），变形抗力愈低（）。

3.金属的塑性是指金属变形的难易程度（）。

4.为了获得平整的板材，冷轧时用凸辊型，热轧时用凹辊型（）。

5.从金相照片上观察到的冷变形纤维组织，就是变形织构（）。

四、问答题（本题40 分，每小题10 分）1.分别画出挤压、平辊轧制、模锻这三种加工方法的变形力学图，并说明在生产中对于低塑性材料的开坯采用哪种方法为佳？为什么？2.已知材料的真实应变曲线，A 为材料常数，n 为硬化指数。

试问简单拉伸时材料出现细颈时的应变量为多少？3.试比较金属材料在冷，热变形后所产生的纤维组织异同及消除措施？4.以下两轧件在变形时轧件宽度方向哪一个均匀？随着加工的进行会出现什么现象？为什么？（箭头表示轧制方向）五、证明题（本题10 分）证明Mises 塑性条件可表达成：六、综合推导题（本题20 分）试用工程法推导粗糙砧面压缩矩形块（Z 向不变形）的变形力P 表达式，这里接触摩擦中南大学考试试卷2002 —— 2003 学年第二学期时间110 分钟金属塑性加工原理课程64 学时4 学分考试形式：闭卷专业年级材料2000 级总分100 分，占总评成绩70%一、名词解释（本小题10分，每小题2分）1.热变形2.弹塑性共存定律3.动态再结晶4.附加应力5.热效应二、填空题（本题22 分，每小题 2 分）1.金属塑性加工时，工件所受的外力分为_______________ 和_______________2.主变形图有_______________ 种，各主应变分量必须满足条件是：_______________3.应变速度是指_________________________________________4.平面应变其应力状态的特点是σz ＝________________________________________5.材料模型简化为理想刚塑性材料是忽略了材料的_______________ 和______________6.压力加工中热力学条件是指________、_______、_______7.第二类再结晶图是_______、________与_________关系图。