精密成型

一．试述塑性加工对金属材料性能的影响。 1.金属塑性加工时引起的材质变化 热加工引起的材质变化:经热加工后使金属组织趋于均匀化，主要呈以下特点： 1.1空隙压合效果好 由于晶格受压，密度加大，可将晶格之间的空隙排出即压合。这在整体加工（如锻造）时尤为明显，因为此时材料表面所受压缩力较均匀，不容许出现“空隙偏析”现象。 1.2偏析的均匀化 由于热加工温度在再结晶温度以上，金属经再结晶及较长时间的冷却，对偏析的均匀化效果良好。通常进行的扩散退火热处理即获得如此的效果。 1.3形成纤维组织 这种纤维组织是由于金属晶格的树枝状结构被破坏和再结晶，金属基体及非金属杂物向加工方向延伸而造成的。 中温加工引起的材质变化 从机理方面看，在再结晶温度以下的中温加工，原子会在大量位错上沉淀，即造成基体中原子的交互作用和晶格位错，从而使材料强度特别是弹性极限提高，延伸率降低。从晶粒角度看，大量位措将借助于热运动而慢慢地重新排布，在减少位错的同时，将出现能量更低的排列状态，即恢复过程。这个过程会导致所谓的蓝脆区，一般认为在此温度下加工的产品不能使用，所以中温加工的情况不多但实际上在此温度下加工的产品虽然韧性有所下降，但强度可以提高，因此中温加工在一定情况下是可以采用的。 冷加工引起的材质变化 冷加工引起变形和表面硬化，其机理可以从两方面分析：一是从晶格的形状看。由于晶格内存在着位错，当晶格发生运动（即滑移变形）时，位错增加并相互牵制而对运动造成阻 碍，即是加工硬化。二是从晶粒的尺度看。晶粒将沿加工方向伸长，晶粒取向改变， 不断形成加工的织状结构，阻止变形的进一步发展，即形成加工硬化。另外，钢的组织是由铁素体和渗碳体构成的，铁素体软可产生很大的变形，而渗碳体则硬而脆，因而有渗碳体或夹杂物存在时，就会成为变形的阻碍；在这些组织附近还会积蓄过多的变形能，这也是造成过硬化或断裂的原因。 2.塑性变形对组织和结构的影响 1)形成纤维组织 晶粒延变形方向被拉长或压扁; 杂质呈细带状或链状分布。 2） 形成形变织构 (1) 形变织构： 多晶体材料由塑性变形导致的各晶粒呈 择优取向的组织。 (2) 线(丝)织构： 某一晶向趋于与变形方向平行。 (如拉拔时形成) 面(板)织构： 某晶面趋于平行于轧制面，某晶向趋于 平行于主变形方向。(轧制或挤压时形成） 3) 形成位错胞（亚结构） 金属在大量变形之后，由于位错的运动和交互作用，位错不均匀分布，使晶粒碎化成许多位向略有差异的亚晶粒。亚晶粒边界上聚集大量位错，而内部的位错密度相对低得多。随着变形量的增大，产生的亚结构也越细。整个晶粒内部的位错密度的提高将降低材料的耐腐蚀性。 3.对力学性能影响 材料在变形后，产生加工硬化,强度、硬度显著提高，而塑性、韧性明显下降。 二． 简述塑性成形的发展趋势。 1． 未来先进塑性成形技术发展的主要标志是：科学化、数字化、可控化。 2． 未来塑性成形向着信息化|自动化发展。 3． 塑性成形更加注重塑性加工产品制造全过程，产品设计可制造性和成形工艺的快速分析及评估能力不断提高。 4． 塑性成形向着省力成形方向发展，对设备要求降低。 5． 塑性成形技术将有大的柔性和灵活性，对产品适应能力很强的加工方法不断完善。、 6． 塑性成形将更加轻量化，实现“按需配料，物尽其用”，“以空代实”，同时保证刚度。 7． 塑性成形重视复合成形技术。 8． 塑性成形更加注重环保。 三.请说明超塑性的原理、特点和实现细晶超塑性的条件。 超塑性板料成形基本原理：将被加热至超塑温度的板料压紧在模具上，在其一侧形成一个封闭的空间，在气体压力下使板料产生超塑性变形，并逐步贴合在模具型腔表面，形成与模具型面相同形状的零件。 超塑性成形特点：稳定、均匀 大变形 无缩颈 小应力 易成形、工艺简单 成形件质量好 实现细晶超塑性的条件是1.材料具有均匀的细小等轴晶粒，晶粒尺寸通常小于10μm，并且在超塑性温度下晶粒不易长大，即所谓热稳定性好；第二个条件是变形温度T>0.5Tm(Tm 为材料熔点温度)，并且在变形时温度保持恒定；第三个条件是应变速率ε（上加点） 比较低，一般ε（上加点）=(10-4~10-1)/s,要比 普通金属拉伸试验时应变速率至少低一个数量级。 四．微塑性成形的力学基础理论与传统塑性理论有何区别。 经典塑性理论的基本假设之一：一点的应力只取决于该点的应变或应变历史，但在微成形中，非均匀塑性变形的特征长度为微米级，材料具有很强的尺度效应，在这种情况下，一点的应力不仅与该点的应变及应变历史有关，而且与该点的应变梯度及应变梯度历史有关，材料表现为二阶特性。由于传统的塑性理论中本构模型不包含任何尺度，所以不能预测尺度效应，现有的设计和优化方法，如有限元(FEM)及计算机辅助设计（CAD），都是基于经典的塑性理论，而它们在这一微小尺度已不再适用。另一方面，以现有的技术条件按照量子力学和原子模拟的方法在现实的时间和长度尺度下处理微米尺度的变形依然很困难。所以，建立联系经典塑性力学和原子模拟之间的在连续介质框架下、考虑尺度效应的本构模型就成为必然的研究方向。 五．简述液态模锻技术的发展趋势。 随着科学技术的飞速发展，传统的制造业正面临着严重的挑战。作为铸、锻结合的先进液态模锻技术，也要面对更多的技术要求和市场的激烈竞争，对此，液态模锻技术也相应地要继续完善和发展： （1）现阶段，国内外学者除继续推广液态模锻应用，深入研究液态模锻机理，对液态模锻成形的力学理论、模具热应力分析、材料强韧化机理、液态模锻凝固速度的测试及液态模锻缩孔的计算机模拟研究也都做了理论创新和研究，并取得了一定的成效，也从中进一步完善了液态模锻理论体系。 （2）液态模锻技术应用研究将朝着集中在铝镁合金、高温合金和复合材料成形的方面发展。从航天、航空及兵器扩展到民用领域，实现零件制造轻量化、精密 化、并以此来达到零件的高性能化。 （3）液态模锻将进一步实现节约能源，因为，它集中了铸、锻成形的优势。液态模锻与铸造相比，不用设置浇冒口或余块，金属液利用率高达95%~98%，制件性能大幅度提高；与锻造相比，可以制造形状复杂的制件，并实现毛坯精化，使后续加工量小，节省了金属材料，特别是有色合金材料，可节省50%~70%。由于是液态金属充填，其变形力低，可以小设备实现大制件，降低了成形能。 （4）将液态模锻发展成为半固态金属成形工艺和液态挤压工艺。所谓半固态金属成形是指将液态金属冷却或固态金属加热到固液相线之间的温度进行液态模锻的一种成形工艺；而液态挤压则是在液态模锻的基础上，结合热挤压大塑性流动进一步开发的另一种新工艺。它仍以液态金属为原料，不但保持了液态模锻使金属在压力下结晶凝固、强制补缩的优点外，还可使处于准固态的金属产生大塑性变形，从而进一步提高材料性能。 （5）采用先进制造技术是提高机械制造业水平的前提。虽然现在有很多的零件成形技术，但是铸、锻技术是最基本的，推进液态模锻技术在生产实际中的应用，补充铸、锻成形的不足，使其零件制造技术更趋精密高效和低成本，以增强市场竞争力。 随着理论和应用研究的不断完善和发展，液态模锻技术在理论探索方面将会更加深入和完善，对有色金属、高温合金和复合材料成形将会起到越来越重要的作用。 六． 简述旋压成形的原理和类型。 旋压是用于成形薄壁回转体零件成形的一种金属压力加工方法。综合了锻造、挤压、拉深、弯曲、环压、横扎和滚压等工艺特点的少无切削加工的先进工艺，是借助于旋轮或杆棒等工具作进给动力，加压与随芯模沿同一轴线旋转金属 毛坯，使其产生连续的局部塑性变形而成为所需的空心回转体零件。 普通旋压：冷旋压、热旋压； 变薄旋压（强力旋压）主要类别：（1）按变形性质和工件形状分为筒形旋压和锥形剪切旋压；（2）按旋轮和坯料流动方向分为正向旋压和反向旋压；（3）按旋轮和坯料相对位置分为内径旋压和外径旋压；（4）按旋压工具分为旋轮旋压与滚珠旋压。 典型的特种旋压工艺包括：带轮旋压、曲母段旋压、椭锥件旋压、环形件旋压、齿肋旋压、螺纹旋压、车轮旋压、多轮旋压、无模旋压等。 新型旋压成形工艺：分形旋压成形工艺、张力旋压成形工艺。 七． 高速高能成形具有哪些特点？ 1. 能量高、变形速度快、成形时间短、功率高 2. 模具简单 3. 设备简化 4. 零件精度高、表面质量好 5. 可提高材料的塑性变形能力 6. 利于采用复合工艺 八． 试述可变轮廓模具成形的技术原理。

九． 请论述塑性加工设备的发展方向。 塑性加工设备正朝着精密、高质、高效、节能、低噪声及可持续发展的方向迈进，具体发展方向为： 1.成形设备的加工精度正在逐步提高，高精设备的比重逐步增长。 2.成形设备中数控设备的产量、产值和拥有量迅速增长 3.高速度、高效率、多功能也是成形设备追求的目标之一。 4.在设备的规格上，微型与大型并重，为满足汽车、电子、信息、生物等领域的需求，成形设备的规格正在向两极扩展。 十． 液压胀球技术的理论依据有哪些？ 其基本原理是用单曲率壳体或板料，经过焊接后组装成一个封闭的多面壳体或单曲率壳体，在壳体中充入传压介质, 使之发生塑性变形并逐步胀形成为球形容器。理论依据: 一是力学上的趋球原理, 即曲率半径不同的壳体在趋球弯矩的作用下将逐渐趋于一致; 二是金属材料存在塑性变形的自动调节能力, 当某一区域的变形过为集中, 则该区域将发生变形强化, 塑性变形将转移至它处。