金属塑性

塑性成形是利用金属的塑性，在外力的作用下使金属成形的一种加工方法。

与金属切削相比，塑性成形有以下特点：

1、 组织、性能得到改善和提高

2、 材料利用率高

3、 生产效率高，适于大量生产

4、 尺寸精度高

1、 张量有许多特性，例如张量可以合并，可以分解，存在主方向，有主值及不变量等。

2、 应力状态的特征方程是

3J12J2J30

3、 写出应力张量三个不变量的表达式

J1123J2(122331)J3123

4、 将八面体切应力8乘以3/2得到另一个表示应力状态不变量的参量，叫做等效应力。

等效应力的特点有：

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收缩时的拉伸或收缩应力1，即1。

3、 等效应力并不代表某一实际表面上的应力，因而不能在某一特定平面上表示出来。

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。

5、 应力状态中有平面应力状态和轴对称应力状态，有主应力和切应力。

6、 常用的屈服准则有屈雷斯加屈服准则和密席斯屈服准则，它们的差别是屈雷斯加屈服准则没有考虑中间应力的影响，三个主应力大小顺序不知道，使用不方便；而密席斯屈服准则考虑了中间应力的影响，使用方便。在有两个主应力相等的应力状态下它们相同，在什么应力状态下它们差别最大？

7、 已知平面应变、单向应力时，中间应力影响系数都为常数，它们分别是β=1.155、β=1，试分析平面应力时β是否为常数。

1、 解释下列名词：

金属的塑性，金属在外力作用下能稳定地改变自己的形状和尺寸，而各质点间的联系不被破坏的性能称为塑性。

塑性图，以不同的实验方法测定的塑性指标为纵坐标，以温度为横坐标绘制而成的塑性指标随温度变化的曲线，称为塑性图。

金属的超塑性是指金属材料在一定内部条件和外部条件下所显示的极高塑性。

加工硬化，随着变形程度的增加，金属的强度硬度增加，塑性韧性降低，这种现象称为加工硬化。

附加应力，由于物体内各部分的不均匀变形要受到物体整体性的限制，因而在各部分之间会产生相互平衡的应力，该应力称为附加应力。

残余应力，引起内应力的外因去除后在物体内仍残存的应力称为残余应力。

韧性断裂，在断裂前金属经受了较大的塑性变形，其断口呈纤维状，灰暗无光。

脆性断裂，在断口外观上没有明显的塑性变形迹象，直接由弹性变形状态过渡到断裂，断裂面与拉伸轴接近正交，断口平齐。

折叠是在金属变形流动过程中已氧化过的表面金属汇合在一起而形成的。

干摩擦，当变形金属与工具之间的接触表面上不存在任何外来的介质，即直接接触时所产生的摩擦。

边界摩擦，当变形金属与工具之间的接触面上存有很薄的润滑剂膜时产生的摩擦。

流体摩擦，当变形金属与工具表面之间的润滑剂层较厚，两表面完全被润滑剂隔开时的润滑状态。

2、 当变形体的质点有可能沿不同方向移动时，则物体各质点将向着阻力最小的方向

移动叫最小阻力定律。

最小阻力定律对分析塑性成形时的金属流动有何意义?

3、 变形速率越大，金属实际应力提高，塑性降低。随着变形温度升高，金属的塑性增加。在主应力图中，压应力个数越多，数值越大，即静水压力越大，金属的塑性越高。

4、 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？

摩擦， 工具形状，金属各部分之间的关系，金属本身性质不均匀。

5、 超塑性有哪几种类型？各有什么特点？

结构超塑性和动态超塑性。

1、 试从材料微观组织的变化来说明加工硬化的原因。加工硬化对生产有何影响？

塑性变形后金属组织要产生一系列变化：晶粒内产生滑移带和孪晶带；滑移面转向，晶粒发生转动；变形程度很大时形成纤维组织；晶粒破碎，形成亚结构；当变形程度极大时各晶粒位向趋于一致，形成变形织构。由于塑性变形使金属内部组织发生变化，因为金属的性能也发生变化。

加工硬化有利的一面可以作为强化金属的一种手段。

加工硬化还可以改善一些冷加工工艺的工艺性。

加工硬化不利的一面是由于金属的屈服强度提高，相应的要提高塑性加工设备的能力；同时，由于金属塑性的降低，使金属继续塑性变形困难，需要增加中间退火工艺，从而降低了生产率，提高了生产成本。

2、 附加应力有哪几类？会产生什么后果？

附加应力有三类，第一类是变形体内各区域体积之间由不均匀变形所引起的相互平衡的应力；第二类是各晶粒之间由于其性质，大小和方位的不同使晶粒之间产生不均匀变形所引起的附加应力；第三类存在于晶粒内部，是由于晶粒内各部分之间的不均匀变形所引起的应力。

1、 引起变形体的应力状态发生变化，使应力分布更不均匀。

2、 提高了单位变形力。

3、 使塑性降低，甚至可能造成破坏。

4、 造成物体形状的歪扭。

5、 形成残余应力。

3、 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？

第一类残余应力存在于变形物体各大区之间；第二类残余应力存在于各晶粒之间；第三类残余应力存在于晶粒内部。

1、 有残余应力的变形物体再承受塑性变形时，其应变分布及内部应力分布更不均匀。

2、 缩短制品的使用寿命。

3、 使制品的尺寸和形状发生变化。

4、 残余应力增加了塑性变形抗力，使金属的塑性，冲击韧度及抗疲劳强度降低。

消除残余应力一般采用热处理法和机械处理法。

4、 塑性变形的微观裂纹是如何形成的？如何防止微观裂纹的发展？

一是材料内部原有的，二是在塑性变形过程中，由于位错的运动和塞积等原因而形成的。

可以通过塑性变形使裂纹钝化，松弛裂纹前端所聚集的弹性变形能，减小应力集中的程度，裂纹将难以发展。

5、 塑性成形件中的折叠一般具有什么特征？有哪几种类型？

折叠一般具有以下特征：

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叉形。

3、 折叠两侧有较重的脱碳、氧化现象。

折叠的类型：

1、 由两股或多股金属对流汇合而成的折叠。

2、 由一股金属的急速大量流动将邻近部分的表层金属带着流动，两者汇合而成的折叠。

3、 由于变形金属发生弯曲、回流而形成的折叠。

4、 部分金属局部变形，被压入另一部分金属内而形成的折叠。

6、 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？

塑性成形中，接触摩擦在多数情况下是有害的，它使变形抗力增加，因而使所需的塑性变形力和变形功增大；引起或加剧变形的不均匀性，从而产生附加应力，附加应力严重时会造成工件开裂；增加工具的磨损，缩短模具的使用寿命。

积极的作用，可以利用摩擦阻力来控制金属流动方向。

摩擦的特点：

1、 高压下的摩擦。

2、 伴随着塑性变形的摩擦。

3、 在热成形时是高温下的摩擦。

7、 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？

1、 库伦摩擦条件，适用于不考虑接触面上的粘合现象，认为单位面积上的摩擦力与接触面上的正应力成正比。N

2、 最大摩擦条件，适用于当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状态时，摩擦切应力等于变形金属的最大切应力K。KS/2

3、 摩擦力不变条件，适用于认为接触面上的摩擦力不变，单位摩擦力是个常量。

S

8、 塑性成型中常用的液体润滑剂包括各种矿物油，植物油，动物油，乳液和有机化合物液体等。

固体润滑剂有石墨，二硫化钼，云母（干性固体润滑剂）和软（熔）化固体润滑剂玻璃，珐琅，天然矿物和各种无机盐等。

9、 什么是磷化—皂化处理？

在坯料表面上用化学方法制成一层磷酸盐或艹酸盐薄膜，称为磷化。

磷化处理后的坯料须进行润滑处理，常用的有硬脂酸钠，肥皂等，故称为皂化。

1、 主应力法的求解原理是什么？为什么说这是一种近似计算法？

1、 根据实际变形区的情况，将问题简化为轴对称问题或平面问题，这样联立方程中的塑性条件就比较简单。

2、 切取基元体。

3、 假定工具与金属接触面上的边界条件为：正应力为主应力，切应力（摩擦力）服从库伦摩擦条件N或常摩擦条件S。

4、 忽略各坐标平面上的切应力和摩擦切应力对塑性屈服条件的影响，列出基元体的塑性条件，然后与简化的平衡微分方程联立求解，利用边界条件确定积分常数，得出接触面上的应力分布，进而求得变形力。

因为主应力法求出的是接触面上的应力分布情况，计算结果的准确程度与所作简化是否接近实际情况密切相关。

2、 实际生产中预先将精压模表面做成微凸状的理论依据是什么？

在精压时，中央部分压力高，四周低，且中央部分侧压力也比四周高，因此中央区域的应力球张量比四周大，也就是说单位体积的弹性变形较四周大，所以工件中央区域弹性变形量比周围大，为此，可以预先将精压模表面做成微凸状，以抵消可能产生的弹性变形量。

3、 简述窄板和宽板弯曲时变形区的应力应变状态。弯曲过程中中性层会发生什么变化？

窄板变形时应变状态为三向应变状态，应力状态为平面应力状态。宽板变形时应变状态为平面应变状态，应力状态为三向应力状态。

弯曲过程中，中性层的位置向曲率中心移动。

4、 简述拉深变形应力应变特点。计算拉深变形力时为何忽略板厚变化？

5、 拉深变形时工件起皱和拉裂的原因是什么？如何防止？

起皱的主要原因是由于凸缘的切向压应力超过了板料的临界压应力。常见的防皱措施是采用刚性或弹性压边圈，把凸缘压紧在凹模表面上。

如果圆筒件拉深时凸缘起皱或压边力过大都会使r增大导致拉裂。要防止拉裂，应根据板料成形性能，选择合适的拉深系数和压边力，可以减小缩颈处得变薄现象。

6、 解释滑移线和滑移线场，并说明滑移线法求解塑性成形问题的基本思路。

滑移线是处于塑性平面应变状态下的变形体内各质点最大切应力的迹线。

由于最大切应力都是成对出现，且相互正交，因此，整个塑性变形区是由两簇互相正交的滑移线组成的网络，即滑移线场。

滑移线法就是针对具体的工艺和变形过程，建立对应的滑移线场，然后利用滑移线的某些特征来求解塑性成性问题。

7、 滑移线法有哪些边界应力条件？如何判断边界上的α和β滑移线？

边界应力条件：1、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面 5、变形体的对称轴

根据质点所处单元体的变形趋势，确定最大切应力K的方向，再根据滑移线两侧的最大切应力K所组成的时针方向来确定α线和β线，也可由1的方向顺时针旋转π/4后得到的滑移线即确定为α线。

8、 什么是滑移线的沿线特性和跨线特性？它们有什么意义？

同一滑移线上平均应力m的变化与ω角的变化成正比，这就是滑移线的沿线特性。

同一簇上的两条滑移线与另一簇的任一条滑移线相交，在两交点处切线间的夹角与平均应力的变化m均为常数，这就是滑移线的跨线特性。

根据沿线特性，若在某区域内的滑移线场已完全确定，即已知各节点的ω值，则只要知道任一点的平均应力，其余所有节点的平均应力就都可以求得，从而整个区域内的应力状态也被确定。

根据跨线特性，若已知三个节点上的m和ω值，则可以计算出第四个节点上的m和ω值。

9、 常见的滑移线场有均匀场，简单场，均匀场和简单场的组合，由两簇互相正交的光滑曲线构成的滑移线场。