中南大學(xué)塑性加工原理考試試卷及答案

中南大學(xué)考試試卷

2001——2002學(xué)年第二學(xué)期時(shí)間110分鐘

金屬塑性加工原理課程64學(xué)時(shí)4學(xué)分考試形式：閉卷

專(zhuān)業(yè)年級(jí)材料1999級(jí)總分100分，占總評(píng)成績(jī)70%

一、名詞解釋?zhuān)ū绢}10分，每小題2分）

1.熱效應(yīng)

2.塑脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象

3.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶

4.冷變形

5.附加應(yīng)力

二.填空題（本題10分，每小題2分）

1.主變形圖取決于.與無(wú)關(guān)。

2.第二類(lèi)再結(jié)晶圖是.與的關(guān)系圖。

3.第二類(lèi)硬化曲線是金屬變形過(guò)程中與之間的關(guān)系曲線。

4.保證液體潤(rùn)滑劑良好潤(rùn)滑性能的條件是,o

5.出現(xiàn)細(xì)晶超塑性的條件是,■。

三、判斷題（本題10分，每小題2分）

1.金屬材料冷變形的變形機(jī)構(gòu)有滑移（），非晶機(jī)構(gòu)（），攣生（），晶間滑動(dòng)（）。

2.塑性變形時(shí)，靜水壓力愈大，則金屬的塑性愈高（），變形抗力愈低（）。

3.金屬的塑性是指金屬變形的難易程度（錯(cuò)）。

4.為了獲得平整的板材，冷軋時(shí)用凸輕型，熱軋時(shí)用凹轆型（對(duì)）。

5.從金相照片上觀察到的冷變形纖維組織，就是變形織構(gòu)（）。

四、問(wèn)答題（本題40分，每小題10分）

1.分別畫(huà)出擠壓、平根軋制、模鍛這三種加工方法的變形力學(xué)圖，并說(shuō)明在生產(chǎn)中對(duì)于低塑性材料的開(kāi)坯

采用哪種方法為佳？為什么？

2.已知材料的真實(shí)應(yīng)變曲線',A為材料常數(shù)，n為硬化指數(shù)。試問(wèn)簡(jiǎn)單拉伸時(shí)材料出現(xiàn)細(xì)頸

時(shí)的應(yīng)變量為多少？

3.試比較金屬材料在冷，熱變形后所產(chǎn)生的纖維組織異同及消除措施？

4.以下兩軋件在變形時(shí)軋件寬度方向哪一個(gè)均勻？隨著加工的進(jìn)行會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？（箭頭表示

軋制方向）

T

五、證明題（本題10分）

證明Mises塑性條件可表達(dá)成：

%*%=EW，j=xj,z）

六、綜合推導(dǎo)題（本題20分）

試用工程法推導(dǎo)粗糙砧面壓縮矩形塊（Z向不變形）的變形力P表達(dá)式，這里接觸摩擦

,11?

中南大學(xué)考試試卷答案

一、名詞解釋?zhuān)ū绢}10分，每小題2分）

1.變形過(guò)程中的金屬發(fā)熱現(xiàn)象

2.材料由于溫度降低等內(nèi)在因素和外在條件變化，塑性急劇下降的現(xiàn)象。

3.在熱變形過(guò)程中，在應(yīng)力狀態(tài)下所發(fā)生的再結(jié)晶。［金屬在熱變形過(guò)程中發(fā)生的再結(jié)晶］

4回.復(fù)溫度以下發(fā)生的變形。在物體中，由于其各部分的不均勻變形受到物體整體性的限制而引起

5.的相互平衡的應(yīng)力。

二.填空題（本題10分，每小題2分）

1.13［偏應(yīng)力］,球應(yīng)力［靜水壓力］

2.變形溫度、變形程度、晶粒大小

3真.應(yīng)力、斷面收縮率

4適.當(dāng)粘度、良好活性

一定的溫度區(qū)間（T三0.47§、一定的變形速度（1°Y~10’分1）

5.穩(wěn)定細(xì)晶（5pm以下）、

三、判斷題（本題10分，每小題2分）

1.（“、（X）、⑼、（X）

2.（4）、（X）

3.（*）

4"）

5.（、）

四、問(wèn)答題（本題40分,每小題10分）

1.答：

擠壓P平輯軋制模鍛

r外￡

主應(yīng)力圖.，

Z/7

主應(yīng)變圖.”工

Z

對(duì)于低塑性材料的開(kāi)坯采用擠壓加工方法為佳，因?yàn)椋簲D壓時(shí)靜水壓力大，塑性好。缺陷變成線狀。

2.答:

“7L+A0

..禺=盧"，其中6T

1.64

op

.?.丐=A彳Q+?=%Q+.)

F?q

乜再弧婚時(shí)，紅=0,或rfP=O

ast

由,=As*1=.(1+0

k有仁一;一

1+8

由右-------------------°

knc

有.，，(°b。

l-?

3.答：

相同：使材料產(chǎn)生各向異性（沿纖維方向上強(qiáng)度高）。

不同：

冷變形：基本晶粒沿坡大主變形方向拉長(zhǎng)；熱變形：夾雜物、第二相拉長(zhǎng)。（基體是再結(jié)晶等軸晶粒）

消除措施：

冷變形：完全再結(jié)晶退火；熱變形：凈化，鑄錠中盡量減少雜質(zhì)；高溫長(zhǎng)時(shí)間退火，使夾雜物擴(kuò)散，改變

加工方向。

4.答：

（1）種情況沿較寬變形均勻。

（2）種情況中部易出現(xiàn)裂紋，因?yàn)橹胁扛郊永瓚?yīng)力。

五、證明題（本題10分）

證：已知Mises塑條可表達(dá)為：

&fT+(%_%)'+(%-丐)'+6(弓+〈+?=四=.

+手：+可+吃+4）

Aararar

吉同+H+4+3(d詈y-2E+叼+b■產(chǎn)+7力+4+4+d

=淑+牛其-"竽4F+U+W

=:眄-，)'+&-q"夠+U+<)1

D

,,0-oj+?-q)’+6匕+*J+4)=*

.?./@=幺

六、推導(dǎo)題（本題20分）

解：

建立直角坐標(biāo)系xoy如圖，上下左右對(duì)稱(chēng)只研究第一象限

'設(shè)法向力在厚度上均勻分布（只與x*有關(guān):

—M^-4--%-=0-人邑空=0

近似平窩方程產(chǎn)分6bc出少

da-dr.切應(yīng)力q在7怙上呈線性分布

=+々=0

Qtdy,=%治=9'=0

I，A。中h&

..冬+華=0

dx,h

塑條：缸-%)+4,=Jof=q設(shè)主平面

J

.".0；-丐=勺do;-do;=0啊?書(shū)

平看方程與塑條聯(lián)立:"+華=0

axh

?*靖：■「土

*2

即處一幺=0

dxh

積分a=—x-hC

n

邊條：當(dāng)X=上時(shí)OL=0

2

代入塑條有：。尸-K

W：-K=￡X+C

h

KW

~2h

KKW

丐『市K

總壓力口七1fir

Pa=-2jo/c=20Q+/Mc=MQ+；?

平均單位壓力：F=b=KQ+Lt）

1亞

應(yīng)力狀態(tài)系數(shù)（平均單也阪力比）^=-=14

K4T

中南大學(xué)考試試卷

2002——2003學(xué)年第二學(xué)期時(shí)間110分鐘

金屬塑性加工原理課程64學(xué)時(shí)4學(xué)分考試形式：閉卷

專(zhuān)業(yè)年級(jí)材料2000級(jí)總分100分，占總評(píng)成績(jī)70%

一、名詞解釋?zhuān)ū拘☆}10分，每小題2分）

1.熱變形

2.彈塑性共存定律

3.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶

4.附加應(yīng)力

5.熱效應(yīng)

二、填空題（本題22分，每小題2分）

1.金屬塑性加工時(shí)，工件所受的外力分為和

2.主變形圖有種，各主應(yīng)變分量必須滿(mǎn)足條件是：

3.應(yīng)變速度是指___________________________________________

4.平面應(yīng)變其應(yīng)力狀態(tài)的特點(diǎn)是oz=______________________________________

5.材料模型簡(jiǎn)化為理想剛塑性材料是忽略了材料的和

6.壓力加工中熱力學(xué)條件是指、、

7.第二類(lèi)再結(jié)晶圖是、與關(guān)系圖。

8.塑性圖是與關(guān)系圖?

9.第二類(lèi)硬化曲線是與關(guān)系曲線。

10.金屬在外力作用下發(fā)生變形要經(jīng)歷、、三個(gè)階段。

11.金屬塑性加工中常用的兩個(gè)摩擦定律是=

三、判斷題（本題10分，每小題2分）

1.鋁棒的加熱溫度為3,即擠壓時(shí)的變形溫度為十。（）

2.擠壓時(shí)擠壓桿的運(yùn)動(dòng)速度為匕，則擠壓速度為匕。（）

3.冷變形時(shí)形成的變形織構(gòu)就是冷變形時(shí)晶粒被拉長(zhǎng)、壓扁而形成的纖維組織.（）

4.金屬的塑性好，則變形抗力一定會(huì)小。（）

5.冷變形即是室溫下的變形。（）

四、問(wèn)答題（本題36分，每小題6分）

jj?/,

1.應(yīng)力張量不變量或應(yīng)力偏量不變量1'?3的物理意義各是怎樣的？

2.簡(jiǎn)述塑性加工常用的兩個(gè)屈服準(zhǔn)則的物理意義，在TT平面上的幾何表示各是怎樣？它們?cè)诤畏N情況下差

別最大？

3.何謂簡(jiǎn)單加載？何謂復(fù)雜加載？Levy-Mises增量理論的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的基本表達(dá)式是什么？

4.冷熱變形形成的纖維組織有何異同？如何消除？

5.畫(huà)出擠壓、拉拔、鍛壓三種加工方式的變形力學(xué)圖。對(duì)于低塑性材料開(kāi)壞，選用那?種方式有利于塑性

發(fā)揮。

6.冷變形下列兩種斷面形狀軋件，試問(wèn)哪種送料方式變形不均勻？為什么？（圖中箭頭為軋制方向）

五、計(jì)算題（7分）

'40?

C30

已知某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，如下:C10"寫(xiě)出其張量分解方程及張量分解的物理意義？

六、推導(dǎo)題（本題15分）

按單一粘著區(qū)考慮，用工程法推導(dǎo)出粗糙砧面壓縮矩形薄板時(shí)的變形應(yīng)力公:

K—=—

（疊的大小為出2）

中南大學(xué)考試試卷答案

-、名詞解釋?zhuān)ū拘☆}10分，每小題2分）

1.在金屬再結(jié)晶條件下進(jìn)行的塑性變形

2.在塑性變形的過(guò)程中存在彈性變形

3.在熱變形過(guò)程中在應(yīng)力作用下的再結(jié)晶

4.物體不均勻變形受到整體性的限制而引起物體內(nèi)相互平衡的應(yīng)力

5.金屬在塑性變形時(shí)的發(fā)熱現(xiàn)象

二、填空題（本題22分，每小題2分）

1.作用力（主動(dòng)力）、約束反力

2.3、■+巧=°（體積不變條件）

3.單位時(shí)間內(nèi)的應(yīng)變量（應(yīng)變對(duì)時(shí)間的變化率）

，=4=彳&+%）二依+巧）

5.彈性變形、加工硬化

8.變形溫度、變形程度、變形速度

7.變形溫度、變形程度、再結(jié)晶晶粒大小

8.塑性指標(biāo)、變形溫度

9.斷面收縮率、真實(shí)應(yīng)力

10.彈性變形、塑性變形、斷裂

11.定摩擦定律和滑動(dòng)摩擦定律

三、判斷題（本題10分，每小題2分）

1.X

2.x

3.x

4.x

5.x

四、問(wèn)答題（本題36分，每小題6分）

1.答:

1:反映了變形體體積改變的劇烈程度

:反映了變形體形狀改變的劇烈程度

:反映了塑性變形的類(lèi)型

2.答:

Tresca準(zhǔn)則：變形體某點(diǎn)的最大切應(yīng)力達(dá)到定值材料就屈服，IT平面上為正六邊形

Misec準(zhǔn)則：彈性形狀改變達(dá)到定值材料就屈服，IT平面上為一個(gè)圓

兩準(zhǔn)則在平面應(yīng)變情況下差別最大

3.答:

簡(jiǎn)單加載：應(yīng)力分量按比例加載，只加載不卸載，應(yīng)力與應(yīng)變的主軸重合

復(fù)雜加載：不滿(mǎn)足簡(jiǎn)單加載條件

Levy-Mises增量理論：%

或

4.冷變形纖維組織是晶粒被拉長(zhǎng)，拉細(xì)壓扁呈現(xiàn)纖維狀。而熱變纖維組織是熱變形時(shí)，非金屬雜質(zhì)、第二

相各種缺陷沿最大變形方向被拉長(zhǎng)。泠變形纖維組織都是沿纖維方向強(qiáng)度高，使材料呈各向異性。

消除措施：冷變形纖維組織用完全再結(jié)晶退火

熱變形纖維組織:熔煉盡可能除雜，鑄錠細(xì)化晶粒，采用長(zhǎng)時(shí)間高溫均勻化退火，加工時(shí)變換加工方向

5.答:

擠壓.平鋁軋制

主應(yīng)力圖.

主應(yīng)變圖.

對(duì)于低塑性材料的開(kāi)坯采用擠壓加工方法為佳，因?yàn)椋簲D壓時(shí)靜水壓力大，塑性好。

6.答:

圖1:送料方向沿軋件寬度方向變形不均勻，因?yàn)檠剀埣Y寬度方向坯料厚度不一，壓下量不同。

圖2：送料方向沿軋件寬度方向變形均勻

五、計(jì)算題(7分)

解：

'20??'

0W?m張?，耳urn邪桃求改變

0to-20

六、推導(dǎo)題(本題15分)

解：

平衡方程：5??一&*=%)&-』4=0(?)

O；-cr_=0'

塑件：/一%=因

處匹=9

聯(lián)立(a)(b)得：&*,

勺

又:“F

喧-2=0

所以：dxA

K

a.=--fK+C

積分得:

W

￡時(shí)，■=

應(yīng)力邊界條件:，代入塑條

有:

即：F%

7

所以:……記）

所以:4。+堂）

中南大學(xué)考試試卷

2003——2004學(xué)年第二學(xué)期時(shí)間110分鐘

金屬塑性加工原理課程64學(xué)時(shí)4學(xué)分考試形式：閉卷

專(zhuān)業(yè)年級(jí)材料2001級(jí)總分100分，占總評(píng)成績(jī)70%

一、名詞解釋?zhuān)ū绢}8分，每小題2分）

1.最小阻力定律

2.溫度效應(yīng)

3.加工硬化

4.形變熱處理

二、填空題（本題10分，每小題2分）

1.金屬塑性變形通常經(jīng)歷、、三個(gè)階段。

2.塑性加工中其工作應(yīng)力、基本應(yīng)力、附加應(yīng)力三者的關(guān)系.

3.根據(jù)塑性加工成形時(shí)的摩擦性質(zhì)，摩擦可分為、、-:種類(lèi)型。

4.塑性加工潤(rùn)滑劑分為、、、幾種類(lèi)型。

5.塑性加工中控制制品的力學(xué)性能的兩種主要工藝措施是控制和控制。

三、判斷題（12分）

1.塑性加工時(shí)靜水壓力越大，金屬塑性越好，所需的變形力越小.（）

2.潤(rùn)滑劑的粘度越大，潤(rùn)滑越好。（）

3.變形織構(gòu)導(dǎo)致各向異性，纖維組織沒(méi)有各向異性。（）

4.細(xì)晶超塑性中，應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m越大，其塑性越好。（）

5.在平輻軋制實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于一個(gè)方向具有凹形斷面的壞料，無(wú)論采用哪種喂料方向都易出現(xiàn)裂紋.（）

6.對(duì)于塑性比較差的材料，塑性加工要優(yōu)先選用三向壓縮的主應(yīng)力圖與二向壓縮一向延伸的主應(yīng)變圖的加

工方式。

四、問(wèn)答題（本題38分，1-6小題第小題3分，7,8小題第小題7分，9小題6分）

1.一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)的定義是什么？掌握它有何實(shí)際意義？

2.平衡方程是以應(yīng)力偏微分方程形式表達(dá)的，實(shí)際上應(yīng)是什么量的平衡？

3."'與'的差別在哪里？

4.Tresca屈服準(zhǔn)則與材料力學(xué)中的第三強(qiáng)度理論有何區(qū)別？

5.彈性本構(gòu)方程與塑性本構(gòu)方程有何區(qū)別？由此說(shuō)明哪個(gè)求解更容易？

附表達(dá)式如下：

彈性本構(gòu)：《尸去4+三%,%

塑性本構(gòu)：：父=工

6.從目前所講的工程法求解加工問(wèn)題中，實(shí)際上只用了基本理論中的13個(gè)方程的哪二類(lèi)方程？

7.金屬塑性加工工藝包括主要哪些參數(shù)制定工藝通常要依據(jù)哪些因素？

8.金屬熱變形與冷變形的變形機(jī)制、變形特點(diǎn)有何差異？

9.壓縮圓柱體矮件，不均勻變形有哪些典型表現(xiàn)？為防止出現(xiàn)圖示縱向裂紋可以采用哪些措施？

CUD

五、分析應(yīng)用題（本題16分，每小題8分）

1.園棒單孔擠壓后流動(dòng)情況如圖，若Vp為已知常數(shù)，試求出變形區(qū)中X=N°截面上的水平速度vx的分

布，由此說(shuō)明該Vx分布與擠壓縮尾的關(guān)系。（8分）

2.已知用工程法求解出的平錘壓縮矩形塊的載荷畤?寬高比W/H摩擦因子m的曲線，試討論薄板軋制時(shí),

為使厚度能軋下，為何采用小直徑軋輻、疊軋、強(qiáng)潤(rùn)滑等措施？（8分）

六、綜合推理題（本題16分）

平錘壓縮圓柱體，已知兒何尺寸D、H,設(shè)接觸面上的摩擦應(yīng)力Tk=mk,求載荷p,由此說(shuō)明實(shí)驗(yàn)中的載荷

因子m的關(guān)系。

中南大學(xué)考試試卷答案

-、名詞解釋?zhuān)ū绢}8分，每小題2分）

1.在變形過(guò)程中，物體各質(zhì)點(diǎn)將向著阻力設(shè)小的方向移動(dòng)，即做最少的功，走最短的路

2.塑性變形過(guò)程中因金屬發(fā)熱而促使金屬的變形溫度升高的效果。

3.金屬冷變形時(shí)，隨著變形程度的累積，金屬的變形抗力提高而塑性下降的現(xiàn)象。

4.對(duì)金屬材料有效地綜合利用形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化，將塑性加工與熱處理操作相結(jié)合，使成形工藝同獲得

最終發(fā)性能統(tǒng)一起來(lái)的一種工藝方法。

二、填空題（本題10分，每小題2分）

1.彈性變形、塑性變形、斷裂

2.工作應(yīng)力=基本應(yīng)力+附加應(yīng)力

3.干摩擦、邊界摩擦、液體摩擦

4.液體潤(rùn)滑亮劑、固體滑亮劑、液固滑亮劑、熔體滑亮劑

5.變形溫度、冷變形程度

三、判斷題（12分）

1.X

2.x

3.x

4.7

5.x

6.7

四、問(wèn)答題（本題38分，1-6小題第小題3分，7,8小題第小題7分，9小題6分）

1.答：

通過(guò)該點(diǎn)所有斜載面上的應(yīng)力有無(wú)、大小、方向情況

意義：下述內(nèi)容中舉出1一2種：彈塑性類(lèi)型，是否進(jìn)入了塑性變形、變形類(lèi)型、分析變形、計(jì)算變形力、

。一￡關(guān)系的基礎(chǔ)

2.答：

力平衡

3.答：

%：應(yīng)變?nèi)浚宰冃伍_(kāi)始的原始尺寸為度量基準(zhǔn)，反映一次變形過(guò)程從起始到終了的總應(yīng)變量。

應(yīng)變?cè)隽?，以變形過(guò)程中的某瞬時(shí)狀態(tài)為度量基準(zhǔn)，反映該瞬時(shí)開(kāi)始后一極短的時(shí)間的微分應(yīng)變量。

4.答:

第三強(qiáng)度理論是從材料使用角度出發(fā)，要求材料不發(fā)生塑性變形，使用的終點(diǎn)Tresca屈服準(zhǔn)則從加工成形

角度出發(fā)，衡量發(fā)生塑性變形否，塑性變形的起點(diǎn)

5.答：

彈性本構(gòu)方程：考慮了體積的變化，線性關(guān)系與變形歷史無(wú)關(guān)，簡(jiǎn)單，唯一性塑性本構(gòu)方程：不考慮體積

的變化，一般非線性

6.答：

平衡方程，塑性條件

7.答:

變形溫度，變形速度，變形程度：變形力學(xué)圖，相圖，塑性圖，再結(jié)晶全圖，變形抗力圖

8.答：

熱變形：變形過(guò)程發(fā)生再結(jié)晶，具有明顯的軟化過(guò)程和擴(kuò)散特性，塑性發(fā)揮好，有修復(fù)機(jī)構(gòu)（溶解一深沉、

非晶機(jī)構(gòu)），晶向變形機(jī)構(gòu)作用最大，晶向變形機(jī)構(gòu)主要中要在熱變形中起作用，高溫下晶粒的移動(dòng)和轉(zhuǎn)

動(dòng)比晶內(nèi)變形所起的作用大，溶解一深沉、非晶機(jī)構(gòu)比冷變形明顯。冷變形：變形溫度低于回復(fù)溫度，在

變形中只有加工感化而無(wú)回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象，以晶內(nèi)變形為主。

9.答：

典型表現(xiàn)：輪廓呈現(xiàn)單鼓形，接觸面存在三個(gè)區(qū)（粘著區(qū)、滑動(dòng)區(qū)、側(cè)翻區(qū)），變形體內(nèi)存在三個(gè)區(qū)（難

變形區(qū)、易變形區(qū)、自由變形區(qū)）

圖于裂紋是由于易變形區(qū)對(duì)自由變形區(qū)同向附加拉應(yīng)力而產(chǎn)生的，措施：減少摩擦，采用凹模，采用軟墊,

采用包套

五、分析應(yīng)用題（本題16分，每小題8分）

1.解：

同e上切。=常數(shù)，即外一。所以布分布如下圖:

由于坯料中心水平流動(dòng)速度快，擠壓后期中心必須靠徑向流動(dòng)來(lái)補(bǔ)充，擠壓變形力升高，而出現(xiàn)擠壓縮尾

2.解:

軋件厚度主要取決于實(shí)際工作輻徑的大小

小輻：變形區(qū)W小，W/H小，”,變小，F(xiàn)變小，而且P總變小，軋輻彈性變形小，故更薄。

疊軋：H增大，W/H減小，落?變小，F(xiàn)變小，其次分成兩層后，單層更小潤(rùn)滑：m減小，常?減小，F(xiàn)變

小.

六、綜合推理題（本題16分）

裔

由■Q,b1M.?Ii切MW#rI曲".0

2

有也+卷+匕=0有七+華=0

drkr''dr&

星條；d(rr=d(rt

da.2G_nzda.2mk_,Ink,

oxndxhn

,2mk

ft

邊條：出=耐q=0由o;-q=aj1有：，=-%=MK

-,C=-^3K~

.?.4=-癡+岑/]

n

P=-1*/■.力="[曲竿岫4/%="用出+爭(zhēng)=-q+^M

由上可知，當(dāng)m增大時(shí)P增大

中南大學(xué)考試試卷

2004——2005學(xué)年第二學(xué)期時(shí)間110分鐘

金屬塑性加工原理課程64學(xué)時(shí)4學(xué)分考試形式：閉卷

專(zhuān)業(yè)年級(jí)材料2002級(jí)總分100分，占總評(píng)成績(jī)70%

一、名詞解釋?zhuān)海ū绢}10分，每小題2分）

1.熱效應(yīng)

2.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶

3.外端

4.附加應(yīng)力

5.塑性一脆性轉(zhuǎn)變

二、填空題（本題16分，每小題2分）

1.一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)是指_________________________________________________________

可以用來(lái)表示。

2.應(yīng)力不變量4的物理意義是.

應(yīng)力偏量I，的物理意義是。

3.應(yīng)變?cè)隽渴侵?

其度量基準(zhǔn)是。

4,應(yīng)變速度是指-

其量綱是。

5.Tresca塑性條件的物理意義是，

Mises塑性條件的物理意義是?

6.Levy-Mises增量理論適合材料模型，

Prandtl-Reuss增量理論適合材料模型。

7.把材料簡(jiǎn)化為理想剛塑性體是忽略了材料的和，

8.平面應(yīng)變問(wèn)題（設(shè)Z方向不變形）的力學(xué)特點(diǎn)是oz=o2=,

TZX=TZy=。

三、計(jì)算與問(wèn)答（58分，1-3小題每小題6分，4,5小題第小題15分，6小題10分）

1.塑性變形時(shí)已知某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)為

401030'

10-M加

aij=I3020-f50MPa(i.j=x,y,z),

寫(xiě)出其張量

分解方程，指出各分解張量的名稱(chēng)，并說(shuō)明

它們各與什么變形有關(guān)，該。ij對(duì)應(yīng)的塑性變

形類(lèi)型是什么？

?2.在ox,Txy作用下的屈服曲面如圖所示，圖中兩條弧線的含義是什么？在圖中有a,b,c,d四

種加載路徑，哪些是簡(jiǎn)單加載？哪些是復(fù)雜加載？哪些路徑具有相同的塑性變形？為什么？

3.用軋制或平錘壓縮方法生產(chǎn)雙金屬層狀復(fù)合板。設(shè)坯料原始厚度相同，但硬度不相同。若工具工件上

下接觸面和切向速度?致，試定性預(yù)測(cè)復(fù)合后兩層材料的厚與薄，并簡(jiǎn)述理由。

4.壓力加工中外摩擦有何特點(diǎn)？試分析壓力加工中使用的潤(rùn)滑劑種類(lèi)及潤(rùn)滑機(jī)理。

5.不均勻變形的典型現(xiàn)象是什么？試分析軋制薄板時(shí)產(chǎn)生邊裂的力學(xué)根源及防止措施。

6.什么是冷變形的纖維組織？它和熱變形的纖維組織所帶來(lái)的影響。

四、推導(dǎo)題(16分)

試用工程法導(dǎo)出全粘著摩擦條件下平錘均勻壓縮帶包套圓柱體時(shí)的接觸正應(yīng)力oz的表達(dá)式，并比較包

套與不包套哪種接觸面正壓力|oz|大？已知|Tk|=|oT/N'3|,包套徑向力為|oa|。

中南大學(xué)考試試卷答案

一、名詞解釋?zhuān)海ū绢}10分，每小題2分）

1.熱效應(yīng)：金屬在塑性變形時(shí)的發(fā)熱現(xiàn)象。

2.動(dòng)態(tài)再結(jié)晶：在熱變形過(guò)程中，在應(yīng)力作用下的再結(jié)晶。

3.外端：變形體處于變形區(qū)以外的那一部分坯料。

4.附加應(yīng)力：物體不均勻變形受到其整體性限制而引起物體內(nèi)相互平衡的應(yīng)力。

5.塑性-脆性轉(zhuǎn)變：金屬塑性隨溫度下降等內(nèi)外因素變化而明顯轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈缘默F(xiàn)象。

二、填空題（本題16分，每小題2分）

1.過(guò)變形體任意斜載面上的應(yīng)力有無(wú)，大小，方向的情況、該點(diǎn)三個(gè)坐標(biāo)面上的應(yīng)力分量

2.反映了彈性變形體積變化的大小、反映形狀變化的大小

3.變形過(guò)程中某一極短階段的無(wú)限小應(yīng)變、變形過(guò)程中某一瞬間的尺寸

4.單位時(shí)間內(nèi)的應(yīng)變量、1/秒

5.最大切應(yīng)力達(dá)到某一極限K時(shí)，材料發(fā)生屈服、材料的彈性形狀改變達(dá)到某一定值，材料就屈服

6.剛塑性體、彈塑性體

7.彈性變形、加工硬化8.0

三、計(jì)算與問(wèn)答（58分，1-3小題每小題6分，4,5小題第小題15分，6小題10分）

1.解:

40-8C-59

=-30

3

所以：

40?■?1「加*

10-80-30-50(MPa)

30200-3OJ[3020-20

-30?■

0-30■球張量，弓蠅物體體枳改變

00-30

70??

10-30?鄢隆，弓蚓州州謝E

3020-20

由＜=心對(duì)應(yīng)延伸型應(yīng)變?+一）

2.解:

內(nèi)弧線：初始屈服曲面

外弧線：后繼屈服曲面

OAB、OCD是簡(jiǎn)單加載

OAD、OABD是復(fù)雜力口載

OAB與OABD具有相同的塑性變形，因?yàn)锽-D是中性變載，只有彈性應(yīng)變量改變，塑性應(yīng)變量不變

3.解：

變形后軟層薄，硬層厚

理由：

由塑條5一丐=/或/=/材料軟易達(dá)到塑條，變形大，簿

由形狀改變比解：20材料軟G小，則大，變形大，簿

口=4.勺.「=跖三”K2

由4人1小，則上大，則H小，簿

4.答：

外摩擦特點(diǎn)：接觸面壓力大，潤(rùn)滑困難，摩擦應(yīng)力高；溫度條件惡劣（如高溫）；接觸條件不斷變化，表

面狀態(tài)不一；摩擦副差異大。

塑性加工所使用的潤(rùn)滑劑種類(lèi)有：液體潤(rùn)滑劑、固體潤(rùn)滑劑、液-固潤(rùn)滑劑和熔體潤(rùn)滑劑等幾種類(lèi)型。

液體潤(rùn)滑劑主要是通過(guò)適當(dāng)?shù)恼扯容^大的活性形成一層穩(wěn)定結(jié)實(shí)的潤(rùn)滑膜。

固體潤(rùn)滑劑：固體本身的剪切強(qiáng)度低于被加工材料的剪切強(qiáng)度。

液-固潤(rùn)滑劑：兼有上述兩者的特點(diǎn)。

熔體潤(rùn)滑劑：在高溫下可以在工具與坯料接觸面間熔成液體薄膜隔開(kāi)接觸面。

5.答：

不均勻變形的典型現(xiàn)象：輪廓呈現(xiàn)單鼓或雙鼓，接觸面出現(xiàn)粘著、滑動(dòng)、側(cè)翻三個(gè)區(qū)，整個(gè)體積分為難、

易、自由變形區(qū)。

薄板軋制時(shí)的裂邊主要是變形不均勻，中間延伸大、邊部延伸小，造成邊部出現(xiàn)附加拉應(yīng)力，中間附加

壓應(yīng)力。當(dāng)邊部的附加拉應(yīng)力與基本主應(yīng)力疊加大于材料的斷裂強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)裂邊。另外，熱軋件邊部溫

度低，冷軋件邊部晶粒粗大，都易裂邊。

防止措施：盡量使金屬變形均勻如：壓下量、坯料厚度、輻型、潤(rùn)滑均勻、合理的加熱、熱處理等。

6.答：

冷變形的纖維組織：冷變形時(shí)晶粒被拉長(zhǎng)、拉細(xì)或被壓扁呈現(xiàn)纖維狀。而熱變形纖維組織是熱變形對(duì)非

金屬夾雜物、第二相等各種缺陷沿最大主變形方向被拉長(zhǎng)。冷變形對(duì)組織的影響是：形成纖維組織、形

成亞結(jié)構(gòu)、變形織構(gòu)及晶內(nèi)與晶間的破壞。熱變形過(guò)程中硬化和軟化同時(shí)存在可以改善鑄錠組織，使金

屬熱變形后晶粒細(xì)化、成份趨于均勻、塑性得到改善等。

四、推導(dǎo)題（16分）

解:

ffrHrd4-（6+d-）4—編ru'做+2%/iir-an?=0

第唔+y=。

—=--0

由,=/有drH

肛

應(yīng)力邊界條件：r=R時(shí)，/=』dr

55=or____

a.=7._bT

由塑條：-q一

C=--^-r-Of-a.

所以：事出

所以「L一含R->?

由于不包套產(chǎn)-含R-M

所以包套時(shí)接觸面產(chǎn)?|大。

中南大學(xué)考試試卷

2005——2006學(xué)年第二學(xué)期時(shí)間110分鐘

金屬塑性加工原理課程64學(xué)時(shí)4學(xué)分考試形式：閉卷

專(zhuān)業(yè)年級(jí)材料2003級(jí)總分100分，占總評(píng)成績(jī)70%

一、名詞解釋?zhuān)ū绢}18分，每小題3分）

1.最小阻力定律

2.干摩擦

3.熱變形

4.塑性狀態(tài)圖

5.金屬塑性加工的熱力學(xué)條件

6.多晶體的晶間變形機(jī)構(gòu)

二、填空題（本題12分，每小題2分）

1.金屬變形要經(jīng)過(guò)，,三個(gè)階段。

2.塑性變形的主變形圖有種，其類(lèi)型可用應(yīng)力張量不變量___來(lái)判定。

3.Mises塑性條件的物理意義之一是.它與Tresca塑性條件在

狀態(tài)差別最大.

4.簡(jiǎn)單加載時(shí)，各應(yīng)力分量增加。

5.對(duì)于強(qiáng)化材料，當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)沿著屈服表面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，稱(chēng)作載，此時(shí)有

變形，而無(wú)新的變形。

6.工程法實(shí)際上只用上了基本方程中的方程和方程。

三、判斷題（對(duì)者打Y,錯(cuò)者打X）（本題12分，每小題2分）

1.平錘壓縮工件，工件高寬比越小，變形越均勻，變形力越大。（）

2.管材擠壓比棒材擠壓的變形更加不均勻。（）

3.金屬的塑性是指金屬變形的難易程度。（）

4.金屬在室溫下的變形就是冷變形。（）

5.從金相照片上觀察到的冷變形組織就是變形織構(gòu)。（）

6.用楔形體壓縮法測(cè)定摩擦系數(shù)時(shí)，其流動(dòng)分界面越偏向薄端，則說(shuō)明摩擦系數(shù)越小。（）

四、計(jì)算與簡(jiǎn)答題（本題38分，1-3小題每小題6分，4,5小題每小題10分）

’40??、

%=20-60?

1.金屬塑性變形時(shí)，已知某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)I307°到1\^,(i,j=x,y,z),試寫(xiě)出

其張量分解方程，指出分解張量的名稱(chēng)，并說(shuō)明它們與什么變形有關(guān)？最后求出：”■的

比值。

2.已知材料的兩條等效應(yīng)力應(yīng)變曲線，如圖所示，它們是否考慮了彈性變形？哪一條適合冷加工？哪一

條適合熱加工？

3.加工時(shí)為什么異號(hào)主應(yīng)力狀態(tài)所需變形力??？舉一例處于異號(hào)主應(yīng)力狀態(tài)的實(shí)際加工方法。

4.制定金屬塑性加工工藝時(shí)，通常所說(shuō)的“五圖”是哪五圖？

5.試說(shuō)明圓棒擠壓時(shí)表面產(chǎn)生周期性裂紋和尾部產(chǎn)生縮尾的原因與可能預(yù)防的措施。

五、綜合推導(dǎo)題(本題20分)

如圖所示，在模內(nèi)壓縮圓環(huán)，外徑尺寸?不變，材料向里流動(dòng)。假設(shè)接觸面摩擦應(yīng)力大小為T(mén)=OT/Y(3),

試用工程法導(dǎo)出接觸面上正應(yīng)力oz的表達(dá)式，并指出此時(shí)的az峰值在何處？

中南大學(xué)考試試卷答案

一、名詞解釋?zhuān)ū绢}18分，每小題3分）

1.最小阻值定律：塑性變形過(guò)程中，物體各質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向流動(dòng)。

2.干摩擦：不存在任何外來(lái)介質(zhì)時(shí)金屬與工具的接觸表面之間的摩擦。

3.熱變性：變形金屬在完全再結(jié)晶條件下進(jìn)行的塑性變形。

4.塑性狀態(tài)圖：表示金屬指標(biāo)與變形溫度及加載方式的關(guān)系曲線圖形。

5.金屬塑性加工的熱力學(xué)條件：變形溫度、變形速度、變形程度。

6.多晶體的晶向變形機(jī)構(gòu)：晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)、溶解-沉淀機(jī)構(gòu)、非晶結(jié)構(gòu)。

二、填空題（本題12分，每小題2分）

1.彈性變性、均勻塑性變形、破裂

2.3種、h

3.彈性形狀能改變（或％達(dá)到定值材料屈服、平面應(yīng)變（或2）時(shí)

4成比例

5.中性變載、彈性、塑性

6.平衡、塑性條件

三、判斷題（對(duì)者打M錯(cuò)者打x）（本題12分，每小題2分）

1.N）

2.（x）

3.（x）

4.（x）

5.（，）

6.（4）

四、計(jì)算與簡(jiǎn)答題（本題38分，1-3小題每小題6分，4,5小題每小題10分）

1.答:

/葉（-60升5c卜

40■-1[IO--1[30■

20-60?小=0t0■卜320-70-MPa

5oJ[o0io](30-1040

30-10

=<1q4=3047M=虱-力:4

2.答：

它們考慮了彈性變形

第一條適合冷加工；第二條適合熱加工

3.答：

異號(hào)主應(yīng)力所需的變形力小的原因可以用塑性條件來(lái)說(shuō)明

由Mises塑性條件

%二栗M-QJ+-狂尸=%n

,假設(shè)Sr不變

000

若主應(yīng)力值絕對(duì)大小固定，由上式可知：異號(hào)應(yīng)力的,大于同號(hào)應(yīng)力的，，即異號(hào)應(yīng)力的?大

異號(hào)應(yīng)力更容易滿(mǎn)足塑性條件

4.答：

五圖：變形力學(xué)圖、相圖（合金狀態(tài)圖）、塑性圖、變形抗力圖、第二類(lèi)再結(jié)晶圖。

5.答：

產(chǎn)生表面周期性裂紋的原因：

金屬外層受擠壓筒和凹模具的接觸摩擦的阻滯作用?；虮砻鏈囟冉档褪沟帽韺拥慕饘倭鲃?dòng)慢，受到附加

拉應(yīng)力（中心受附加壓應(yīng)力），此附加拉應(yīng)力越接近出口，其值越大，與基本應(yīng)力合成后，當(dāng)工作應(yīng)力達(dá)

到金屬的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生向內(nèi)擴(kuò)展的表面裂紋。

某些金屬，塑性區(qū)強(qiáng)度范圍窄，或易粘模。當(dāng)擠壓速度過(guò)快，溫度升高，當(dāng)實(shí)際擠壓溫度超過(guò)臨界溫度

時(shí)，擠壓圓棒也會(huì)出現(xiàn)裂紋。

周期性裂紋：一條裂紋出現(xiàn)后，應(yīng)力松弛，繼續(xù)變形，應(yīng)力積累，又出現(xiàn)下一條裂紋。

擠壓縮尾也是坯料中心流動(dòng)快，外層流動(dòng)慢。在擠壓后期，外層金屬產(chǎn)生徑向流動(dòng)（坯料表面往往帶有

油污、灰塵及其它雜質(zhì)等）。而形成制品尾部出現(xiàn)（中心或環(huán)形或皮下）縮尾。

表面裂紋的預(yù)防措施：減少不均勻變形；加強(qiáng)潤(rùn)滑，光潔模子；采用反向擠壓（合理的溫度、速度制度）。

擠壓縮尾的預(yù)防措施：減少不均勻變形，減少?gòu)较蛄鲃?dòng)；留壓余，脫皮擠壓；車(chē)削錠坯表面；使坯料成

分組織均勻。

五、綜合推導(dǎo)題（本題20分）

解：

平衡微分方程

（“一”時(shí)，久取代數(shù)值解，“+”時(shí)久取絕對(duì)值解）

?44?

SM*?*

近似值22，忽略高階微分，有

4%=叫

x*=

摩擦條件：

有等小

應(yīng)力邊界條件：'=々，°?=°

由.n，-cir=cli有/.n■=-nr.

2

0?=一9專(zhuān)％--5rf=_aJi+

后hrL

°，的峰值在'=4?處

教學(xué)習(xí)題

緒論

0-1請(qǐng)選擇你生活學(xué)習(xí)中所接觸的五種物品，寫(xiě)一篇約五千字的調(diào)研筆記，調(diào)查其從原料到該物品制造

的全過(guò)程，運(yùn)用你所學(xué)的知識(shí)分析制造這些物品所涉及的學(xué)科知識(shí)。

第一章應(yīng)力分析與應(yīng)變分析

1-1塑性加工的外力有哪些類(lèi)型？

1-2內(nèi)力的物理本質(zhì)是什么？誘發(fā)內(nèi)力的因素有哪些？

1-3何謂應(yīng)力、全應(yīng)力、正應(yīng)力與切應(yīng)力？塑性力學(xué)上應(yīng)力的正、負(fù)號(hào)是如何規(guī)定的？

1-4何謂應(yīng)力特征方程、應(yīng)力不變量？

1-5何謂主切應(yīng)力、八面體應(yīng)力和等效應(yīng)力？它們?cè)谒苄约庸ど嫌泻我饬x？

1-6何謂應(yīng)力張量和張量分解方程？它有何意義？

1-7應(yīng)力不變量（含應(yīng)力偏張量不變量）有何物理意義？

1-8塑性變形的力學(xué)方程有哪幾種？其力學(xué)意義和作用如何？

1-9鍛造、軋制、擠壓和拉拔的主力學(xué)圖屬何種類(lèi)型？

1-10變形與位移有何關(guān)系？何謂全量應(yīng)變、增量應(yīng)變？它們有何聯(lián)系和區(qū)別？

1-11簡(jiǎn)述塑性變形體積不變條件的力學(xué)意義。

1-12何謂變形速度？它們與工具速度、金屬質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度有何區(qū)別和聯(lián)系？

1-13何謂變形力學(xué)圖？如何根據(jù)主應(yīng)力圖確定塑性變形的類(lèi)型？

1-14鍛造、軋制、擠壓和拉拔的變形力學(xué)圖屬何種類(lèi)型？

1-15塑性加工時(shí)的變形程度有哪兒種表示方法？各有何特點(diǎn)？

’20............'

%=5-15—xlQ

1-16已知-點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)I?！阋坏餗Pa.試求該應(yīng)力空間中

笈=1的斜截面上的正應(yīng)力H和切應(yīng)力、為多少？

1-17現(xiàn)用電阻應(yīng)變儀測(cè)得平面應(yīng)力狀態(tài)下與x軸成0。,45。,90°角方向上的應(yīng)力值分別為6,

試問(wèn)該平面上的主應(yīng)力各為多少？

1-18試證明:

(1)

會(huì)5山二3）

(2)

1-19?圓形薄壁管，平均半徑為R,壁厚為t,二端受拉力P及扭矩M的作用，試求三個(gè)主應(yīng)力

力,5.為的大小與方向。

1-20兩端封閉的薄壁圓管。受軸向拉力P,扭矩M,內(nèi)壓力p作用，試求圓管柱面上一點(diǎn)的主應(yīng)力

5?，?/的大小與方向。其中管平均半徑為R,壁厚為t,管長(zhǎng)為/。

I31

t/f-4-JT+jr

1-21已知平面應(yīng)變狀態(tài)下，變形體某點(diǎn)的位移函數(shù)為420040,

,,11I

UM+我-y

'525200.試求該點(diǎn)的應(yīng)奕分量與3，力,并求出主應(yīng)變卬■的大小與方向。

1-22為測(cè)量平面應(yīng)變下應(yīng)變分量/，Er"將三片應(yīng)變片貼在與X軸成0。，60。，120。夾角的方向上,

測(cè)得它們的應(yīng)變值分別為■，修試求以及主應(yīng)變的大小與方向。

y.1ry

1-23已知圓盤(pán)平錘均勻壓縮時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的位移速度場(chǎng)為■r2A?,其中

匕為全錘頭壓下速度，h為圓盤(pán)厚度。試求應(yīng)變速度張量。

1-24?長(zhǎng)為/的圓形薄壁管，平均半徑為R,在兩端受拉力P,扭矩M作用后，管子的長(zhǎng)度變成/1,

兩端的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角為9,假設(shè)材料為不可壓縮的。在小變形條件下給出等效應(yīng)變比與洛德參數(shù)〃?的

表達(dá)式。

1-25某軋鋼廠在三機(jī)架連軋機(jī)列上生產(chǎn)hxbx/=1.92x500x100,000mm的A3帶鋼產(chǎn)品（見(jiàn)圖1-14）,

第1、3機(jī)架上的壓下率為20%,第2機(jī)架上為25%,若整個(gè)軋制過(guò)程中帶材的寬度b保持不變，試求

帶鋼在該連軋機(jī)列上的總壓下量及每機(jī)架前后帶鋼的尺寸為多少？

HxBxLhxbXl

圖1-25三機(jī)架連軋機(jī)列示意圖

第二章金屬塑性變形的物性方程

2-1金屬塑性變形有哪些基本特點(diǎn)？

2-2何謂屈服準(zhǔn)則？常用屈服準(zhǔn)則有哪兩種？試比較它們的同異點(diǎn)？

2-3何謂加載準(zhǔn)則、加載路徑？它們對(duì)于塑性變形的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有何影響？

2-4塑性變形的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系為何要用增量理論？

2-5塑性變形的增量理論的主要論點(diǎn)有哪些？常用塑性變形增量理論有哪兩類(lèi)？試比較它們的同異

點(diǎn)？

2-6何謂塑性勢(shì)？

2-7平面應(yīng)變和軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題的應(yīng)變和應(yīng)力特點(diǎn)有哪些？

2-8何謂變形抗力和變形抗力曲線？

2-9影響金屬材料變形抗力的主要因素有哪些？

2-10已知材料的真應(yīng)力真應(yīng)變曲線為A為材料常數(shù)，"為硬化指數(shù)，試問(wèn)簡(jiǎn)單拉伸時(shí)該材

料出現(xiàn)頸縮時(shí)的應(yīng)變量為多少？此時(shí)的真實(shí)應(yīng)力與強(qiáng)度’的關(guān)系怎樣？

r-30?

023xlO

2-11若變形體屈服時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)為：I。MPa試分別按Mises和Tresca

塑性條件計(jì)算該材料的屈服應(yīng)力b?及8值，并分析差異大小。

2-12兩端封閉的矩形薄壁管內(nèi)充入壓力為p的高壓液體。若材料的屈服應(yīng)力=100MPa,試按

Mises塑性條件確定該管壁整個(gè)屈服時(shí)最小的p值為多少？（不考慮角上的影響）。（管材尺寸LXBXH,

壁厚t）。

2-13已知一外徑為，30mm,壁厚為1.5mm,長(zhǎng)為250mm二端封閉的金屬薄壁管，受到軸向拉伸載

荷Q和內(nèi)壓力p的復(fù)合作用，加載過(guò)程保持唯若該材料的％=100°^）1nMpa。試

求當(dāng)仁=600MPa時(shí)，（1）等效應(yīng)變/；（2）管材尺寸；（3）所需加的Q與p值大小。

2-14若薄壁管的％=<+*與，按OBE、OCE和OAE三種路徑進(jìn)行拉、扭加載（見(jiàn)題2-14圖），

試求三種路徑到達(dá)E點(diǎn)的塑性應(yīng)變量為多少？

■a-un

2-15試證明單位體積的塑性應(yīng)變能增量時(shí)-%時(shí)

2-16一薄壁圓管，平均半徑為R,壁厚為t,承受內(nèi)壓力作用，討論下列三種情形：（1）管的二端是

自由的；（2