中南大學塑性加工原理考試試卷及答案

中南大學考試試卷

2001——2002學年第二學期時間110分鐘

金屬塑性加工原理課程64學時4學分考試形式：閉卷

專業(yè)年級材料1999級總分100分，占總評成績70%

一、名詞解釋（本題10分，每小題2分）

1.熱效應

2.塑脆轉變現象

3.動態(tài)再結晶

4.冷變形

5.附加應力

二.填空題（本題10分，每小題2分）

1.主變形圖取決于.與無關。

2.第二類再結晶圖是.與的關系圖。

3.第二類硬化曲線是金屬變形過程中與之間的關系曲線。

4.保證液體潤滑劑良好潤滑性能的條件是,o

5.出現細晶超塑性的條件是,■。

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構有滑移（），非晶機構（），攣生（），晶間滑動（）。

2.塑性變形時，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）。

4.為了獲得平整的板材，冷軋時用凸輕型，熱軋時用凹轆型（對）。

5.從金相照片上觀察到的冷變形纖維組織，就是變形織構（）。

四、問答題（本題40分，每小題10分）

1.分別畫出擠壓、平根軋制、模鍛這三種加工方法的變形力學圖，并說明在生產中對于低塑性材料的開坯

采用哪種方法為佳？為什么？

2.已知材料的真實應變曲線',A為材料常數，n為硬化指數。試問簡單拉伸時材料出現細頸

時的應變量為多少？

3.試比較金屬材料在冷，熱變形后所產生的纖維組織異同及消除措施？

4.以下兩軋件在變形時軋件寬度方向哪一個均勻？隨著加工的進行會出現什么現象？為什么？（箭頭表示

軋制方向）

T

五、證明題（本題10分）

證明Mises塑性條件可表達成：

%*%=EW，j=xj,z）

六、綜合推導題（本題20分）

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

,11?

中南大學考試試卷答案

一、名詞解釋（本題10分，每小題2分）

1.變形過程中的金屬發(fā)熱現象

2.材料由于溫度降低等內在因素和外在條件變化，塑性急劇下降的現象。

3.在熱變形過程中，在應力狀態(tài)下所發(fā)生的再結晶。［金屬在熱變形過程中發(fā)生的再結晶］

4回.復溫度以下發(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.的相互平衡的應力。

二.填空題（本題10分，每小題2分）

1.13［偏應力］,球應力［靜水壓力］

2.變形溫度、變形程度、晶粒大小

3真.應力、斷面收縮率

4適.當粘度、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￡

主應力圖.，

Z/7

主應變圖.”工

Z

對于低塑性材料的開坯采用擠壓加工方法為佳，因為：擠壓時靜水壓力大，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，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：使材料產生各向異性（沿纖維方向上強度高）。

不同：

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

消除措施：

冷變形：完全再結晶退火；熱變形：凈化，鑄錠中盡量減少雜質；高溫長時間退火，使夾雜物擴散，改變

加工方向。

4.答：

（1）種情況沿較寬變形均勻。

（2）種情況中部易出現裂紋，因為中部附加拉應力。

五、證明題（本題10分）

證：已知Mises塑條可表達為：

&fT+(%_%)'+(%-丐)'+6(弓+〈+?=四=.

+手：+可+吃+4）

Aararar

吉同+H+4+3(d詈y-2E+叼+b■產+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、推導題（本題20分）

解：

建立直角坐標系xoy如圖，上下左右對稱只研究第一象限

'設法向力在厚度上均勻分布（只與x*有關:

—M^-4--%-=0-人邑空=0

近似平窩方程產分6bc出少

da-dr.切應力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設主平面

J

.".0；-丐=勺do;-do;=0啊?書

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X=上時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

應力狀態(tài)系數（平均單也阪力比）^=-=14

K4T

中南大學考試試卷

2002——2003學年第二學期時間110分鐘

金屬塑性加工原理課程64學時4學分考試形式：閉卷

專業(yè)年級材料2000級總分100分，占總評成績70%

一、名詞解釋（本小題10分，每小題2分）

1.熱變形

2.彈塑性共存定律

3.動態(tài)再結晶

4.附加應力

5.熱效應

二、填空題（本題22分，每小題2分）

1.金屬塑性加工時，工件所受的外力分為和

2.主變形圖有種，各主應變分量必須滿足條件是：

3.應變速度是指___________________________________________

4.平面應變其應力狀態(tài)的特點是oz=______________________________________

5.材料模型簡化為理想剛塑性材料是忽略了材料的和

6.壓力加工中熱力學條件是指、、

7.第二類再結晶圖是、與關系圖。

8.塑性圖是與關系圖?

9.第二類硬化曲線是與關系曲線。

10.金屬在外力作用下發(fā)生變形要經歷、、三個階段。

11.金屬塑性加工中常用的兩個摩擦定律是=

三、判斷題（本題10分，每小題2分）

1.鋁棒的加熱溫度為3,即擠壓時的變形溫度為十。（）

2.擠壓時擠壓桿的運動速度為匕，則擠壓速度為匕。（）

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

4.金屬的塑性好，則變形抗力一定會小。（）

5.冷變形即是室溫下的變形。（）

四、問答題（本題36分，每小題6分）

jj?/,

1.應力張量不變量或應力偏量不變量1'?3的物理意義各是怎樣的？

2.簡述塑性加工常用的兩個屈服準則的物理意義，在TT平面上的幾何表示各是怎樣？它們在何種情況下差

別最大？

3.何謂簡單加載？何謂復雜加載？Levy-Mises增量理論的應力應變關系的基本表達式是什么？

4.冷熱變形形成的纖維組織有何異同？如何消除？

5.畫出擠壓、拉拔、鍛壓三種加工方式的變形力學圖。對于低塑性材料開壞，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、計算題（7分）

'40?

C30

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

六、推導題（本題15分）

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

K—=—

（疊的大小為出2）

中南大學考試試卷答案

-、名詞解釋（本小題10分，每小題2分）

1.在金屬再結晶條件下進行的塑性變形

2.在塑性變形的過程中存在彈性變形

3.在熱變形過程中在應力作用下的再結晶

4.物體不均勻變形受到整體性的限制而引起物體內相互平衡的應力

5.金屬在塑性變形時的發(fā)熱現象

二、填空題（本題22分，每小題2分）

1.作用力（主動力）、約束反力

2.3、■+巧=°（體積不變條件）

3.單位時間內的應變量（應變對時間的變化率）

，=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、再結晶晶粒大小

8.塑性指標、變形溫度

9.斷面收縮率、真實應力

10.彈性變形、塑性變形、斷裂

11.定摩擦定律和滑動摩擦定律

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型

2.答:

Tresca準則：變形體某點的最大切應力達到定值材料就屈服，IT平面上為正六邊形

Misec準則：彈性形狀改變達到定值材料就屈服，IT平面上為一個圓

兩準則在平面應變情況下差別最大

3.答:

簡單加載：應力分量按比例加載，只加載不卸載，應力與應變的主軸重合

復雜加載：不滿足簡單加載條件

Levy-Mises增量理論：%

或

4.冷變形纖維組織是晶粒被拉長，拉細壓扁呈現纖維狀。而熱變纖維組織是熱變形時，非金屬雜質、第二

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

消除措施：冷變形纖維組織用完全再結晶退火

熱變形纖維組織:熔煉盡可能除雜，鑄錠細化晶粒，采用長時間高溫均勻化退火，加工時變換加工方向

5.答:

擠壓.平鋁軋制

主應力圖.

主應變圖.

對于低塑性材料的開坯采用擠壓加工方法為佳，因為：擠壓時靜水壓力大，塑性好。

6.答:

圖1:送料方向沿軋件寬度方向變形不均勻，因為沿軋件禮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、計算題(7分)

解：

'20??'

0W?m張?，耳urn邪桃求改變

0to-20

六、推導題(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，■=

應力邊界條件:，代入塑條

有:

即：F%

7

所以:……記）

所以:4。+堂）

中南大學考試試卷

2003——2004學年第二學期時間110分鐘

金屬塑性加工原理課程64學時4學分考試形式：閉卷

專業(yè)年級材料2001級總分100分，占總評成績70%

一、名詞解釋（本題8分，每小題2分）

1.最小阻力定律

2.溫度效應

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歷、、三個階段。

2.塑性加工中其工作應力、基本應力、附加應力三者的關系.

3.根據塑性加工成形時的摩擦性質，摩擦可分為、、-:種類型。

4.塑性加工潤滑劑分為、、、幾種類型。

5.塑性加工中控制制品的力學性能的兩種主要工藝措施是控制和控制。

三、判斷題（12分）

1.塑性加工時靜水壓力越大，金屬塑性越好，所需的變形力越小.（）

2.潤滑劑的粘度越大，潤滑越好。（）

3.變形織構導致各向異性，纖維組織沒有各向異性。（）

4.細晶超塑性中，應變速率敏感性指數m越大，其塑性越好。（）

5.在平輻軋制實驗中，對于一個方向具有凹形斷面的壞料，無論采用哪種喂料方向都易出現裂紋.（）

6.對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力圖與二向壓縮一向延伸的主應變圖的加

工方式。

四、問答題（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）

1.一點的應力狀態(tài)的定義是什么？掌握它有何實際意義？

2.平衡方程是以應力偏微分方程形式表達的，實際上應是什么量的平衡？

3."'與'的差別在哪里？

4.Tresca屈服準則與材料力學中的第三強度理論有何區(qū)別？

5.彈性本構方程與塑性本構方程有何區(qū)別？由此說明哪個求解更容易？

附表達式如下：

彈性本構：《尸去4+三%,%

塑性本構：：父=工

6.從目前所講的工程法求解加工問題中，實際上只用了基本理論中的13個方程的哪二類方程？

7.金屬塑性加工工藝包括主要哪些參數制定工藝通常要依據哪些因素？

8.金屬熱變形與冷變形的變形機制、變形特點有何差異？

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

CUD

五、分析應用題（本題16分，每小題8分）

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

布，由此說明該Vx分布與擠壓縮尾的關系。（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,

為使厚度能軋下，為何采用小直徑軋輻、疊軋、強潤滑等措施？（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,設接觸面上的摩擦應力Tk=mk,求載荷p,由此說明實驗中的載荷

因子m的關系。

中南大學考試試卷答案

-、名詞解釋（本題8分，每小題2分）

1.在變形過程中，物體各質點將向著阻力設小的方向移動，即做最少的功，走最短的路

2.塑性變形過程中因金屬發(fā)熱而促使金屬的變形溫度升高的效果。

3.金屬冷變形時，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象。

4.對金屬材料有效地綜合利用形變強化和相變強化，將塑性加工與熱處理操作相結合，使成形工藝同獲得

最終發(fā)性能統(tǒng)一起來的一種工藝方法。

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.工作應力=基本應力+附加應力

3.干摩擦、邊界摩擦、液體摩擦

4.液體潤滑亮劑、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：

通過該點所有斜載面上的應力有無、大小、方向情況

意義：下述內容中舉出1一2種：彈塑性類型，是否進入了塑性變形、變形類型、分析變形、計算變形力、

。一￡關系的基礎

2.答：

力平衡

3.答：

%：應變全量，以變形開始的原始尺寸為度量基準，反映一次變形過程從起始到終了的總應變量。

應變增量，以變形過程中的某瞬時狀態(tài)為度量基準，反映該瞬時開始后一極短的時間的微分應變量。

4.答:

第三強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Tresca屈服準則從加工成形

角度出發(fā)，衡量發(fā)生塑性變形否，塑性變形的起點

5.答：

彈性本構方程：考慮了體積的變化，線性關系與變形歷史無關，簡單，唯一性塑性本構方程：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：變形力學圖，相圖，塑性圖，再結晶全圖，變形抗力圖

8.答：

熱變形：變形過程發(fā)生再結晶，具有明顯的軟化過程和擴散特性，塑性發(fā)揮好，有修復機構（溶解一深沉、

非晶機構），晶向變形機構作用最大，晶向變形機構主要中要在熱變形中起作用，高溫下晶粒的移動和轉

動比晶內變形所起的作用大，溶解一深沉、非晶機構比冷變形明顯。冷變形：變形溫度低于回復溫度，在

變形中只有加工感化而無回復與再結晶現象，以晶內變形為主。

9.答：

典型表現：輪廓呈現單鼓形，接觸面存在三個區(qū)（粘著區(qū)、滑動區(qū)、側翻區(qū)），變形體內存在三個區(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)對自由變形區(qū)同向附加拉應力而產生的，措施：減少摩擦，采用凹模，采用軟墊,

采用包套

五、分析應用題（本題16分，每小題8分）

1.解：

同e上切。=常數，即外一。所以布分布如下圖:

由于坯料中心水平流動速度快，擠壓后期中心必須靠徑向流動來補充，擠壓變形力升高，而出現擠壓縮尾

2.解:

軋件厚度主要取決于實際工作輻徑的大小

小輻：變形區(qū)W小，W/H小，”,變小，F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變小，其次分成兩層后，單層更小潤滑：m減小，常?減小，F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=-q+^M

由上可知，當m增大時P增大

中南大學考試試卷

2004——2005學年第二學期時間110分鐘

金屬塑性加工原理課程64學時4學分考試形式：閉卷

專業(yè)年級材料2002級總分100分，占總評成績70%

一、名詞解釋：（本題10分，每小題2分）

1.熱效應

2.動態(tài)再結晶

3.外端

4.附加應力

5.塑性一脆性轉變

二、填空題（本題16分，每小題2分）

1.一點的應力狀態(tài)是指_________________________________________________________

可以用來表示。

2.應力不變量4的物理意義是.

應力偏量I，的物理意義是。

3.應變增量是指-

其度量基準是。

4,應變速度是指-

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.把材料簡化為理想剛塑性體是忽略了材料的和，

8.平面應變問題（設Z方向不變形）的力學特點是oz=o2=,

TZX=TZy=。

三、計算與問答（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.塑性變形時已知某點的應力狀態(tài)為

401030'

10-M加

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

寫出其張量

分解方程，指出各分解張量的名稱，并說明

它們各與什么變形有關，該。ij對應的塑性變

形類型是什么？

?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，哪些是簡單加載？哪些是復雜加載？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雙金屬層狀復合板。設坯料原始厚度相同，但硬度不相同。若工具工件上

下接觸面和切向速度?致，試定性預測復合后兩層材料的厚與薄，并簡述理由。

4.壓力加工中外摩擦有何特點？試分析壓力加工中使用的潤滑劑種類及潤滑機理。

5.不均勻變形的典型現象是什么？試分析軋制薄板時產生邊裂的力學根源及防止措施。

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的影響。

四、推導題(16分)

試用工程法導出全粘著摩擦條件下平錘均勻壓縮帶包套圓柱體時的接觸正應力oz的表達式，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|。

中南大學考試試卷答案

一、名詞解釋：（本題10分，每小題2分）

1.熱效應：金屬在塑性變形時的發(fā)熱現象。

2.動態(tài)再結晶：在熱變形過程中，在應力作用下的再結晶。

3.外端：變形體處于變形區(qū)以外的那一部分坯料。

4.附加應力：物體不均勻變形受到其整體性限制而引起物體內相互平衡的應力。

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

二、填空題（本題16分，每小題2分）

1.過變形體任意斜載面上的應力有無，大小，方向的情況、該點三個坐標面上的應力分量

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.變形過程中某一極短階段的無限小應變、變形過程中某一瞬間的尺寸

4.單位時間內的應變量、1/秒

5.最大切應力達到某一極限K時，材料發(fā)生屈服、材料的彈性形狀改變達到某一定值，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、計算與問答（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＜=心對應延伸型應變?+一）

2.解:

內弧線：初始屈服曲面

外弧線：后繼屈服曲面

OAB、OCD是簡單加載

OAD、OABD是復雜力口載

OAB與OABD具有相同的塑性變形，因為B-D是中性變載，只有彈性應變量改變，塑性應變量不變

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：接觸面壓力大，潤滑困難，摩擦應力高；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滑劑種類有：液體潤滑劑、固體潤滑劑、液-固潤滑劑和熔體潤滑劑等幾種類型。

液體潤滑劑主要是通過適當的粘度較大的活性形成一層穩(wěn)定結實的潤滑膜。

固體潤滑劑：固體本身的剪切強度低于被加工材料的剪切強度。

液-固潤滑劑：兼有上述兩者的特點。

熔體潤滑劑：在高溫下可以在工具與坯料接觸面間熔成液體薄膜隔開接觸面。

5.答：

不均勻變形的典型現象：輪廓呈現單鼓或雙鼓，接觸面出現粘著、滑動、側翻三個區(qū)，整個體積分為難、

易、自由變形區(qū)。

薄板軋制時的裂邊主要是變形不均勻，中間延伸大、邊部延伸小，造成邊部出現附加拉應力，中間附加

壓應力。當邊部的附加拉應力與基本主應力疊加大于材料的斷裂強度時出現裂邊。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：冷變形時晶粒被拉長、拉細或被壓扁呈現纖維狀。而熱變形纖維組織是熱變形對非

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

成亞結構、變形織構及晶內與晶間的破壞。熱變形過程中硬化和軟化同時存在可以改善鑄錠組織，使金

屬熱變形后晶粒細化、成份趨于均勻、塑性得到改善等。

四、推導題（16分）

解:

ffrHrd4-（6+d-）4—編ru'做+2%/iir-an?=0

第唔+y=。

—=--0

由,=/有drH

肛

應力邊界條件：r=R時，/=』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-含R-M

所以包套時接觸面產?|大。

中南大學考試試卷

2005——2006學年第二學期時間110分鐘

金屬塑性加工原理課程64學時4學分考試形式：閉卷

專業(yè)年級材料2003級總分100分，占總評成績70%

一、名詞解釋（本題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條件

6.多晶體的晶間變形機構

二、填空題（本題12分，每小題2分）

1.金屬變形要經過，,三個階段。

2.塑性變形的主變形圖有種，其類型可用應力張量不變量___來判定。

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.簡單加載時，各應力分量增加。

5.對于強化材料，當應力狀態(tài)點沿著屈服表面上運動時，稱作載，此時有

變形，而無新的變形。

6.工程法實際上只用上了基本方程中的方程和方程。

三、判斷題（對者打Y,錯者打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。（）

6.用楔形體壓縮法測定摩擦系數時，其流動分界面越偏向薄端，則說明摩擦系數越小。（）

四、計算與簡答題（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，已知某點的應力狀態(tài)I307°到1\^,(i,j=x,y,z),試寫出

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

比值。

2.已知材料的兩條等效應力應變曲線，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.加工時為什么異號主應力狀態(tài)所需變形力??？舉一例處于異號主應力狀態(tài)的實際加工方法。

4.制定金屬塑性加工工藝時，通常所說的“五圖”是哪五圖？

5.試說明圓棒擠壓時表面產生周期性裂紋和尾部產生縮尾的原因與可能預防的措施。

五、綜合推導題(本題20分)

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

試用工程法導出接觸面上正應力oz的表達式，并指出此時的az峰值在何處？

中南大學考試試卷答案

一、名詞解釋（本題18分，每小題3分）

1.最小阻值定律：塑性變形過程中，物體各質點將向著阻力最小的方向流動。

2.干摩擦：不存在任何外來介質時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晶條件下進行的塑性變形。

4.塑性狀態(tài)圖：表示金屬指標與變形溫度及加載方式的關系曲線圖形。

5.金屬塑性加工的熱力學條件：變形溫度、變形速度、變形程度。

6.多晶體的晶向變形機構：晶粒的轉動與移動、溶解-沉淀機構、非晶結構。

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％達到定值材料屈服、平面應變（或2）時

4成比例

5.中性變載、彈性、塑性

6.平衡、塑性條件

三、判斷題（對者打M錯者打x）（本題12分，每小題2分）

1.N）

2.（x）

3.（x）

4.（x）

5.（，）

6.（4）

四、計算與簡答題（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：

異號主應力所需的變形力小的原因可以用塑性條件來說明

由Mises塑性條件

%二栗M-QJ+-狂尸=%n

,假設Sr不變

000

若主應力值絕對大小固定，由上式可知：異號應力的,大于同號應力的，，即異號應力的?大

異號應力更容易滿足塑性條件

4.答：

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

5.答：

產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。或表面溫度降低使得表層的金屬流動慢，受到附加

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

到金屬的抗拉強度時，就會產生向內擴展的表面裂紋。

某些金屬，塑性區(qū)強度范圍窄，或易粘模。當擠壓速度過快，溫度升高，當實際擠壓溫度超過臨界溫度

時，擠壓圓棒也會出現裂紋。

周期性裂紋：一條裂紋出現后，應力松弛，繼續(xù)變形，應力積累，又出現下一條裂紋。

擠壓縮尾也是坯料中心流動快，外層流動慢。在擠壓后期，外層金屬產生徑向流動（坯料表面往往帶有

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

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

擠壓縮尾的預防措施：減少不均勻變形，減少徑向流動；留壓余，脫皮擠壓；車削錠坯表面；使坯料成

分組織均勻。

五、綜合推導題（本題20分）

解：

平衡微分方程

（“一”時，久取代數值解，“+”時久取絕對值解）

?44?

SM*?*

近似值22，忽略高階微分，有

4%=叫

x*=

摩擦條件：

有等小

應力邊界條件：'=々，°?=°

由.n，-cir=cli有/.n■=-nr.

2

0?=一9專％--5rf=_aJi+

后hrL

°，的峰值在'=4?處

教學習題

緒論

0-1請選擇你生活學習中所接觸的五種物品，寫一篇約五千字的調研筆記，調查其從原料到該物品制造

的全過程，運用你所學的知識分析制造這些物品所涉及的學科知識。

第一章應力分析與應變分析

1-1塑性加工的外力有哪些類型？

1-2內力的物理本質是什么？誘發(fā)內力的因素有哪些？

1-3何謂應力、全應力、正應力與切應力？塑性力學上應力的正、負號是如何規(guī)定的？

1-4何謂應力特征方程、應力不變量？

1-5何謂主切應力、八面體應力和等效應力？它們在塑性加工上有何意義？

1-6何謂應力張量和張量分解方程？它有何意義？

1-7應力不變量（含應力偏張量不變量）有何物理意義？

1-8塑性變形的力學方程有哪幾種？其力學意義和作用如何？

1-9鍛造、軋制、擠壓和拉拔的主力學圖屬何種類型？

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

1-11簡述塑性變形體積不變條件的力學意義。

1-12何謂變形速度？它們與工具速度、金屬質點運動速度有何區(qū)別和聯(lián)系？

1-13何謂變形力學圖？如何根據主應力圖確定塑性變形的類型？

1-14鍛造、軋制、擠壓和拉拔的變形力學圖屬何種類型？

1-15塑性加工時的變形程度有哪兒種表示方法？各有何特點？

’20............'

%=5-15—xlQ

1-16已知-點的應力狀態(tài)I?！阋坏餗Pa.試求該應力空間中

笈=1的斜截面上的正應力H和切應力、為多少？

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

試問該平面上的主應力各為多少？

1-18試證明:

(1)

會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，試求三個主應力

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,內壓力p作用，試求圓管柱面上一點的主應力

5?，?/的大小與方向。其中管平均半徑為R,壁厚為t,管長為/。

I31

t/f-4-JT+jr

1-21已知平面應變狀態(tài)下，變形體某點的位移函數為420040,

,,11I

UM+我-y

'525200.試求該點的應奕分量與3，力,并求出主應變卬■的大小與方向。

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

測得它們的應變值分別為■，修試求以及主應變的大小與方向。

y.1ry

1-23已知圓盤平錘均勻壓縮時，質點的位移速度場為■r2A?,其中

匕為全錘頭壓下速度，h為圓盤厚度。試求應變速度張量。

1-24?長為/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，管子的長度變成/1,

兩端的相對扭轉角為9,假設材料為不可壓縮的。在小變形條件下給出等效應變比與洛德參數〃?的

表達式。

1-25某軋鋼廠在三機架連軋機列上生產hxbx/=1.92x500x100,000mm的A3帶鋼產品（見圖1-14）,

第1、3機架上的壓下率為20%,第2機架上為25%,若整個軋制過程中帶材的寬度b保持不變，試求

帶鋼在該連軋機列上的總壓下量及每機架前后帶鋼的尺寸為多少？

HxBxLhxbXl

圖1-25三機架連軋機列示意圖

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？

2-2何謂屈服準則？常用屈服準則有哪兩種？試比較它們的同異點？

2-3何謂加載準則、加載路徑？它們對于塑性變形的應力應變關系有何影響？

2-4塑性變形的應力應變關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有哪些？常用塑性變形增量理論有哪兩類？試比較它們的同異

點？

2-6何謂塑性勢？

2-7平面應變和軸對稱問題的應變和應力特點有哪些？

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已知材料的真應力真應變曲線為A為材料常數，"為硬化指數，試問簡單拉伸時該材

料出現頸縮時的應變量為多少？此時的真實應力與強度’的關系怎樣？

r-30?

023xlO

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

塑性條件計算該材料的屈服應力b?及8值，并分析差異大小。

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

Mises塑性條件確定該管壁整個屈服時最小的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,長為250mm二端封閉的金屬薄壁管，受到軸向拉伸載

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

求當仁=600MPa時，（1）等效應變/；（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三種路徑進行拉、扭加載（見題2-14圖），

試求三種路徑到達E點的塑性應變量為多少？

■a-un

2-15試證明單位體積的塑性應變能增量時-%時

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

自由的；（2