塑性加工力学实验指导书资料.docx

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塑性加工力学实验指导书资料

实验一、真实应力——应变曲线测定

一、实验目的：

a）掌握万能材料实验机原理及使用方法；

b）掌握建立条件应力应变曲线的方法；

c）领会条件应力应变曲线与真实应力应变曲线间的关系，进而绘制真实应力—应变曲线

d）区别不同材料，不同处理状态的应变特征。

二、实验原理：

材料在塑性成形过程中，起真实应力应变曲线的建立是正确分析材料变形特性，计算变形力的重要依据，单向拉伸时的真实应力应变曲线具有普遍意义，可看作是材料等效应力——应变（

—

）的关系曲线。

在实验过程中，首先测得拉伸是加载载荷P与试样；拉伸长量△L之间关系，建立P-△L图，及拉伸图。

进而用试棒的原始断面积F0除P；标距l0除以△l得：

σ0=P/F0（1-1）

（1-2）

条件应力σ0与相对伸长量ε作图，即得到条件应力应变曲线（σ0—ε曲线）。

如作图时所用的比例适当，则P—△1图与

—

图完全重合。

另一方面，由于拉伸过程中，试棒的断面积F是不断改变地、故需用其真实应力S表示之：

即S=P/F（1-3）

或

（1-4）

由于真实应变的对数表示法有许多优点，故工程应用中大多采用对数应变e,定义为:

（1-5）

至此，就可将条件应力应变曲线σ0—ε换成为真实应力—应变曲线S—e.

应该注意的是，由于在出现缩颈以后，直至试棒断裂时的曲线上，应变是不均匀的，故以上公式均不适用，须用该瞬时细颈处的断面积F与同一瞬时载荷P求得其此时的真实应力（σ真=P/F）与真实应变（e真=ln（F0/F））的曲线对应关系，但测量断面的瞬时值很困难，所以一般只测出现颈缩时与断裂时的数据，中间部分曲线则只能近似作出。

如考虑到“形状硬化”效应，则可用齐别子公式加以修正：

（1-6）

式中：

S—去除形状硬化后的真实应力

S‘—包含形状硬化在内的真实应力

d—细颈处的试样直径

P—细颈处试样的曲率半径。

三、实验方法及步骤

1.将预先准备好的标准拉伸试棒在实验机上减刑简单拉伸变形，测量载荷P与伸长量△l曲线，具体步骤如下：

a）测量并记录试棒原始尺寸，直径d0,标距l0;

b）检查万能材料实验机空载工作，放好记录纸检查记录系统的工作状态；

c）在夹头上固定试棒，开启油门，缓慢加载至断裂，记录拉伸的最大载荷Pmax,与断裂时的载荷Prup;

d）测量试样拉断后的尺寸；标距l,均匀变形部分直径d,端裂处直径dmin,及曲率半径ρ。

2.将P—△l曲线转换成条件曲线σ0—ε。

3.由σ0—ε曲线回住真实S—e曲线.

4.进行必要的修正，一得到最后的曲线。

四、实验设备及材料

1、30吨WE型液压式万能材料实验机

2、游标卡尺，千分尺，钢尺

3、标准拉伸试样，材料为A3钢，45#钢与纯铝各4个

五、实验报告要求

1、记录以下数据到表1-1和P—△l曲线

表1-1实验数据记录表

材料

原始尺寸

断裂尺寸

载荷

屈服值

d0

l0

d

dmin

L

Pmax

Prup

Ps

2、求出下列指标：

3、绘制三个试棒的σ0—ε曲线，比较不同材料的变形特征。

4、绘制两种典型的真实应力应变S—e曲线，一种有明显屈服点，另一种没有，可先极端出下表中各点的数据，再由表1-2数据绘图。

表1-2两种材料的实验数据表

N0

材料一

材料二

σ0

ε

S

e

σ0

ε

S

e

1

2

3

4

5

5、说明真实应力应变曲线与条件应力应曲线的异同。

实验二、摩擦因子的测定

一、实验目的及其原理：

常摩擦力条件假设摩擦力与坯料最大剪应力（屈服应力）的关系如下公式：

（2-1）

式中：

m——摩擦因子

k——屈服应力

本实验采用铅圆环镦粗法，在一定情况下金属流动分界面如图2-1所示；

在压缩时，圆环外径D增大，内径d通常减小，而金属流动分界面处直径的d1的变化是与圆环H、D、m值等因素有关。

因此只有在一定的H、D、m值时，金属流动分界面处的直径恰好等于圆环原始内径。

即d1=di

根据上界法可以推导出m值的公式（推导从略）：

式中H、D、d均为试样原始尺寸如图2-2所示，（d=di）

图2-1试样经过5%变形的尺寸图2-2原始试样尺寸

在摩擦条件一定时，如果变形程度小于5%，并采用数种原始尺寸不同的圆环进行压缩，当H、D取某一值后，压缩后d值不变（这时d=d1），把该试样尺

寸代入上式求出m值。

二、实验的方法和步骤：

每组取四块圆环（材质为铅）。

其规格为H=（5，9，12，15）mm，D=38mm，d=20mm。

检查试样表面质量，去掉毛刺，精确测量出H、D、d原始尺寸，填入附表中，将试样放在材料实验机上，用千分表控制于5%的变形程度进行压缩，精确测量压后的H、D、d尺寸，从中选出d没有变化或变化很小的试样，将其原始尺寸代入A式，求出m值。

三、熟悉实验设备及工具

1.30吨油压万能材料实验机

2.千分表，游标卡尺

四、实验要求

1.计算出m值

2.写出实验报告

3.分析讨论

a）影响中性面位置的各种因素

b）采用这种实验确定的m值可能产生的误差。

附表

原始尺寸实验号

D（mm）

H（mm）

d（mm）

m

1

2

3

4

实验三、平面变形抗力K值的测定

一、实验目的：

通过平面变形压缩，确定平面变形抗力K值，并绘制K—ε曲线。

二、实验原理：

图3-1平面变形抗力K值的测定实验装置简图

在塑性成形力能几选过程中，平面变形抗力K值是一个很重要的参数。

测定装置示意图如下。

取平板试样的长度大于宽度b和厚度h10倍以上。

压头宽度l=2-4hb>5l。

则平面变形时的垂直方向上的压缩应力σz=σ3=K—变形抗力。

即：

（屈服准则）=1.155σs=2k

当压缩时接触面充分润滑，且1/b较小时，可认为是平面变形状态，此时，纵向应力σ1=0，σ3<0，dε1=-dε3，dε2=0则根据屈服准则：

即：

σ3=1.155σs=K

此时测得的平均单位压力

即为平面变形抗力K

实验过程中，如考虑轻微摩擦的影响，可取摩擦系数μ=0.02-0.04对上述K值家以修正。

三、实验方法与步骤

1、取L=100，b=40mm,h=4mm的铝试样四块，予先进行退火处理。

取压头宽度l=6mm

2、检查试样表面，测量厚度h，涂石墨粉润滑后装入测压装置。

3、分别5%，10%，20%，40%的变形程度在实验机上进行压缩。

测量压缩后的厚度h（mm），记录每次变形终了的载荷P（Kg）和接触面积F（mm2）,计算变形程度，填如下表。

四、实验设备与材料

①、30吨油压万能材料实验机

②、平面变形抗力装置

③、千分尺，游标卡尺若干把

④、石墨粉或机油润滑剂

⑤、实验材料：

100×40×4纯铝试样四块

一、实验报告要求

1、记录各实验数据中。

填入表中，并进行必要的要求；

②、绘制K—ε关系曲线；

③、分析平面变形抗力值的影响因素；

④、讨论实验过程中可能产生的误差。

表3-1实验数据记录表

变形程度

5%

10%

20%

40%

试样

号

数据

H

h

ε

P

F

K

H

h

ε

P

F

K

H

h

ε

P

F

K

H

h

ε

P

F

K

实验四、硬化曲线的测定

一、实验目的及其原理

硬化曲线是反映金属的变形抗力随变形程度变化的关系曲线。

通过实验可以了解金属及合金在冷变形时变形抗力（屈服极限）与变形程度的关系。

掌握近似硬化曲线与实测硬化曲线的测定方法。

并对两种硬化曲线进行对比和分析，了解近似硬化曲线的测定方法是十分简便的，并有一定的可靠性。

1）屈服点σ0.2的测定方法。

测定σ0.2值的方法很多，有图解法、返回零点法，用引伸仪直接测量等方法。

本实验采用图解法测定。

如图4-1所示。

图4-1P—△l拉伸曲线图

根据实验机绘出的P—△l拉伸曲线图来确定。

从记录曲线上读出塑性变形0.2%对应载荷P0.2再接按下式计算

F0——试样原始断面面积。

2）细径点断面收缩率φB的计算。

在细径点前的断面收缩率是均匀的，求其细顶点的断面收缩率：

根据拉伸指示曲线测得细颈点延伸率：

再由φB=δB/（1+δB）（由等式（δ+1）（1-φ）=1导出）式计算断面收缩率。

但对于塑性较好的金属及合金，如图4-2，曲线②无法确定细颈点b确切的位置，因此，采用上述方法确定△lB有困难，所以在同一试样上不同计算长度，或采用10倍，5倍两种试样来测得对应的延伸率δ10，δ5。

通过后面推倒的公式计算出φB。

3）采用δ10，δ5计算φB原理如图4-3所示，假如P—△l曲线上B为细颈点，则细颈点前的伸长量为△P，细颈点后的集中伸长量为△l‘’，总伸长量为：

△l=△l’+△l’’

图4-2

图4-3

在均匀伸长时，可以认为伸长量△l’与试样长度l0成正比，即△l=βl0

在集中伸长时，可以为△l’’与试样原始断面积的平方根

成正比，即△l’’=γ

式中：

β、γ均为比例系数

如果取试样的长度分别为m和n，则总伸长量分别为：

△ln=△ln’+△ln’’=βln+γ

△lm=△lm’+△lm’’=βlm+γ

试样总的伸长率为：

因为

，Fn=Fm=F0所以

由上两式得

对于细颈点的均匀伸长率为

所以

故

当m=2n时，

当m=10，n=5时

故采用δ10，δ5即可求出细颈点的断面缩率φB值。

二、实验方法和步骤

1、实测以内规划曲线

将厚度为5~10mm的金属或合金的退火板材切成10组试样，并按变形程度分别为0%，5%，10%，15%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，90%进行压延，然后从每组中取10倍拉伸试样5个，通过拉伸实验分别测得σ0.2，然后按照变形程度e把σ0.2填入表4-1，并画出实测硬化曲线。

2、近似硬化曲线测定

从上述退火材料中，分别取10倍试样（l0=10d0）各5个进行拉伸实验，测得强度极限δb，并按10倍和5倍分别计算δ10，δ5

计算式

分别计算出细颈点的断面收缩率φB和真实应力SB，然后，根据SB和φB做出近似硬化曲线，测量和记录如表4-2。

表4-1

ε%

予定值

0

5

10

15

20

30

40

50

70

90

实测值

σ0.2/MPa

表4-2

试样号

l’5

l’10

δ5

δ10

δ0.2

δb

φB

SB

三、实验设备与工具

1、30吨万能材料实验机

2、千分尺，画线器及记录纸

3、试件

四、实验要求

1、绘制ε—σ0.2实测硬化曲线，SB—φB真实应力曲线。

2、试分析可能产生的误差。

3、写出实验报告。