金属塑性成型复习资料.docx

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金属塑性成型复习资料

第三章

1、何谓最小阻力定律？

它的基本点是什么？

最小阻力定律可表述为：

变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向移动。

即做最少的功，走最短的路。

2、影响金属塑性流动与变形的主要因素有哪些？

影响金属塑性流动和变形的主要因素有：

接触面上的外摩擦、变形区的几何因素、边形物体与工具的形状。

变形温度及金属本身性质等。

这些内外因素的单独作用，或几个因素的交互影响，都可使流动和变形很不均匀。

3、简述研究变形分布的基本方法及原理。

金属塑性加工中，研究变形物体内变形分布（即金属流动）的方法很多。

常用的几种方法如下：

（1）网络法。

它是研究金属塑性加工中变形区内金属流动情况应用最广的方法。

其实质是观察变形前后，各网格所限定的区域几何形状的变化。

（2）硬度法。

此法的基本原理是;在冷变形情况下，变形金属的硬度随变形程度的增加而提高。

（3）比较晶粒法。

此法的实质是根据再结晶退火后的晶粒大小，与退火前的变形程度的关系，来判断各部位变形的大小。

变形越大，再结晶后晶粒越小。

利用再结晶图，近似地得出变形体内各处的变形程度。

除此之外，还有示踪原子法、光塑性法、云纹法等多种形式的研究方法。

4、变形不均匀产生的原因和后果是什么？

原因：

质点的应变状态不同，即它们相应的各个轴上变形的发生的情况、发展方向及应变量的大小都不同，所以，会产生不均匀变形，实质上是有金属质点不均匀流动产生的，凡是影响金属塑性流动的因素，都会对不均匀变形产生影响。

后果：

（1）、引起变形体的应力状态发生变化，是应力分布不均。

（2）、造成物体的破坏。

（3）、使材料变形抗力提高和塑性降低。

（4）、使产品质量降低。

（5）、使生产操作复杂化。

（6）、形成残余应力。

5、减少不均匀变形的主要措施是什么？

1）正确选定变形的温度—速度制度2）尽量减小接触面上外摩擦的有害影响。

3）合理设计加工工具形状4）尽可能保证变形金属的成分及组织均匀。

6、简述塑性加工工件残余应力的来源及减少或消除措施。

残余应力是塑性变形完毕后保留在变形物体的附加应力。

来源：

1）机械加工引起的残余应力2）温度不均匀引起的残余应力3）构件尺寸公差引起的残余应力

减少或者消除措施：

（1）热处理方法：

可用退货、回火等方式来减小或消除。

（2）机械处理:

例如是零件彼此碰撞、用木槌打击表面或者喷丸法打击工件表面、表面碾压和压平、表面拉直、在模子中作表面校形或者精压。

（3）减小材料在加工过程中所产生的不均匀变形。

7，简述研究残余应力的方法及原理（不是重点知道几种方法就可以）。

基本方法：

机械法，化学法，和X光

8，锻造，轧制，挤压和拉拔加工中断裂的主要形式有哪些？

产生原因有哪些？

锻造——表面开裂：

自由墩粗塑性较低的金属饼材时，由于锤头端面对镦粗件表面摩擦力的影响，形成单鼓形，使其侧面周向承受拉应力。

当锻造温度过高时，由于晶间结合力大大减弱，常出现晶间断裂节裂纹方向和周向拉应力垂直。

当锻造温度较低时，晶间强度常高于晶内强度，出现穿晶断裂。

措施：

尽量减少鼓形所引起的周向拉应力。

1）减少工件与工具间的接触摩擦；提高接触表面的光洁度，采取适当高效能润滑剂。

2）采用凹形模3）采用软垫。

4）采用活动套环和包套

内部断裂：

因变形不深入，故在断面中心部分受到水平拉应力作用，当此应力超过材料的断裂应力时，就会产生与拉应力方向垂直的裂口。

措施：

采用槽形和弧度锤头，从而减少坯料中心处的水平拉应力，或把原来的拉应力变为压应力

轧制——表面开裂：

对平辊轧制，当轧件通过辊缝时，沿宽向质点有横向流动的趋势，由于摩擦阻力的影响，中心部分宽展远小于边部，而中心部分厚度转化为长度的增加，股板端呈圆形。

由于轧件为一整体，所以边部受附加拉应力，而易于产生周向裂纹。

此外，当辊型控制不当或坯料形状不良也会出现裂纹。

轧制薄板时，当辊型为凹形，或者坯料为凹形断面，会产生于上述相反的情况，严重时会出现板材的中部周期裂纹。

措施：

首先是要有适宜的良好辊型和坯料尺寸形状，其次是制定合理的轧制工艺规程。

内部裂纹：

在平辊间轧制厚坯料时，因压下量小而产生表面变形。

中心层基本没有变形，因而中心层牵制表面层，给予表面层以压应力，表面层则给中心层以拉应力。

当此不均匀变形与拉应力积累到一定程度时，就会引起心部产生裂纹，而应力得到松弛。

当变形继续进行，此应力又积累到一定程度又会产生心部裂纹，如此继续，在心部产生了周期性裂纹。

措施：

增加l/h值。

随着l/h的增加，变形逐步深入；同时增加到底压量，可使l/h增大。

9、金属断裂的基本类型？

通常以单位拉伸时的断面收缩率大于5%者为韧性断裂，而小于5%者为脆性断裂。

（1）脆性响裂：

单晶体中为解理断裂，多晶体中为沿解理面的穿晶断裂和沿晶界的晶间断裂

（2）韧性断裂：

主要是穿晶断裂，若晶界处有夹杂物或沉淀物，也会发生晶间断裂。

10、简述塑性-脆性转变温度及其影响？

一般的金属与合金（面心立方者除外）有塑性-脆性转变现象。

如果改变试验温度，就可以发现有一个转变温度Tc,在Tc以上，断裂是韧性的，在Tc以下，断裂时脆性的。

一般规定塑性下降50%的点的温度为塑性-脆性转变温度，用Tc表示。

塑性-脆性转变温度的影响因素：

（1）应力状态：

实验表明，对不同深度缺陷的拉伸试样，拉应力状态越强，材料的脆性转变温度越高，脆性趋势越大

（2）金属材料的化学成分和组织状态：

如晶界的影响杂质的影响，随着杂质的含量的增加，材料的塑性-脆性转变温度剧烈的增加。

11、简述金属的可加工型？

金属的可加工型是不同加工方法进行加工是，工件出现第一条裂纹前所达到的最大变形量，如可锻性、可扎性、可挤压性、可拉拔性等。

它是制定各种塑性加工工艺规程和保证产品质量的一个重要参数。

金属的可加工型常用两个因子的乘积来表示，一个因子为f1表示材料的塑性；另一个因子f2表示该加工方法的固有特性。

可加工型W可表示为：

W=f1*f2（其中f2的值很难确定）

12、挤压和拉拔裂纹的产生的主要形式、产生原因及预防措施？

裂纹产生的主要形式是：

（1）表面裂纹，又分为周向裂纹和纵向裂纹

（2）内部裂纹

裂纹产生的原因：

由于摩擦力的阻碍作用，使表面层的速度低于中心部分，于是在表面层受附加拉应力，中心部分受附加压应力，与基本应力合成后，工件表面层的工作应力仍然为拉应力，当工作应力超过材料的实际断裂强度时，表面上就会产生向内扩展的裂纹。

当挤压比（挤压变形程度）较小，或拉拔时L/d0较小时，表面变形深入不到棒材内部，从而导致中心层产生附加拉应力，此拉应力与纵向基本应力相叠加，若轴心层的工作应力大于材料的断裂应力时，变回出现内部裂纹。

预防措施：

（1）加强润滑，见笑摩擦阻力，会使金属流动不均匀性减轻，从而可以防止表面裂纹的产生。

（2）采用反向挤压、反张力拉伸、辊式横拉伸等方法来减少摩擦。

（3）对于挤压来说，增大挤压比，是、使变形深入轴心区，可以防止和减轻内部裂纹现象的发生。

（4）对拉拔来说，增加L/d0可使变形深入到轴心区，即增加变形程度和减小模孔锥角，可减少内部裂纹现象的产生。

第4章

4.1概述

塑性加工中绝大多数工序是在工具和变形金属相接触的条件下进行的，金属沿工具表面滑动，工具必然要产生阻止金属流动的摩擦力，即两个物体界面间的切向阻力。

外摩擦：

发生在金属和工具相接触表面之间的，阻碍金属自由流动的摩擦。

摩擦的负面影响：

1、工（模）具产生磨损，工件表面被划伤2、使金属变形力、能增加，并引起金属变形不匀3、使产品产生裂纹，要定期更换工具

润滑：

在金属塑性加工中，必须在工模具与坯料之间加入润滑物质，以减少摩擦，防止粘结。

4.2金属塑性加工时摩擦的特点及应用

一、塑性成形时摩擦的特点

塑性成形中的摩擦与机械传动中的摩擦相比，有以下特点：

1、在高压下产生的摩擦

2、较高温度下的摩擦

3、伴随着塑性变形而产生的摩擦，在塑性变形过程中由于高压下变形，会不断增加新的接触表面，使工具与金属之间的接触条件不断改变。

4、摩擦副（金属与工具）的性质相差大

5、在接触面上各点的摩擦不一样

6、接触面是不断变化的

二、外摩擦在压力加工中的作用

塑性成形中的外摩擦，大多数情况是有害的，应设法减小，但在某些情况下，外摩擦有利于加工过程。

三、外摩擦对金属加工过程的不利影响：

1、改变物体应力状态，使变形力和能耗增加

2、引起工件变形与应力分布不均匀

3、恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低工件寿命

四、塑性加工中摩擦有效性的利用：

1、用增大摩擦的方法改变咬入条件，强化轧制过程

2、在冲压生产中增大冲头与板片间的摩擦，可以强化生产工艺，减少由于起皱和撕裂等造成的废品

3、开式模锻时可利用飞边阻力来保证金属充满模膛

4.3塑性加工中摩擦的分类及机理

一、外摩擦的分类及机理

外摩擦：

发生在金属和工具相接触表面之间的，阻碍金属自由流动的摩擦。

塑性成形时的摩擦根据其性质可分为：

干摩擦、边界摩擦、流体摩擦

1、干摩擦：

不存在任何外来介质时金属与工具的接触表面之间的摩擦，通常指的是不加润滑剂的摩擦状态。

2、流体摩擦：

当金属与工具表面之间的润滑层较厚，两摩擦副在相互运动中不直接接触，完全有润滑油膜隔开，摩擦发生在流体内部分子之间的摩擦。

流体摩擦力的大小与接触面的表面状态无关，而是与流体的粘度、速度梯度等因素有关。

3、边界摩擦：

介于干摩擦与流体摩擦之间的摩擦状态。

摩擦机理：

关于摩擦产生的原因，即摩擦机理，有以下几种学说：

1、表面凹凸学说：

所有经过机械加工的表面并非绝对平坦光滑，都有不同程度的凸起和凹入。

当凹凸不平的两个表面相互接触时，一个表面的部分“凸峰”可能会陷入另一表面的凹坑，产生机械咬合。

当这两个相互接触的表面在外力的作用下发生相对运动时，相互咬合的部分会被剪断，此时摩擦力表现为这些凸峰被剪切时的变形阻力。

根据这一观点，相互接触的表面越粗糙，相对运动时的摩擦力就越大。

降低接触表面的粗糙度，或涂抹润滑剂以填补表面凹坑，都可以起到减少摩擦的作用。

2、分子吸附说：

分子吸附学说认为：

摩擦产生的原因是由于接触面上分子之间的相互吸引的结果。

物体表面越光滑，实际接触面积就越大，接触面间的距离也就越小，分子吸引力就越强，因此，滑动摩擦力也就越大。

近代摩擦理论认为，摩擦力不仅来自接触表面凹凸部分互相咬合产生的阻力，而且还来自真实接触表面上原子、分子相互吸引作用产生的粘合力。

对于流体摩擦来说，摩擦力则为润滑层之间的流动阻力。

4.4摩擦系数及其影响因素

摩擦系数，其数值随金属性质、工艺条件、表面状态、单位压力及所采用润滑剂的种类与性能等而变化。

其主要影响因素：

金属的种类和化学成分；工具材料及其表面状态；接触面上的单位压力；变形温度；变形速度；润滑剂。

1、金属的种类和化学成分

摩擦系数随着不同的金属、不同的化学成分而异：

（1）不同种类的金属，摩擦系数不同。

（2）同种材料，化学成分变化时，摩擦系数也会不同。

一般说，随着合金元素的增加，摩擦系数下降。

规律：

粘附性将强的金属通常具有较大的摩擦系数，如铅、铝、锌等。

材料的硬度、强度越高，摩擦系数就越小。

2、工具材料及其表面状态

（1）工具材料的影响遵循第一影响因素所表现的规律：

材料硬度、强度越高，摩擦系数越小。

（2）一般来说，工具表面光洁度越高，摩擦系数越小。

但如果两个接触面光洁度都非常高，由于分子吸附作用增强，反使摩擦系数增大。

（3）工具表面加工刀痕长导致摩擦系数的异向性。

3、接触面上的单位压力

（1）单位压力较小时，摩擦系数为常数，与正压力无关。

（2）单位压力增大到一定数值后，润滑剂被挤掉或表面膜破坏，这不但增加了真实接触面积而且使分子吸附作用增强，从而使摩擦系数随压力增加而增加，但增加到一定程度后趋于稳定。

4、变形温度：

一般情况下，摩擦系数随温度的升高先增加后减少，主要受