金属塑性加工原理 试题答案

一、名词解释（本题10分，每小题2分） 1.变形过程中的金属发热现象

2.材料由于温度降低等内在因素和外在条件变化，塑性急剧下降的现象。

3.在热变形过程中，在应力状态下所发生的再结晶。[金属在热变形过程中发生的再结晶]

4.回复温度以下发生的变形。 在物体中，由于其各部分的不均匀变形受到物体整体性的而引起5.的相互平衡的应力。

二.填空题（本题10分，每小题2分） 1.

[偏应力]，球应力[静水压力]

2.变形温度、变形程度、晶粒大小 3.真应力、断面收缩率 4.适当粘度、良好活性

5.稳定细晶（5μm以下）、一定的温度区间(三、判断题（本题10分，每小题2分） 1.(√)、(×)、(√)、(×) 2.(√)、(×) 3.(×) 4.(√) 5.(×)

四、问答题（本题 40 分，每小题 10 分） 1.答：

)、一定的变形速度(

)

对于低塑性材料的开坯采用挤压加工方法为佳，因为：挤压时静水压力大，塑性好。缺陷变成线状。 2.答：

3.答：

相同：使材料产生各向异性(沿纤维方向上强度高)。 不同：

冷变形：基本晶粒沿最大主变形方向拉长；热变形：夹杂物、第二相拉长。(基体是再结晶等轴晶粒) 消除措施：

冷变形：完全再结晶退火；热变形：净化，铸锭中尽量减少杂质；高温长时间退火，使夹杂物扩散，改变加工方向。 4.答：

(1)种情况沿辊宽变形均匀。

(2)种情况中部易出现裂纹，因为中部附加拉应力。 五、证明题（本题 10 分） 证：已知Mises塑条可表达为：

六、推导题（本题 20 分） 解：

建立直角坐标系xoy如图，上下左右对称只研究第一象限

试卷（二）

一、名词解释（本小题10分，每小题2分） 1.在金属再结晶条件下进行的塑性变形 2.在塑性变形的过程中存在弹性变形 3.在热变形过程中在应力作用下的再结晶

4.物体不均匀变形受到整体性的而引起物体内相互平衡的应力 5.金属在塑性变形时的发热现象

二、填空题（本题 22 分，每小题 2 分） 1.作用力（主动力）、约束反力 2.3、

（体积不变条件）

3.单位时间内的应变量（应变对时间的变化率） 4.

5.弹性变形、加工硬化

8.变形温度、变形程度、变形速度 7.变形温度、变形程度、再结晶晶粒大小 8.塑性指标、变形温度 9.断面收缩率、真实应力 10.弹性变形、塑性变形、断裂 11.定摩擦定律和滑动摩擦定律 三、判断题（本题10分，每小题2分） 1.× 2.× 3.× 4.× 5.×

四、问答题（本题 36 分，每小题 6 分） 1.答：

：反映了变形体体积改变的剧烈程度 ：反映了变形体形状改变的剧烈程度 ：反映了塑性变形的类型

2.答：

Tresca准则：变形体某点的最大切应力达到定值材料就屈服，π平面上为正六边形 Misec准则：弹性形状改变达到定值材料就屈服，π平面上为一个圆 两准则在平面应变情况下差别最大

3.答：

简单加载：应力分量按比例加载，只加载不卸载，应力与应变的主轴重合 复杂加载：不满足简单加载条件 Levy-Mises增量理论：

或

4.冷变形纤维组织是晶粒被拉长，拉细压扁呈现纤维状。而热变纤维组织是热变形时，非金属杂质、第二相各种缺陷沿最大变形方向被拉长。冷变形纤维组织都是沿纤维方向强度高，使材料呈各向异性。 消除措施：冷变形纤维组织用完全再结晶退火

热变形纤维组织：熔炼尽可能除杂，铸锭细化晶粒，采用长时间高温均匀化退火，加工时变换加工方向 5.答：

对于低塑性材料的开坯采用挤压加工方法为佳，因为：挤压时静水压力大，塑性好。 6.答：

图1：送料方向沿轧件宽度方向变形不均匀，因为沿轧件礼宽度方向坯料厚度不一，压下量不同。 图2：送料方向沿轧件宽度方向变形均匀 五、计算题（7分） 解：

六、推导题（本题15分） 解： 平衡方程：塑件：

联立（a）（b）得：

又：

所以：

积分得：

应力边界条件：时，，代入塑条

有：

即：

所以：

所以：

试卷（三）

一、名词解释（本题8分，每小题2分）

1.在变形过程中，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.塑性变形过程中因金属发热而促使金属的变形温度升高的效果。

3.金属冷变形时，随着变形程度的累积，金属的变形抗力提高而塑性下降的现象。

4.对金属材料有效地综合利用形变强化和相变强化，将塑性加工与热处理操作相结合，使成形工艺同获得最终发性能统一起来的一种工艺方法。 二、填空题（本题10分，每小题2分） 1.弹性变形、塑性变形、断裂 2.工作应力＝基本应力＋附加应力 3.干摩擦、边界摩擦、液体摩擦

4.液体润滑亮剂、固体滑亮剂、液固滑亮剂、熔体滑亮剂 5.变形温度、冷变形程度 三、判断题（12分）

1.× 2.× 3.× 4.√ 5.× 6.√

四、问答题（本题38分，1-6小题第小题3分，7,8小题第小题7分，9小题6分） 1.答：

通过该点所有斜载面上的应力有无、大小、方向情况

意义：下述内容中举出1－2种：弹塑性类型，是否进入了塑性变形、变形类型、分析变形、计算变形力、σ－ε关系的基础 2.答：力平衡 3.答：

：应变全量，以变形开始的原始尺寸为度量基准，反映一次变形过程从起始到终了的总应变量。 ：应变增量，以变形过程中的某瞬时状态为度量基准，反映该瞬时开始后一极短的时间的微分应变量。4.答：

第三强度理论是从材料使用角度出发，要求材料不发生塑性变形，使用的终点Tresca屈服准则从加工成形角度出发，衡量发生塑性变形否，塑性变形的起点 5.答：

弹性本构方程：考虑了体积的变化，线性关系与变形历史无关，简单，唯一性塑性本构方程：不考虑体积的变化，一般非线性 6.答:

平衡方程，塑性条件 7.答：

变形温度，变形速度，变形程度；变形力学图，相图，塑性图，再结晶全图，变形抗力图 ８.答:

热变形：变形过程发生再结晶，具有明显的软化过程和扩散特性，塑性发挥好，有修复机构（溶解－深沉、

非晶机构），晶向变形机构作用最大，晶向变形机构主要中要在热变形中起作用，高温下晶粒的移动和转动比晶内变形所起的作用大，溶解－深沉、非晶机构比冷变形明显。冷变形：变形温度低于回复温度，在变形中只有加工感化而无回复与再结晶现象，以晶内变形为主。 9.答：

典型表现：轮廓呈现单鼓形，接触面存在三个区（粘着区、滑动区、侧翻区），变形体内存在三个区（难变形区、易变形区、自由变形区）

图于裂纹是由于易变形区对自由变形区同向附加拉应力而产生的，措施：减少摩擦，采用凹模，采用软垫，采用包套

五、分析应用题（本题16分，每小题8分） 1.解：

同一θ上

=常数，即

所以

分布如下图：

由于坯料中心水平流动速度快，挤压后期中心必须靠径向流动来补充，挤压变形力升高，而出现挤压缩尾 2.解：

轧件厚度主要取决于实际工作辊径的大小 小辊：变形区W小，W/H小，叠轧：H增大，W/H减小，六、综合推理题（本题16分） 解：

变小，F变小，而且P总变小，轧辊弹性变形小，故更簿。

减小，F变小。

变小，F变小，其次分成两层后，单层更小润滑：m减小，

由上可知，当m增大时Ｐ增大

试卷（四）

一、名词解释：（本题10分，每小题2分） 1.热效应：金属在塑性变形时的发热现象。

2.动态再结晶：在热变形过程中，在应力作用下的再结晶。 3.外端：变形体处于变形区以外的那一部分坯料。

4.附加应力：物体不均匀变形受到其整体性而引起物体内相互平衡的应力。 5.塑性-脆性转变：金属塑性随温度下降等内外因素变化而明显转变为脆性的现象。 二、填空题（本题16分，每小题2分）

1.过变形体任意斜载面上的应力有无，大小，方向的情况、该点三个坐标面上的应力分量 2.反映了弹性变形体积变化的大小、反映形状变化的大小

3.变形过程中某一极短阶段的无限小应变、变形过程中某一瞬间的尺寸 4.单位时间内的应变量、1/秒

5.最大切应力达到某一极限K时，材料发生屈服、材料的弹性形状改变达到某一定值，材料就屈服 6.刚塑性体、弹塑性体 7.弹性变形、加工硬化

8.、0

三、计算与问答（58分，1-3小题每小题6分，4,5小题第小题15分，6小题10分） 1.解：

所以：

由2. 解：

内弧线：初始屈服曲面 外弧线：后继屈服曲面 OAB、OCD是简单加载 OAD、OABD是复杂加载

OAB与OABD具有相同的塑性变形，因为B-D是中性变载，只有弹性应变量改变，塑性应变量不变 3. 解：

变形后软层薄，硬层厚 理由： 由塑条

或

材料软易达到塑条，变形大，簿 ，对应延伸型应变

由形状改变比解：材料软G小，则大，变形大，簿

由4.答：

小，则大，则H小，簿

外摩擦特点：接触面压力大，润滑困难，摩擦应力高；温度条件恶劣(如高温)；接触条件不断变化，表面状态不一；摩擦副差异大。

塑性加工所使用的润滑剂种类有：液体润滑剂、固体润滑剂、液-固润滑剂和熔体润滑剂等几种类型。 液体润滑剂主要是通过适当的粘度较大的活性形成一层稳定结实的润滑膜。 固体润滑剂：固体本身的剪切强度低于被加工材料的剪切强度。 液-固润滑剂：兼有上述两者的特点。

熔体润滑剂：在高温下可以在工具与坯料接触面间熔成液体薄膜隔开接触面。 5.答：

不均匀变形的典型现象：轮廓呈现单鼓或双鼓，接触面出现粘着、滑动、侧翻三个区，整个体积分为难、易、自由变形区。

薄板轧制时的裂边主要是变形不均匀，中间延伸大、边部延伸小，造成边部出现附加拉应力，中间附加压应力。当边部的附加拉应力与基本主应力叠加大于材料的断裂强度时出现裂边。另外，热轧件边部温度低，冷轧件边部晶粒粗大，都易裂边。

防止措施：尽量使金属变形均匀如：压下量、坯料厚度、辊型、润滑均匀、合理的加热、热处理等。 6.答：

冷变形的纤维组织：冷变形时晶粒被拉长、拉细或被压扁呈现纤维状。而热变形纤维组织是热变形对非金属夹杂物、第二相等各种缺陷沿最大主变形方向被拉长。冷变形对组织的影响是：形成纤维组织、形成亚结构、变形织构及晶内与晶间的破坏。热变形过程中硬化和软化同时存在可以改善铸锭组织，使金属热变形后晶粒细化、成份趋于均匀、塑性得到改善等。 四、推导题(16分) 解：

由有

应力边界条件：r=R时，

由塑条：

所以：

所以：

由于不包套时所以包套时接触面

大。

试卷（五）

一、名词解释（本题18分，每小题3分）

1.最小阻值定律：塑性变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向流动。 2.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。 3.热变性：变形金属在完全再结晶条件下进行的塑性变形。

4.塑性状态图：表示金属指标与变形温度及加载方式的关系曲线图形。 5.金属塑性加工的热力学条件：变形温度、变形速度、变形程度。

6.多晶体的晶向变形机构：晶粒的转动与移动、溶解-沉淀机构、非晶结构。 二、填空题（本题12分，每小题2分） 1.弹性变性、均匀塑性变形、破裂 2.3种、

3.弹性形状能改变(或、

、

)达到定值材料屈服、平面应变(或 4成比例

5.中性变载、弹性、塑性 6.平衡、塑性条件

三、判断题（对者打√，错者打×）（本题12分，每小题2分） 1.(√) 2.(×) 3.(×) 4.(×) 5.(×) 6.(√)

四、计算与简答题（本题38分，1-3小题每小题6分，4,5小题每小题10分） 1.答：

2.答：

它们考虑了弹性变形

第一条适合冷加工；第二条适合热加工 3.答：

异号主应力所需的变形力小的原因可以用塑性条件来说明

)时

由Mises塑性条件

，假设

不变

若主应力值绝对大小固定，由上式可知：异号应力的异号应力更容易满足塑性条件 4.答：

大于同号应力的，即异号应力的大

五图：变形力学图、相图(合金状态图)、塑性图、变形抗力图、第二类再结晶图。 5.答：

产生表面周期性裂纹的原因：

金属外层受挤压筒和凹模具的接触摩擦的阻滞作用。或表面温度降低使得表层的金属流动慢，受到附加拉应力(中心受附加压应力)，此附加拉应力越接近出口，其值越大，与基本应力合成后，当工作应力达到金属的抗拉强度时，就会产生向内扩展的表面裂纹。

某些金属，塑性区强度范围窄，或易粘模。当挤压速度过快，温度升高，当实际挤压温度超过临界温度时，挤压圆棒也会出现裂纹。

周期性裂纹：一条裂纹出现后，应力松弛，继续变形，应力积累，又出现下一条裂纹。

挤压缩尾也是坯料中心流动快，外层流动慢。在挤压后期，外层金属产生径向流动(坯料表面往往带有油污、灰尘及其它杂质等)。而形成制品尾部出现(中心或环形或皮下)缩尾。

表面裂纹的预防措施：减少不均匀变形；加强润滑，光洁模子；采用反向挤压(合理的温度、速度制度)。 挤压缩尾的预防措施：减少不均匀变形，减少径向流动；留压余，脱皮挤压；车削锭坯表面；使坯料成分组织均匀。

五、综合推导题（本题20分） 解：

平衡微分方程

(“－”时，

取代数值解，“＋”时

取绝对值解)

近似值，忽略高阶微分，有

视为均匀变形近似塑性条件：

，有

联立后：

由

摩擦条件：

有

应力边界条件：由

有

，

∴

∴

的峰值在

处