金属塑性成形原理题（2）答案
填空题
1 设面三角形单元部意点位移采线性项式表示：
单元点外应变表示 ＝
2 塑性指： 外力作金属材料发生塑性变形破坏完整性力
3 金属单晶体变形两种方式： 滑移 孪生
4 等效应力表达式：
5点代数值 __ 应力 __ 指称 第方 第方时针转 滑移线 线
6 面变形问题中变形面垂直方应力 σ z
7．塑性成形中三种摩擦状态分： 干摩擦 边界摩擦 流体摩擦
8．数应变特点具真实性性 加性
9．数金属言总趋势着温度升高塑性 提高
10．钢冷挤压前需坯料表面进行 磷化皂化 润滑处理
11．提高润滑剂润滑耐磨防腐等性常润滑油中加入少量活性物质总称 添加剂
12．材料定条件拉伸变形延伸率超 １００％ 现象超塑性
13．韧性金属材料屈服时 密席斯（Mises） 准较符合实际
14．硫元素存碳钢易产生 热脆
15．塑性变形时产生硬化材料做 理想塑性材料
16．应力状态中 压 应力充分发挥材料塑性
17．面应变时均正应力sm 等 中间应力s2
18．钢材中磷钢强度硬度提高塑性韧性 降低
19．材料连续两次拉伸变形第次真实应变e1＝０1第二次真实应变e2＝０25总真实应变e＝ 035
20．塑性指标常测量方法 拉伸试验法压缩试验法
21．弹性变形机理 原子间距变化塑性变形机理 位错运动
二列题均答案选择适合填横线
1．塑性变形时工具表面粗糙度摩擦系数影响 A 工件表面粗糙度摩擦系数影响
Ａ Ｂ等 Ｃ
2．塑性变形时产生硬化材料做 A
Ａ理想塑性材料 Ｂ理想弹性材料 Ｃ硬化材料
3． 似衡微分方程似塑性条件求解塑性成形问题方法称 B
Ａ解析法 Ｂ应力法 Ｃ滑移线法
4． 韧性金属材料屈服时 A 准较符合实际
Ａ密席斯 Ｂ屈雷斯加 Ｃ密席斯屈雷斯加
5．屈服原限制物体塑性变形时总导致 A 散逸散逸功原理
Ａ量 Ｂ力 Ｃ应变
6． 硫元素存碳钢易产生 A
Ａ热脆性 Ｂ冷脆性 Ｃ兰脆性
7． 应力状态中 B 应力充分发挥材料塑性
Ａ拉应力 Ｂ压应力 Ｃ拉应力压应力
8． 面应变时均正应力sｍ B 中间应力s２
Ａ Ｂ等 Ｃ
9． 钢材中磷钢强度硬度提高塑性韧性 B
Ａ提高 Ｂ降低 Ｃ没变化
10．晶体塑性变形晶粒变形方显著伸长现象称 A
Ａ纤维组织 Ｂ变形织构 Ｃ流线
三判断题
1．密席斯屈服准摩擦系数μ05 （ × ）
2．塑性变形时工具表面粗糙度摩擦系数影响工件表面粗糙度摩擦系数影响 （ × ）
3．静水压力增加提高材料塑性没影响 （ × ）
4．塑料变形时产生硬化材料理想刚塑性材料 （ × ）
5．塑性变形体点剪应力轨迹线滑移线 （ √ ）
6．塑性材料具种质属性 （ √ ）
7．塑性柔软性 （ × ）
8．合金元素钢塑性增加变形拉力降 （ × ）
9．合金钢中白点现象夹杂引起 （ × ）
10．结构超塑性力学特性超塑性金属m 00202 （× ）
11．影响超塑性素变形速度变形温度组织结构 （ √ ）
12．屈雷斯加准密席斯准面应变两准致 （ × ）
13．变形速度摩擦系数没影响 （ × ）
14．静水压力增加助提高材料塑性 （ √ ）
15．碳钢中冷脆性产生硫元素存致 （ × ）
16．果已知位移分量方程求应变分量然满足协调方程方法求应变分量然满足协调方程必校验否满足连续性条件 （ × ）
17．塑料变形时金属材料塑性变形抗力低例：锈钢 （ × ）
四名词解释
1．限法基原理什？
答：运动学许速度场确定变形载荷似解变形载荷总真实载荷高估似值称限解
2．结构超塑性力学特性中m值物理意义什？
答：应变速率敏感性系数表示超塑性特征极重指标m值越塑性越
3．谓冷变形热变形温变形？
答：冷变形：结晶温度（通常指室温）变形
热变形：结晶温度变形
温变形：结晶温度高室温变形
4．谓阻力定律？
答：变形程中物体质点着阻力方移动做少功走短路
5．谓超塑性？
答：延伸率超100现象做超塑性
五简答题
1．请简述限元法思想
答：限元法基思想：
(1) 变形体成限数目单元体集合单元间指定节点处铰接关连通节点传递单元间相互作离散变形体实际变形体计算模型
(2) 分片似单元选择相关节点量确定函数似描述场变量（速度位移）定原理建立物理量间关系式
(3) 单元建立关系式加集成限节点相关总体方程
解总体方程求限节点未知量（般速度位移）进求
整问题似解应力应变应变速率等
限元法实质具限度连续体简化成限度单元集合体较简单问题解逼复杂问题解
2 LevyMises 理基假设什？
答： LevyMises 理建立四假设基础：
(1) 材料刚塑性材料弹性应变增量零塑性应变增量总应变增量
(2) 材料符合 Mises 屈服准
(3) 加载瞬时应力轴应变增量轴重合
(4) 塑性变形时体积变 应变增量张量应变增量偏张量
3．塑性加工中润滑目什？影响摩擦系数素？
答：（1）润滑目减少工模具磨损延长工具寿命提高制品质量降低金属变形时耗
（2）影响摩擦系数素：
答：1）金属种类化学成分
2）工具材料表面状态
3）接触面单位压力
4）变形温度
5）变形速度
6）润滑剂
4．简述塑性加工中影响金属材料变形抗力素？
答：（1）材料（化学成分组织结构）（2）变形程度（3）变形温度
（4）变形速度（5）应力状态（6）接触界面（接触摩擦）
5．什说速度间断面切速度间断法速度必须连续？
答：现设变形体速度间断面SD分成①②两区域微段dSD速度间断情况图示
根塑性变形体积变条件变形体变形时保持连续形发生重叠开裂知垂直dSD速度分量必须相等切速度分量等造成①②区相滑动速度间断值
6．谓屈服准？常屈服准两种？试较异点？
答：（1）屈服准：应力分量间符合定关系时质点进入塑性状态种关系屈服准
（2）常屈服准：密席斯屈服准屈雷斯加屈服准
（3）异点：两应力相等应力状态两者致塑性金属材料密席斯准更接实验数面应变状态时两准差155
7 简述塑性成形中润滑剂求
答：（1）润滑剂应良耐压性高压作润滑膜吸附接触表面保持良润滑状态
（2）润滑剂应良耐高温性热加工时润滑剂应分解变质
（3）润滑剂冷模具作
（4）润滑剂应金属模具腐蚀作
（5）润滑剂应体毒污染环境
（6）润滑剂求清理方便源丰富价格便宜等
8．简述金属塑性加工优点
答：（1）结构致密组织改善性提高
（2）材料利率高流线分布合理
（3）精度高实现少切削求
（4）生产效率高
六计算题
1．圆板坯拉深圆筒件图1示 假设板厚t 圆板坯理想刚塑性材料材料真实应力S计接触面摩擦 忽略凹模口处弯曲效应 试应力法证明图示瞬间拉深力：
（a）拉深示意图 （b）单元体
图1 板料拉深
答：工件凸缘部分取扇形基元体图示负径静力衡方程：
展开略高阶微量：
拉应力压应力似塑性条件：
联解：
式中
2．图2示设半限体侧面作均布压应力 试应力法求单位流动压力p
图2
解：
取半限体半剖面图中基元板块（设长 l ）列衡方程：
（ 1 ）
中设 摩擦子 材料屈服时切应力值 均取绝值
(1) 式：
（ 2 ）
采绝值表达简化屈服方程：
（ 3 ）
（ 4 ）
（ 2 ）（ 3 ）（ 4 ）式联立求解：
（ 5 ）
边界 （ 3 ）式知 代入（ 5 ）式：
：
（ 6 ）
单位流动压力：
（ 7 ）
3．图3示圆柱体镦粗半径re高度h圆柱体受轴压应力sZ镦粗变形接触表面摩擦力t＝０２Ｓ（Ｓ流动应力） sze锻件外端（rre）处垂直应力
（1）证明接触表面正应力：
（2）画出接触表面正应力分布
（3）求接触表面单位流动压力ｐ
（4）假re＝100MMＨ＝150MMＳ500MPa求开始变形时总变形抗力Ｐ少吨？
解：
（1）证明
该问题行砧板间轴称镦粗设基元板块列衡方程：
略二次穷项式化简成：
假定均匀镦粗变形：
图3
：
该式精确衡方程简化似衡方程完全相
密席斯屈服准写似塑性条件：
联解：
时
：
（3）接触表面单位流动压力：
544MP
（4）总变形抗力
1708T
4．图4示头外力作压入两边斜面刚塑性体中接触表面摩擦力忽略计接触面单位压力q表面AHBEX轴夹角求：
（1）证明接触面单位应力qK（2++2）
（2）假定头宽度2b求单位厚度变形抗力P
图4
解：
（1）证明
1）AH边界：
屈服准：
：
2）AO边界：
根变形情况：
屈服准：
族条滑移（OA1A2A3A4）常数
（2）单位厚度变形抗力：
5．图5示尖角2j头外力作插入具相角度缺口刚塑性体中接触表面摩擦力忽略计接触面单位压力p表面ABCX轴夹角d求：
（1）证明接触面单位应力p2K（1+j+d）
（2）假定头宽度2b求变形抗力P
图5
答：
（1）证明
1）AC边界：
2）AO边界：
3）根变形情况：
4）屈服准：
5）族条滑移（OFEB）常数
（2）设AO长度L
变形抗力：
6．模壁光滑面正挤压刚性块变形模型图6示试计算单位挤压力限解 P 设材料切应力常数K
图6
解：首先根动容条件建立变形区速端图图7示：
图7
设头移速度 图7求速度间断值：
头表面模壁表面光滑变形体限功率仅速度间隔面消耗剪切功率式示：
头功率表示：
：
7．理想刚塑性体砧头间镦粗某瞬间条料截面尺寸 2a × 2a 长度 L 较 2a 足够认面变形变形区 A B C D 四刚性块组成（图8示）瞬间砧头速度 ú i 1（砧板认静止动）试画出速端图限法求条料单位变形力 p
图8
解：根滑移线理认变形区角线分成四刚性三角形组成刚性块 B D 死区压头速度 u 相运动刚性块 A C 相 B D相运动（速度间断）数值方速端图（图9示）完全确定
图9
u * oA u * oB u * oC u * oD usin θ
根量守恒：
2P · 1 ＝ K （ u * oA ＋ u * oB ＋ u * oC ＋ u * oD ）
＝ ＝ ＝ ＝ a
单位流动压力：P ＝ 2K
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填空题
1 设面三角形单元部意点位移采线性项式表示：
单元点外应变表示 ＝
2 塑性指： 外力作金属材料发生塑性变形破坏完整性力
3 金属单晶体变形两种方式： 滑移 孪生
4 等效应力表达式：
5点代数值 __ 应力 __ 指称 第方 第方时针转 滑移线 线
6 面变形问题中变形面垂直方应力 σ z
7．塑性成形中三种摩擦状态分： 干摩擦 边界摩擦 流体摩擦
8．数应变特点具真实性性 加性
9．数金属言总趋势着温度升高塑性 提高
10．钢冷挤压前需坯料表面进行 磷化皂化 润滑处理
11．提高润滑剂润滑耐磨防腐等性常润滑油中加入少量活性物质总称 添加剂
12．材料定条件拉伸变形延伸率超 １００％ 现象超塑性
13．韧性金属材料屈服时 密席斯（Mises） 准较符合实际
14．硫元素存碳钢易产生 热脆
15．塑性变形时产生硬化材料做 理想塑性材料
16．应力状态中 压 应力充分发挥材料塑性
17．面应变时均正应力sm 等 中间应力s2
18．钢材中磷钢强度硬度提高塑性韧性 降低
19．材料连续两次拉伸变形第次真实应变e1＝０1第二次真实应变e2＝０25总真实应变e＝ 035
20．塑性指标常测量方法 拉伸试验法压缩试验法
21．弹性变形机理 原子间距变化塑性变形机理 位错运动
二列题均答案选择适合填横线
1．塑性变形时工具表面粗糙度摩擦系数影响 A 工件表面粗糙度摩擦系数影响
Ａ Ｂ等 Ｃ
2．塑性变形时产生硬化材料做 A
Ａ理想塑性材料 Ｂ理想弹性材料 Ｃ硬化材料
3． 似衡微分方程似塑性条件求解塑性成形问题方法称 B
Ａ解析法 Ｂ应力法 Ｃ滑移线法
4． 韧性金属材料屈服时 A 准较符合实际
Ａ密席斯 Ｂ屈雷斯加 Ｃ密席斯屈雷斯加
5．屈服原限制物体塑性变形时总导致 A 散逸散逸功原理
Ａ量 Ｂ力 Ｃ应变
6． 硫元素存碳钢易产生 A
Ａ热脆性 Ｂ冷脆性 Ｃ兰脆性
7． 应力状态中 B 应力充分发挥材料塑性
Ａ拉应力 Ｂ压应力 Ｃ拉应力压应力
8． 面应变时均正应力sｍ B 中间应力s２
Ａ Ｂ等 Ｃ
9． 钢材中磷钢强度硬度提高塑性韧性 B
Ａ提高 Ｂ降低 Ｃ没变化
10．晶体塑性变形晶粒变形方显著伸长现象称 A
Ａ纤维组织 Ｂ变形织构 Ｃ流线
三判断题
1．密席斯屈服准摩擦系数μ05 （ × ）
2．塑性变形时工具表面粗糙度摩擦系数影响工件表面粗糙度摩擦系数影响 （ × ）
3．静水压力增加提高材料塑性没影响 （ × ）
4．塑料变形时产生硬化材料理想刚塑性材料 （ × ）
5．塑性变形体点剪应力轨迹线滑移线 （ √ ）
6．塑性材料具种质属性 （ √ ）
7．塑性柔软性 （ × ）
8．合金元素钢塑性增加变形拉力降 （ × ）
9．合金钢中白点现象夹杂引起 （ × ）
10．结构超塑性力学特性超塑性金属m 00202 （× ）
11．影响超塑性素变形速度变形温度组织结构 （ √ ）
12．屈雷斯加准密席斯准面应变两准致 （ × ）
13．变形速度摩擦系数没影响 （ × ）
14．静水压力增加助提高材料塑性 （ √ ）
15．碳钢中冷脆性产生硫元素存致 （ × ）
16．果已知位移分量方程求应变分量然满足协调方程方法求应变分量然满足协调方程必校验否满足连续性条件 （ × ）
17．塑料变形时金属材料塑性变形抗力低例：锈钢 （ × ）
四名词解释
1．限法基原理什？
答：运动学许速度场确定变形载荷似解变形载荷总真实载荷高估似值称限解
2．结构超塑性力学特性中m值物理意义什？
答：应变速率敏感性系数表示超塑性特征极重指标m值越塑性越
3．谓冷变形热变形温变形？
答：冷变形：结晶温度（通常指室温）变形
热变形：结晶温度变形
温变形：结晶温度高室温变形
4．谓阻力定律？
答：变形程中物体质点着阻力方移动做少功走短路
5．谓超塑性？
答：延伸率超100现象做超塑性
五简答题
1．请简述限元法思想
答：限元法基思想：
(1) 变形体成限数目单元体集合单元间指定节点处铰接关连通节点传递单元间相互作离散变形体实际变形体计算模型
(2) 分片似单元选择相关节点量确定函数似描述场变量（速度位移）定原理建立物理量间关系式
(3) 单元建立关系式加集成限节点相关总体方程
解总体方程求限节点未知量（般速度位移）进求
整问题似解应力应变应变速率等
限元法实质具限度连续体简化成限度单元集合体较简单问题解逼复杂问题解
2 LevyMises 理基假设什？
答： LevyMises 理建立四假设基础：
(1) 材料刚塑性材料弹性应变增量零塑性应变增量总应变增量
(2) 材料符合 Mises 屈服准
(3) 加载瞬时应力轴应变增量轴重合
(4) 塑性变形时体积变 应变增量张量应变增量偏张量
3．塑性加工中润滑目什？影响摩擦系数素？
答：（1）润滑目减少工模具磨损延长工具寿命提高制品质量降低金属变形时耗
（2）影响摩擦系数素：
答：1）金属种类化学成分
2）工具材料表面状态
3）接触面单位压力
4）变形温度
5）变形速度
6）润滑剂
4．简述塑性加工中影响金属材料变形抗力素？
答：（1）材料（化学成分组织结构）（2）变形程度（3）变形温度
（4）变形速度（5）应力状态（6）接触界面（接触摩擦）
5．什说速度间断面切速度间断法速度必须连续？
答：现设变形体速度间断面SD分成①②两区域微段dSD速度间断情况图示
根塑性变形体积变条件变形体变形时保持连续形发生重叠开裂知垂直dSD速度分量必须相等切速度分量等造成①②区相滑动速度间断值
6．谓屈服准？常屈服准两种？试较异点？
答：（1）屈服准：应力分量间符合定关系时质点进入塑性状态种关系屈服准
（2）常屈服准：密席斯屈服准屈雷斯加屈服准
（3）异点：两应力相等应力状态两者致塑性金属材料密席斯准更接实验数面应变状态时两准差155
7 简述塑性成形中润滑剂求
答：（1）润滑剂应良耐压性高压作润滑膜吸附接触表面保持良润滑状态
（2）润滑剂应良耐高温性热加工时润滑剂应分解变质
（3）润滑剂冷模具作
（4）润滑剂应金属模具腐蚀作
（5）润滑剂应体毒污染环境
（6）润滑剂求清理方便源丰富价格便宜等
8．简述金属塑性加工优点
答：（1）结构致密组织改善性提高
（2）材料利率高流线分布合理
（3）精度高实现少切削求
（4）生产效率高
六计算题
1．圆板坯拉深圆筒件图1示 假设板厚t 圆板坯理想刚塑性材料材料真实应力S计接触面摩擦 忽略凹模口处弯曲效应 试应力法证明图示瞬间拉深力：
（a）拉深示意图 （b）单元体
图1 板料拉深
答：工件凸缘部分取扇形基元体图示负径静力衡方程：
展开略高阶微量：
拉应力压应力似塑性条件：
联解：
式中
2．图2示设半限体侧面作均布压应力 试应力法求单位流动压力p
图2
解：
取半限体半剖面图中基元板块（设长 l ）列衡方程：
（ 1 ）
中设 摩擦子 材料屈服时切应力值 均取绝值
(1) 式：
（ 2 ）
采绝值表达简化屈服方程：
（ 3 ）
（ 4 ）
（ 2 ）（ 3 ）（ 4 ）式联立求解：
（ 5 ）
边界 （ 3 ）式知 代入（ 5 ）式：
：
（ 6 ）
单位流动压力：
（ 7 ）
3．图3示圆柱体镦粗半径re高度h圆柱体受轴压应力sZ镦粗变形接触表面摩擦力t＝０２Ｓ（Ｓ流动应力） sze锻件外端（rre）处垂直应力
（1）证明接触表面正应力：
（2）画出接触表面正应力分布
（3）求接触表面单位流动压力ｐ
（4）假re＝100MMＨ＝150MMＳ500MPa求开始变形时总变形抗力Ｐ少吨？
解：
（1）证明
该问题行砧板间轴称镦粗设基元板块列衡方程：
略二次穷项式化简成：
假定均匀镦粗变形：
图3
：
该式精确衡方程简化似衡方程完全相
密席斯屈服准写似塑性条件：
联解：
时
：
（3）接触表面单位流动压力：
544MP
（4）总变形抗力
1708T
4．图4示头外力作压入两边斜面刚塑性体中接触表面摩擦力忽略计接触面单位压力q表面AHBEX轴夹角求：
（1）证明接触面单位应力qK（2++2）
（2）假定头宽度2b求单位厚度变形抗力P
图4
解：
（1）证明
1）AH边界：
屈服准：
：
2）AO边界：
根变形情况：
屈服准：
族条滑移（OA1A2A3A4）常数
（2）单位厚度变形抗力：
5．图5示尖角2j头外力作插入具相角度缺口刚塑性体中接触表面摩擦力忽略计接触面单位压力p表面ABCX轴夹角d求：
（1）证明接触面单位应力p2K（1+j+d）
（2）假定头宽度2b求变形抗力P
图5
答：
（1）证明
1）AC边界：
2）AO边界：
3）根变形情况：
4）屈服准：
5）族条滑移（OFEB）常数
（2）设AO长度L
变形抗力：
6．模壁光滑面正挤压刚性块变形模型图6示试计算单位挤压力限解 P 设材料切应力常数K
图6
解：首先根动容条件建立变形区速端图图7示：
图7
设头移速度 图7求速度间断值：
头表面模壁表面光滑变形体限功率仅速度间隔面消耗剪切功率式示：
头功率表示：
：
7．理想刚塑性体砧头间镦粗某瞬间条料截面尺寸 2a × 2a 长度 L 较 2a 足够认面变形变形区 A B C D 四刚性块组成（图8示）瞬间砧头速度 ú i 1（砧板认静止动）试画出速端图限法求条料单位变形力 p
图8
解：根滑移线理认变形区角线分成四刚性三角形组成刚性块 B D 死区压头速度 u 相运动刚性块 A C 相 B D相运动（速度间断）数值方速端图（图9示）完全确定
图9
u * oA u * oB u * oC u * oD usin θ
根量守恒：
2P · 1 ＝ K （ u * oA ＋ u * oB ＋ u * oC ＋ u * oD ）
＝ ＝ ＝ ＝ a
单位流动压力：P ＝ 2K
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