塑性加工思考题汇总

《塑性加工原理》思考题20191.绪论(1)材料加工的方法主要有哪些?金属零件的主要的加工方法有：机械加工，冲压，精密铸造，粉末冶金，金属注射成型机械加工是指通过一种机械设备对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。按加工方式上的差别可分为切削加工和压力加工。冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。特种加工，激光加工，电火花加工，超声波加工，电解加工，粒子束加工以及超高速加工等。车、铣、锻、铸、磨，数控加工、CNC数控中心都属于机加工(2)材料的可加工性指的是什么?是指材料被加工的难易程度。主要影响因素：强度，塑性，硬度韧性及疲劳强度等。主要评价指标：经济指标和技术指标。(3)加工材料时主要考虑哪些因素?1.材料的使用性能主要指零件在使用状态下材料应具有的力学性能、物理性能和化学性能等，是选材首先要考虑的问题。2.材料的工艺性能应满足加工要求（也称工艺性能原则）。材料的工艺性能决定了材料的加工难易程度。材料的工艺性能直接影响到零件的质量、生产效率和成本。材料的工艺性能包括锻造、铸造、焊接、切削加工、热处理工艺性能等等3.材料还应具有较好的经济性（也称经济性原则，不是越便宜越好）。选材应能使零件在其制造及使用寿命期内的总费用最低。一个零件的总成本与零件寿命、重量、加工费用、使用维护费用和材料价格有关。机械产品成本中，材料成本占很大比例（30%~70%），降低材料成本对制造者和使用者都是有利的，所以在材料选择时，应从满足使用性能要求的所有材料中选择价格较低的。塑性加工的目的主要有哪些?(4)塑性加工的目的主要有哪些？一、改变形状（成形）二、改变性能通过工具对金属坯料施加外力，产生满足一定的几何形状及尺寸、精度，一定的使用性能的塑性变形(5)塑性加工涉及哪些专业理论?力学：连续介质力学，晶体力学,变形与外力的关系、应力场和应变场的变化规律,材料学：材料化学成分、内部金相组织构造、变形时组织变化及影响摩擦学：接触表面的法向力与切向力、接触表面的润滑与摩擦(6)塑性加工的方法有哪些，有何特点?锻压：韧性好，纤维组织合理冲压：利用模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，一般在室内进行，也叫冷冲压挤压：金属放置在容器内，施加挤压力，使金属从特定的模孔流出拉拔：在外加拉力的作用下，迫使金属通过模孔产生塑性变形，获得与模孔形状、尺寸相同的制品的加工方法轧制：金属受到压缩，横截面积减小，长度增加(7)自行车架、汽车面板、建筑钢筋、易拉罐、铝合金窗、铁丝、弹簧等是如何加工成形的?自行车架：液压汽车面板：冲压建筑钢筋:强化、成形、焊接、预应力易拉罐：由薄铝带,(厚0.27MM~0.33MM,宽1.6M~2.2M,一卷重约3T)由冲床冲成圆杯2)冲后的杯由拉伸机拉成罐子的形状3)拉伸后的罐子经清洗,烘干,外表印刷并烘干,内壁喷涂并烘干,罐口缩颈返边,漏光检测后就是成形的易拉罐(没有盖子)4）罐盖也是用铝带用冲床一次冲成形的，经过喷涂烘干和检测后即完工制作过程中不需要热处理。铝合金窗：型材下料→冲孔铣加工→型材组装→装配压条→装配窗扇→半成品保护→贮存铁丝：1.先将铁块加热至软化态2.将软化的铁块放入模腔内，模腔开小口，小口直径与你要得到的铁丝直径相同3.挤压软化的铁块，在开口处用卷丝筒卷拉挤压出来的铁丝。这就是热挤压还有冷挤压，就是不加热，直接常温挤压铁块，得到铁丝弹簧：螺旋拉伸弹簧：卷制、去应力退火、钩环制作、（切尾）、去应力退火、立定处理、检验、表面防腐处理、包装。螺旋扭转弹簧：卷制、去应力退火、扭臂制作、切尾、去应力退火、立定处理、检验、表面防腐处理、包装2.金属的塑性变形(8)什么是晶体、晶格、晶胞、单晶体、多晶体？晶体：原子呈规则排列晶格：以构成晶体的原子作连线，构成空间结构晶胞：最小的晶格单元单晶体：整个晶体的原子全部按照同方向同方向排序，也称晶粒，各方面物理性能不同，表现为各向异性多晶体：多个单晶体混乱地结合在一起，整体表现为各向同性(9),微观上看弹性变形和塑性变形是怎样发生的？弹性变形：对于单晶体，正应力使晶格发生拉伸，产生弹性变形，切应力小与临界切应力时，发生弹性歪斜；对于多晶体？？塑性变形：对于单晶体，滑移和位错。对于多晶体，参考课件多晶体的变形。(10)宏观上看弹性变形和塑性变形有何不同？弹性变形在外力去掉后能恢复原来形状，且应力和应变之间具有单一的对应关系；塑性变形在外力去点后，部分变形消失，仍有一部分变形被永久保留下来，且应力和应变之间不具有单一的对应关系。(11)作用在晶面上的正应力和切应力产生的变形有何不同？正应力使晶格发生拉伸；切应力使晶格发生弹性歪扭(12)为何弹性变形会引起体积改变而塑性变形却不会？弹性变形是由于内部的晶粒原子的伸长，距离的改变。原子间距离的变化必然导致晶粒空间的增大，宏观上表现为体积的增加。然而，弹性变形由于是会恢复的，因而这种体积变化并不会持续长久(13)晶体沿晶面的整体滑移有何特点？晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生整体的滑动位移(14)如何用位错理论解释塑性变形？课件2.1，滑移位错栾晶(15)单晶体与多晶体的变形有何不同，哪种更容易发生塑性变形？单晶体产生塑性变形，只与其晶体内部位错滑移有关；除非在微尺度下，塑性变形会转变为由位错形核主导；多晶体不仅需要考虑晶粒内部的位错滑移，还要考虑晶粒之间的变形协调，即要考虑晶间变形。单晶体更容易变形，见课件P72(16)在应力应变曲线上的屈服平台是如何形成的？载荷超过弹性范围后曲线上出现明显的屈服平台，这时载荷基本不变而变形急剧增加，表明材料暂时失去了抵抗变形的能力，在这一阶段卸载将有不可恢复的残余变形产生。在相应的曲线上，屈服平台的下限值定义为屈服极限。超过屈服阶段后曲线又开始上升，表明材料又恢复了抵抗变形的能力，即材料要继续变形，载荷就必须不断增长。(17)如何说明塑性加工中应力与应变之间的关系与加载历史有关？材料在进入塑性状态之后，应力与应变关系的重要特点是非线性和不唯一性，应变不能由应力唯一确定，应力也不能由应变唯一确定。塑性应力－应变关系的不唯一性实质上是由塑性变形的不可逆性引起的，它使得材料在塑性状态下加载和卸载服从不同的规律。因此，如果不指明加载历史或变形历史是无法由应力确定应变或由应变确定应力的。也就是说，固体塑性区内一点的应变状态不仅与其最终的应力状态有关，而且还依赖于加载历史。这实际上就是塑性本构关系和弹性本构关系的根本区别。(18)塑性加工为何会改变金属材料的强度、塑性、硬度、韧性？晶体内部都含有缺陷成分，塑性加工在强挤压外力作用下将材料中的微小缺陷进行填充，并产生晶粒细化，从而同时在提高强度的同时提高塑性。P73(19)金属材料的塑性好坏指的是什么，如何定量表示？P94页PPT(20)变形时的材料的温度、变形速度对塑性加工会有何影响？温度高屈服强度低，但屈服极限也会低，延展性约稿，不同材料温度对其塑性加工性能影响不同P99页(21)为什么塑性加工不仅可以改变金属的形状，还可以改变其性能？经过塑性加工可以使金属的结构致密、粗晶破碎细化和均匀，从而使性能提高。此外，塑性流动所产生的流线也能使其性能得到改善。再参考课件第二章关于回复再结晶p98(22)塑性加工为何可能导致材料出现各向异性，其机理和表现有哪些？参照（15）(23)采用压缩和拉伸方法加工金属，那种方法可以产生更大的塑性变形？在材料为理想致密材料时相同，但在实际情况下，拉伸会使材料本身缺陷放大，从而造成塑性变形增大。(24)冷热两种塑性加工的区别是什么，各自有何特点和适用范围？课件2.3P96(25)塑性加工的方法主要有哪些，有何特点同前面3.塑性加工的力学基础(26)塑性加工的外力有哪些类型？压力、拉力、摩擦力(27)什么是内力、应力？如何才能知道应力的大小？在外力作用下，该物体内各质点之间就会缠上相互作用的力，叫做内力。单位面积上的内力称为应力。0=limSFPS(28)一点的应力大小如何评价？PPT132+书62(29)什么是全应力、正应力、剪应力、主应力？主应力大小及方向如何确定？全应力、正应力、剪应力见书60，主平面上的应力称为主应力。求解见PPT126(30)两端封闭的薄壁圆管（平均半径R，壁厚t，管长l），受轴向拉力Ｐ，扭矩Ｍ，内压力p作用，试求圆管柱面上一点的三个主应力的大小与方向。见书117(31)何谓应力特征方程、应力不变量？PPT126-127+书66(32)应力张量如何分解，分解有何意义？PPT131-141(33)平衡微分方程是根据什么原理建立的？不同材料的平衡方程有何不同？静力平衡条件。没什么不同(34)直角坐标和极坐标下的微分方程有何不同？单向应力状态、纯剪切应力状态下的平衡微分方程有何不同？见PPT120-121(35)位移与应变之间的关系是如何建立的？位移：由初位置到末位置的有向线段。其大小与路径无关，方向由起点指向终点。它是一个有大小和方向的物理量，即矢量。应变：物体内任一点（单元体）因外力作用引起的形状和尺寸的相对改变。与点的正应力和切应力(见应力)相对应，应变分为线应变和角应变。+PPT149-150(36)工程应变和真应变有哪些区别，如何使用？见PPT146-148(37)什么是应变张量、张量不变量？应变张量分解的方法和意义？PPT155+159-160(38)应变主轴、应变主方向及与应力主轴及主应力方向的关系是一致的；主应力方向既就是剪应力为0的方向；根据几何方程的剪应力与剪应变关系式，可知剪应变也为0；依照主应变的定义，剪应变为0就是变形体的主应变方向；故可以知道结论成立(39)不同材料、不同变形阶段的几何方程有何不同？(40)变形协调方程的有何数学、物理含义？PPT162几何方程表明，6个应变分量是通过3个位移分量表示的，因此6个应变分量之间存在着必然的联系。从几何上讲，若某一初始连续的物体按给定的应变状态变形时，能始终保持连续，既不开裂，又不重叠（即位移连续），则所给的的应变是协调的，满足应变协调方程，从数学上说，变形协调方程是由几何方程积分出单值连续位移场的必要条件。(41)什么是物理方程（本构方程，物性方程），弹性阶段的物理方程是怎样的？描述应力与应变关系的方程。PPT178(42)金属的应力与应变关系怎样才能得到，实际应用时一般怎样简化？通过拉伸试验，PPT168-172(43)材料在弹塑性阶段的物理方程有哪些理论，区别是什么？全量理论，增量理论,PPT183-191(44)什么是应变全量、应变增量？应变全量：见PPT184应变增量：增量应变是指递进变形过程各个小阶段在已发生的有限应变基础上新增的应变。亦即在变形历史的某一瞬间正在发生的应变。PPT186(45)增量理论的主要论点有哪些？两种增量理论有何区别，各自适合什么情况？见PPT186-1904.强度理论与屈服条件(46)进入塑性阶段后，应力和应变不再一一对应，这是为什么？进入塑性阶段以后，由于加载和卸载的规律不同，对应于同一个应力状态，如果加载历史不同，所对应的应变也会不同。(47)材料力学的强度理论哪些适合塑性加工、哪些不适合，为什么？(48)在工程分析中，面临计算最大正应力、最大剪应力或等效应力几个选项，请问如何选择，为什么？(49)屈服条件是如何得到的？常见的两个屈服条件有何差别，满足了其中一个就能满足另外一个吗？(50)什么应力状态下两个屈服条件一致？什么状态下差别最大？纯剪切状态下，差别最大。单向受拉或受压及轴对称应力状态时一致。见书115(51)等效应力的含义是什么？有什么用途？为了使不同应力状态下的强度效应能相互比较，可以引入等效应力的概念。+PPT220-221(52)金属发生强化后，屈服曲面会有变化吗？对于理想弹塑性材料，后继屈服面和初始屈服面的重合的，对于强化材料，二者不重合，后继屈服面随着塑性变形的大小和历史是不短变化的，它反映了材料的强化行为。(53)验证屈服条件都采用了哪些方法？见PPT222(54)如