塑性加工原理 第四章 塑性加工中的摩擦与润滑
第4章 金属塑性加工的摩擦与润滑
§4. 1 概述
金属塑性加工中是在工具与工件相接触的条件下进行的，这时必然产生阻止金属流动的摩擦力。这种发生在工件和工具接触面间，阻碍金属流动的摩擦，称外摩擦。由于摩擦的作用，工具产生磨损，工件被擦伤；金属变形力、能增加造成金属变形不均；严重时使工件出现裂纹，还要定期更换工具。因此，塑性加工中，须加以润滑。
润滑技术的开发能促进金属塑性加工的发展。随着压力加工新技术新材料新工艺的出现，必将要求人们解决新的润滑问题。
§4. 2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用
4. 2. 1 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，有下列特点：
（1）在高压下产生的摩擦。塑性成形时接触表面上的单位压力很大，一般热加工时面压力为100~150MPa ，冷加工时可高达500~2500MPa 。但是，机器轴承中，接触面压通常只有20~50MPa ，如此高的面压使润滑剂难以带入或易从变形区挤出，使润滑困难及润滑方法特殊。
（2）较高温度下的摩擦。塑性加工时界面温度条件例恶劣。对于热加工，根据金属不同，温度在数百度至一千多度之间，对于冷加工，则由于变形热效应、表面摩擦热，温度可达到颇高的程度。高温下的金属材料，除了内部组织和性能变化外，金属表面要发生氧化，给摩擦润滑带来很大影响。
（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。接触面上各处的塑性流动情况不同，有的滑动，有的粘着，有的快，有的慢，因而在接触面上各点的摩擦也不一样。
（4）摩擦副（金属与工具）的性质相差大，一般工具都硬且要求在使用时不产生塑性变形；而金属不但比工具柔软得多，且希望有较大的塑性变形。二者的性质与作用差异如此之大，因而使变形时摩擦情况也很特殊。 4. 2. 2 外摩擦在压力加工中的作用
塑性加工中的外摩擦，大多数情况是有害的，但在某些情况下，亦可为我所用。 摩擦的不利方面： （1）改变物体应力状态，使变形力和能耗增加。以平锤锻造圆柱体试样为例（图4-1），当无摩擦时，为单向压应力状态，即s σσ=3，而有摩擦时，则呈现三向应力状态，即
13σβσσ+=s 。3σ为主变形力，1σ为摩擦力引起的。若接触面间摩擦越大，则1σ越大，
即静水压力愈大，所需变形力也随之增大，从而消耗的变形功增加。一般情况下，摩擦的加大可使负荷增加30%。
（2）引起工件变形与应力分布不均匀。塑性成形时，因接触摩擦的作用使金
属质点的流动受到阻碍，此种阻力在接触
面的中部特别强，边缘部分的作用较弱，这将引起金属的不均匀变形。如图4-1中平塑压圆柱体试样时，接触面受摩擦影响
大，远离接触面处受摩擦影响小，最后工件变为鼓形。此外，外摩擦使接触面单位压力分布不均匀，由边缘至中心压力逐渐升高。变形和应力的不均匀，直接影响制品的性能，降低生产成品率。 （3）恶化工件表面质量，加速模具磨
损，降低工具寿命。塑性成形时接触面间的相对滑动加速工具磨损；因摩擦热更增加工具磨损；变形与应力的不均匀亦会加速工具磨损。此外，金属粘结工具的现象，不仅缩短了工具寿命，增加了生产成本，而且也降低制品的表面质量与尺寸精度。
摩擦的利用：
亦可利用摩擦变害为利。例如，用增大摩擦改善咬入条件，强化轧制过程；增大冲头与板片间的摩擦，强化工艺，减少起皱和撕裂等造成的废品。
近年来，在深入研究接触摩擦规律，寻找有效润滑剂和润滑方法来减少摩擦有害影响的同时，积极开展了有效利用摩擦的研究。即通过强制改变和控制工具与变形金属接触滑移运动的特点，使摩擦应力能促进金属的变形发展。作为例子，下面介绍一种有效利用摩擦的方法。
Conform 连续挤压法的基本原理如图4-2所示。
当从挤压型腔的入口端连续喂入挤压坯料时，由于它的三面是向前运动的可动边，在摩擦力的作用下，轮槽咬着坯料，并牵引着金属向模孔移动，当夹持长度足够长时，摩擦力的作用足以在模孔附近，产生高达1000N/mm 2的挤压应力，和高达400~500℃的温度，使金属从模孔流出。可见Conform 连续挤压原理上十分巧妙地利用挤压轮槽壁与坯料之间的机械摩擦作为挤压力。同时，由于摩擦热和变形热的共同作用，可使铜、铝材挤压前无需预热，直接喂入冷坯（或粉末粒）而挤压出热态制品，这比常规挤压节省3/4左右的热电费用。此外因设置紧凑、轻型、占地小以及坯料适应性强，材料成材率高达90%以上。所以，目前广泛用于生产中小型铝及铝合金管、棒、线、型材生产上。
§4. 3 塑性加工中摩擦的分类及机理
4. 3. 1 外摩擦的分类及机理
塑性成形时的摩擦根据其性质可分为干摩擦、边界摩擦和流体摩擦三种，分述如下： 1．干摩擦
干摩擦是指不存任何外来介质时金属与工具的接触表面之间的摩擦（图4-3所示）。但在实际生产中，这种绝对理想的干摩擦是不存在的。因为金属塑性加工过程中，其表面多少存在氧化膜，或吸附一些气体和灰尘等其它介质。但通常说的干摩擦指的是不加润滑剂
σ2
图4-1 塑压时摩擦力对应力及变形分布的影响
σ3
σ1 σ2 σ3 σy σ3 σ2 σ1 Ⅰ
Ⅱ Ⅲ Ⅲ
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，摩擦副在相互运动中不直接接触，完全由润滑油膜隔开（图4-3），摩擦发生在流体内部分子之间者称为流体摩擦。它不同于干摩擦，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。因而流体摩擦的摩擦系数是很小的。塑性加工中接触面上压力和温度较高，使润滑剂常易挤出或被烧掉，所以流体摩擦只在有条件的情况下发生和作用。
图4-2 Conform 连续挤压原理图 图4-3 工具与工件界面的示意图
3．边界摩擦
这是一种介于干摩擦与流体摩擦之间的摩擦状态，称为边界摩擦（图4-4）。
图4-4 接触面的放大模型图
S —粘着部分 b —边界摩擦部分 L —流体润滑部分
在实际生产中，由于摩擦条件比较恶劣，理想的流体润滑状态较难实现。此外，在塑
性加工中，无论是工具表面，还是坯料表面，都不可能是“洁净”的表面，总是处于介质包围之中，总是有一层敷膜吸附在表面上，这种敷膜可以是自然污染膜，油性吸附形成的金属膜，物理吸附形成的边界膜，润滑剂形成的化学反应膜等。因此理想的干摩擦不可能存在。实际上常常是上述三种摩擦共存的混合摩擦。它既可以是半干摩擦又可以是半流体摩擦。半干摩擦是边界摩擦与干摩擦的混合状态。当接触面间存在少量的润滑剂或其他介质时，就会出现这种摩擦。半流体摩擦是流体摩擦与边界摩擦的混合状态。当接触表面间有一层润滑剂，在变形中个别部位会发生相互接触的干摩擦。
塑性加工时摩擦的性质是复杂的，目前尚未能彻底地揭露有关接触摩擦的规律。关于摩擦产生的原因，即摩擦机理，有以下几种说法：
挤压轮
堵头
挤压模
挤压制品
挤压靴
槽封块
压轮
坯杆
被工具弄平的
区域（接触比R ）
半微观润滑池 粘性液体润滑
工具T τ 工件
被粘着层
刨着的面积
粘着
由于工具表面的
不平而刨着的面积
V m
边界润滑膜
润滑剂 b
b
b 模具
P
润滑剂
b
b τ
材料
S
L b τ
L
氧化膜
b τ
1．表面凸凹学说
所有经过机械加工的表面并非绝对平坦光滑，都有不同程度的微观凸起和凹入。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
当两个接触表面非常光滑时，接触摩擦力不但不降低，反而会提高，这一现象无法用机械咬合理论来解释。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，摩擦力则为润滑剂层之间的流动阻力。
4. 3. 2 塑性加工时接触表面摩擦力的计算
根据以上观点，在计算金属塑性加工时的摩擦力时，分下列三种情况考虑。 1．库仑摩擦条件
这时不考虑接触面上的粘合现象（即全滑动），认为摩擦符合库仑定律。其内容如下： （1）摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例，与摩擦表面的大小无关； （2）摩擦力与滑动速度的大小无关； （3）静摩擦系数大于动摩擦系数。 其数学表达式为：
N F μ= 或 N μστ= （4. 1）
式中 F ——摩擦力；
μ——外摩擦系数；
N ——垂直于接触面正压力； N σ——接触面上的正应力；
τ——接触面上的摩擦切应力。
由于摩擦系数为常数（由实验确定），故又称常摩擦系数定律。对于像拉拔及其他润滑效果较好的加工过程，此定律较适用。
2．最大摩擦条件
当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状态时，单位摩擦力（τ）等于变形金属流动时的临界切应力k ，即：
τ= k （4. 2） 根据塑性条件，在轴对称情况下，k =0.5T σ，在平面变形条件下，k =0.577T σ。式中T σ为该变形温度或变形速度条件下材料的真实应力，在热变形时，常采用最大摩擦力条件。
3．摩擦力不变条件
认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。其单位摩擦力τ是常数，即常摩擦力定律，其表达式为：
τ=m ·k （4. 3）
式中，m 为摩擦因子。（0~1.0）
对照（4. 2）式与（4. 3）式，当m =1.0时，两个摩擦条件是一致的。对于面压较高的挤压、变形量大的镦粗、模锻以及润滑较困难的热轧等变形过程中，由于金属的剪切流动主要出现在次表层内，τ=τs ，故摩擦应力与相应条件下变形金属的性能有关。
在实际金属塑性加工过程中，接触面上的摩擦规律，除与接触表面的状态（粗糙度、润滑剂）、材料的性质与变形条件等有关外，还与变形区几何因子密切相关。在某些条件下同一接触面上存在常摩擦系数区与常摩擦力区的混合摩擦状态。这时求解变形力、能有关方程的边界条件是十分重要的。
§4. 4 摩擦系数及其影响因素
摩擦系数随金属性质、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不同。其主要影响因素有： 4. 4. 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。由于金属表面的硬度、强度、吸附性、扩散能力、导热性、氧化速度、氧化膜的性质以及金属间的相互结合力等都与化学成分有关，因此不同种类的金属，摩擦系数
不同。例如，用光洁的钢压头在常温下对不同材料进行压缩时测得摩擦系数：软钢为0. 17；铝为0.18；α黄铜
为0.10，电解铜为0.17，既使同种材
料，化学成分变化时，摩擦系数也不同。如钢中的碳含量增加时，摩擦系数会减小（图4-5所示）。一般说，随着合金元素的增加，摩擦系数下降。
粘附性较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。因而凡是能提高材料硬度、强度的化学成分都可使摩擦系数减小。 4. 4. 2 工具材料及其表面状态
工具选用铸铁材料时的摩擦系数，比选用钢时摩擦系数可低15%~20%，而淬火钢的摩擦系数与铸铁的摩擦系数相近。硬质合金轧辊的摩擦系数较合金钢轧辊摩擦系数可降低10%~20%，而金属陶瓷轧辊的摩擦系数比硬质合金辊也同样可降低10~20%。
工具的表面状态视工具表面的精度及机加工方法的不同，摩擦系数可能在0.05~0.5范围内变化。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。
工具表面加工刀痕常导致摩擦系数的异向性。例如，垂直刀痕方向的摩擦系数有时要
0.6
0.5
0.4 0.3 0.2
0.1
0 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1000℃ 1100℃ 1200℃ 900℃
800℃ 700℃ 含碳量%C 图4-5 钢中碳含量对摩擦系数的影响
比沿刀痕方向高于20%。至于坯料表面的粗糙度对摩擦系数的影响，一般认为只有初次（第一道次）加工时才起明显作用，随着变形的进行，金属表面已成为工具表面的印痕，故以后的摩擦情况只与工具表面状态相关。 4. 4. 3 接触面上的单位压力
单位压力较小时，表面分子吸
附作用不明显，摩擦系数与正压力
无关，摩擦系数可认为是常数。当
单位压力增加到一定数值后，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，如图4-6所示。 4. 4. 4 变形温度 变形温度对摩擦系数的影响很复杂。因为温度变化时，材料的温度、硬度及接触面上的氧化质的性能都会发生变化，可能产生两个
相反的结果：一方面随着温度的增
加，可加剧表面的氧化而增加摩擦
系数；另一方面，随着温度的提高，被变形金属的强度降低，单位压力
也降低，这又导致摩擦系数的减小，所以，变形温度是影响摩擦系数变化因素中，最积极、最活泼的一个，很难一概而论。此外还可出现其他情况，如温度升高，润滑效果可能发生变化；温度高达某值后，表面氧化物可能熔化而从固相变为液相，致使摩擦系数降低。但是，根据大量实验资料与生产实际观察，认为开始时摩擦系数随温度升高而增加，达到最大值以后又随温度升高而降低，如图4-7与图4-8所示。这是因为温度较低时，金属的硬度大，氧化膜薄，摩擦系数小。随着温度升高，金属硬度降低，氧化膜增厚，表面吸附力，原子扩散能力加强；同时，高温使润滑剂性能变坏，所以，摩擦系数增大。当温度继续升高，由于氧化质软化和脱落，氧化质在接触表面间起润滑剂的作用，摩擦系数反而减小。
图4-7 温度对钢的摩擦系数的影响 图4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
0.5
0.4 0.3
0.2
0.1
0 200 400 600 800
℃ 0.4
0.2 μ
0 400 600 800 ℃
0.13 0.12 0.11 0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 0.05
0.04 0.03 0.02 0.01
0 200 600 1000 1400 1800 2200 N/mm 2 摩擦系数μ
0.14 图4-6 正压力对摩擦系数的影响
表4-1给出了不同金属变形时摩擦系数与温度的关系。
注：①石墨润滑剂； ②二硫化钼润滑剂
4. 4. 5 变形速度
许多实验结果表明，随着变形速度增加，摩擦系数下降，例如用粗磨锤头压缩硬铝试验提出：400℃静压缩32.0=μ：动压缩时22.0=μ；在450℃时相应为0.38及0.22。实验也测得，当轧制速度由0增加到5m/s 时，摩擦系数降低一半。
变形速度增加引起摩擦系数下降的原因，与摩擦状态有关。在干摩擦时，变形速度增加，表面凹凸不平部分来不及相互咬合，表现出摩擦系数的下降。在边界润滑条件下，由于变形速度增加，油膜厚度增大，导致摩擦系数下降，如图4-9所示。但是，变形速度与变形温度密切相关，并影响润滑剂的曳入效果。因此，实际生产中，随着条件的不同，变形速度对摩擦系数的影响也很复杂。有时会得到相反的结果。 4. 4. 6 润滑剂
压力加工中采用润滑剂能起到防粘减摩以及减少工模具磨损的作用，而不同润滑剂所起的效果不同。因此，正确选用润滑剂，可显著降低摩擦系数。常用金属及合金在不同加
工条件下的摩擦系数可查有关加工手册（或实际测量）。
§4. 5 测定摩擦系数的方法
目前测定塑性加工中摩擦系数的方法中，大都是利用库仑定律，即求相应正应力下的摩擦力，然后求出摩擦系数。由于上述诸多因素的影响，加上接触面各处情况不一致，因此，只能确定平均值，下面对几种常用的方法作简要介绍。 4. 5. 1 夹钳轧制法
这种方法的基本原理是利用纵轧时力的平衡条件来测定摩擦系数，此法如图4-10所示，实验时用钳子夹住板材的未轧入部分，钳子的另一端与测力仪相联，由该测力仪可测得轧辊打滑时的水平力T 。
图4-10 夹钳轧制法
轧辊打滑时，板料试样在水平方向所受的力平衡条件，即：
2
cos
22
sin
2α
μα
n n P P T =+ （4. 4）
2
2
cos
2α
α
μtg
P T n +=
（4.5）
式中P n 可以由测定的轧辊垂直压力P 求出，
2
sin
2
cos
α
μα
n n P P P += （4. 6）
0.20 0.15 0.10 0.05 0
500
1000
轧制速度v , m/min
图4-9 轧制速度对摩擦系数的影响 1—压下率60%，润滑油中无添加剂； 2—压下率60%，润滑油中加入酒精； 3—压下率25%，润滑油中加入酒精
将（4. 6）式化简，则可写成：
2
cos
α
n P P = （4.7）
式中接触角α可用几何关系算出
k
h
H 22
sin
2
-=
α
k
h
H -=
=αα sin （4.8） 由于P 、T 可测得，由式（4. 5）即求出摩擦系数μ，此法简单易做，也比较精确，可用来测定冷、热态下的摩擦系数。 4. 5. 2 楔形件压缩法
在倾斜的平锤头间塑压楔型试件，可根据试件变形情况以确定摩擦系数。
如图4-11所示，试件受塑压时，水平方向的尺寸要扩大。按照金属流动规律，接触表面金属质点要朝着流动阻力最小的方向流动，因此，在水平方向的中间，一定有一个金属质点朝两个方向流动的分界面——中立面，那么根据图示建立力的平衡方程时，可得出：
x x x x T T P P '""'=++ （4. 9）
设锤头倾角为
2
α
，试件的宽度为b ，平均单位压力为P ，那么 2sin ''α
c x PbL P = （4. 10）
2sin ""α
c x PbL P = （4. 11）
2cos ''α
μc x PbL T = （4. 12）
2
cos ""α
μc x PbL T = （4. 13）
将这些数值代入（4. 9）式并化简后，得：
2
cos
'2
cos "2
sin
"2
sin
'α
μα
μα
α
c c c c L L L L =++ （4. 14）
当α角很小时， 12
cos
,2
2
sin
≈≈
α
α
α
故 c c c c L L L L '"2
"2'μμα
α=++ (4. 15) 由（4. 15）式得：
)
"'(2)
"'(c c c c L L L L -+=
α
μ （4. 16）
当α角已知，并在实验后能测出c L '及c L "的长
度，即可按公式（4. 16）算出摩擦系数。
此法的实质可以认为与轧制过程及一般的平锤下镦粗相似，故可用来确定这两种过程中的摩擦系数。此法应用较方便，主要困难是在于较难准确的确定中立面的位置及精确的测定有关数据。 4. 5. 3 圆环镦粗法
这是60年代提出的一种利用圆环镦粗时的变形
来测定摩擦系数的方法。
该方法是把一定尺寸的圆环试样（如D ∶d 0∶H=20∶10∶7）放在平砧上镦粗。由于试样和砧面间接触摩擦系数的不同，圆环的内、外径在压缩过程中将有不同的变化。在任何摩擦情况下，外径总是增大的，而内径则随摩擦系数而变化，或增大或缩小。当摩擦系数很小时，变形后的圆环内外径都增大；当摩擦系数超过某一临界值时，在圆环中就会出现一个以Rn 为半径的分流面。分流面以外的金属向外流动，分流面以内的金属向内流动。所以变形后的圆环其外径增大，内径缩小（图4-12）。
（a ） （b ）
图4-12 圆环镦粗时金属的流动
用上限法或应力分析法可求出分流面半径Rn 、摩擦系数μ和圆环尺寸的理论关系式。据此可绘制成如图4-13所示的理论校准曲线。欲测摩擦系数时，把试件做成图4-12所示的尺寸，在特定的条件下进行多次镦粗，每次应取很小的压下量，记下每次镦粗后圆环的高度H 和内径d 0，可利用图4-13理论校正曲线，查到欲测接触面间的摩擦系数μ。
图4-11 斜锤间塑压楔形件
此法较简单，不需测定压力，也不需制备许多压头和试件，即可测得摩擦系数。一般用于测定各种温度、速度条件下的摩擦系
数，是目前较广泛应用的方法。但由于圆环试件在镦粗时会出现鼓形。环孔出现椭圆形
等，引起测量上的误差，影响结果的精确性。
4. 5. 4 塑性加工常用摩擦系数
以下介绍在不同塑性加工条件下摩擦系数的一些数据，可供使用时参考。
（1）热锻时的摩擦系数，见表4-2。 （2）磷化处理后冷锻时的摩擦系数，见表4-3。
（3）拉深时的摩擦系数，见表4-4。 （4）热挤压时的摩擦系数 钢热挤压（玻璃润滑）时，050.0~025.0=μ，其
他金属热挤压摩擦系数，见表4-5。
表4-2 热锻时的摩擦系数
表4-3 磷化处理后冷锻时的摩擦系数 表4-4 拉深时的摩擦系数
材料 润滑剂
15钢 磷化MoS 2粉末
×电解铜MoS 2（糊剂） 图4-13 圆环镦粗法确定摩擦系数的标定曲线
§4. 6 塑性加工的工艺润滑
4. 6. 1 工艺润滑的目的及润滑机理
一、润滑的目的
为减少或消除塑性加工中外摩擦的不利影响，往往在工模具与变形金属的接触界面上施加润滑剂，进行工艺润滑。其主要目的是：
（1）降低金属变形时的能耗。当使用有效润滑剂时，可大大减少或消除工模具与变形金属的直接接触，使接触表面间的相对滑动剪切过程在润滑层内部进行，从而大大降低摩擦力及变形功耗。如轧制板带材时，采用适当的润滑剂可降低轧制压力10%~15%；节约主电机电耗8%~20%。拉拔铜线时，拉拔力可降低10%~20%。
（2）提高制品质量。由于外摩擦导致制品表面粘结、压入、划伤及尺寸超差等缺陷或废品。此外，还由于摩擦阻力对金属内外质点塑性流动阻碍作用的显著差异，致使各部分剪切变形程度（晶粒组织的破碎）明显不同。因此，采用有效的润滑方法，利用润滑剂的减摩防粘作用，有利于提高制品的表面和内在质量。
（3）减少工模具磨损，延长工具使用寿命。润滑还能降低面压，隔热与冷却等作用，从而使工模具磨损减少，使用寿命延长。
为达上述目的，应采用有效润滑剂及润滑方法。
塑性加工时如何将润滑剂保持在高压下的工具与坯料之间？尤其是采用液体润滑剂时，几乎可能全部被挤出。液体润滑剂所以能被保持在接触面间，可认为是依靠静液压效果与流体力学效果。此外，还必须充分考虑工具及变形金属与润滑剂的吸附性质，以及工模具与变形金属之间的配对性质，才能达到有效润滑的目的。
二、润滑机理
（1）流体力学原理
根据流体力学原理，当固体表面发生相对运动时，与其连接的液体层被带动，并以相同的速度运动，即液体与固体层之间不产生滑动。在拉拔、轧制情况下，坯料在进入工具入口的间隙，沿着坯料前进方向逐渐变窄。这时，存在于空隙中的润滑剂就会被拖带进去，沿前进方向压力逐渐增高，如图4-14所示。当润滑剂压力增加到工具与坯料间的接触压力时，润滑剂就进入接触面间。如果变形速度、润滑剂的粘度越大，工具与坯料的夹角越小，则润滑剂压力上升得越急剧，接触面间的润滑膜也越厚。此时，所发生的摩擦力在本质上是一种润滑剂分子间的吸引力，这种吸引力阻碍润滑剂质点之间的相互移动。这种阻碍称为相对流动阻力。对液体而言，粘性即意味着内摩擦。液体层与层之间的剪切抗力（液体的内摩擦力），由牛顿定理确定 F y
u
T d d η
= （4.17）
式中
y
u
d d ——垂直于运动方向的内剪切速度梯度； F ——剪切面积（即滑移表面的面积）。
通常取沿液体厚度上的速度梯度为常数或取其平均值，这样
ε
V
y u ?=
d d 及 F V T εη??= 因此，液体的单位摩擦力
ε
ηV
t ??
= （4.18）
式中 η——动力粘度；国际单位为Pa ·s ，即帕·秒
ε——液层厚度。
油的粘度与温度及压力有关。随温度的增加，粘度急剧下降，随压力的增加，油的粘
度升高。分析表明，矿物油的粘度受压力影响比动植物油更为明显。
a) b)
图4-14 润滑剂的曳入 图4-15 单分子层吸附膜的润滑作用模型
（2）吸附机制
金属塑性加工用润滑剂从本质上可分为不含有表面活性物质（如各类矿物油）和含有表面活性物质（如动、植物油、添加剂等）两大类。这些润滑剂中的极性或非极性分子对金属表面都具有吸附能力，并且通过吸附作用在金属表面形成油膜。
矿物油属非极性物质，当它与金属表面接触时，这种非极性分子与金属之间靠瞬时偶极而相互吸引，于是在金属表面形成第一层分子吸附膜（如图4-15）。而后由于分子间的吸引形成多层分子组成的润滑油膜，将金属与工具隔开，呈现为液体摩擦。然而，由于瞬时偶极的极性很弱，当承受较大压力和高温时，这种矿物油所形成的油膜将被破坏而挤走，故润滑效果差。
可见，润滑剂能否很好地起润滑作用，取决于其能不能很好地保持在工具与金属接触表面之间，并形成一定厚度、均匀、完整的润滑层。而润滑层的厚度、完整性及局部破裂取决于润滑剂的粘度及其活性、作用的正压力、接触面的粗糙度以及加工方法的特征等。
拉丝
轧制
润滑剂
工具
变形区
载荷 工具
金属粘结点
吸附的
极性分子
所谓润滑剂的活性，就是润滑剂中的极性分子在摩擦表面形成结实的保护层的能力。它决定润滑剂的润滑性能及与摩擦物体之间吸引力的大小。当润滑剂中有极性的物质存在时，会减少纯溶剂的表面张力，而加强金属（工具与变形物体）与润滑剂分子间的吸附力。一般动植物油脂及含有油性添加剂的矿物油，当它与金属表面接触时，润滑油中的极性基因与金属表面产生物理吸附，从而在变形区内形成油膜。而当润滑剂中含有硫、磷、氯等活性元素时，这些极性物质还能与金属表面起化学反应（化学吸附）形成化学吸附膜，牢牢地附在金属与工具表面上，起良好润滑作用。如硬脂酸与金属表面的氧化膜（只需极薄的氧化膜）发生化学反应，生成脂肪酸盐：
2RCOOH+MeO=(RCOO)2Me+H 2O （4. 19）
如图4-16所示，金属氧化膜通过化学吸附作用，在表面上生成一种摩擦应力很小的金属脂肪酸皂。
所谓润滑剂的粘度，是指润滑剂本身粘、稠的程度。它是衡量润滑油流动阻力的参数，在金属塑性加工过程中润滑油的粘度影响很大，粘度过小，即过分稀薄的润滑油，易从变形区挤出，起不到良好的润滑作用；粘度过大，即过分稠厚的润滑油，往往剪切阻力较大，形成的油膜过厚，不能获得光洁的制品表面，也不能达到良好润滑之目的。同时，粘度增加使润滑剂进入困难，如拉拔中，多使用较稀的润滑剂（个别金属除外），或把金属或工具全部浸入液体润滑剂的槽中。因此，在实际生产中如何根据工艺条件以及产品质量要求选择适当粘度的润滑油是十分重要的。
三、润滑剂的选择
1．塑性成形中对润滑剂的要求
在选择及配制润滑剂时，必符合下列要求：
（1）润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态；
（2）润滑剂应有良好耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不分解，不变质； （3）润滑剂有冷却模具的作用；
（4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用； （5）润滑剂应对人体无毒，不污染环境；
（6）润滑剂要求使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。 2．常用的润滑剂
在金属加工中使用的润滑剂，按其形态可分为：液体润滑剂、固体润滑剂、液-固润滑剂以及熔体润剂。其中，液体润滑剂使用最广，通常可分为纯碎型油（矿物油或动植物油）和水溶型两类。
图4-16 在铁表面上硬脂酸组成的边界润滑膜
（1）液体润滑剂包括矿物油、动植物油、乳液等。
矿物油系指机油、汽缸油、锭子油、齿轮油等。矿物油的分子组成中只含有碳、氢两种元素，由非极性的烃类组成，当它与金属接触时，只发生非极性分子与金属表面的物理吸附作用，不发生任何化学反应，润滑性能较差，在压力加工中较少直接用作润滑剂。通常只作为配制润滑剂的基础油，再加上各种添加剂，或是与固体润滑剂混合，构成液-固混合润滑剂。
动植物油有牛油、猪油、豆油、蓖麻油、棉子油、棕榈油等。动植物油脂内所含的脂肪酸主要有硬脂酸（C17H35COOH）、棕榈酸（软脂酸C15H31COOH）及油酸（C17H33COOH）这三种。它们都含有极性根（如COOH，COONa），属于极性物质。这些有机化合物的分子中，一端为非极性的烃基；另一端则为极性基，能在金属表面上作定向排列而形成润油膜。这就使润滑剂在金属上的吸附力加强，故在塑性加工中不易被挤掉。
乳液是一种可溶性矿物油与水均匀混合的两相系。在一般情况下，油和水难以混合，为使油能以微小液珠悬浮于水中，构成稳定乳状液，必须添加乳化剂，使油水间产生乳化作用。另外，为提高乳液中矿物油的润滑性，也需添加油性添加剂。
乳化剂是由亲油性基团和亲水性基团组成的化合物（如图4-17）。它用于形成O/W型乳液时，由于这两个基端的存在，能使油水相连，不易分离，如经搅拌之后，可使油呈小球状弥散分布在水中，构成O/W型乳液，通常使用的乳化剂为钠皂，钾皂和铵皂。目前，在铜铝及其合金的轧制过程中，大都使用油酸-三乙醇胺系乳液。其组分大致为：机油或变压器油80%~85%、油酸10%~15%及三乙醇胺5%左右。先制成乳膏（剂），然后加90%~97%水搅拌成乳液。其中，水起冷却作用，机油或变压器油为润滑基础油，油酸[C17H33COOH]既作油性剂以提高矿物油的润滑性能，同时又与三乙醇胺[N(CH2CH2 OH)3]起反应形成胺皂，起乳化剂作用。乳液主要用于带材冷轧、高速拉丝、深拉延等过程。
图4-17 硬脂酸钠乳化剂作用机理示意图
（2）固体润滑剂，包括石墨、二硫化钼、肥皂等。
由于金属塑性加工中的摩擦本质是表层金属的剪切流动过程，因此从理论上讲，凡剪切强度比被加工金属流动剪切强度小的固体物质都可作为塑性加工中的固体润滑剂，如冷
锻钢坯端面放的紫铜薄片；铝合金热轧时包纯铝薄片；拉拔高强度丝时表面镀铜；以及拉拔中使用的石蜡、蜂蜡、脂肪酸皂粉等均属固体润滑剂。然而，使用最多的还是石墨和二硫化钼。
石墨：石墨属于六方晶系，具有多层鳞状结构，有油脂感。同一层的原子间距为1. 2 ，结合力强，而层与层之间的间距为3. 35 ，结合力弱。当晶格受到切应力的作用时，应容易产生层间的滑移。所以用石墨作为润滑剂，金属与工具的接触面间所表现的摩擦实质上是石墨层与层之间的内摩擦。而且，这种内摩擦力比金属与工具直接接触时的摩擦力要小得多，从而起到润滑作用。石墨具有良好的导热性和热稳定性，其摩擦系数随正压力的增加而有所增大，但与相对滑动速度几乎没有关系。此外，石墨吸附气体后，摩擦系数会减小，因而在真空条件下的润滑性能不如空气中好。石墨的摩擦系数一般在0. 05~0. 19的范围内。
二硫化钼：二硫化钼也属于六方晶系结构，其润滑原理与石墨相同。但它在真空中的摩擦系数比在大气中小，所以更适合作为真空中的润滑剂。二硫化钼的摩擦系数一般为0.12~0.15。
在大气中，石墨温度超过500℃开始氧化，二硫化钼则在350℃时氧化，为了防止石墨、二硫化钼氧化，常在石墨、二硫化钼中加入三氧化二硼，以提高使用温度。
石墨、二硫化钼是目前塑性加工中常用的高温固体润滑剂，使用时可制成水剂或油剂。 肥皂类：常用的肥皂和蜡类润滑剂有：硬脂肪酸钠、硬脂肪酸锌以及一般肥皂等。硬脂酸锌用于冷挤压铝、铝合金；硬脂酸钠用来拉拔有色金属等加工的润滑剂，也用于钢坯磷化处理后的皂化处理工序。
用于金属塑性加工的固体润滑剂，除上述三种外，其他还有重金属硫化物、特种氧化物、某些矿物（如云母、滑石）和塑料（如聚四氟乙烯）等。固体润滑剂的使用状态可以是粉末状的，但多数是制成糊状剂或悬浮液。
此外，目前新型的固体润滑剂还有氮化硼（BN ）和二硒化铌（NbSe 2）等。氮化硼的晶体结构与石墨相似，有“白石墨”之称。它不仅绝缘性能好，使用温度高（可高达900℃），而且在一般温度下，氮化硼不与任何金属起反应，也几乎不受一切化学药品的浸蚀，BN 可认为是目前唯一的高温润滑材料。
（3）液-固型润滑剂
它是把固体润滑粉末悬浮在润滑油或工作油中，构成固-液两相分散系的悬浮液。如拉钨、钼丝时，采用的石墨乳液及热挤压时，所采用的二硫化钼（或石墨）油剂（或水剂），均属此类润滑剂。它是把纯度较高，粒度小于2~6μm 的二硫化钼（或石墨）细粉加入油（或水）中，其重量约占25%~30%，使用时再按实际需要用润滑油（或水）稀释，一般浓度控制在3%以内。为减少固体润滑粉末的沉淀，可加入少量表面活性物质，以减少液-固界面的张力，提高它们之间的润滑性，从而起到分散剂的作用。
（4）熔体润滑剂
这是出现较晚的一种润滑剂。在加工某些高温强度大，工具表面粘着性强，而且易于受空气中氧、氮等气体污染的钨、钼、钽、铌、钛、锆等金属及合金在热加工（热锻及挤压）时，常采用玻璃、沥青或石蜡等作润滑剂。其实质是，当玻璃与高温坯料接触时，它可以在工具与坯料接触面间熔成液体薄膜，达到隔开两接触表面的目的。所以玻璃既是固
A ° A °
体润滑剂，又是熔体润滑剂。
玻璃润滑剂有以下特点：
（1）玻璃的导热性差。当高温下熔化时，玻璃包围在坯料表面，坯料与模具不直接接触，使坯料温度降低，模具也可避免过热。
（2）玻璃的使用温度范围很广，从450~2200℃的工作温度范围都可选用，玻璃的
粘度随温度上升而减小，且成分不同，粘度-温度特性不同，因此可根据加工的温度和所需的粘度，选用合适的玻璃成分（见表4-6）。
（3）玻璃的化学稳定性好，和金属不起化学反应。使用时可以粉末状、网状、丝状及玻璃布等型式单独使用，也可与其他润滑剂混合使用（见图4-18）。玻璃润滑剂的特点是：
被加工后的零件表面上会附上一层玻璃，不易清除。
四、润滑剂中的添加剂
为了提高润滑油的润滑、耐磨、防腐等性能，需在润滑油中加入少量的活性物质，这些活性物质总称添加剂。
润滑油中的添加剂，一般应易溶于机油，热稳定性要好，且应具有良好的物理化学性能，常用的添加剂有油性剂、极压剂、抗磨剂和防
锈剂等。
极压剂是一种含硫、磷、氯的有机化合物，
如氯化石蜡、硫化稀烃等。在高温、高压下，
极压剂分解。分解后的产物与金属表面起化学
反应，生成熔点低，吸附性强的氯化铁、硫化
铁薄膜。由于这些薄膜的熔点低，易熔化，且具有层状结构，因此在较高压力下仍然起润滑作用（见图4-19）。采用氯化石蜡的缺点是对金属表面有腐蚀作用。
挤压筒
玻璃 挤压轴
模子 穿孔针
图4-18 热挤压时的玻璃润滑 摩
擦系数
μ
温度 T
图4-19 各种润滑剂的效果 Ⅰ矿物油；Ⅱ—脂肪酸； Ⅲ—极压剂；Ⅳ—极压剂加脂肪酸
油性剂是指天然酯、醇、脂肪酸等物质。这些物质都含有羧（COOH ）类活性基。活性基通过与金属表面的吸附作用，在金属表面形成润滑膜，起润滑和减磨作用。
抗磨剂常用的有硫化棉子油、硫化鲸鱼油等，这些硫化物可以在S-S 键处分出自由基，然后自由基与金属表面起化学反应，生成抗腐蚀、减磨损的润滑油膜。起到抗腐、减磨作用。
防锈剂常用的有石油磺酸钡。当加入润滑油后，在金属表面形成吸附膜，起隔水、防锈的作用。
在石墨和二硫化钼中常用三氯化二硼作为添加剂来提高抗氧化性和使用温度。
塑性加工中常用的添加剂见表4-7，润滑剂中加入适当的添加剂后，摩擦系数降低，金属粘模现象减少，变形程度提高，并可使产品表面质量得到改善，因此目前广泛采用有添加剂的润滑油。
五、润滑方法的改进
为了减小塑性成形时的摩擦和磨损，除了不断改进润滑剂的性能和研制新的润滑剂外，改进润滑方法，也是一个很重要的问题。
1．流体润滑
流体润滑常用于线材拉拔（如图4-20），在模具入口处加一个套管。套管与坯料间具有很小间隙。当坯料从套管
中高速通过时，就把润滑剂带入模孔内。在模孔入口处，由于间隙变小，润滑油产生高压。当压力高到一定数值时，在坯料与模具之间就产生和保持流体润滑
膜，起良好润滑作用。
在反挤压时，将凹模和坯料作成如图4-21所示的形状，在反挤压过程中，润滑剂能够持久稳定地起到隔离冲头与毛坯的作用，产生良好的作用。
凹模 套管 润滑剂
毛坯
图4-20 强制润滑拉拔示意图
在静液挤压和充液拉深（图4-22）等工艺中高压液体是作为传递变形力的介质，同时又起到强制润滑作用。故挤压力比普通挤压要低得多。
2．表面处理
（1）表面磷化处理。冷挤压、冷拉拔钢制品时，即使润滑油中加入添加剂，油膜还会遭到破坏或被挤掉，而失去润滑作用。为此，
要在坯料表面上用化学方法制成一层磷酸盐或草酸盐薄膜。这种磷化膜呈多孔状态，对润滑剂有吸附作用。磷化膜的厚度约在10~20μm 之间，它与金属表面结合很牢，而且有一定塑性，在加工时能与钢一起变形。
磷化处理后须进行润滑处理，常用的有硬脂酸钠，肥皂等，故称皂化。
（2）表面氧化处理。对于一些难加工的高温合金，如钨丝、钼丝、钽丝等，在拉拔前，需进行阳极氧化或氧化处理，使这些氧化生成的膜，成为润滑底层，对润滑剂有吸附作用。
（3）表面镀层。电镀得到的镀层，结构细密，纯度高，与基体结合力好。目前常用的是镀铜。坯料经镀铜后，镀膜可作为润滑剂，其原因是镀层的s 比零件金属小得多，因此，摩擦也较小。
冲头
润滑剂
凹模
毛坯
图4-21 反挤压时的润滑情况
1
2 3
P
1
2 3 t
图4-22(a) 机械挤压法与静液挤压法比较 图4-22(b)三种挤压方法的压力-时间关系
a —机械的正向挤压；
b —静液挤压 1—正向挤压；2—反向挤压；
1—挤压杆；2—坯料；3—模子；4—高压液体 3—静液挤压
思考题
1．金属塑性加工的接触摩擦有哪些主要特点？对加工过程有何影响和作用？
2．金属塑性加工的摩擦分类及其机理如何？
3．金属塑性加工的主要摩擦定律是什么？
4．影响摩擦系数的主要因素有哪些？
5．简述塑性加工接触摩擦系数的测定方法及原理。
6．简述塑性加工过程润滑的目的及机理。
7．简述塑性加工工艺润滑剂选择的基本原则。
8．压力加工中所使用的润滑剂有哪几类？液体润滑剂中的乳液为什么具有良好的润滑作用？
塑性加工原理复习题
塑性加工原理复习题（答案） 1.弹簧的塑性变形量很小。T 2.弹簧的屈强比很高。T 3.橡皮筋的变形量大，所以塑性好。F 4.屈服强度以下屈服点的数值确定。F（有的金属无屈服平台） 5.塑性材料才有屈服强度。T 6.钢铁在1000℃的条件下进行轧制，属于热加工，因为轧制温度远高于室温。F 7.锡的熔点为232℃，在室温20℃的条件下加工属于热加工。T 8.锡的熔点为232℃，在-50℃的条件下加工属于冷加工。F 9.只要物体受到外力一定会产生应力。T 10.所受外力合力为0的条件下，物体不会产生应力。F 11.静水压力作用下物体一定不会发生塑性变形。F 粉体压制 12.静水压力作用下物体也会发生变形。T 13.最大主应力的平面与最大切应力平面没有位置上的关系。F 14.最大主应力的平面与最大切应力平面有位置上的关系。T 15.最大主应力可能为0。T 16.最大主应力不可能为0。F 17.主应力方向一定和外力方向平行。F 18.最大主应力方向一定和外力方向平行。F 19.最大主应力方向一定和外力合力方向平行。F 20.Σf外≠0时，最大主应力方向一定和外力合力方向平行。F 21.最大主应力的方向只有一个。F（球应力状态） 22.最大主应力的方向可能有多个。T 23.一点的应力空间有可能是圆球形。T（一般是椭球形，球应力状态为球形） 24.塑性变形是最终归结于切应力作用。T 25.延伸率Δl/l 真实反映了变形体的变形程度，属于“真应变”。F 26.真应变是可以比较的应变。T 27.L0长的物体，伸长到2L0，与缩短到0.5L0，两种变形程度，按照名义应变计算不等， 按照真应变计算相等。T 28.对于致密材料而言，因为有同号的应力状态，那么就可能出现完全同号的应变状态。F 29.完全同号的应变状态有可能出现在材料变形加工过程中。F 30.屈斯加准则比密塞斯准则更符合材料实际塑性变形情况。F 31.异号应力状态有助于减小塑性变形所需的外力。T 32.同号应力状态有助于提高材料塑性，但变形所需的外力增大。T
金属塑性加工原理考试试卷
金属塑性加工原理考试试卷
考试试卷（一） 一、名词解释（本题10分，每小题2分） 1.热效应 2.塑脆转变现象 3.动态再结晶 4.冷变形 5.附加应力 二.填空题（本题10分，每小题2分） 1.主变形图取决于______，与_______无关。 2.第二类再结晶图是_____，_______与__________的关系图。 3.第二类硬化曲线是金属变形过程中__________与__________之间的关系曲线。 4.保证液体润滑剂良好润滑性能的条件是_______，__________。 5.出现细晶超塑性的条件是_______，__________，__________。 三、判断题（本题10分，每小题2分） 1.金属材料冷变形的变形机构有滑移（），非晶机构（），孪生（），晶间滑动（）。 2.塑性变形时，静水压力愈大，则金属的塑性愈高（），变形抗力愈低（）。 3.金属的塑性是指金属变形的难易程度（）。 4.为了获得平整的板材，冷轧时用凸辊型，热轧时用凹辊型（）。 5.从金相照片上观察到的冷变形纤维组织，就是变形织构（）。 四、问答题（本题40 分，每小题10 分） 1.分别画出挤压、平辊轧制、模锻这三种加工方法的变形力学图，并说明在生产中对于低塑性材料的开坯采用哪种方法为佳？为什么？ 2.已知材料的真实应变曲线，A 为材料常数，n 为硬化指数。试问简单拉伸时材料出现细颈时的应变量为多少？ 3.试比较金属材料在冷，热变形后所产生的纤维组织异同及消除措施？ 4.以下两轧件在变形时轧件宽度方向哪一个均匀？随着加工的进行会出现什么现象？为什么？（箭头表示轧制方向）
金属塑性成形原理习题集
《金属塑性成形原理》习题集 运新兵编 模具培训中心 二OO九年四月
第一章 金属的塑性和塑性变形 1．什么是金属的塑性？什么是变形抗力？ 2．简述变形速度、变形温度、应力状态对金属塑性和变形抗力的影响。如何提高金属的塑性？ 3．什么是附加应力？ 附加应力分几类？试分析在凸形轧辊间轧制矩形板坯时产生的附加应力？ 4．什么是最小阻力定律？最小阻力定律对分析塑性成形时的金属流动有何意义？ 5．塑性成形时，影响金属变形和流动的因素有哪些？各产生什么影响？ 6．为什么说塑性成形时金属的变形都是不均匀的？不均匀变形会产生什么后果？ 7．什么是残余应力？残余应力有哪几类？会产生什么后果？如何消除工件中的残余应力？ 8．摩擦在金属塑性成形中有哪些消极和积极的作用？塑性成形中的摩擦有什么特点？ 9．塑性成形中的摩擦机理是什么？ 10． 塑性成形时接触面上的摩擦条件有哪几种？各适用于什么情况？ 11． 塑性成形中对润滑剂有何要求？ 12． 塑性成形中常用的液体润滑剂和固体润滑剂各有哪些？石墨和二硫化钼 如何 起润滑作用？ 第二章 应力应变分析 1．什么是求和约定？张量有哪些基本性质？ 2．什么是点的应力状态？表示点的应力状态有哪些方法？ 3．什么是应力张量、应力球张量、应力偏张量和应力张量不变量？ 4．什么是主应力、主剪应力、八面体应力？ 5．什么是等效应力？有何物理意义？ 6．什么是平面应力状态、平面应变的应力状态？ 7．什么是点的应变状态？如何表示点的应变状态？ 8．什么是应变球张量、应变偏张量和应变张量不变量？ 9．什么是主应变、主剪应变、八面体应变和等效应变？ 10． 说明应变偏张量和应变球张量的物理意义？ 11． 塑性变形时应变张量和应变偏张量有和关系？其原因何在？ 12． 平面应变状态和轴对称状态各有什么特点？ 13． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=30758075050805050ij σ，试求方向余弦为21==m l ，2 1=n 的斜面上的全应力、正应力和剪应力。 14． 已知物体中一点的应力分量为???? ??????---=10010010010010ij σ，求其主应力、主剪应力、八面体应力、应力球张量及应力偏张量。 15． 设某物体内的应力场为
《金属塑性加工原理》试题及答案
一、简述“经典塑性力学”的主要内容，以及“现代塑性力学”的发 展概况（选2～3个发展方向加以简单介绍） （20分） 答：“经典塑性力学”的主要内容 经典塑性理论主要基于凸性屈服面、正交法则和塑性势等概念，描述的是 一种均匀连续的介质在外力作用下产生不可恢复的位移或滑移现象的唯象平 均。 经典塑性理论主要基于以下三个方面：（1）初始屈服准则；（2）强化准 则；（3）流动规则。 经典塑性力学的三个假设 (1) 传统塑性势假设。众所周知,传统塑性势是从弹性势借用过来的, 并非由 固体力学原理导出。因此这是一条假设。按传统塑性势公式, 即可得出塑性主 应变增量存在如下比例关系: (1) 式中Q 为塑性势函数。可推证塑性主应变增量与主应力增量有如下关系: (2) 由式(1)知式(2)中矩阵[Ap]中的各行元素必成比例,即有 (3) 且[Ap]的秩为1,它只有一个基向量,表明这种情况存在一个势函数。由 式(1)或式(2) 或传统塑性势理论,都可推知塑性应变增量的方向只与应力 状态有关,而与应力增量无关,所以它的方向可由应力状态事先确定。 传统塑性势假设数学上表现为[Ap]中各行元素成比例及[Ap]的秩为1, 物理上表现为存在一个势函数, 且塑性应变增量方向与应力具有唯一性。 (2)关联流动法则假设,假设屈服面与塑性势面相同。 无论在德鲁克塑性公设提出之后还是之前, 经典塑性力学中都一直引 用这条假设。对于稳定材料在每一应力循环中外载所作的附加应力功为非 负,即有 0)(00≥-?ij ij ij d ij εσσσ (4) 式(4)本是用来判断材料稳定性的,而并非是普遍的客观规律。然而有人错 误地认为德鲁克公设可依据热力学导出, 即应力循环中弹性功为零, 塑性 功必为非负,因而式(4)成立。按功的定义,应力循环中,外载所作的真实功 应为 (5)
2011《金属塑性加工原理》试题
重庆大学试题答卷 科目《金属塑性加工理论》 学院材料科学与工程学院 姓名 学号 2010年－2011年第1学期
注意事项： （1）本学期结束前，将纸质答卷（加封面，注明姓名、学号）交给任课教师。（2）请勿相互抄袭，否则后果自负。 一、简述金属塑性加工的特点及其应用情况。（20分） 二、什么叫初始与后继屈服？写出常用的各向同性和各向异性材料的初始屈服准则的表达式，并说明其物理意义。（20分） 三、设材料是理想刚塑性体。证明在平面应变下（设dεz = 0 ），有： dσ1 - dσ2 =0 其中，σ1和σ2为（x,y）平面内的主应力。（20分） 四、简述金属塑性成形问题主要求解方法的基本内容及其应用范围。（20分） 五、简述板料应变强化指数n和厚向异性指数r的意义及其对板料成形性能的影响。
一、答： 1）与金属切削加工、铸造、焊接等加工方法相比，金属塑性加工主要有以下特点： ①产品组织性能好，性能得到改善和提高： 金属材料经过相应的塑性加工后，其内部组织发生显著变化使材料结构致密、组织改善、性能提高。特别是对于铸造组织的改善，效果更为显著。此外，经过塑性成形后，金属的流线分布合理，从而改善制件的性能。 ②材料利用率高： 金属塑性成型主要是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不产生切削，因而材料利用率高，可以节约大量的金属材料。 ③生产效率高，适于大量生产： 对于零件毛坯或零件成品，当采用塑性成形工艺来生产时，一般都以模具为主要的工装，加上普遍采用机械化、自动化流水作业实现大批量乃至大规模生产，可以达到很高的生产率。这一点在金属的轧制，拉丝和挤压等工艺中尤为明显。 ④尺寸精度高： 表面粗糙度较低，形状和尺寸规格的一致性好：如果采用精密模锻、冷挤压和精密冲裁等精密成形工艺，所得工件的一致性好，其尺寸精度、表面粗糙度完全可达到切削加工中的磨削加工的水平。 2）应用情况：由于金属塑性加工具有上述特点，因而在汽车、拖拉机与农业机械、机床、航空航天、兵器、舰船、工程机械、起重机械、动力机械、是有化工机械、冶金机械、仪器仪表、轻工、家用电器和信息产业等制造业中起着极为重要的作用。
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润滑油脂基础知识 2007 年12 月18 H 星期二11:04 (一)润滑油介绍 润滑根据其存在状态可分为：固体润滑剂、气体润滑剂、液体润滑剂、和半固体润滑剂等。 一、润滑油 1、定义：润滑油是用在各种类型机械上以减少摩擦，保护机械及加工件的液体润滑剂。 2、润滑油的作用 ⑴润滑减摩：防止机件干摩擦，减少摩擦阻力，在零件表面形成油膜。 ⑵冷却降温：通过润滑油的循环带走热量防止烧结。 ⑶清洁：通过润滑油的流动冲洗零件工作表面摩擦产生的金属和其它脏物。⑷密封：减少外界的污染物进入。 ⑸锈防蚀：能吸咐在零件表面防止水、空气、酸性物质及害气休与零件的接触。 ⑹减震缓冲：压缩机运行负荷很大，这个负荷经过轴承的传递润滑，使承受的冲击负荷起到缓冲的作用。 3、润滑油的性能指标、定义 ⑴粘度：表示油站流动性大小的指标。粘度越小，流动性就越好；粘度越大，流动性就越差。粘度的常见单位是厘斯(cSt) o ⑵运动粘度：表示液体在重力作用下流动吋内摩擦力的量度，其值为相同温度下液体的动力粘度与其密度之比，在国际单位制111以mm2/s表示。 ⑶粘度指数：表示油品的粘度随温度变化的特性。粘度指数越大，油品的粘度随温度的变化越小。通过加大粘度指数可以提高油殆在不同温度下使用性能。一般以VI表示。 ⑷密度：表示在规定温度下的单位体积内所含物质的质量。一般以KG/L或kg/m3表示. ⑸倾点：用温度表示油站在储运和使用时的低温流动性的指标。倾点越低，油站的低温性就越好。在某种程度上也表示了油品脱蜡精制的深度。以°C表示。
⑹闪点：用温度表示油殆在高温下蒸发性及着火危险性的指标。一般来说，闪点越高，油殆的使用温度也越高，油品屮混入汽油或柴油吋，闪点会明显降低。以°C表示。 ⑺抗氧化安定性：表示油站在使用和储存过程屮，在高温和金属催化下，油站抗氧化作用的能力。抗氧化安定性越好，油品的使用寿命就越长。 ⑻总碱值：表示在规定条件下，屮和存在于lg油品屮全部碱性组分所需的酸量，以相当的氢氧化钾毫克数表示。是测定油站屮有效添加剂成分的指标，表示内燃机油的清净性与屮和能力。 二、润滑脂： 1、定义：是将稠化剂分散于液体润滑剂屮所形成的一种稳定的半固体。 2、作用：润滑脂涂于机械摩擦部位，在机械表面形成一定强度的油膜，以减小摩擦磨损，还可以防止金属氧化，填充机件空隙，防止漏气、漏油、漏水，保证设备正常运转。 3＞润滑脂的选用要根据机械的工作温度、运转速度、负荷大小、工作环境和供脂方式的不同，综合考虑，一般应考虑以下四个方面的因素： ⑴温度。温度对润滑脂的影响很大，环境温度高和机械运转温度高的，应选用耐高温的润滑脂，一般润滑脂的是温度都应低于其滴点20'30摄氏度。 ⑵转速。高速运转的机件温升高，温升快，易使润滑脂变稀而流失，使用时应选用稠度较大的润滑脂。⑶负荷。根据负荷选用润滑脂是保证润滑的关键之一。润滑脂锥入度的大小关系到使用时所能承受的负荷。负荷大应选用锥入度小（稠度较大）的润滑脂。如果既承受重负荷乂承受冲击负荷，应选用含有极压添加剂的润滑脂，如含有二硫化钳的润滑脂。 ⑷特殊部位的要求。机械工作环境的不同，应选用不同的润滑脂，在潮湿环境下应选用具有抗水性能的润滑脂；在尘土较多的环境下，可选用浓稠的含有石墨的润滑脂；在含酸的环境下可选用经基脂；如对密封有特殊要求，应选用顿基脂。
金属塑性加工试卷及答案
中南大学考试试卷 2001 —— 2002 学年第二学期时间110 分钟金属塑性加工原理课程64 学时 4 学分考试形式：闭卷 专业年级材料1999 级总分100 分，占总评成绩70% 一、名词解释（本题10分，每小题2分） 1.热效应 2.塑脆转变现象 3.动态再结晶 4.冷变形 5.附加应力 二.填空题（本题10分，每小题2分） 1.主变形图取决于______，与_______无关。 2.第二类再结晶图是_____，_______与__________的关系图。 3.第二类硬化曲线是金属变形过程中__________与__________之间的关系曲线。 4.保证液体润滑剂良好润滑性能的条件是_______，__________。 5.出现细晶超塑性的条件是_______，__________，__________。 三、判断题（本题10分，每小题2分） 1.金属材料冷变形的变形机构有滑移（），非晶机构（），孪生（），晶间滑动（）。 2.塑性变形时，静水压力愈大，则金属的塑性愈高（），变形抗力愈低（）。 3.金属的塑性是指金属变形的难易程度（）。 4.为了获得平整的板材，冷轧时用凸辊型，热轧时用凹辊型（）。 5.从金相照片上观察到的冷变形纤维组织，就是变形织构（）。 四、问答题（本题40 分，每小题10 分） 1.分别画出挤压、平辊轧制、模锻这三种加工方法的变形力学图，并说明在生产中对于低塑性材料的开坯采用哪种方法为佳？为什么？
2.已知材料的真实应变曲线，A 为材料常数，n 为硬化指数。试问简单拉伸时材料出现细颈时的应变量为多少？ 3.试比较金属材料在冷，热变形后所产生的纤维组织异同及消除措施？ 4.以下两轧件在变形时轧件宽度方向哪一个均匀？随着加工的进行会出现什么现象？为什么？（箭头表示轧 制方向） 五、证明题（本题10 分） 证明Mises 塑性条件可表达成：
金属塑性成型原理-知识点
名师整理精华知识点 名词解释 塑性成型：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法 加工硬化：略 动态回复：在热塑性变形过程中发生的回复 动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的结晶 超塑性变形：一定的化学成分、特定的显微组织及转变能力、特定的变形温度和变形速率等，则金属会表现出异乎寻常的高塑性状态 塑性：金属在外力作用下，能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力。 屈服准则（塑性条件）：在一定的变形条件下，只有当各应力分量之间符合一定关系时，指点才开始进入塑性状态，这种关系成为屈服准则。 塑性指标：为衡量金属材料塑性的好坏，需要有一种数量上的指标。 晶粒度：表示金属材料晶粒大小的程度，由单位面积所包含晶粒个数来衡量，或晶粒平均直径大小。填空 1、塑性成形的特点（或大题？） 1组织性能好（成形过程中，内部组织发生显著变化）2材料利用率高（金属成形是靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，不切削，废料少，流线合理）3尺寸精度高（可达到无切削或少切屑的要求）4生产效率高适于大批量生产 失稳——压缩失稳和拉伸失稳 按照成形特点分为1块料成形（一次加工、轧制、挤压、拉拔、二次加工、自由锻、模锻2板料成形多晶体塑性变形——晶内变形（滑移，孪生）和晶界变形 超塑性的种类——细晶超塑性、相变超塑性 冷塑性变形组织变化——1晶粒形状的变化2晶粒内产生亚结构3晶粒位向改变 固溶强化、柯氏气团、吕德斯带（当金属变形量恰好处在屈服延伸范围时，金属表面会出现粗超不平、变形不均匀的痕迹，称为吕德斯带） 金属的化学成分对钢的影响（C略、P冷脆、S热脆、N兰脆、H白点氢脆、O塑性下降热脆）；组织的影响——单相比多相塑性好、细晶比粗晶好、铸造组织由于有粗大的柱状晶粒和偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷、塑性降低。 摩擦分类——干摩擦、边界摩擦、流体摩擦 摩擦机理——表面凹凸学说、分子吸附学说、粘着理论 库伦摩擦条件T=up 常摩擦力条件 t=mK 塑性成形润滑——1、特种流体润滑法2、表面磷化-皂化处理3、表面镀软金属 常见缺陷——毛细裂纹、结疤、折叠、非金属夹杂、碳化物偏析、异金属杂物、白点、缩口残余 影响晶粒大小的主要因素——加热温度、变形程度、机械阻碍物 常用润滑剂——液体润滑剂、固体润滑剂（干性固体润滑剂、软化型固体润滑剂） 问答题 1、提高金属塑性的基本途径 1、提高材料成分和组织的均匀性 2、合理选择变形温度和应变速率 3、选择三向压缩性较强的变形方式 4、减小变形的不均匀性 2、塑性成形中的摩擦特点 1、伴随有变形金属的塑性流动 2、接触面上压强高 3、实际接触面积大 4、不断有新的摩擦面产生 5、常在高温下产生摩擦 3、塑性成形中对润滑剂的要求 1、应有良好的耐压性能 2、应有良好的耐热性能 3、应有冷却模具的作用 4、应无腐蚀作用 5、应无毒 6、应使用方便、清理方便 4、防止产生裂纹的原则措施 1、增加静水压力 2、选择和控制适合的变形温度和变形速度 3、采用中间退火，以便消除变形过程中产生的硬化、变形不均匀、残余应力等。 4、提高原材料的质量 5、细化晶粒的主要途径 1、在原材料冶炼时加入一些合金元素及最终采用铝、钛等作为脱氧剂 2、采用适当的变形程度和变形温度 3、采用锻后正火或退火等相变重结晶的方法 6、真实应力-应变的简化形式及其近似数学表达式1、幂指数硬化曲线Y=B?n 2、有初始屈服应力的刚塑性硬化曲线Y=σs+B1?m 3、有初始屈服应力的刚塑性硬化直线Y=σs+B2?4、无加工硬化的水平直线Y=σs 7、为什么晶粒越细小，强度和塑性韧性都增加？晶粒细化时，晶内空位数目与位错数目都减少，位错与空位、位错间的交互作用几率减小，位错易于运动，即塑性好。位错数目少，塞积位错数目少，使应力集中降低。晶粒细化使晶界总面积增加，致使裂纹扩展的阻力增加，推迟了裂纹的萌生，增加了断裂应变。晶粒细小，裂纹穿过晶界进入相邻晶粒并改变方向的频率增加，消耗的能量增加，韧性增加。另外晶界总面积增加可以降低晶界上的杂质浓度，减轻沿晶脆性断裂倾向。 8、变形温度对金属塑性的影响 总趋势：随着温度的升高，塑性增加，但是这种增加并非简单的线性上升；在加热过程的某些温度区间，往往由于相态或晶粒边界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。在一般情况下，温度由绝对零度上升到熔点时，可能出现几个脆性区，包括低温的、中温的、和高温的脆性区。 9、动态回复、为什么说是热塑性变形的主要软化机制？ 动态回复是指在热塑性变形过程中发生的回复，2，动态回复，主要是通过位错的攀移，交滑移等，来实现的，对于铝镁合金、铁素体钢等，由于它们层错能高，变形时扩展位错宽度窄，集束容易，位错的攀移和交滑移容易进行，位错容易在滑移面间转动，而使异号位错相互抵消，结果使位错密度下降，畸变能降低，不足以达到动态再结晶所需的能量水平。因此这类金属在热塑性变形过程中，即使变形程度很大，变形温度远高于再结晶温度，也只会发生动态回复，而不发生动态再结晶。 10、什么是动态再结晶，其主要影响因素？（自己总结吧，课本太乱） 动态再结晶：在热塑性变形过程中发生的结晶。与金属的位错能高地有关，与晶界迁移的难易有关 ，金属越纯，发生动态再结晶的能力越强。
《金属塑性加工原理》试题及答案
、简述“经典塑性力学”的主要内容，以及“现代塑性力学”的发 展概况(选2?3个发展方向加以简单介绍) (20 分) 答：“经典塑性力学”的主要内容 经典塑性理论主要基于凸性屈服面、正交法则和塑性势等概念，描述的是一种均匀连续的介质在外力作用下产生不可恢复的位移或滑移现象的唯象平均。 经典塑性理论主要基于以下三个方面：(1)初始屈服准则；(2)强化准则；(3)流动规则。 经典塑性力学的三个假设 (1)传统塑性势假设。众所周知，传统塑性势是从弹性势借用过来的，并非由固体力学原理导出。因此这是一条假设。按传统塑性势公式，即可得出塑性主应变增量存在如下比例关系： 式中Q为塑性势函数。可推证塑性主应变增量与主应力增量有如下关系 d吕二［ApJsxjdu; (；= 1.Z 3) 由式(1)知式⑵ 中矩阵［Ap］中的各行元素必成比例,即有 L 2. 3) 且［Ap］的秩为1,它只有一个基向量,表明这种情况存在一个势函数。由式(1)或式(2)或传统塑性势理论，都可推知塑性应变增量的方向只与应力状态有关，而与应力增量无关，所以它的方向可由应力状态事先确定。 传统塑性势假设数学上表现为［Ap］中各行元素成比例及［Ap］的秩为1, 物理上表现为存在一个势函数，且塑性应变增量方向与应力具有唯一性。 (2)关联流动法则假设，假设屈服面与塑性势面相同。 无论在德鲁克塑性公设提出之后还是之前，经典塑性力学中都一直引 用这条假设。对于稳定材料在每一应力循环中外载所作的附加应力功为非负，即有 0 ( ij ij0门ij 0⑷ lj 式(4)本是用来判断材料稳定性的，而并非是普遍的客观规律。然而有人错误地认为德鲁克公设可依据热力学导出，即应力循环中弹性功为零，塑性功必为非负，因而式⑷成立。按功的定义，应力循环中，外载所作的真实功应为 式(5)表明，应力循环中只存在塑性功，并按热力学定律必为非负。由 式(5)还可看出，真实功与起点应力ij无关。由此也说明附加应力功并非
金属塑性成型原理
第一章 1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？ 塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序； 成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1）各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。 2）各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3）晶粒与晶粒之间和晶粒部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add： 4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。 7）时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。
金属塑性加工原理考试总复习
金属塑性加工原理考试 总复习 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
《金属塑性加工原理》考试总复 习 一、 填空题 1. 韧性金属材料屈服时， 米塞斯 准则较符合实际的。 2. 描述变形大小可用线尺寸的变化与方位上的变化来表示，即线应变（正应变）和切应变（剪应变） 3. 弹性变形时应力球张量使物体产生体积变化，泊松比5.0<ν 4. 在塑形变形时，需要考虑塑形变形之前的弹性变形，而不考虑硬化的材料叫做理想刚塑性材料。 5. 塑形成形时的摩擦根据其性质可分为干摩擦，边界摩擦和流体摩擦。 6. 根据条件的不同，任何材料都有可能产生两种不同类型的断裂：脆性断裂和韧性断裂。 7. 硫元素的存在使得碳钢易于产生 热脆 。 8. 塑性变形时不产生硬化的材料叫做 理想塑性材料 。 9. 应力状态中的 压 应力，能充分发挥材料的塑性。 10. 平面应变时，其平均正应力ｍ 等于 中间主应力２。 11. 钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 下降 。 12. 材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现象叫 超塑 性 。 13. 材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为１＝０.1，第二次的真实应 变为２＝０.25，则总的真实应变＝ 14. 固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力叫材料的 塑 性 。
15.塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、流体摩擦、边界摩擦 16.对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性。 17.就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性升高。 18.钢冷挤压前，需要对坯料表面进行磷化、皂化处理。 19.为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物 质的总称叫添加剂。 20.对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性。 21.塑性指标的常用测量方法拉伸实验，扭转实验，压缩试验。 22.弹性变形机理原子间距的变化；塑性变形机理位错运动为主。 23.物体受外力作用下发生变形，变形分为变形和变化。 24.当物体变形时，向量的长短及方位发生变化，用线应变、切应变 来描述变形大小 25.当物体变形时，向量的长短及方位发生变化，用线应变、切应变来 描述变形大小。 26.在研究塑性变形时，即不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的 材料称为理想刚塑性材料 27.材料的塑性变形是由应力偏张量引起的，且只与应力张量的第二不变量 有关。 28.金属塑性加工时，工具与坯料接触面上的摩擦力采用库伦摩擦条件、最大 摩擦条件、摩擦力不变条件三种假设。 29.轴对称条件下，均匀变形时，径向的正应变等于周向的正应力。
金属塑性成形原理试习习题集,DOC
欢迎共阅填空题 1.冷塑性变形的主要机理:滑移和孪生 2.金属塑性变形的特点:不同时性、相互协调性和不均匀性. 3.由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织,称为:变形织构 4.随着变形程度的增加,金属的强度硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为:加工硬化 5.超塑性的特点:大延伸率低流动应力无缩颈易成形无加工硬化 6.细晶超塑性变形力学特征方程式中的m为:应变速率敏感性指数 7.塑性是指金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力 8.:伸长9. 10. 11., 12. 13.: 14. 15. 16. 1.155 17.当主应力顺序 ε 为: 1 18. 19. 20. 21. 22.不考虑速度间断时的虚功(率)方程的表达式为:
选择题 1下面选项中哪个不是热塑性变形对金属组织和性能的影响() A 改善晶粒组织C 形成纤维组织 B 产生变形织构D 锻合内部缺陷 2导致钢的热脆性的杂质元素是() A 硫C 磷B 氮D 氢 3 A 45） A 6A 1(2i i u x ??7A B C 应变增量主轴与当时的应变全量主轴不一定重合 Ｄ 应变增量ｄε ｉｊ 对时间ｔ的导数 即为应变速率ε ｉｊ 8关于滑移线的说法，错误的是（ ） A 滑移线必定是速度间断线 B 沿同一条滑移线的速度间断值为常数 C 沿滑移线方向线应变增量为零 D 直线型滑移线上各点的应力状态相同
9根据体积不变条件，塑性变形时的泊松比ν（ ） A ＜0.5 C ＝0.5B ＞0.5 10下面关于粗糙平砧间圆柱体镦粗变形说法正确的有（） AI 区为小变形区 BII 区为难变形区 C III 区为小变形区 11A 12A B C Ｄ A 连续性A n m ?B 某受力物体内应力场为： 0,,2 3 ,6233222312===--=-=+-=zx yz z xy y x y x c y c xy c x c xy ττστσσ，系数321,,c c c 的值应为：（） A 3,2,1321===c c c B 3,2,1321-==-=c c c C 3,2,1321=-==c c c D 无解
金属塑性加工原理试题及答案中南大学考试试卷(试题三)
中南大学考试试卷 2003 —— 2004 学年第二学期时间110 分钟金属塑性加工原理课程64 学时4 学分考试形式：闭卷 专业年级材料2001 级总分100 分，占总评成绩70% 一、名词解释（本题8分，每小题2分） 1.最小阻力定律 2.温度效应 3.加工硬化 4.形变热处理 二、填空题（本题10分，每小题2分） 1.金属塑性变形通常经历________、________、_______三个阶段。 2.塑性加工中其工作应力、基本应力、附加应力三者的关系________. 3.根据塑性加工成形时的摩擦性质，摩擦可分为_______、_______、________三种类型。 4.塑性加工润滑剂分为_______、________、________、________几种类型。 5.塑性加工中控制制品的力学性能的两种主要工艺措施是控制________和控制________。 三、判断题（12分） 1.塑性加工时静水压力越大，金属塑性越好，所需的变形力越小.( ) 2.润滑剂的粘度越大，润滑越好。( ) 3.变形织构导致各向异性，纤维组织没有各向异性。( ) 4.细晶超塑性中，应变速率敏感性指数m越大，其塑性越好。（） 5.在平辊轧制实验中，对于一个方向具有凹形断面的坏料，无论采用哪种喂料方向都易出现裂纹.（） 6.对于塑性比较差的材料，塑性加工要优先选用三向压缩的主应力图与二向压缩一向延伸的主应变图的加工方式。 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） 1.一点的应力状态的定义是什么？掌握它有何实际意义？ 2.平衡方程是以应力偏微分方程形式表达的，实际上应是什么量的平衡？ 3.与的差别在哪里？ 4.Tresca屈服准则与材料力学中的第三强度理论有何区别？ 5.弹性本构方程与塑性本构方程有何区别？由此说明哪个求解更容易？
《金属塑性成形原理》试卷及答案
《金属塑性成形原理》试卷及答案 一、填空题 1. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示： ，则单元内任一点外的应变可表示为＝。 2. 塑性是指：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。 3. 金属单晶体变形的两种主要方式有：滑移和孪生。 4. 等效应力表达式：。 5.一点的代数值最大的 __ 主应力 __ 的指向称为第一主方向，由第一主方向顺时针转所得滑移线即为线。 6. 平面变形问题中与变形平面垂直方向的应力σ z = 。 7．塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦。 8．对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性。 9．就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性提高。 10．钢冷挤压前，需要对坯料表面进行磷化皂化润滑处理。 11．为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物质的总称叫添加剂。 12．材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现象叫超塑性。 13．韧性金属材料屈服时，密席斯（Mises）准则较符合实际的。 14．硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆。 15．塑性变形时不产生硬化的材料叫做理想塑性材料。 16．应力状态中的压应力，能充分发挥材料的塑性。 17．平面应变时，其平均正应力ｍ等于中间主应力２。 18．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降低。 19．材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为１＝０.1，第二次的真实应变为２＝０.25，则
总的真实应变＝0.35 。 20．塑性指标的常用测量方法拉伸试验法与压缩试验法。 21．弹性变形机理原子间距的变化；塑性变形机理位错运动为主。 二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上 1．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响 A 工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 2．塑性变形时不产生硬化的材料叫做 A 。 Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料； 3．用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为 B 。 Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法； 4．韧性金属材料屈服时， A 准则较符合实际的。 Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加； 5．由于屈服原则的限制，物体在塑性变形时，总是要导致最大的 A 散逸，这叫最大散逸功原理。 Ａ、能量；Ｂ、力；Ｃ、应变； 6．硫元素的存在使得碳钢易于产生 A 。 Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性； 7．应力状态中的 B 应力，能充分发挥材料的塑性。 Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力； 8．平面应变时，其平均正应力ｍ B 中间主应力２。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 9．钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 B 。 Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、没有变化； 10．多晶体经过塑性变形后各晶粒沿变形方向显著伸长的现象称为 A 。 Ａ、纤维组织；Ｂ、变形织构；Ｃ、流线； 三、判断题 1．按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数μ=0.5。（×） 2．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响小于工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。（×） 3．静水压力的增加，对提高材料的塑性没有影响。（×） 4．在塑料变形时要产生硬化的材料叫理想刚塑性材料。（×）
材料成形原理1总复习题2015
0《金属塑性加工原理》总复习 一、填空题 1.韧性金属材料屈服时，准则较符合实际的。 2.描述变形大小可用线尺寸的变化与方位上的变化来表示，即和. 3.弹性变形时应力球张量使物体产生体积变化，泊松比 4.在塑形变形时，不需要考虑塑形变形之前的弹性变形，又不考虑硬化的材料叫做。 5.塑形成形时的摩擦根据其性质可分为, 和。 6.根据条件的不同，任何材料都有可能产生两种不同类型的断裂：和。 7.硫元素的存在使得碳钢易于产生。 8.塑性变形时不产生硬化的材料叫做。 9.应力状态中的应力，能充分发挥材料的塑性。 10.平面应变时，其平均正应力 ｍ中间主应力 ２。 11.钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性。 12.材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现象叫。 13.材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为 １＝０.1，第二次的真实应变为 ２＝０.25，则总 的真实应变 ＝。 14.固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力叫材料的。 15.对数应变的特点是具有真实性、可靠性和。 16.就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性。 17.钢冷挤压前，需要对坯料表面进行处理。 18.为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物质的总称叫。 19.对数应变的特点是具有真实性、可靠性和。 20.塑性指标的常用测量方法。 21.弹性变形机理；塑性变形机理。 22.物体受外力作用下发生变形，变形分为变形和变化。 23.当物体变形时，向量的长短及方位发生变化，用、来描述变形大小 24.材料的塑性变形是由应力偏张量引起的，且只与有关。 25.金属塑性加工时，工具与坯料接触面上的摩擦力采用三种假设。 26.轴对称条件下，均匀变形时，径向的正应变周向的正应力。 27.弹性变形时应力球张量使物体产生体积变化，泊松比。
金属塑性加工原理 重点难点
《金属塑性加工原理》课程教学大纲 课程编号：06020011 课程名称：金属塑性加工原理 学分： 4 总学时：64 实验学时： 6 先修课程要求：数学：平面与空间解析几何、矢量分析、微积分、级数、线性代数等；工程力学：受力 图分析、力的分解与合成、强度理论、应力莫尔圆、虚功原理等；物理化学：能量转换、熵、焓及电化学反应变化过程等；金属学原理：金属的回复、再结晶，位错理论及单晶体塑性变形微观理论等。 适应专业：材料科学与工程专业（材料学和材料加工工程方向）本、专科生 参考教材： 1. 彭大暑编著 . 金属塑性加工原理，中南工业大学出版社，1989 2. 张胜华编 . 金属塑性加工原理，中南工业大学教材科，1994 3. 赵志业主编 . 金属塑性加工力学，冶金工业出版社，1987 4. 彭大暑主编 . 金属塑性加工原理，中南大学出版社，2004 返回顶部 一、课程在培养方案中的地位、目的和任务 《金属塑性加工原理》是材料科学与工程专业本科生重点专业基础课程之一，属于专业必修课程。包括塑性加工力学、塑性加工材料学和塑性加工摩擦学等方面的内容。 金属塑性加工力学是研究变形体中应力、应变的大小、分布及其相互关系，研究由弹性状态过渡到塑性状态的力学条件，确定变形和变形力的求解模式；塑性加工材料学主要研究金属塑性变形机理以及塑性变形与化学成分、金属组织状态之间的关系，研究热力学条件对变形过程的影响，确定由弹性状态到塑性状态过渡的条件；塑性加工摩擦学主要研究边界摩擦与润滑等因素对塑性变形规律的影响以及有效摩擦的利用。其目的是科学、系统地阐明金属塑性变形的基础与规律，为学习后续的工艺课程作理论准备，为合理制定塑性变形工艺奠定理论基础。 返回顶部 二、课程的基本要求 1.掌握金属塑性加工过程的热力学条件及应力应变分析的基本概念和基本理论。 2.熟悉和掌握塑性加工过程中金属变形的微观与宏观的基本规律，以及各种基本变形力学方程，能推导典型塑性加工问题的应力与应变计算公式。 3.掌握金属在塑性加工过程中组织性能的变化及金属的塑性、变形抗力、断裂等与加工条件的关系。能按照要求或给
润滑油基础知识全攻略
1、粘度 液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子。粘度又分为动力黏度.运动黏度和条件粘度。 2、粘度指数 粘度指数表示一切流体粘度随温度变化的程度。粘度指数越高，表示流体粘度受温度的影响越小，粘度对温度越不敏感。中国石化总公司从90年代起按照国际上通用的中性油分类方法，并根据国内原油性质和粘度指数，把中性油分为UHVI（超高粘度指数,粘度指数＞140）、VHVI（很高粘度指数,粘度指数＞120）、HVI（高粘度指数，粘度指数＞80）、MVI（中粘度指数，粘度指数40－80）和LVI（低粘度指数，粘度指＜40）四大类。 3、倾点 倾点(英文：Pour point.) 是指油品在规定的试验条件下，被冷却的试样能够流动的最低温度；凝点指油品在规定的试验条件下，被冷却的试样油面不再移动时的最高温度，都以℃表示。是用来衡量润滑油等低温流动性的常规指标。 4、闪点 在规定的条件下，加热试样，当试样达到某温度时，试样的蒸汽和周围空气的混合气，一旦与火焰接触，即发生闪燃现象，发生闪燃时试样的最低温度，称为闪点（火焰发生的内火现象）。 一般要求可燃性液体的闪点比使用温度高20～30℃，以保证使用安全和减少挥发损失。用规定的开口闪点测定器所测得的结果叫做开口闪点，以℃表示。常用于测定润滑油。用规定的闭口闪点测定器所测得的结果叫做闭口闪点，以℃表示。常用以测定煤油、柴油、变压器油等。 5、铜片腐蚀 1、试验铜片放入试管油样中，恒温50摄氏度+1，放置3hr+5min对照腐蚀标准色板。分级（1a、1b、2a、2b、2c、2d、2e、3a、3b、3c、4a、4b）。 2.指标为在100℃+1,3h条件下将铜片置于被测溶液中，试验过程中铜片表面受待测式样的侵蚀程度，腐蚀程度共分四级；1：轻度变色---------- 淡橙色，几乎与新麽的铜片一样；深橙色2：中度变色------------- 紫红色；淡红色；带有淡紫色或银色，或两种都有，并分别覆盖在紫红色上的多彩色；银色；黄铜色或金黄色3：深度变色--------------洋红色覆盖在黄铜色上的多彩色；有红和绿显示的多彩色（孔雀绿），但不带灰色4腐蚀-----------透明的黑色，深灰色或仅带有孔雀绿的棕色；石墨黑色或无光泽的黑色；有光泽的黑色或乌黑发亮的黑色 6、润滑油泡沫倾向性(GB /T 12579-1990) （1）泡沫倾向性：吹气5min结束时的泡沫体积ml 泡沫稳定性：静止10min结束时的泡沫体积ml （2）当看到泡沫没有完全覆盖表面和成碎片状(如眼睛状的清晰液体)时，判定结果为无泡沫，报告为0ml
金属塑性加工原理习题
绪论 0-1 请选择你生活学习中所接触的五种物品，写一篇约五千字的调研笔记，调查其从原料到该物品制造的全过程，运用你所学的知识分析制造这些物品所涉及的学科知识。 第一章应力分析与应变分析 1-1 塑性加工的外力有哪些类型？ 1-2 内力的物理本质是什么？诱发内力的因素有哪些？ 1-3 何谓应力、全应力、正应力与切应力？塑性力学上应力的正、负号是如何规定的？ 1-4 何谓应力特征方程、应力不变量？ 1-5何谓主切应力、八面体应力和等效应力？它们在塑性加工上有何意义？ 1-6 何谓应力张量和张量分解方程？它有何意义？ 1-7 应力不变量（含应力偏张量不变量）有何物理意义？ 1-8 塑性变形的力学方程有哪几种？其力学意义和作用如何？ 1-9 锻造、轧制、挤压和拉拔的主力学图属何种类型？ 1-10变形与位移有何关系？何谓全量应变、增量应变？它们有何联系和区别？ 1-11简述塑性变形体积不变条件的力学意义。 1-12何谓变形速度？它们与工具速度、金属质点运动速度有何区别和联系？ 1-13何谓变形力学图？如何根据主应力图确定塑性变形的类型？ 1-14锻造、轧制、挤压和拉拔的变形力学图属何种类型？ 1-15塑性加工时的变形程度有哪几种表示方法？各有何特点？ 1-16已知一点的应力状态MPa，试求该应力空间中 的斜截面上的正应力和切应力为多少？ 1-17现用电阻应变仪测得平面应力状态下与x轴成0°，45°，90°角方向上的应力值分别为，试问该平面上的主应力各为多少？ 1-18 试证明： （1） （2）
1-19 一圆形薄壁管，平均半径为R，壁厚为t，二端受拉力P及扭矩M的作用，试求三个主应力 的大小与方向。 1-20 两端封闭的薄壁圆管。受轴向拉力P，扭矩M，内压力ρ作用，试求圆管柱面上一点的主应力 的大小与方向。其中管平均半径为R，壁厚为t，管长为l。 1-21已知平面应变状态下，变形体某点的位移函数为， ，试求该点的应奕分量，并求出主应变的大小与方向。1-22 为测量平面应变下应变分量将三片应变片贴在与x轴成0°，60°，120°夹角的方向上，测得它们的应变值分别为。试求以及主应变的大小与方向。 1-23 已知圆盘平锤均匀压缩时，质点的位移速度场为，，，其中 为全锤头压下速度，h为圆盘厚度。试求应变速度张量。 1-24 一长为l的圆形薄壁管，平均半径为R，在两端受拉力P，扭矩M作用后，管子的长度变成l1，两端的相对扭转角为，假设材料为不可压缩的。在小变形条件下给出等效应变与洛德参数的表达式。 1-25某轧钢厂在三机架连轧机列上生产h×b×l=1.92×500×100,000mm的A3带钢产品（见图1-14），第1、3机架上的压下率为20%，第2机架上为25%，若整个轧制过程中带材的宽度b保持不变，试求带钢在该连轧机列上的总压下量及每机架前后带钢的尺寸为多少？ 图1-25 三机架连轧机列示意图 第二章金属塑性变形的物性方程