1、第十八章思考与练习1. 解释下列概念最小阻力定律；附加应力；残余应力；干摩擦；边界摩擦；流体摩擦。答：最小阻力定律：当变形体质点有可能沿不同方向移动时，则物体各质点将沿着阻力最小的方向移动。附加应力：由于变形体各部分之间的不均匀变形受到整体性的限制，在各部分之间必将产生相互平衡的应力，该应力叫附加应力。残余应力：引起附加应力的外因去除后，在物体内仍残存的应力叫残余应力。干摩擦：接触表面没有其他外来介质，仅是金属与金属之间的摩擦，但在实际生产中，这种绝对理想的干摩擦是不存在的，通常所说的干摩擦是指不加任何润滑剂的摩擦。边界摩擦：接触表面之间存在很薄的润滑膜，凸凹不平的坯料表面凸起部分被压平，润滑
2、剂被压入凹坑中，被封存在里面，在压平部分与模具之间存在一层厚度为 0.1m 润滑膜，一般为单分子膜，这种单分子膜润滑状态称为边界摩擦。大部分塑性成形摩擦为边界摩擦。流体摩擦：当坯料与工具表面之间的润滑剂层较厚，两表面的微观凸凹部分不直接接触，完全被润滑剂隔开的润滑叫流体润滑，该状态下的摩擦叫流体摩擦。2. 举例分析最小阻力定律在塑性成形流动控制中的应用？答：例如开式模锻，如图 18-3，增加金属流向飞边的阻力，以保证金属充填型腔；或者修磨圆角 ，减小金属流向 A 腔的阻力，使 A 腔充填饱满。又例r如，在大型覆盖件拉深成形时，常常要设置拉延筋，用来调整或增加板料进入模具型腔的流动阻力，以保证覆
3、盖件的成形质量。3. 影响塑性变形和流动的因素有哪些？举例分析？答：影响塑性变形和流动的因素有摩擦力，工具形状，金属各部分之间的关系，金属本身性质不均匀。因为摩擦力的影响，矩形断面的棱柱体在平板间镦粗时，各个方向的阻力不同，断面不再保持矩形，遵循最小周边原则，最后趋于圆形， 。在圆弧形砧上或 V 型砧中拔长圆截面坯料时，由于工具的侧面压力使金属沿横向流动受到阻碍，金属大量沿轴向流动。在凸弧形砧上，正好相反，加大横向流动。4. 残余应力有哪几类？它会产生什么后果？如何产生、消除？答：残余应力：引起附加应力的外因去处后，在物体内仍残存的应力叫残余应力，残余应力是弹性应力，不超过材料的屈服应力，也是
4、相互平衡成对出现的。残余应力分为三类：第一类残余应力存在与变形体各区域之间；第二类残余应力存在于各晶粒之间；第三类残余应力存在于晶粒内部。残余应力引起的后果：具有残余应力的物体再承受塑性变形时，其应力分布及内部应力分布更不均匀。缩短制品的使用寿命，当外载作用下的工作应力与残余应力叠加超过材料的强度时，会使零件破坏，设备出现故障。使在制品的尺寸和形状发生变化。当残余应力的平衡受到破坏时，相应部分的弹性变形也发生变化，从而引起尺寸和形状的变化。增加塑性变形抗力，降低塑性、冲击韧性及抗疲劳强度。降低制品表面耐蚀性，具有残余应力的金属在酸液中或其他溶液中的溶解速度加快。残余应力一般是有害的，特别是表面
5、层中具有残余拉应力的情况。但当表面层具有残余压应力时，可以显著提高材料的强度和疲劳强度，反而可提高其使用性能。残余应力的消除方法：热处理法，机械处理方法5. 塑性成形中的摩擦有何特点？举例分析其利弊？答：塑性成形中的摩擦有如下的特点：接触面单位压力高伴随着塑性变形在高温下进行利：模锻中利用飞边槽桥部的摩擦力来保证模膛充满，滚锻和轧制时依靠足够的摩擦使坯料被咬入轧辊。弊：改变应力状态，增大变形抗力，引起不均匀变形，产生附加应力和残余应力，降低模具寿命。6. 塑性成形时接触面上摩擦条件有哪几类？各运用于什么情况？答：有三大类，干摩擦，边界摩擦流体摩擦；分别应用于下列情况干摩擦是指不加任何运润滑剂的
6、摩擦，边界摩擦是指接触表面之间存在很薄的润滑膜，流体摩擦是指接触表面被润滑剂完全隔开的摩擦。7. 塑性成形时常用的流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？答：流体润滑剂有动物油、植物油、矿物油和乳化液等。固体润滑剂又可分为干性固体润滑剂和软（熔）化固体润滑剂，干性固体润滑剂有石墨、二硫化钼等，软（熔）化固体润滑剂有玻璃、珐琅、天然矿物及无机盐等。石墨和二硫化钼是六方晶系的层状结构，层间结合力比同层原子结合力小得多，用作润滑剂时层与层之间的内摩擦力代替了坯料与工具之间的摩擦力，而且热稳定性好，石墨在 540 以上才氧化，二硫化钼在 400 左右氧化。使用时可制成水剂或油剂。
7、8. 什么是磷化-皂化处理？在挤压生产中有何意义？答：当压力很高时，即使加入添加剂，润滑剂还是会遭到破坏或被挤掉，而失去润滑作用。因此，须将坯料表面进行磷化处理，即在坯料表面用化学方法制成一层磷酸盐或草酸盐膜，这种磷化膜是由细小片状的无机盐结晶组成的，呈多孔状态，对润滑剂有吸附作用。膜厚一般约为 1020m，与金属结合力强且有塑性，可与金属坯料一起变形。磷化后进行润滑处理，常用硬脂酸钠、肥皂等，故称为皂化。9. 如何用圆环镦粗法测摩擦系数？分析影响摩擦系数的因素有哪些？答：圆环镦粗法将一定尺寸的试样（如外径：内径：高为 40: 20:10）在平砧间压缩，由于接触面上的摩擦系数不同，圆环的内外径在压缩的过程中将有不同的变化。根据实验研究和塑性理论的分析，可将不同摩擦系数下的圆环压缩量与内外径变化关系绘制成曲线，称为摩擦系数标定曲线，如图 18-11。利用这一标定曲线可方便地求得摩擦系数。10. 金属流动分析有何意义？目前主要采用的分析方法？答：金属流动分析可以使我们根据最小阻力定律和物体体积不变条件，使物体按照最小阻力方向更好的成形，应用塑性成形的数值模拟方法主要有上限法（Upper Bound Method） 、边界元法(Boundary Element Method)和有限元法（Finite Element Method） 。
