本書在塑性成形基本理論中以工藝過程的局部量(分布量)為基礎(chǔ),詳細介紹了各類重要邊界條件、屈服條件、流動法則以及工藝控制參量的計算方法、誤差分析及使用條件等情況。
本書在高度概括和分析了當前金屬塑性成形技術(shù)的重要任務(wù)和目的的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)完整并且言簡意賅地闡述了金屬塑性成形的基礎(chǔ)理論和重要塑性加工問題的解析方法。其學術(shù)價值包括將塑性成形過程的目標量按總體量、局部量和微觀量進行系統(tǒng)劃分,根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)進行塑性加工成形方法的分類,科學系統(tǒng)地建立了塑性成形技術(shù)的結(jié)構(gòu)體系。
本書與國內(nèi)外已出版的同類書籍比較,在內(nèi)容組成和系統(tǒng)上獨具特色。塑性成形基本理論以塑性成形過程的局部量(分布量)為基礎(chǔ),將流變應(yīng)力作為核心的材料特征量,詳細介紹了各類重要邊界條件、屈服條件、流動法則以及過程控制量的計算方法、誤差分析及使用條件等情況。在典型塑性加工問題解法的介紹中既有經(jīng)典的初等解析法和滑移線法等,也有現(xiàn)代有限元數(shù)值模擬技術(shù)、相似理論和物理模擬技術(shù)等內(nèi)容,概念定義準確明了,方法經(jīng)典而且先進。
本書將塑性成形基本原理和現(xiàn)代金屬塑性成形技術(shù)及其發(fā)展有機結(jié)合并且融入大量作者在該領(lǐng)域長期的研究成果,內(nèi)容豐富翔實且圖文并茂,具有非常高的學術(shù)價值和實際應(yīng)用價值。該書原稿近年已成為德國高校和金屬塑性加工領(lǐng)域相關(guān)研究者的經(jīng)典教材和參考書。本譯著的出版無疑會對我國材料加工學科的教學、人才培養(yǎng)、科學研究以及生產(chǎn)應(yīng)用起到進一步的推動作用。
本書可供材料加工專業(yè)本科高年級學生、碩士生、博士生、教師和相關(guān)研究人員以及工程技術(shù)人員使用。
全書由康永林教授、洪慧平副教授翻譯完成。鹿守理教授審閱了文稿,在此表示謝意!
Reiner Kopp,工學博士,教授,國際金屬塑性成形領(lǐng)域的著名學者。Kopp教授于1974年起擔任亞琛工業(yè)大學塑性成形研究所所長和教授,直到2005年退休。這期間他曾擔任亞琛工業(yè)大學副校長、地質(zhì)資源與材料技術(shù)學院院長等職務(wù)。從2007年1月起他擔任亞琛工業(yè)大學大學委員會成員。Kopp教授擔任過多個科研組織委員會主席。1999年Kopp教授獲中國政府頒發(fā)給外國專家的最高獎——長城友誼獎。
Herbert Wiegels,工學博士。結(jié)束了機械制造專業(yè)的學習后,Wiegels博士作為科學助手在亞琛工業(yè)大學塑性成形研究所工作,并獲工學博士學位。作為Kopp教授的親密同事,他領(lǐng)導(dǎo)了該所的材料數(shù)據(jù)組和軋環(huán)組。作為高級科學顧問,他負責協(xié)調(diào)該所的教學工作,并參加了“冶金與材料技術(shù)”專業(yè)組關(guān)于教學和科研的各委員會。
1 引言
1.1 金屬塑性成形技術(shù)的任務(wù)和目的
1.2 金屬塑性變形的原因
1.3 金屬塑性成形方法分類
1.3.1 根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)進行區(qū)分
1.3.2 根據(jù)加工溫度進行區(qū)分
1.3.3 根據(jù)產(chǎn)品類型進行區(qū)分
2 金屬塑性成形基礎(chǔ)
2.1 基本量、局部目標量
2.1.1 應(yīng)力
2.1.1.1 應(yīng)力張量的對稱性
2.1.1.2 圓柱坐標
2.1.1.3 主軸系
2.1.1.4 坐標變換
2.1.1.5 靜水壓應(yīng)力分量和偏應(yīng)力分量
2.1.1.6 特殊的應(yīng)力狀態(tài)
2.1.2 應(yīng)變
2.1.2.1 正應(yīng)變增量
2.1.2.2 剪應(yīng)變增量
2.1.2.3 局部總應(yīng)變
2.1.2.4 總體總應(yīng)變
2.1.2.5 應(yīng)變狀態(tài)
2.1.3 應(yīng)變速率
2.1.3.1 圓柱坐標系
2.1.3.2 體積不變
2.1.3.3 變形速率
2.1.3.4 平均變形速率
2.1.4 應(yīng)變功/應(yīng)變功率
2.1.5 流變應(yīng)力、流變曲線
2.1.5.1 測定方法
2.1.5.2 流變應(yīng)力的影響因素
2.1.5.3 測得的流變曲線的不確定性
2.1.5.4 流變曲線的描述
2.1.5.5 熱塑性成形過程中的材料行為
2.1.5.6 變形熱
2.1.5.7 流變曲線測定時的溫度變化
2.1.5.8 單位變形功
2.1.5.9 平均流變應(yīng)力
2.1.5.10 剪切屈服應(yīng)力
2.2 邊界條件
2.2.1 連續(xù)性方程
2.2.2 摩擦
2.2.2.1 依賴于運動狀態(tài)的摩擦(粘著摩擦、動摩擦)
2.2.2.2 摩擦狀態(tài)
2.2.2.3 摩擦的特征參數(shù)
2.2.2.4 動摩擦的摩擦定律
2.2.2.5 摩擦熱
2.2.3 熱傳遞
2.2.4 材料參數(shù)和邊界參數(shù)的測定
2.2.4.1 發(fā)射率和傳熱系數(shù)
2.2.4.2 流變應(yīng)力
2.2.4.3 摩擦系數(shù)和摩擦因子
2.3 基本方程
2.3.1 平衡條件
2.3.1.1 圓柱坐標系
2.3.1.2 特殊情況
2.3.2 屈服條件、屈服準則
2.3.2.1 塑性力學數(shù)學推導(dǎo)(形變能假說)
2.3.2.2 剪應(yīng)力假說
2.3.2.3 等效應(yīng)力
2.3.2.4 屈服軌跡(屈服面、屈服柱面)
2.3.2.5 各向異性的材料行為
2.3.3 流動法則、流動定律
2.3.4 等效量
2.3.4.1 等效應(yīng)變速率
2.3.4.2 等效變形速率
2.3.4.3 等效應(yīng)變
2.3.4.4 等效變形程度
2.4 工藝目標量
2.4.1 變形功和變形功率
2.4.1.1 理想量部分
2.4.1.2 摩擦部分
2.4.1.3 剪切部分
2.4 ,1.4 有效變形功、有效變形功率
2.4.2 變形力
2.4.2.1 帶直接壓力作用的方法(例如鐓粗和軋制)
2.4.2.2 帶間接壓力作用的方法
2.4.3 變形抗力
2.4.3.1 帶直接壓力作用的方法
2.4.3.2 帶間接壓力作用的方法
2.4.4 變形效率
2.4.5 溫度
2.4.6 應(yīng)變能力
2.4.7 極限變形程度
2.4.8 材料性能和構(gòu)件性能
3 塑性力學的解法
3.1 用于塑性成形基本方法的初等塑性理論
3..1.1 鐓粗理論(切片模型)
3.1.1.1 變形運動學
3.1.1.2 應(yīng)變速率
3.1.1.3 應(yīng)變
3.1.1.4 應(yīng)力狀態(tài)
3.1.1.5 變形抗力
3.1.1.6 鐓粗力
3.1.1.7 鐓粗功
3.1.1.8 變形效率
3.1.1.9 溫度
3.1.2 拔長理論(切片模型)
3.1.2.1 變形幾何參數(shù)
3.1.2.2 變形運動學
3.1.2.3 應(yīng)變速率
3.1.2.4 應(yīng)變
3.1.2.5 應(yīng)力狀態(tài)
3.1.2.6 拔長力
3.1.2.7 變形抗力
3.1.2.8 拔長變形功
3.1.2.9 變形效率
3.1.2.10 溫度
3.1.3 平軋件縱軋理論(切片模型)
3.1.3.1 變形幾何參數(shù)
3.1.3.2 變形運動學
3.1.3.3 應(yīng)變速率
3.1.3.4 應(yīng)變
3.1.3.5 應(yīng)力狀態(tài)
3.1.3.6 變形抗力
3.1.3.7 變形效率
3.1.3.8 軋制力
3.1.3.9 軋制力矩(對稱軋制)
3.1.3.10 軋制功率
3.1.3.11 溫度
3.1.3.12 軋機的彈性行為
3.1.4 拉拔理論(圓片模型)
3.1.4.1 變形幾何參數(shù)
3.1.4.2 變形運動學
3.1.4.3 應(yīng)變速率
3.1.4.4 應(yīng)變
3.1..4.5 應(yīng)力狀態(tài)
3.1.4.6 拉拔力
3.1.4.7 變形功
3.1.4.8 變形功率
3.1.4.9 變形抗力
3.1.4.10 變形效率
……
4 有限元法
5 相似理論
參考文獻
名詞索引
按照DIN50323標準,摩擦是物體的材料接觸區(qū)域之間的相互作用。摩擦阻礙相對運動,即摩擦是指一個阻力。摩擦表示一個機械功轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问剑ㄖ饕菬幔┑倪^程,并且該過程在參與的物體表面上引起物理和化學變化。摩擦是一個系統(tǒng)特性,因為它依賴于許多影響因素(表面幾何特性、表面擠壓情況、相對速度、溫度、相互接觸的材料特性和空氣濕度等)。
如同在許多其他工業(yè)和非工業(yè)領(lǐng)域中一樣,在塑性成形技術(shù)中,人們也把摩擦概念主要與其負面影響(例如能量損耗,所需作用力的增加,不希望的溫升、磨損等)相聯(lián)系。然而在有些情況下,例如軋制,摩擦對于塑性成形過程的進行是必需的。在有些鍛造工序中,若沒有摩擦則是不可設(shè)想,甚至是危險的,因為鍛造工具一旦偏離平行一點,則會把工件從工具的間隙中水平向外推出。
在塑性成形過程中,摩擦不僅影響接觸區(qū)域中發(fā)生的情況,而且影響整個變形區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)變狀態(tài),并因此也影響到變形力的需求和變形功的需求,簡而言之,摩擦影響所有塑性成形的目標量。因此,使用的摩擦定律越能很好地描述實際塑性成形過程,并且為計算所需的參數(shù)越準確,則所有塑性成形的目標量的計算就越準確。
在互相作用區(qū)域真實發(fā)生的物理和化學變化是極其復(fù)雜的,僅工具和工件的接觸面就是這樣,它不完全是單純的金屬接觸面。從一外部邊界層(通過表面與潤滑劑以及空氣發(fā)生的物理和化學反應(yīng)所形成的)和一內(nèi)部邊界層(由于機械加工和塑性成形而產(chǎn)生)的概念出發(fā),其特性可能與材料基體相差甚遠,如圖2.50所示。
2.2.2.1依賴于運動狀態(tài)的摩擦(粘著摩擦、動摩擦)
粘著摩擦(即靜態(tài)摩擦或者靜摩擦)是指作用力不足以在接觸面上引起相對運動時的摩擦。