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第一部分 基本方法 1

第1章 金属加工理论的性质和目的 1

1.1 引言 1

1.2 屈服及应力状态的简化 2

1.3 莫尔(Mohr)圆和屈服准则 3

1.4 根据屈服应力简单的估算加工载荷 4

1.5 考虑摩擦影响的应力计算法 4

1.6 滑移线场理论(计及多余功) 5

1.7 载荷限界法(Load-bounding technique) 7

1.8 1965年的状况 7

1.9 1965年以来的发展 8

2.1.1 典型的载荷-伸长曲线和应力-应变曲线 11

2.1 拉伸试验 11

第2章 应力-应变曲线 11

2.1.2 退火低碳钢的应力-应变曲线 12

2.1.3 应力-应变曲线上的塑性区 13

2.1.4 拉伸试验的特性及结果 13

2.2 真实应力和自然应变(对数应变) 15

2.2.1 真实应力 15

2.2.2 自然应变 15

2.2.3 名义应变与自然应变之间的关系 15

2.3 真实应力-应变曲线 16

2.3.1 拉伸 16

2.3.2 压缩 17

2.4 应力-应变曲线的简化形式 17

2.4.1 绘制流动-应力曲线的简便方法 18

2.5 冷、热加工时应力-应变曲线的选择 19

2.6 用压缩试验确定屈服应力 20

2.6.1 轴对称压缩 20

2.6.2 平面应变压缩(Ford试验) 20

2.7 扭转试验 22

2.8 高应变速率下屈服应力的确定 22

2.8.1 平面应变压缩 22

2.8.2 用拧紧的圆棒加载的扭转试验(Twisted-bar test) 23

2.8.3 用切削加工测试高应变速率下的性能 23

2.9 硬度试验 24

例题 24

3.2 两向应力状态下的主应力 29

3.1 引言 29

第3章 主应力和屈服 29

3.3 最大剪应力 31

3.4 三向应力状态下的主应力 32

3.5 用莫尔圆表示应力状态 33

3.5.1 两向应力的莫尔圆 33

3.5.2 采用主轴坐标时的两向应力莫尔圆 35

3.5.3 三向应力莫尔圆 36

3.6 屈服准则 38

3.6.1 屈斯加(Tresca)最大剪应力准则 38

3.6.2 冯·密席斯(von Mises)最大剪应变能准则 38

3.6.3 拉伸屈服应力Y和剪切屈服应力k之间的关系 39

例题 40

3.6.4 平面应变状态时的屈服 40

第4章 按功及应力分布确定加工载荷 45

4.1 引言 45

4.2 均匀变形时产生屈服所需的载荷 45

4.3 均匀变形时的变形功公式 47

4.3.1 线材拉拔的变形功公式 48

4.3.2 拉拔变形功公式的应用实例：确定每道工步中最大可能的断面减缩率 48

4.3.3 棒料挤压 49

4.3.4 锻造和轧制 49

4.4 用局部应力计算法考虑外摩擦的影响 49

4.4.1 无硬化宽板通过楔形模的拉拔 50

4.4.2 拉拔应力方程式应用实例：确定有外摩擦时每道工步的最大断面减缩率 52

4.7 应力计算法的有效性 53

4.6 在应力计算法中考虑加工硬化 53

4.5 对于拉拔过程，变形功法与应力计算法的比较 53

例题 54

第5章 按金属流动确定加工载荷 59

5.1 引言 59

5.2 简单压缩时的变形 60

5.3 应用滑移线计算应力 60

5.4 由滑移线的转角确定静水压力。汉基(Hencky)方程 62

5.5 塑性体边界上的应力和滑移线 64

5.5.1 自由表面 64

5.5.2 无摩擦接触面 64

5.5.3 具有库仑摩擦的接触面(μ=常数) 64

5.6 滑移线场法用于静态系统，无摩擦平面冲头的平面应变压入 65

5.5.4 完全粗糙的接触面 65

5.6.1 毛坯厚度等于冲头宽度(h=b) 66

5.6.2 冲头宽度为毛坯厚度的整数倍(b/h=2,3,4等) 66

5.6.3 冲头宽度比毛坯厚度大，但b/h非整数 66

5.6.4 毛坯厚度比冲头宽度大(1

5.6.5 简单冲头压入半无限体(h/b≈∞) 67

(a) 滑移线场的建立 67

(b) 由滑移线场确定应力 67

5.6.6 布氏硬度试验 68

5.7 滑移线场中计算速度问题的意义 69

5.7.1 盖林格(Geiringer)速度方程的推导 69

5.8.2 按速度边界条件校核 70

5.8.1 滑移线场的建立 70

5.8 滑移线场法用于稳态运动：变形程度为50%的平面应变反挤压，使用无润滑的180°平角模 70

5.8.3 由滑移线场计算应力 72

5.8.4 轴对称变形的滑移线场 73

5.8.5 在滑移线场理论中考虑加工硬化 74

5.8.6 应变速率和温率的影响 75

5.9 速度图或速端图 76

5.10 载荷估算的上限法和下限法 77

5.10.1 下限法 77

5.10.2 上限法 77

5.10.3 平面应变时的上限原理 77

5.10.4 上限原理用于平面应变压入 78

5.10.5 上限法用于轴对称问题 79

5.10.6 塑性铰链 80

例题 81

第二部分 工艺分析 86

第6章 圆棒料和平带料的拉拔 86

6.1 引言 86

6.2 拉拔力的初步计算：均匀变形力 88

6.3 用局部应力计算法求平面应变时的拉拔力 88

6.3.1 用楔形模拉拔宽平带料(B、S均为常数) 88

6.3.2 用楔形模拉拔应变硬化的带料 89

6.3.3 用圆柱面模拉拔应变硬化的带料 91

6.4 用局部应力计算法确定圆棒料拉拔力 92

6.4.1 用锥孔模拉拔圆棒料(αμγ都是常数 92

6.4.4 圆棒料拉拔时每道的最大断面减缩率 94

6.4.2 圆棒料无摩擦拉拔(γ为常数) 94

6.4.3 圆棒料拉拔时应变硬化的考虑 94

6.5 楔形模(α为常数)平面应变无摩擦拉拔时的滑移线场解 95

6.5.1 带料无摩擦拉拔时的简单滑移线场解［γ=2sinα/(1+2sinα］ 96

6.5.2 断面减缩率小于2sinα/(1+2sinα)时的滑移线场。从中心扇形出发扩展滑移线场的方法 99

6.5.3 断面减缩率小于2sinα/(1+2sinα)时的滑移线场，绘制速端图 100

6.5.4 断面减缩率小于2sinα/(1+2sinα)时的滑移线场，由滑移线场决定应力 101

6.5.5 利用几何参数确定多余功因子 103

6.6 考察摩擦、多余功和应变硬化时，平面应变拉拔应力的确定 104

6.6.1 有摩擦时的滑移线场解 104

6.6.2 考虑应变硬化，零摩擦 106

6.6.3 同时考虑摩擦，多余功和应变硬化 106

6.7 考虑摩擦、多余功和应变硬化时，圆棒料拉拔应力的确定 107

6.9 最佳模角 109

6.8 鼓凸的形成 109

6.10 连拉 110

6.11 带料和棒料拉拔时的流线和变形 111

6.11.1 平面应变拉拔时金属流动的流线 111

6.11.2 圆棒拉拔时金属流动的流线 111

6.11.3 已拉线材的塑性 111

6.12 线材拉拔生产中的润滑 112

6.12.1 钢丝 112

6.12.2 铝线 113

6.12.3 铜和铜合金 113

6.12.4 其它合金 113

6.13.2 常规工艺的改进 114

6.13 线材制造中的新发展 114

6.13.1 理论的贡献 114

6.13.3 新工艺 115

例题 115

第七章 制管与深拉延 122

7.1 引言 122

7.2 用应力计算法确定薄壁管闭式孔型拉拔时的载荷 123

7.2.1 具有固定芯棒的闭式锥孔拉模的拉拔 123

7.2.2 具有活动心轴的闭式锥形拉模的拉拔 125

7.2.3 具有固定芯棒的圆弧廓线拉模的拉拔 125

7.2.4 管子拉拔时的最大断面减缩率 126

7.3 在活动心轴上进行串列式拔管 127

7.5 管子拉拔中的多余功 128

7.4 无芯棒减轻拔管 128

7.6 深拉延和压形 129

7.7 用轧制和挤压方法生产管子 129

7.7.1 周期式轧管(Pilgering)和冷轧管 129

7.7.2 轧锟和芯棒的轮廓 130

7.7.3 管子挤压 131

7.8 实际制管中的润滑 131

7.8.1 钢管拉拔 132

7.8.2 其它合金 132

7.9 深拉延和压形的润滑 132

7.9.1 钢板成形 132

7.10.1 理论的贡献 134

7.10.2 常规工艺的改进 134

7.9.2 铜合金 134

7.10 制管方面的新发展 134

7.9.3 其它合金 134

7.10.3 新工艺 135

例题 135

第8章 挤压 141

8.1 引言 141

8.2 圆棒料和板条挤压中的应力计算法 142

8.2.1 锥孔模圆棒料挤压 142

8.2.2 挤压筒筒壁摩擦的影响 143

8.2.4 圆柱面模板条挤压 144

8.2.5 挤压时应力计算法的局限性 144

8.2.3 恒定模角的板条挤压 144

8.3 楔形模板条挤压的滑移线场解 145

8.3.1 Υ=2sinα/(1+2sinα)的无摩擦挤压 145

8.3.2 Υ<2sinα/(1+2sinα)的无摩擦挤压 146

8.3.3 Υ<2sinα/(1+2sinα)的无摩擦挤压 146

8.3.4 模具和挤压筒上有摩擦的挤压 147

8.4 矩表模挤压的滑移线场 147

8.5 不对称模的多孔模挤压 148

8.6 挤压中金属流动的流线 149

8.7 平面应变挤压的上限解 149

8.7.1 楔形模板条挤压的上限解，无摩擦 151

8.7.3 用矩形模挤压板条的上限解 152

8.7.4 有上限法确定金属流动的流线 152

8.7.2 楔形模板条挤压的上限解。模具上存在粘着摩擦 152

8.7.5 用上限法确定温度分布 153

8.7.6 复杂挤压问题的上限解 153

8.8 轴对称挤压 154

8.8.1 上限法在轴对称问题中的应用 154

8.8.2 以平面应变滑移线场解为基础的半经验公式 154

8.8.3 模具型面 155

8.9 特种挤压 155

8.9.1 桥式模 155

8.9.2 冲击挤压 155

8.10 热挤压生产中的润滑 156

8.10.1 钢的热挤压 157

8.10.2 铜合金 157

8.11.1 钢的冷挤压 158

8.11 冷挤压生产中的润滑 158

8.10.4 其它合金 158

8.10.3 铝合金 158

8.11.2 铜合金 159

8.11.3 铝合金 159

8.11.4 其它合金 159

8.12 挤压的新发展 159

8.12.1 理论的作用 159

8.12.2 常规工艺的改进和新工艺 160

例题 160

9.1.2 冷轧 167

9.1.1 热轧 167

9.1 引言 167

第9章 板材和带材的轧制 167

9.2 轧锟载荷的初步计算 168

9.2.1 均匀变形 168

9.2.2 功的计算 169

9.3 按局部应力计算法确定轧锟的压力 170

9.3.1 微分方程的推导和一般解 170

9.3.2 无外张力的轧制 173

9.3.3 有前后张力的轧制 174

9.4 应力计算法的假设和适用范围 174

9.4.1 关于假设的讨论 174

9.5 冷轧时载荷、扭矩和轧机功率的计算 177

9.5.1 轧锟载荷 177

9.4.2 应力计算方程的适用性 177

9.5.2 轧锟扭矩 178

9.5.3 轧机功率 178

9.6 高摩擦轧制时的应力计算 179

9.6.1 应力分布的测试 179

9.6.2 具有局部粘着摩擦的应力计算法 180

9.7 冷轧时弹性变形的影响 181

9.7.1 轧制时的最小厚度 181

9.7.2 轧锟的弯曲：锟身凸度 182

9.7.3 轧锟的弯曲，支承锟 183

9.7.4 轧机的弹性变形 183

9.8 确定轧锟载荷的其它方法 185

A 冷轧 185

9.7.6 板材的弹性变形，平整 185

9.7.5 厚度控制 185

9.8.1 Cook和Parker法 186

9.8.2 Bland和Ford的图解法 186

9.8.3 Edelund方程 186

9.8.4 C.E.Davies法 186

B 热轧 187

9.8.5 Ekelund方程 187

9.8.6 Sims法 188

9.8.7 Alexander的滑移线场 188

9.9 特殊轧机 188

9.9.1 Sendzimir多辊式轧机 188

9.9.2 行星轧机 189

9.9.3 Saxl摆动式轧机 190

9.10 热轧生产中的润滑 191

9.10.1 钢和其它合金的热轧 191

9.9.4 连续旋转浇铸和轧制的生产线 191

9.11 冷轧生产中的润滑 192

9.11.1 钢的冷轧 192

9.11.2 铝 193

9.11.3 其它合金 193

9.12 轧制的新发展 193

9.12.1 理论的贡献 193

9.12.2 常规工艺和新工艺 194

例题 194

10.2 用局部应力计算法确定平面应变的镦粗力 201

10.2.1 小摩擦，薄板带 201

10.1 引言 201

第10章 锻造、冲孔和深冲 201

10.2.2 大摩擦，薄板带 202

10.2.3 斜砧，薄板带 204

10.3 用应力计算法确定平圆盘锻造时的变形力 205

10.4 平砧无摩擦平面应变压缩时的滑移线场解 206

10.5 具有粘着摩擦的平砧间平面应变压缩时的滑移线场 207

10.5.1 滑移线场的建立，b/h=3.6 207

10.5.2 绘制速端图 208

10.5.3 由滑移线场确定应力，b/h=3.6 209

10.5.4 粘着摩擦时平砧镦粗的一般解(b>h) 210

10.6 中等摩擦下的镦粗 210

10.7.3 尖楔压入半无限体 211

10.7.2 平冲头压入深槽 211

10.7 平面应变压入或冲孔时的滑移线场解 211

10.7.1 平冲头压入，h>b 211

10.7.4 尖楔压入有限板带 212

10.8 深冲 212

10.9 光滑平砧压缩时的上限解 213

10.10 计算挤压-锻造变形力的半经验方法 214

10.11 理论分析在自动锻造中的应用 215

10.12 挤压-锻造 215

10.12.1 平面应变时的滑移线场解［10.10］ 215

10.12.2 复合滑移线场的建立 216

10.12.3 轴对称挤压 217

10.12.5 在平面应变中采用刚性三角形速度场的上限法［10.11］ 218

10.12.4 关于应变硬化和摩擦条件改变的讨论 218

10.12.6 在轴对称问题中应用变形单元的上限解 219

10.12.7 单元变形区内的应力分析法 220

10.12.8 各种分析方法的比较 221

10.13 热锻生产中的润滑 221

10.13.1 钢的热锻 222

10.13.2 铜合金 222

10.13.3 铝合金 222

10.13.4 其它合金 222

10.14 冷锻的润滑 222

10.15 锻造的新近发展 222

10.15.1 理论的贡献 222

10.15.3 新工艺 223

10.15.2 常规工艺的改进 223

例题 224

第11章 金属加工中的摩擦与润滑 229

11.1 金属加工过程中摩擦的影响 229

11.1.1 摩擦引起变形力的增加 229

11.1.2 摩擦引起的变形不均匀性 230

11.1.3 金属的转移 231

11.1.4 摩擦的有益作用 231

11.2 摩擦系数的测定 232

11.2.3 根据试样的形状变化测定摩擦系数 233

11.2.2 根据实验和理论的对比关系求摩擦系数 233

11.2.1 在金属加工中直接测定摩擦系数 233

11.2.4 轧制时摩擦系数的测定 234

11.3 摩擦的理论基础 234

11.4 润滑的基本原理 236

11.4.1 液体和厚膜润滑 236

11.4.2 界面和特压润滑剂 236

11.4.3 固体润滑剂 237

11.4.4 熔融固体 238

11.5 用于金属加工生产中的润滑剂例子 238

11.5.1 轧制中的润滑剂 238

11.5.5 切削、钻孔和其它机加工工序 239

11.5.4 挤压 239

11.6 用来测定润滑剂的模拟试验的评述 239

11.5.3 锻造 239

11.5.2 冷拔 239

11.6.1 轧制 240

11.6.2 挤压 240

11.6.3 锻造 240

11.6.4 线材拉拔 242

11.6.5 管子拉拔和变薄拉延 242

11.6.6 板料压形和深拉延 242

第12章 金属加工中的冶金因素 244

12.1 引言 244

12.2 热、冷和温加工 244

12.2.1 再结晶 245

12.2.2 热加工性能 246

12.2.3 位错理论基础 247

12.2.4 冷加工 250

12.2.5 温加工 250

12.2.6 超塑性合金 250

12.2.7 可加工性 251

12.3 金属加工中的缺陷 252

12.3.1 各种工艺缺陷的特征 252

12.3.2 残余应力 254

12.3.3 残余应力的测量 257

12.4 中间热处理 258

12.4.1 退火 258

12.4.2 可热处理的沉淀硬化合金 260

12.4.3 热-机械处理(形变热处理) 261

12.5.1 消除应力处理 262

12.5.2 提高性能 262

12.5 塑性加工后的成品热处理 262

12.5.3 金属加工后的再结晶 263

12.6 工具材料 263

12.6.1 整体工具 263

12.6.2 带加硬层的工具 266

12.7 聚合物的性能及其成形 266

12.7.1 简单聚合物的性质 267

12.7.2 聚合物机械性能的分析 268

12.7.3 聚合物的成形 270

第13章 金属塑性加工理论中应用的数字方法 273

13.1 引言 273

13.2.1 弹性变形 274

13.2 弹-塑性体的应力-应变关系 274

13.2.2 塑性变形 275

13.2.3 弹-塑性变形 275

13.2.4 等效应力与应变 276

13.3 视塑性 277

13.3.1 方法概述 277

13.3.2 确定应力 277

13.3.3 应力方程求解 279

13.3.4 挤压畸变计算 280

13.3.5 对视塑性的评价 282

13.4 应用数字计算机画滑移线场 282

13.4.1 计算机作平面应变压缩滑移线场 283

13.4.2 画速端图 284

13.4.3 各种摩擦系数下的滑移线场 285

13.4.4 非稳条件下的滑移线场 287

13.4.5 根据畸变网格作滑移线场。实验方法 288

13.5 上限法 290

13.5.1 由两条剪切线划分变形单元(Ⅰ型) 290

13.5.2 由四条剪切线划分变形单元(Ⅱ型) 291

13.5.3 镦粗的上限解 292

13.5.4 划分成多个单元区的镦粗上限解 293

13.5.5 挤压-锻造的上限解 293

13.5.6 轴对称问题的上限解［13.16］ 293

13.5.7 轴承称问题的单元上限法 294

13.5.8 曲线-单元上限法 294

13.6 弹-塑性变形的有限元分析 295

13.6.2 三角形单元的位移模式 296

13.6.1 弹性有限元分析的原理 296

13.6.3 由位移计算局部应变 297

13.6.4 由应变计算局部应力 298

13.6.5 力作用下的位移。单元刚度矩阵 299

13.6.6 全系统刚度矩阵 300

13.6.7 弹性问题求解方法 300

13.6.8 塑性变形的有限元分析 300

13.7 变分法的应用 304

13.7.1 加权残值法概述 304

13.7.2 塑性加权残值法 305

13.7.3 轴对称挤压的加权残值法的解 306

13.7.4 矩阵函数法［13.15］ 307

13.8 应力分析法的数字计算 308

13.9 对金属塑性加工理论现状的评价 309