省力與近均勻成形

前言

　　隨著航空、航天、艦船及能源工業(yè)產(chǎn)品中的構(gòu)件尺寸日趨增大，形狀越來越復(fù)雜以及所用材料的強度不斷提高，給塑性加工帶來了新的挑戰(zhàn)，突出地表現(xiàn)在設(shè)備的噸位不足與變形的不均勻性增加。本書是一本首次對塑性加工中如何能省力與如何能使變形更均勻兩個重要問題進(jìn)行深入系統(tǒng)分析的新書。省力成形就是以較低的載荷實現(xiàn)成形，其意義不僅是可以降低新建工廠所需設(shè)備的噸位，而且面對新產(chǎn)品尺寸不斷增大、材料變形抗力不斷增加的需求，對現(xiàn)有工廠來說，降低變形所需載荷及作用在模具與工件之間的壓力更具有現(xiàn)實意義。至于變形的均勻性問題則涉及制品質(zhì)量是否滿足設(shè)計要求的問題。從幾何尺寸看，對于板、管類件主要是厚度分布，特別是厚度的減薄率是否超出許可值是用戶能否接受的關(guān)鍵；從內(nèi)部組織與產(chǎn)品的性能看，鍛件與擠壓件的晶粒度、流線、夾雜物分布及強度與韌性指標(biāo)等是產(chǎn)品驗收的依據(jù)，它們又與變形的均勻性息息相關(guān)。對國防產(chǎn)品，從某種意義上說產(chǎn)品質(zhì)量是優(yōu)先考慮的問題?！　】v觀塑性加工的發(fā)展史，近年來很多新成形方法的發(fā)明就是從省力角度考慮的，很多重大創(chuàng)新之所以能得到應(yīng)用也是因其可實現(xiàn)較均勻的成形，這在本書的第四章與第五章中已用生動的實例給予說明。雖然塑性加工的歷史悠久，但對生產(chǎn)工藝的理解多停留在經(jīng)驗性的階段，有待于將實際生產(chǎn)中的經(jīng)驗上升到科學(xué)的高度。本書力圖使讀者不僅知其然，而且知其所以然。因此本書的第二章及第三章側(cè)重從塑性加工力學(xué)的基本概念出發(fā)闡述了省力與均勻成形的力學(xué)依據(jù)與實現(xiàn)的思路。

內(nèi)容概要

　　《省力與近均勻成形：原理及應(yīng)用》是國內(nèi)外第一本闡述材料省力與近均勻成形原理及應(yīng)用的專著，其目的是使讀者加深對現(xiàn)有材料成形方法力學(xué)本質(zhì)的理解，也為創(chuàng)造新的成形方法和改進(jìn)現(xiàn)有成形技術(shù)提供思路與案例。《省力與近均勻成形：原理及應(yīng)用》第一章闡明了塑性加工受力分析、應(yīng)力應(yīng)變分析及塑性本構(gòu)關(guān)系理論；第二章首次在平面應(yīng)力及三向應(yīng)力屈服圖形上指明省力成形的范圍；第三章從力學(xué)分析的角度論證了省力成形的原理；第四章以生動的實例說明了省力成形的途徑；第五章對工件中的變形分布及如何實現(xiàn)近均勻成形做了首次系統(tǒng)的論述；第六章介紹了已經(jīng)獲得應(yīng)用的8項省力與近均勻成形新技術(shù)，其中6項是《省力與近均勻成形：原理及應(yīng)用》作者的研究成果。《省力與近均勻成形：原理及應(yīng)用》實例新穎且生動具體，在力學(xué)分析時以切塊法與有限元法相結(jié)合，既給出相關(guān)參數(shù)變化的全貌又給出重點部位定量分析的結(jié)果?！　　妒×εc近均勻成形：原理及應(yīng)用》可供從事力學(xué)、材料科學(xué)及機(jī)械科學(xué)研究的大學(xué)教師、研究生以及科研院所和企業(yè)研發(fā)部門的研究人員閱讀，也可供企業(yè)中從事技術(shù)革新的人員參考。

作者簡介

　　張琦，博士、副教授。1978年出生于陜西，1998-2007年期間于哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院獲得學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。博士導(dǎo)師為哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王仲仁教授和英國伯明翰大學(xué)的T.A.Dean教授。2007年7月-2008年6月赴法國國立巴黎高等礦業(yè)學(xué)院（Ecole Nationale Superieure des Mines de Paris）材料成形研究中心（CEMEF）進(jìn)行博士后研究工作。2008年8月到西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院任教。主要從事金屬塑性成形理論、成形過程有限元模擬以及新成形工藝的研究。目前，主持和參加國家與省部級項目5項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文近20篇?！　⊥踔偃?，教授、博士生導(dǎo)師。1934年出生于江蘇，1955年畢業(yè)于北京鋼鐵學(xué)院（現(xiàn)北京科技大學(xué)），1955-1957年在哈爾濱工業(yè)大學(xué)壓力加工系研究生班師從蘇聯(lián)專家學(xué)習(xí)，畢業(yè)后留校任教，歷任講師、副教授、教授、博士生導(dǎo)師?，F(xiàn)為哈爾濱工業(yè)大學(xué)球形設(shè)計研究所所長，已培養(yǎng)39名博士?！　⊥踔偃式淌谧鳛轫椖靠偣こ處焻⒓恿嗽匀撕教煊每臻g環(huán)境模擬器KM6（亞洲最大，世界第三大）真空容器的制造，神舟1號至神舟7號飛船、嫦娥一號探測衛(wèi)星及其他大型航天器升空前均在該容器中進(jìn)行相關(guān)性能的測試。發(fā)明了無模脹球新工藝，即不用壓力機(jī)和模具制造球形容器。該技術(shù)已用于制造液化氣球形儲罐、壓力供水罐、球形供水塔以及城市大型建筑裝飾?！　∷鞒至说谒膶脟H塑性加工會議（1CTP，1993，北京）及第一屆新成形技術(shù)國際會議（ICNFT，2004，哈爾濱）。先后獲國家科技進(jìn)步獎2項、國家發(fā)明四等獎1項、省部級科技進(jìn)步一等獎3項和二等獎7項。主編《塑性加工力學(xué)基礎(chǔ)》等書籍10部，發(fā)表論文300多篇。

書籍目錄

緒論參考文獻(xiàn)第一章 塑性成形力學(xué)基礎(chǔ)1.1 塑性成形過程受力分析1.l.1 外力分析1.1.2 內(nèi)力分析1.1.3 慣性力分析1.2 塑性成形過程應(yīng)力分析1.2.1 應(yīng)力的概念1.2.2 應(yīng)力狀態(tài)及其描述1.2.3 應(yīng)力張量及應(yīng)力偏張量1.2.4 應(yīng)力Mohr圓1.2.5 微元體的力平衡方程1.3 應(yīng)變分析1.3.1 名義應(yīng)變與真實應(yīng)變1.3.2 小變形時應(yīng)變與位移的關(guān)系方程1.3.3 最大剪應(yīng)變及八面體應(yīng)變表達(dá)式1.3.4 應(yīng)變速率與應(yīng)變速率張量1.4 體積不變條件與主應(yīng)變圖1.5 屈服準(zhǔn)則1.5.1 屈服準(zhǔn)則的概念1.5.2 各向同性材料的屈服準(zhǔn)則1.5.3 后繼屈服1.6 塑性應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系1.6.1 塑性變形時應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系理論的發(fā)展過程1.6.2 增量理論1.6.3 全量理論參考文獻(xiàn)第二章 應(yīng)力應(yīng)變順序?qū)?yīng)規(guī)律及低載荷成形在屈服圖形上的范圍2.1 應(yīng)力應(yīng)變順序?qū)?yīng)規(guī)律及其應(yīng)用2.1 _1應(yīng)力應(yīng)變順序?qū)?yīng)規(guī)律及其證明2.1.2 應(yīng)力應(yīng)變順序?qū)?yīng)規(guī)律的應(yīng)用2.2 平面應(yīng)力屈服圖形的分區(qū)及其上低載荷成形范圍2.2.1 平面應(yīng)力屈服圖形的分區(qū)2.2.2 平面應(yīng)力低載荷成形在屈服圖形上的范圍2.3 三向應(yīng)力屈服圖形的分區(qū)及其上低載荷成形范圍2.3.1 三向應(yīng)力狀態(tài)屈服圖形的分區(qū)2.3.2 三向應(yīng)力低載荷成形在屈服圖形上的范圍2.3.3 由屈服圖形上的加載軌跡判定變形的均勻性參考文獻(xiàn)第三章 低載荷成形的力學(xué)原理3.1 沿工具運動方向載荷的計算3.2 圓柱體及圓環(huán)壓縮所需載荷計算與降低載荷的思路3.2.1 圓柱體鐓粗所需載荷與降低載荷的思路3.2.2 環(huán)形件壓縮變形特點與降低載荷的思路3.3 模鍛變形特點與降低載荷的思路3.4 軋制所需載荷計算與降低載荷的思路3.5 棒材擠壓、拉拔所需載荷計算與降低載荷的思路3.5.1 擠壓3.5.2 拉拔3.6 圓環(huán)與圓筒類件成形所需徑向載荷計算與降低載荷的思路3.7 殼體及薄壁管脹形所需載荷計算與降低載荷的思路3.7.1 球殼脹形3.7.2 薄壁管脹形參考文獻(xiàn)第四章 省力成形的途徑4.1 降低流動應(yīng)力4.1.1 影響流動應(yīng)力的因素4.1.2 降低流動應(yīng)力的途徑4.2 減小承壓面積和改變受力方式4.2.1 剪切擠壓4.2.2 徑向擠壓4.2.3 旋壓4.2.4 單點成形4.2.5 擺動輾壓4.2.6 楔橫軋4.2.7 輥鍛4.3 減少摩擦力4.3.1 影響摩擦力的因素4.3.2 通過減少摩擦力實現(xiàn)省力成形的實例4.4 增大自由流動的可能性4.4.1 鐓粗齒輪坯時采用分流面鍛造4.4.2 增加擠壓件的出口流道4.5 采用合理的預(yù)制坯與改變變形方式4.5.1 模鍛時采用精確的預(yù)制坯4.5.2 采用“以推代脹”的方法實現(xiàn)脹形件小圓角處成形參考文獻(xiàn)第五章 工件中的變形分布及實現(xiàn)近均勻成形的途徑5.1 均勻變形與不均勻變形的基本概念5.2 變形均勻性與所需載荷的相關(guān)性5.3 應(yīng)變強化對實現(xiàn)均勻變形的貢獻(xiàn)5.4 應(yīng)變速率強化對實現(xiàn)均勻變形的貢獻(xiàn)5.5 工件與工具接觸面上溫差對變形均勻性的影響5.6 工件形狀與加載方向的搭配形式對變形均勻性的影響5.7 工件不同部位質(zhì)點運動速度差對變形均勻性的影響5.7.1 擠壓時出口速度差及其控制5.7.2 軋制時出口速度差及其控制5.7.3 盒形件拉深時流入凹模的速度差及其控制._5.7.4 雙盒形件拉深時流入凹模的速度差及其控制5.8 成形次數(shù)及變形順序?qū)ψ冃尉鶆蛐缘挠绊?.8.1 成形次數(shù)對變形均勻性的影響5.8.2 變形順序?qū)ψ冃尉鶆蛐缘挠绊憛⒖嘉墨I(xiàn)第六章 省力與近均勻成形新技術(shù)6.1 無模液壓脹球法的省力原理與變形均勻性分析6.1.1 球形容器的特點、制造方法與無模液壓脹球法的省力原理6.1.2 殼體無模液壓脹球的壁厚變化6.1.3 降低無模脹球制品不圓度的措施6.1.4 橢球殼體無模液壓脹形時的起皺條件與防皺措施6.2 護(hù)環(huán)省力成形方法6.2.1 護(hù)環(huán)熱鍛省力成形方法6.2.2 護(hù)環(huán)冷脹省力成形方法6.3 管材內(nèi)高壓成形的壁厚均勻性控制與省力技術(shù)6.3.1 管材內(nèi)高壓成形原理6.3.2 內(nèi)高壓成形的壁厚均勻性控制6.3.3 減少內(nèi)高壓成形進(jìn)給缸載荷的途徑6.4 特大密封法蘭的省力精密成形6.4.1 特大密封法蘭及其制造特點6.4.2 法蘭模擬件的實驗研究6.4.3 大法蘭鍛坯制備工藝6.4.4 大法蘭鍛坯彎曲工藝6.4.5 大法蘭粗加工工藝6.4.6 大法蘭的省力現(xiàn)場精加工6.4.7 自重與支撐方式對法蘭面的平面度誤差影響6.4.8 筒體焊接對密封法蘭平面度的影響6.5 黏性介質(zhì)壓力成形的壁厚均勻性分析與省力技術(shù)6.5.1 黏性介質(zhì)壓力成形原理和特點6.5.2 黏性介質(zhì)黏度對成形的影響6.5.3 圓錐形件黏性介質(zhì)成形過程分析6.5.4 黏性介質(zhì)壓力成形壁厚均勻性分析6.5.5 黏性介質(zhì)壓力成形的省力途徑6.6 多點“三明治”成形及其省力原理6.6.1 多點柔性成形的種類及其應(yīng)用6.6.2 多點“三明治”成形中的關(guān)鍵技術(shù)6.6.3 多點“三明治”成形省力原理6.7 單點數(shù)控增量成形及其壁厚均勻性控制6.7.1 單點數(shù)控增量成形的工作原理……

章節(jié)摘錄

　　塑性成形過程是利用被加工材料的塑性在一定的力的作用下進(jìn)行的。顯然，弄清楚受力情況對于正確設(shè)計模具、控制工件尺寸和保證內(nèi)部質(zhì)量具有重要意義?！　∷苄猿尚芜^程中對力的分析不能完全照搬理論力學(xué)及材料力學(xué)中所闡述的方法，因為塑性加工時，工件處于塑性變形狀態(tài)，變形較大且有宏觀流動。然而理論力學(xué)中力的平衡概念及材料力學(xué)中的截面法仍然適用。不過，由于塑性變形過程中變形體不斷地產(chǎn)生新的表面，工件尺寸和形狀變化劇烈，所以工具與工件問作用力的分布與傳播不僅受到工具形狀的影響，而且也受工件幾何形狀、尺寸的影響。另外，由于變形的不均勻性及變形產(chǎn)生的不同時性，上件的各相鄰部分之問也存在內(nèi)力約束。因此，塑性成形過程的受力分析比彈性力學(xué)要復(fù)雜得多。　　在進(jìn)行定量分析以前，本節(jié)先定性介紹塑性成形過程的受力分析要點，目的在于說明分析實際生產(chǎn)中力學(xué)問題的主要思路，側(cè)重定性地說明問題。由于現(xiàn)有教材中尚未在這方面作系統(tǒng)的論述，且問題本身又是從解決大量實際問題過程中抽象而來，所以本節(jié)與其他章節(jié)不同，不是從公式推證著于，而是結(jié)合實例進(jìn)行敘述并歸納，其目的不在于說明實例本身，而是動態(tài)地考慮和分析解決問題的方法，且特別注重與理論力學(xué)和材料力學(xué)的不同之處。

編輯推薦

　　塑性加工需要的力多以MN計量，相應(yīng)的設(shè)備大，模具成本高，降低變形力已成為關(guān)鍵問題。《省力與近均勻成形：原理及應(yīng)用》不僅向讀者提供省力成形的實例，還從深層次、多角度提供省力的原理、思路和方法。從中不難理解美國為什么在50年前就已停建2000MN模鍛壓力機(jī)，而利用500MN模鍛壓力機(jī)（世界第三大）生產(chǎn)出世界上最大的航空鍛件；也不難理解制造直徑7100mm、厚24mm的液化氣球形儲罐可以不使用壓力機(jī)與模具?！　∷苄约庸さ牧硪浑y題是如何使變形趨于均勻，《省力與近均勻成形：原理及應(yīng)用》首次提出“金屬潤滑劑”的概念，通過包覆軟金屬套、提高模具溫度使熱成形時工具與工件的界面摩擦力減小，以實現(xiàn)近均勻成形。書中還闡述了通過控制質(zhì)點流動速度來實現(xiàn)擠壓、軋制及雙盒形件拉深近均勻成形的實例。　　《省力與近均勻成形：原理及應(yīng)用》的特點是，原理概念清晰且深入淺出，應(yīng)用實例生動具體、新穎而面廣。

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