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)品中的構件尺寸日趨增大，形狀越來越復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量是否滿足設計要求的問題。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。對國防產(chǎn)品，從某種意義上說產(chǎn)品質量是優(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重從塑性加工力學的基本概念出發(fā)闡述了省力與均勻成形的力學依據(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本質的理解，也為創(chuàng)造新的成形方法和改進現(xiàn)有成形技術提供思路與案例?！妒×εc近均勻成形：原理及應用》第一章闡明了塑性加工受力分析、應力應變分析及塑性本構關系理論；第二章首次在平面應力及三向應力屈服圖形上指明省力成形的范圍；第三章從力學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)獲得應用的8項省力與近均勻成形新技術，其中6項是《省力與近均勻成形：原理及應用》作者的研究成果?！妒×εc近均勻成形：原理及應用》實例新穎且生動具體，在力學分析時以切塊法與有限元法相結合，既給出相關參數(shù)變化的全貌又給出重點部位定量分析的結果?！　　妒×εc近均勻成形：原理及應用》可供從事力學、材料科學及機械科學研究的大學教師、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)大學材料科學與工程學院獲得學士、碩士和博士學位。博士導師為哈爾濱工業(yè)大學的王仲仁教授和英國伯明翰大學的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)學院（Ecole Nationale Superieure des Mines de Paris）材料成形研究中心（CEMEF）進行博士后研究工作。2008年8月到西安交通大學機械工程學院任教。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)表學術論文近20篇?！　⊥踔偃剩淌?、博士生導師。1934年出生于江蘇，1955年畢業(yè)于北京鋼鐵學院（現(xiàn)北京科技大學），1955-1957年在哈爾濱工業(yè)大學壓力加工系研究生班師從蘇聯(lián)專家學習，畢業(yè)后留校任教，歷任講師、副教授、教授、博士生導師?，F(xiàn)為哈爾濱工業(yè)大學球形設計研究所所長，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行相關性能的測試。發(fā)明了無模脹球新工藝，即不用壓力機和模具制造球形容器。該技術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。　　他主持了第四屆國際塑性加工會議（1CTP，1993，北京）及第一屆新成形技術國際會議（ICNFT，2004，哈爾濱）。先后獲國家科技進步獎2項、國家發(fā)明四等獎1項、省部級科技進步一等獎3項和二等獎7項。主編《塑性加工力學基礎》等書籍10部，發(fā)表論文300多篇。

書籍目錄

緒論參考文獻第一章 塑性成形力學基礎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 塑性成形過程應力分析1.2.1 應力的概念1.2.2 應力狀態(tài)及其描述1.2.3 應力張量及應力偏張量1.2.4 應力Mohr圓1.2.5 微元體的力平衡方程1.3 應變分析1.3.1 名義應變與真實應變1.3.2 小變形時應變與位移的關系方程1.3.3 最大剪應變及八面體應變表達式1.3.4 應變速率與應變速率張量1.4 體積不變條件與主應變圖1.5 屈服準則1.5.1 屈服準則的概念1.5.2 各向同性材料的屈服準則1.5.3 后繼屈服1.6 塑性應力一應變關系1.6.1 塑性變形時應力一應變關系理論的發(fā)展過程1.6.2 增量理論1.6.3 全量理論參考文獻第二章 應力應變順序對應規(guī)律及低載荷成形在屈服圖形上的范圍2.1 應力應變順序對應規(guī)律及其應用2.1 _1應力應變順序對應規(guī)律及其證明2.1.2 應力應變順序對應規(guī)律的應用2.2 平面應力屈服圖形的分區(qū)及其上低載荷成形范圍2.2.1 平面應力屈服圖形的分區(qū)2.2.2 平面應力低載荷成形在屈服圖形上的范圍2.3 三向應力屈服圖形的分區(qū)及其上低載荷成形范圍2.3.1 三向應力狀態(tài)屈服圖形的分區(qū)2.3.2 三向應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第三章 低載荷成形的力學原理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第四章 省力成形的途徑4.1 降低流動應力4.1.1 影響流動應力的因素4.1.2 降低流動應力的途徑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 采用合理的預制坯與改變變形方式4.5.1 模鍛時采用精確的預制坯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性5.3 應變強化對實現(xiàn)均勻變形的貢獻5.4 應變速率強化對實現(xiàn)均勻變形的貢獻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)及變形順序對變形均勻性的影響5.8.1 成形次數(shù)對變形均勻性的影響5.8.2 變形順序對變形均勻性的影響參考文獻第六章 省力與近均勻成形新技術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 護環(huán)省力成形方法6.2.1 護環(huán)熱鍛省力成形方法6.2.2 護環(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 黏性介質壓力成形的壁厚均勻性分析與省力技術6.5.1 黏性介質壓力成形原理和特點6.5.2 黏性介質黏度對成形的影響6.5.3 圓錐形件黏性介質成形過程分析6.5.4 黏性介質壓力成形壁厚均勻性分析6.5.5 黏性介質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用6.6.2 多點“三明治”成形中的關鍵技術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行的。顯然，弄清楚受力情況對于正確設計模具、控制工件尺寸和保證內(nèi)部質量具有重要意義?！　∷苄猿尚芜^程中對力的分析不能完全照搬理論力學及材料力學中所闡述的方法，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。然而理論力學中力的平衡概念及材料力學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要復雜得多?！　≡谶M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)中力學問題的主要思路，側重定性地說明問題。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，而是結合實例進行敘述并歸納，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和材料力學的不同之處。

編輯推薦

　　塑性加工需要的力多以MN計量，相應的設備大，模具成本高，降低變形力已成為關鍵問題。《省力與近均勻成形：原理及應用》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，而利用500MN模鍛壓力機（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與模具。　　塑性加工的另一難題是如何使變形趨于均勻，《省力與近均勻成形：原理及應用》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?！　　妒×εc近均勻成形：原理及應用》的特點是，原理概念清晰且深入淺出，應用實例生動具體、新穎而面廣。

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