金屬體積成形工藝及數(shù)值模擬技術(shù)

前言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及全球機(jī)械制造業(yè)競爭的日益加劇，高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、潔凈等成為制造業(yè)發(fā)展和追求的目標(biāo)。作為機(jī)械制造業(yè)基礎(chǔ)工藝技術(shù)之一的金屬塑性加工技術(shù)在飛機(jī)、汽車、船舶、機(jī)械、電子等眾多國民經(jīng)濟(jì)支撐領(lǐng)域中發(fā)揮著十分重要的作用，其中的金屬體積成形技術(shù)因其同時(shí)具有成形與改性的綜合優(yōu)勢，在機(jī)械制造領(lǐng)域得到了高度重視與迅速發(fā)展，精密、凈形、優(yōu)質(zhì)已成為金屬體積成形技術(shù)近年來發(fā)展的主要趨勢?！　∮邢拊ㄗ?0世紀(jì)70年代初被引入到金屬塑性成形領(lǐng)域以來，對深入認(rèn)識(shí)各種金屬塑性成形工藝的變形機(jī)理，輔助進(jìn)行工藝與模具設(shè)計(jì)發(fā)揮了重要作用，借助以有限元法為核心的數(shù)值模擬技術(shù)，提高金屬體積成形技術(shù)研究與應(yīng)用水平，已成為業(yè)界的共識(shí)?！　”緯诮榻B各種典型的金屬體積成形工藝基礎(chǔ)上，通過具體實(shí)例詳細(xì)介紹了數(shù)值分析方法建模與分析過程。書中還簡要介紹了當(dāng)前在金屬體積成形數(shù)值模擬技術(shù)中常用的數(shù)值分析軟件系統(tǒng)及建模中若干關(guān)鍵技術(shù)和處理措施。同時(shí)，還介紹了金屬體積成形領(lǐng)域的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及基于數(shù)值分析方法的金屬體積成形模具狀況分析?！　∩綎|建筑大學(xué)任國成和山東大學(xué)吳向紅參加了部分章節(jié)的編寫工作，碩士研究生馮超參與了書稿整理工作，在此一并表示感謝?！　¤b于作者水平有限并且時(shí)間倉促，書中難免存在錯(cuò)誤及疏漏，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

本書介紹了各種常見的金屬體積成形工藝及其數(shù)值模擬分析建模方法與分析實(shí)例。其主要內(nèi)容包括：自由鍛與模鍛工藝及有限元數(shù)值模擬；回轉(zhuǎn)成形工藝及其有限元數(shù)值模擬；擠壓與型材擠壓工藝及其數(shù)值模擬；粉末鍛造、等通道彎角擠壓及微塑成形工藝及其數(shù)值模擬；金屬體積成形數(shù)值分析理論基礎(chǔ)、有限元分析關(guān)鍵技術(shù)及主要的有限元數(shù)值模擬系統(tǒng)；金屬體積成形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及金屬體積成形模具狀況分析等?！　”緯勺鳛榻饘偎苄猿尚晤I(lǐng)域人員的參考書，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)的師生使用。

書籍目錄

前言 第1章 緒論 　1.1 金屬體積成形工藝及其特點(diǎn) 　1.2 金屬材料的塑性及其影響因素 　1.3 金屬體積成形主要工藝因素 　1.4 金屬體積成形常見缺陷 　1.5 金屬塑性成形數(shù)值分析方法 第2章 金屬體積成形數(shù)值分析理論基礎(chǔ)及有限元分析關(guān)鍵技術(shù) 　2.1 剛／粘塑性有限元法的基本理論 　　2.1.1 剛／粘塑性材料的基本假設(shè) 　　2.1.2 塑性力學(xué)基本方程及邊值條件 　　2.1.3 剛／粘塑性材料的變分原理 　　2.1.4 剛／粘塑性有限元法的解題過程及求解列式 　2.2 熱力耦合分析技術(shù) 　　2.2.1 金屬塑性成形過程中的傳熱學(xué)基本方程 　　2.2.2 熱傳導(dǎo)中的變分原理及有限元求解列式 　　2.2.3 金屬塑性成形過程中的熱力耦合分析技術(shù) 　2.3 摩擦邊界條件的處理與施加 　……第3章  金屬體積成形有限元模擬系統(tǒng)第4章  自由鍛與模鍛工藝及其有限元數(shù)值模擬第5章  回轉(zhuǎn)成形工藝及其有限元數(shù)值模擬第6章  擠壓工藝及其有限元數(shù)值模擬第7章  鋁型材擠壓工藝及其數(shù)值模擬第8章  其他體積成形工藝及其有限元數(shù)值模擬第9章  金屬體積成形的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法第10章  金屬體積成形模具狀況分析附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　3）材料利用率高。由于體積成形產(chǎn)品一般都具有比較復(fù)雜的三維形狀，材料在模具型腔內(nèi)發(fā)生大量的流動(dòng)變形而充滿模具型腔，獲得滿足設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品形狀，機(jī)加工余量少，因而材料利用率高。尤其是對于精密成形工藝，材料利用率可達(dá)90％以上?！　?）具有合理的流線分布，組織性能高。熱塑變形后，材料內(nèi)部非金屬夾雜物沿金屬流動(dòng)方向被拉長而形成纖維組織（也稱流線）。存在的流線會(huì)導(dǎo)致金屬材料的力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性。沿流線方向（縱向）較垂直于流線方向（橫向）的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度都較高。金屬體積成形工藝可以有效控制流線的方向，使零件上所受最大拉力方向與流線方向一致，所受剪力和沖擊力方向與流線方向相垂直，從而提高產(chǎn)品的綜合力學(xué)性能。如圖1-1所示，采用鍛造成彤方法生產(chǎn)的曲軸與切削方法加工的曲軸的流線分布對比。圖1—1a所示的鍛造曲軸的流線分布較合理，工作時(shí)的最大正應(yīng)力方向與流線方向一致，切應(yīng)力方向與流線方向垂直，且流線沿零件輪廓分布而不被切斷。圖1.1b所示的直接經(jīng)切削成形的曲軸，其流線被切斷，易沿軸肩產(chǎn)生裂紋。　　1.2金屬材料的塑性及其影響因素　　1.金屬塑性及其指標(biāo)　　金屬在外力作用下穩(wěn)定地改變自己的形狀或尺寸，而各質(zhì)點(diǎn)間的聯(lián)系不破壞的能力稱為金屬的塑性。關(guān)于金屬塑性的本質(zhì)目前有兩種看法：一種認(rèn)為塑性是屬于物質(zhì)固有的性質(zhì)；另一種認(rèn)為塑性是物體的一種狀態(tài)，因?yàn)樗苄圆粌H取決于變形金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還取決于變形的外部條件。第二種觀點(diǎn)考慮了物質(zhì)的性質(zhì)和加工條件，既考慮了內(nèi)因亦同時(shí)考慮了外因。因此，第二種觀點(diǎn)較為確切。實(shí)際上，我們了解的金屬的塑性，是金屬材料在一定加工條件之下所表現(xiàn)出來的性質(zhì)，加工條件變了，這種性質(zhì)也就變了。比如，較脆的大理石材料在三向壓應(yīng)力作用下也能表現(xiàn)出一定的塑性。所以應(yīng)該認(rèn)為，塑性是材料在一定的狀態(tài)下表現(xiàn)出來的性質(zhì)。除了應(yīng)力狀態(tài)對材料塑性產(chǎn)生一定程度的影響外，材料的溫度及加工速度對金屬的塑性也產(chǎn)生重要的影響。而且，這些外部條件對于材料塑性的影響在某些時(shí)候往往比物質(zhì)本身的性質(zhì)所起的作用大得多?！　〗饘俚乃苄允墙饘俨牧显谝欢l件下所表現(xiàn)出的性質(zhì)，因此，很難用某一種指標(biāo)來衡量。金屬材料的塑性既決定于金屬本身的材料種類、組織狀態(tài)，而同時(shí)又決定于金屬材料在變形時(shí)的外部條件。所以，試圖用某一個(gè)指標(biāo)完全反映出塑性的高低是困難的。但是，可以測定在某種特定條件下金屬塑性的相對數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能定性地在某些方面反映出在該種條件下金屬塑性的高低?！　∫话愠Ｓ美煸囼?yàn)時(shí)試樣的伸長率6和斷面收縮率來表示塑性指標(biāo)。有時(shí)還運(yùn)用沖擊試驗(yàn)時(shí)的沖擊韌度ak來反映金屬在沖擊力作用下進(jìn)行塑性變形時(shí)金屬的塑性。伸長率6及斷面收縮率可以由拉伸試驗(yàn)來測定。　　……

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