【精选资料】塑性成形原理实验指导书

第一章塑性成形原理实验一真实应力-------应变曲线的测定一、实验目的：测定铝的静态（室温、低速）真实应力——应变曲线。二、实验原理：在塑性成形力学分析中，真实应力——应变曲线是不可缺少的重要参数，例如材料进入塑性状态。必须满足等效应力等于单向应力状态下的屈服应力。而这个应力是随变形温度、变形速度和变形程度而变化的。在一定温度、变形速度情况下，真实应力)(s随变形程度的关系称为真实应力——应变曲线（也称硬化曲线）。这里真实应力是指在单向应力状态下，任一瞬时作用在试件上的变形力)(P与该瞬时试件横截面积)(F之比：FPS/-------------------------------（1）真实应力——应变曲线可通过单向拉伸；均匀镦粗试验获得或通过扭转等试验间接获得。由于单向拉伸试验出现颈缩，变形程度爱到一定的限制，所以广泛采用均匀镦粗获得真实应力——应变曲线。本实验采取以下措施：（1）、上下压板经淬硬、回火、硬削和抛光；（2）、试件尺寸比为1/00RD；（3）、试件端面置浅坑，储存润滑剂。（4）、试件每压下10%时，重新涂润滑剂。压缩时对数应变：HH0ln---------------------------------------------（2）-1-0H——压缩前试件高度H——压缩瞬时试件高度压缩时的真实力按平均压力计算：0FPFPS-----------------------------（3）F——试件变形某一瞬时面积；0F——试件变形前面积；P——轴向载荷。三、实验设备和仪器：实验是在材力试验机上进行（也可在锤上或曲柄压力机上进行）。力和变形的测量采用传感器、应变仪。由X—Y记录仪记录变形和位移的变化。二个传感器及X—Y记录仪简要说明见附录。四、实验步骤：（1）、精确测量试件原始尺寸0D，0H；（2）、安装测力、测位移传感器并将其接入动态应变仪，再将应变仪输出端接入X—Y记录仪；-2-（3）、标定传达传感器（可直接用标定曲线）；（4）、将试件上下端涂润滑剂（石腊），放在试件压板之间；（5）、加压变形，每变形△H=mm卸载，重涂润滑剂；（6）、再加压直至所需变形程度；（7）、X—Y记录仪记录变形过程。五、实验记录：（1）试件尺寸：0Dmm0Hmm(2)标定曲线：HP)(yfH)(xfP（3）X—Y记录曲线：六、实验报告：实验报告先根据X—Y记录曲线，选定几个变形瞬时，由标定曲线计算-3-S及，再根据S—绘制真实应力——应变曲线。附录-4-一、测力传感器及其标定曲线采用自制测力传感器进行压力测定。测力传感器的弹性元件用40Cr钢制成柱形。弹性元件的布片和接桥方法如图1所示。图1将测力传感器接入动态应变仪，函数记录仪测试系统，材料实验机上进行标定。根据测量范围分级加载，加载一次记录—对应的数值，然后依次卸载，即完成一次标定。根据精度要求，可做几次标定，标定曲线如图2，即P—X曲线（吨一毫米）。X为记录仪笔录高度（毫米）。图2二、位移传感器及其标定曲线小位移的确定，采用自制等截面悬梁式位移传感器。由材料力学可知，在比例极限内，等截面悬梁自由端的挠度关系式为：（图3）0º90º180º270º360º-5-0232hxLH图30——测得c处应变值；h——梁的厚度；L——梁自由端至固定端的距离；x——从自由端至被测处距离。因此，当确定L、h、x后，即可通过应变片测出0，进而求得相应的△H值。将位移传感器的悬梁弹性元件上贴片接入动态应变仪、记录仪系统，置于专用的标定装置上（图5），用千分表进行标定。做出△H—Y标定曲线，如图4。Y为记录仪笔录高度。图4图5为专用的标定装置简图。-6-图5三、X—Y函数记录仪该函数记录仪是一种通用的笔式自动记录器，可以同时输入两个具有函数关系的变量信号，使记录笔按函数关系沿直角坐标的X轴和Y轴运动，在记录纸上描绘出两变量间的函数关系曲线)(xfy（同时还可以记录某一变量的时间历程）。其工作原理如图6所示。由于记录仪具有衰减器，可记录的信号电压达到几毫伏至三百伏的范围。该记录仪即可记录电量的函数关系曲线，也可配合传达感器测量和记录非电量的函数关系曲线。常用的LZ—3系列的函数记录仪作y=f(x)记录时，x轴方向的记录幅面为300毫米，y轴方向为250毫米。当y轴的满量程为12.5毫伏（x轴为15毫伏）时，LZ—3系列函数记录仪的记录幅值灵敏度可达20毫米/毫伏。LZ—3系列函数记录仪在直接输入时，静态指标误差仅为0.5%（通过衰减器时，附加误差为0.3%）。它的记录速度快，记录笔在y轴方向的全行程时间仅为0.5秒，在x轴方向为0.6—0.8秒。测定真实应力——应变曲线时的测试线路框图如图7。-7-M----直流伺服电机G----测速发电机图6图7(X-Y记录仪使用说明见说明书)实验二摩擦因素的测定-8-一、实验目的：测定塑性变形过程中的摩擦因素。二、实验原理：摩擦对塑性变形有很大的影响。由于摩擦使变形力和变形功增加，使模具磨损，工件不均匀变形，这不仅降低模具寿命，而且影响产品质量。但也正由于摩擦才能充满模膛，咬入金属（轧钢时）有利于塑性成形，所以准确地测定摩擦因素就很有必要。测定摩擦因素的方法很多，如夹钳——轧制法、锥形锤头法、钢球压入法、园柱镦粗法……，但因影响因素很多，变形过程又不稳定，各种方法测定之摩擦因素出入很大。圆环镦粗法是六十年代提出的较好的测定方法。园环镦粗法的理论根据是短环镦粗某瞬时存在一个分流层，这个分流层的位置根据塑性力学中总能量最小大批量推得，结果是：当1402000])/(311)/(3ln[)/1(21LRRRRRRRHmiii时2021210240}])0)(1([2)/1(3{LRRRxxxRRRiiN式中：)]}1(exp[{000RRHRmRRxii当1Lm时：-9-302002020}132]1))[(1(1{1)(32LHRmRRRRRRHRmRiiiN３２、Ｌ、ＬL1及式中各参数见图1。在推导过程中采用sm＝3摩擦不变条件。图1根据2L及3L求得NR的位置。我们知道NR的位置仅与试件几何尺寸及m有关。如能测定NR的位置，则可决定摩擦因素。但直接试验确定NR的位置是比较困难的，人们根据体积不变条件（不考虑鼓肚）将NR的变化转化成内径变化来测定摩擦因素m.转换公式：iNNiLhhRRRHHR2220)(02220_)(LhHRRhRHRiNN三、理论校准曲线绘制：应用这种方法，需要准确的理论校准曲线。该曲线可根据电算结果整理得出。电算框图如图2。-10-开始说明0.1m19.5Ri39R013.3Hm≤L1L2RNL2RN计算L4RiL5R0M+0.1mMLH4.665H0.665H打印RiR0mHRN关闭宽行结果图2电算时，选定m取某一瞬时，hhH(h为步长)，变形尺寸为前一阶段的变形尺寸hhRRi-HH0、、，变形后尺寸可根据式54321LLLLL、、、、计算出来，这个值即作为下一个瞬时的原始尺寸，-11-循环直至我们所需的尺寸。根据电算结果绘制%)%,(dfm曲线（图3）。图3X-X纯铝-工具钢无润滑情况实验点四、试件、实验用设备、仪器：试件：材料：铝、铅、紫铜尺寸：0RiRH1:3:6::0HRRi实验设备：100T材力试验机，实验仪器，游标卡尺。五、实验步骤：（1）、测量试件尺寸，填入实验报告中；（2）、注明润滑条件。本实验分涂黄油和用丙酮清洗上下模具表面两组；（3）、将试件装在模具间逐次变形，每次变形量约为5%，变形后卸载测量试件高度、内径、外径，测量时，高度及外径取三点，内径上、中、下取九点。%di%n0.10.40.30.20.50.60.70.80.9-12-（4）、整理实验结果，绘制%di与%n曲线（%n与%di曲线可直接绘入图3）；（5）、根据实验结果与理论校准曲线对照决定m。六、实验记录：试件原始尺寸0DihH实验润滑情况七、实验结论：本次实验m=（注明什么条件）八、讨论：（1）、园环镦粗法测定m有什么优点？有什么缺点？（2）、园环镦粗为什么采用短园环？你能解释吗？（3）、你对本实验有什么新的想法？130N0D均0D上id中id下id均idbb均hiD%n%di123414实验三圆柱体镦粗时接触面上正应力分布实验一、实验目的：测定圆柱体试件镦粗时，接触面上正应力分布，校验理论计算公式。二、实验概述：由理论分析可知，圆柱体试件镦粗时，接触面上正应力分布可能是指数曲线、直线和抛物线的组合，与它们对应的摩擦条件是库伦摩擦条件、最大摩擦力条件及摩擦力按直线下降到中心为零的条件。这三种曲线的组合根据hb及不同可有五种组合：1．0，任何hD情况下，正应力分布是水平线，其值为：sz（图1a）12．0,12hD，正应力分布按一段抛物线，其值为：22421xDDhsz（图1b）。。。。23．当212ha，00.5时，正应力分布由两段组成，a段指数、曲线、b段抛物线，正应力分布计算公式为：在a段：hxdsz5.02exp。。。。。。。3在b段:)1(222hxhcz……………….4式中:22nlc粘制区和滑动区分界点的应力(图1c)。4．当0，2hD，正应力分布也由两段组成，图1d。A段是直线，b段是抛物线，正应力分布计算公式为：A段：)5.01(hxDsz。。。。。。。5B段：22221hxhscz。。。。。。。。。。。6图1az0xsz0.5sc15图1b图1c.)21(0hs32421xDDhsz2221hxhczhxdacsL)(exphxdJJsz)5.0(2expssJcxD5.0CD5.022221hxhsczhDsc2)5.01(hxDssnx0.5D0.5s0.5s0.5s25.0hD016图1d粘制制动滑动图1e5.当)1(2hD，5.00时，应力分布由三段组成，a段是指数曲线，b段是直线，c段是抛物线。正应力分布计算公式为：a段：hxDszbd)5.0(2expb段：bxxbsbzbcc段：2225.0hxhsczbc本实验根据实验一测定之真实应力，实验二测定之磨擦系数，按试件尺寸可决定属于何类正应力分布—即理论应力分布曲线，然后根据实测数据与理论曲线对比，校验理论计算结果。正应力分布实测采用电测法。三、实验设备、模具、仪器及试件：圆柱镦粗接触面上正应力分布实验在100吨材料试验机上进行，自制实验模具如图2所示，图中传感器弹性元件材料为40rC，具体尺寸见图3，为保证传感器轴向受力，在传感器底部装滚动球支承，各测点按同心布置，共有七点。见图4。实验所用仪器如图5所示。实验由表态应变仪读出各测点应力、总压力。实验变形量由位移传感器测得，位移传感器见实验一。试件材料为纯铝，其真实应力—应变曲线由实验1获得。试件尺寸为2039，由车制而成。四、实验过程：1．位移、总压力、静标曲线见实验一，标定曲线见图6，总压力标定曲线见图7（标定过程见实验一）。2．小传感器静标曲线及起始预应力决定：为了使传感器感受的应变换算成承受的应力，各测点传感器采用静态奈定，静标装置见图8，静标曲线见图9。（同学们有兴趣可自己再做一次）。2225.0hxhSCZhxxbSbZhaspJsZ)(2exps05.0)1(2)1(5.0expDhDhxJhxaJbsbcbsb17试验时，要求弹性元件底部与模具上表面绝对平行一致，但由于加工装配条件限制，还要清除模具间隙，所以应给弹性元件一定的预应力