金属塑性成形原理实验指导书

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1、金属塑性成形原理实验指导书河南科技大学材料加工实验中心2008年3月实验一真实应力-应变曲线的绘制一、实验目的1、区别不同材料、不同热处理状态的金属试样形变特性。2、掌握真实应力——应变（δ-ε）曲线建立过程以及用微机处理数据和绘制曲线的方法。二、内容简介在金属塑性变形的研究中，用对数应变表示的真实应力-应变关系曲线具有普遍的意义，它是正确分析金属材料形变强化特性，计算变形力的依据。该曲线是在对金属试样单向拉伸（或压缩）得到的拉伸（或压缩）曲线的基础上经数学转换绘制而成。用电测方法记录拉伸曲线比材料实验机通常采用的方法精确，观察与测量也比较方便，能提高δ-ε曲线的绘制质量。微机处理数据和绘

2、制曲线能避免繁琐的人工计算，省时省力，因而在本实验中加以采用。三、实验仪器、设备、工具与试样仪器：动态应变仪、位移、拉力传感器、X-Y函数记录仪、IBM-PC微机。设备：60吨万能材料试验机。工具：卡尺、半径规、冲子。试样：正火处理A3钢和调质处理的45钢标准试样。四、实验步骤1、接通各仪器电源，预热几分钟。2、打试样标距LQ=100，并测量直径d0。3、将仪器有关旋纽搬到适当位置，预调平衡应变仪，装卡试样，调整到合适位置。4、开试验机缓慢加载，观察记录曲线的变化。当试样拉到塑性失稳点b时，记录最大拉应力值Pb（单位牛顿）。5、在试样明显发生颈缩到断裂期间，适当停机2-3次。每次都要测量细

3、颈处直径dt，曲率半径Rt，并记在数据表内，在拉伸曲线的相应位置做标记以便查找该瞬时的拉力值，操作时要快捷，准确，配合得当。6、每次记录完毕继续加载，直到最后断裂为止。7、测量断裂后的标距L，颈缩断裂处最小直径dmin和曲率半径R。8、在拉伸曲线上数出表示最大拉力的坐标格数Yb和表示最大变形量的坐标格数Xd（Yb和Xd均取成正整数）。将实验过程中所有数据填入表1。表1实验数据记录表材料原始尺寸载荷上升时载荷下降时断后尺寸L0D0PbDtRtdtRtdtRtLRdmin五、数据处理1、拉伸曲线P-δ坐标值的标定由试验机读到的最大拉力Pb作为拉伸曲线上最高幅度Yb的实际示值，并以Pb/Yb为纵

4、坐标的比例尺可确定其它各点的实际拉力；把试样变化前后标距长度之差L-L0/Xd为比例，确定其它各点的伸长变形值。2、在P-δ拉伸曲线上取适当多点（包括特殊点）按下列公式逐点换算，绘制出条件应力——应变关系曲线（σN-ε）：3、将σN-ε曲线分为均匀变形和有颈缩的非均匀变形两个区域，分别按下列公式逐换算成S-E曲线的相应点，绘出真实应力——应变关系曲线（S-E）：1）颈缩的均匀变形区，此时：2）存在颈缩的不均匀变形区，此时：其中，F0——试样变形前的截面积，Ft——试样细颈处瞬时的截面积dt——试样细颈处瞬时直径，断裂时记为dminRt——试样细颈处外形瞬时曲率半径，断裂时为RPt——试样瞬

5、时拉力，断裂时记为PtSt——包括形状硬化在内的真实应力S——除去形状硬化在内的真实应力4、本实验已备好计算机程序，将实验后的必要数据按要求输入计算机，就可自行数字处理和曲线绘制，但事先须做好以下准备工作：1）在拉伸曲线均匀变形区任找20点（包括各特殊点），数出表示它们的拉力和变形的格数值（取成正整数），依次记为X1、Y1、X2、Y2……X20、Y20。注意：第20点必须取大拉力点Pb，即Y20=Pb，非均匀区选4点，其中前三点是实验过程中的停机点，依次记为X21、Y21、X22、Y22、X23、Y23，断裂点编为24点，即X24=Xd。2）将有关数据按相应格式输入计算机：L(i)=dat

6、e’输入载荷，i的取值为1-24S(i)=date’输入位移，i的取值为1-243)开机运行就可获得所需结果。六、实验报告要求：自行编写计算机程序，绘制出本次实验材料的σN-ε曲线和S-E曲线。实验二圆环镦粗法测摩擦系数一、实验目的掌握和利用园环镦粗法测定金属材料塑性变形时的摩擦系数。二、基本原理园环镦粗时，若工具与园环接触面间的摩擦状态不同，镦粗后园环的变形情况也就不同。当摩擦系数小于某一临界值时，变形后园环内、外径都将增大；当摩擦系数大于该项临界值时，变形过程中，园环内存在一中性层，中性层以内的金属向内流动，使内径缩小；中性层以外的金属向外流动，使外径增大。变形情况如图1所示。图1园环

7、镦粗变形示意图由能量法可求得中性层半径Rn，摩擦因数m（µ）与园环尺寸的理论关系：1）当Rn