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出版者:CRC

作者:Totten, George E.

出品人:

页数:848

译者:

出版时间:2006-09-28

价格:USD 185.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780849384554

丛书系列:

图书标签:

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金属塑性成形技术：从理论到实践的全面指南 导言：现代工业的基石 在当今的制造业领域，金属塑性成形技术扮演着至关重要的角色。从航空航天到汽车制造，再到精密仪器和日常消费品，几乎所有依赖金属部件的行业都离不开对材料进行塑形和改性的过程。本书《金属塑性成形技术：从理论到实践的全面指南》旨在为工程师、设计师、技术人员以及对金属加工感兴趣的学生提供一个深入且实用的参考框架。我们聚焦于材料在宏观和微观层面上如何响应外部载荷，以及如何通过精确控制成形过程来获得具有特定几何形状和所需机械性能的最终产品。本书内容涵盖了塑性成形的基础物理原理、主要的成形方法、先进的模拟技术及其在实际工业应用中的案例分析。 第一部分：塑性变形的物理基础与材料行为 理解金属塑性成形，首先必须掌握材料本身的本构关系和变形机制。本部分将深入探讨金属在载荷作用下的响应，这是所有后续成形工艺的基础。 第一章：晶体塑性与本构关系 本章从微观层面入手，详细阐述了金属材料的晶体结构及其在应力作用下的滑移、孪晶等变形机制。我们将解释位错理论，这是理解金属塑性流动如何发生的关键。随后，重点介绍宏观层面的本构关系，包括应力-应变曲线的分析、屈服准则（如冯·米塞斯准则）的应用，以及加工硬化（应变硬化）现象的数学描述。我们还将讨论温度对材料流动应力的影响，为高温成形工艺打下理论基础。 第二章：本构模型与本构方程的建立 本章深入研究描述金属流变特性的各种先进本构模型。除了传统的弹塑性模型外，本书还将详细介绍粘塑性模型，特别是那些适用于高速成形和蠕变过程的模型。我们会探讨如何根据实验数据对这些模型进行参数识别和校准，确保模型能够准确预测复杂成形过程中的材料行为。此外，对各向异性材料的本构描述也将被纳入讨论，这对轧制或拉伸后的板材成形至关重要。 第三章：金属的断裂判据与失效分析 塑性成形的目标是在不发生材料断裂的前提下实现所需的几何形状改变。本章专注于金属的断裂行为。我们将介绍多种断裂判据，包括基于应变指标（如Lange-Wagoner准则）和基于能量指标（如Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) 模型）的判据。详细分析断裂的微观机制，如空洞形核、长大和聚结，并讨论如何通过优化工艺参数来延迟或避免局部不稳定（如颈缩）和最终的断裂失效。 第二部分：核心塑性成形工艺详解 本部分系统地介绍了现代工业中最常用的金属塑性成形方法，重点关注每种方法的机理、设备要求、工艺参数控制及应用范围。 第四章：轧制工艺：板材与型材的精确控制 轧制是金属加工中最基础且应用最广泛的工艺之一。本章详细解析了平面轧制、型材轧制和带材轧制的理论。我们着重讨论了轧制过程中的力学分析，包括接触区的应力分布、摩擦力的作用以及轧件厚度、宽度和形状的精确控制。如何通过调整轧辊的形状、间隙和轧制速度来管理残余应力、控制组织和提高尺寸精度，将是本章的重点内容。 第五章：锻造与冲压：复杂形状的批量制造 锻造和冲压（模锻、开式模锻、深冲、翻边等）是制造高强度、高可靠性零件的关键技术。本章首先区分了自由锻、模锻和辊锻的特点。随后，对冲压过程中的应力状态、模具设计原则和材料的成形极限（FLD）进行深入分析。特别地，我们将探讨如何使用润滑剂和控制变形速度来应对深冲过程中可能出现的起皱和破裂问题。 第六章：挤压与拉拔：杆材和管材的形成 挤压和拉拔是生产线材、管材和异形截面材料的有效方法。本章解释了正挤压、反挤压和侧向挤压的机理，并讨论了模具设计对金属流动和表面质量的影响。在拉拔部分，我们将详细阐述从拉拔力计算到拉拔速度控制的全过程，并介绍用于复杂截面（如异形管）的特殊拉拔技术。 第七章：温/热成形技术与先进工艺 随着对轻量化和高性能结构件需求的增加，温成形（Warm Forming）和热成形（Hot Forming）技术日益受到重视。本章对比了冷、温、热成形的优缺点，并着重探讨了热成形过程中材料的动态再结晶和恢复行为。此外，也将介绍如旋压、搅拌摩擦焊（FSW）等新兴或专业化的塑性成形技术。 第三部分：成形过程的模拟、控制与质量保证 现代金属成形已高度依赖计算机辅助工程（CAE）技术。本部分关注如何利用先进的数值方法来预测、优化和控制成形过程，确保最终产品的质量。 第八章：有限元法在塑性成形中的应用 有限元分析（FEA）是现代成形工艺优化的核心工具。本章系统地介绍了如何将金属塑性本构模型映射到FEA框架中，特别是如何处理大变形、接触问题和动态显式求解。我们将通过具体的轧制、锻造和冲压案例，展示如何使用FEA来预测力、流动模式、应力/应变分布以及最终的残余应力状态。 第九章：工艺优化与残余应力管理 成形过程的优化不仅仅是避免断裂，更在于控制最终产品的性能，尤其是残余应力。本章讲解了如何通过调整模具几何形状、填充顺序和变形路径来优化材料的微观结构（如晶粒尺寸）和宏观性能。此外，还将深入分析各种成形操作（如冷加工）引入的残余应力，并介绍如应力消除退火、喷丸等后处理技术来有效管理和释放这些应力。 第十章：先进制造中的成形技术集成 本章将塑性成形技术置于增材制造（AM）和连接技术的背景下进行讨论。我们将探讨增材制造后处理中涉及的重塑和再结晶过程，以及如何将塑性成形与焊接技术（如焊后成形）结合起来，实现更复杂结构件的制造。强调多工艺链集成（Multi-Process Chain Integration）在实现高性能部件制造中的战略意义。 结论：展望塑性成形技术的未来 本书最后总结了塑性成形领域当前面临的挑战，例如超高强度钢（UHSS）和新型轻质合金（如镁合金、钛合金）的复杂成形问题，以及向智能化、自适应制造系统的发展方向。通过对理论、实验和模拟的全面整合，本书期望成为推动未来金属加工技术进步的坚实参考。

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