金属塑性成形导论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[德] Reiner.Kopp，[德] Herbert，Wiegels 著，康永林，洪慧平 译

图书标签:

• 金属塑性成形
• 塑性变形
• 材料力学
• 金属材料
• 成形工艺
• 制造工程
• 机械工程
• 金属加工
• 成形理论
• 工业工程

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040281361

版次：1

商品编码：12251267

包装：平装

丛书名： 材料科学经典著作选译

开本：16开

出版时间：2010-03-01

用纸：胶版纸

页数：262

字数：320000

正文语种：中文

内容简介

　　《金属塑性成形导论》是德国亚琛工业大学塑性成形研究所（IBF）所长Reiner Kopp教授和Herbert Wiegels博士根据其多年丰富的科研及教学经验编写而成的，已成为德国高校和金属塑性加工领域相关研究者的经典教材和参考书。
　　《金属塑性成形导论》与国内外已出版的同类书籍相比，在内容组成和系统上独具特色。塑性成形基本理论以工艺过程的局部量（分布量）为基础，详细介绍了各类重要边界条件、屈服条件、流动法则以及工艺控制量的计算方法、误差分析及使用条件等。在塑性加工问题解法的介绍中既有经典的初等解析法，也有现代有限元数值模拟技术、相似理论和物理模拟技术等内容，概念准确明了，方法经典先进，具有非常高的学术价值和实际应用价值。
　　《金属塑性成形导论》可供材料加工专业本科高年级学生、硕士生、博士生、教师和相关专业研究人员以及工程技术人员使用。

作者简介

　　Reiner Kopp，工学博士，教授，国际金属塑性成形领域的著名学者。Kopp教授于1974年起担任亚琛工业大学（RWTHAachen）塑性成形研究所（Institute for Bildsame Formgebung）所长和教授，直到2005年退休。这期间他曾担任亚琛工业大学副校长、地质资源与材料技术学院院长等职务。从2007年1月起他担任亚琛工业大学大学委员会成员。Kopp教授担任过多个科研组织委员会主席，以及Thyssen Krupp Stainless、Thyssen Krupp Nirosta、SMS Group和Vallourec & Mannesmann董事会成员。此外，他还是德国技术科学院acatech主席团成员、北莱茵一威斯特**科学院和Akademie CIRP成员，并担任欧洲科学院Euro-CASE副主席。
　　1999年Kopp教授获中国政府颁发给外国专家奖——长城友谊奖。
　　
　　Herbert Wiegels，工学博士。结束了机械制造专业的学习后，Wiegels博士作为科学助手在亚琛工业大学塑性成形研究所工作，并获工学博士学位。作为Kopp教授的亲密同事，他领导了该所的材料数据组和轧环组。作为高级科学顾问，他负责协调该所的教学工作，并参加了“冶金与材料技术”专业组关于教学和科研的各委员会。

内页插图

目录

1 引言
1．1 金属塑性成形技术的任务和目的
1．2 金属塑性变形的原因
1．3 金属塑性成形方法分类
1．3．1 根据应力状态进行区分
1．3．2 根据加工温度进行区分
1．3．3 根据产品类型进行区分

2 金属塑性成形基础
2．1 基本量、局部目标量
2．1．1 应力
2．1．1．1 应力张量的对称性
2．1．1．2 圆柱坐标
2．1．1．3 主轴系
2．1．1．4 坐标变换
2．1．1．5 静水压应力分量和偏应力分量
2．1．1．6 特殊的应力状态
2．1．2 应变
2．1．2．1 正应变增量
2．1．2．2 剪应变增量
2．1．2．3 局部总应变
2．1．2．4 总体总应变
2．1．2．5 应变状态
2．1．3 应变速率
2．1．3．1 圆柱坐标系
2．1．3．2 体积不变
2．1．3．3 变形速率
2．1．3．4 平均变形速率
2．1．4 应变功／应变功率
2．1．5 流变应力、流变曲线
2．1．5．1 测定方法
2．1．5．2 流变应力的影响因素
2．1．5．3 测得的流变曲线的不确定性
2．1．5．4 流变曲线的描述
2．1．5．5 热塑性成形过程中的材料行为
2．1．5．6 变形热
2．1．5．7 流变曲线测定时的温度变化
2．1．5．8 单位变形功
2．1．5．9 平均流变应力
2．1．5．10 剪切屈服应力
2．2 边界条件
2．2．1 连续性方程
2．2．2 摩擦
2．2．2．1 依赖于运动状态的摩擦（粘着摩擦、动摩擦）
2．2．2．2 摩擦状态
2．2．2．3 摩擦的特征参数
2．2．2．4 动摩擦的摩擦定律
2．2．2．5 摩擦热
2．2．3 热传递
2．2．4 材料参数和边界参数的测定
2．2．4．1 发射率和传热系数
2．2．4．2 流变应力
2．2．4．3 摩擦系数和摩擦因子
2．3 基本方程
2．3．1 平衡条件
2．3．1．1 圆柱坐标系
2．3．1．2 特殊情况
2．3．2 屈服条件、屈服准则
2．3．2．1 塑性力学数学推导（形变能假说）
2．3．2．2 剪应力假说
2．3．2．3 等效应力
2．3．2．4 屈服轨迹（屈服面、屈服柱面）
2．3．2．5 各向异性的材料行为
2．3．3 流动法则、流动定律
……

3 塑性力学的解法
4 有限元法
5 相似理论
参考文献
名词索引

前言/序言

　　本书是德国亚琛工业大学塑性成形研究所（IBF）所长ReinerKopp教授和HerbertWiegels博士根据其在金属塑性成形技术领域多年丰富的科研及教学经验编写而成的。
　　本书在高度概括和分析了当前金属塑性成形技术的重要任务和目的的基础上，系统完整并且言简意赅地阐述了金属塑性成形的基础理论和重要塑性加工问题的解析方法。其学术价值包括将塑性成形过程的目标量按总体量、局部量和微观量进行系统划分，根据应力状态进行塑性加工成形方法的分类，科学系统地建立了塑性成形技术的结构体系。
　　本书与国内外已出版的同类书籍比较，在内容组成和系统上独具特色。塑性成形基本理论以塑性成形过程的局部量（分布量）为基础，将流变应力作为核心的材料特征量，详细介绍了各类重要边界条件、屈服条件、流动法则以及过程控制量的计算方法、误差分析及使用条件等情况。在典型塑性加工问题解法的介绍中既有经典的初等解析法和滑移线法等，也有现代有限元数值模拟技术、相似理论和物理模拟技术等内容，概念定义准确明了，方法经典而且先进。
　　本书将塑性成形基本原理和现代金属塑性成形技术及其发展有机结合并且融入大量作者在该领域长期的研究成果，内容丰富翔实且图文并茂，具有非常高的学术价值和实际应用价值。该书原稿近年已成为德国高校和金属塑性加工领域相关研究者的经典教材和参考书。本译著的出版无疑会对我国材料加工学科的教学、人才培养、科学研究以及生产应用起到进一步的推动作用。
　　本书可供材料加工专业本科高年级学生、硕士生、博士生、教师和相关研究人员以及工程技术人员使用。
　　全书由康永林教授、洪慧平副教授翻译完成。鹿守理教授审阅了文稿，在此表示谢意！

锻造艺术的精髓：从宏观到微观的金属变形奥秘 本书并非一本关于“金属塑性成形导论”的著作。它将带领读者深入探索金属在宏观尺寸下，通过外力作用所展现出的令人着迷的变形能力，以及这种能力在微观层面所蕴含的深刻物理机制。我们将超越简单的工艺流程介绍，而是致力于揭示金属塑性变形的本质，理解其背后的力学原理、材料行为和微观结构演变。 一、宏观变形的艺术：从经典成形工艺到先进制造技术 在宏观层面，本书将首先回顾并解析那些历经时间考验的金属塑性成形经典工艺。我们将深入探讨锻造（包括自由锻和模锻）的原理，揭示金属在锤击或模具作用下的流动与填充过程，以及如何通过精确的模具设计和工艺参数控制来获得复杂的零件形状和优异的力学性能。 轧制技术也将得到详细阐述，无论是平面轧制还是异型轧制，其核心都在于利用辊轮的旋转运动对金属施加连续的塑性变形。我们将解析轧辊与金属之间的相互作用，探讨轧制过程中金属的变形规律、应力状态以及表面质量的形成机理。 挤压工艺，无论是正挤压还是反挤压，都将为我们展现金属在强大压力下沿特定路径流动，从而形成管材、棒材、型材等各种截面形状的奇妙过程。我们会分析模具设计对挤压力的影响、金属流动的复杂性以及挤压过程中可能出现的缺陷。 拉拔技术，作为制造线材、管材、棒材等细长零件的关键手段，其精妙之处在于通过模具孔道的束缚，实现金属的拉伸变形。本书将深入分析拉拔过程中金属的受力状态、模具的润滑与冷却，以及如何通过多道次拉拔来获得所需的尺寸精度和表面光洁度。 除了这些传统工艺，我们还将触及现代金属塑性成形的前沿技术。例如，粉末冶金技术，虽然其成形方式与传统工艺有所不同，但金属粉末在高温高压下的烧结与塑性变形过程，也展现了金属材料独特的变形特性。我们将探讨粉末制备、压制成形以及后续的烧结过程，理解其在制造复杂高密度零件方面的优势。 二、微观世界的奥秘：揭示金属变形的内在驱动力 要真正理解金属的塑性变形，必须深入其微观世界。本书将带领读者探寻金属晶体结构的基本知识，了解原子在晶格中的排列方式。在此基础上，我们将详细阐述位错理论——这是解释金属塑性变形最核心的理论。 位错，作为晶体中的一种线性缺陷，是位移运动的根本原因。我们将深入剖析刃位错和螺位错的结构特征，以及它们在剪切应力作用下的运动方式。位错的产生、增殖、湮灭以及相互作用，共同构成了宏观塑性变形的微观基础。 我们还将探讨晶界对金属变形的影响。晶界是不同取向晶粒的交界处，其原子排列无序，能够阻碍位错的滑移，对材料的强度和塑性起着至关重要的作用。我们将分析晶界在不同变形条件下的行为，以及如何通过控制晶粒尺寸来优化材料的力学性能。 塑性变形的微观机制，如位错滑移和孪晶滑移，将是本书的重点。我们将详细讲解在不同晶体结构（如面心立方、体心立方、密排六方）中，位错滑移的优势滑移系是如何确定的，以及孪晶在特定应力条件下如何形成并导致金属变形。 此外，本书还将探讨加工硬化的微观根源。随着金属的塑性变形，位错密度会显著增加，位错之间的相互缠结和阻碍作用会越来越强，从而导致材料的强度和硬度不断提高，而塑性则相对下降。我们将从微观位错行为的角度来解释加工硬化的现象。 三、性能的升华：变形对金属材料微观结构与宏观性能的影响 金属的塑性变形并非仅仅改变其形状，它还会深刻地影响材料的微观结构，进而决定其宏观力学性能。本书将系统地分析塑性变形对金属材料微观结构和宏观性能的影响。 在微观层面，我们将研究塑性变形如何引起晶粒变形、晶粒取向的改变（即织构的形成）以及相变等现象。织构的形成对于后续的轧制、拉拔等工艺尤为重要，它会赋予材料在不同方向上不同的力学性能。 在宏观层面，我们将深入分析塑性变形如何影响金属的强度、塑性、韧性、疲劳性能以及应变时效等关键力学性能。例如，适当的加工硬化可以显著提高材料的屈服强度和抗拉强度，但过度的加工硬化则会降低其延展性。 本书还将探讨回复和再结晶等热处理工艺如何消除或缓解塑性变形带来的不利影响，以及如何通过这些热处理手段来获得具有特定微观结构和性能的金属材料。 总结： 本书并非直接教授“金属塑性成形”的具体操作方法，而是聚焦于理解金属塑性变形的内在科学。它旨在为读者提供一个坚实的理论基础，使其能够从原子、晶体、位错等微观层面，深入理解宏观塑性成形过程中所发生的物理现象和力学机制。通过对宏观变形工艺的分析和微观变形机制的剖析，读者将能更深刻地理解金属材料在塑性变形过程中的行为规律，为优化成形工艺、控制材料性能、乃至开发新型金属材料打下坚实的基础。本书适合于对金属材料科学、力学以及制造工程感兴趣的广大读者，无论是初学者还是有一定基础的研究者，都将从中受益。

评分☆☆☆☆☆

（七） 作为一名资深的金切加工技师，我深知“原材料的预加工”对后续加工精度的影响至关重要。《金属塑性成形导论》这本书，为我提供了一个全新的视角来审视这个问题。它让我明白了，金属的塑性成形不仅仅是为了获得特定的形状，更重要的是，它能够对材料的内部结构和性能进行优化，从而为后续的加工奠定良好的基础。书中对各种塑性成形工艺如何改变材料的显微组织，例如晶粒细化、织构形成等，进行了深入的阐述。这让我认识到，通过合理的塑性变形，可以提高材料的硬度、强度，降低其加工硬化率，从而减小后续切削加工的难度，提高加工效率和表面质量。我尤其对书中关于“冷加工”和“热加工”对材料性能影响的对比分析印象深刻。它让我更加清晰地认识到，不同的加工温度和方式，会带来完全不同的材料性能表现。这本书的价值在于，它能够帮助我们从更宏观的层面来理解材料的加工过程，从而做出更优化的工艺选择。

评分☆☆☆☆☆

（二） 这本书的出现，对于我这个在制造业一线摸爬滚打多年的工程师来说，无疑是一场及时雨。我常常在工作中遇到一些难以解释的现象，比如为什么同样规格的原材料，在不同的设备上成形出来的产品性能会有差异？为什么某些工序会出现裂纹，而另一些工序则安然无恙？《金属塑性成形导论》以其严谨的理论基础和丰富的实践指导，为我提供了深入探究这些问题的钥匙。它详细阐述了塑性变形的机理，包括位错理论、晶界滑移等微观过程，以及宏观上的流动应力、应变硬化等概念。这些知识让我能够更深刻地理解材料在加工过程中的行为，从而更有效地指导生产。书中对各种成形工艺的介绍也十分到位，无论是传统的自由锻造、模锻，还是现代的冷挤压、旋压，作者都详细介绍了其基本原理、工艺特点、适用范围以及优缺点。特别是关于应力状态和变形机制的分析，让我对不同工艺能够达到的变形程度和产品质量有了更清晰的判断。我印象最深的是关于“成形极限”的讨论，这对于避免工件在加工过程中产生缺陷至关重要。书中不仅介绍了如何计算和预测成形极限，还提供了许多降低成形难度的有效方法。这本书的价值在于，它能够帮助我们从“知其然”提升到“知其所以然”，从而真正实现工艺的优化和创新。

评分☆☆☆☆☆

（五） 我是一名汽车零部件的质量检验员，我深切体会到金属塑性成形工艺对产品质量的决定性影响。每一次检验中，那些细微的表面缺陷、尺寸偏差，甚至内部的应力集中，都可能源于成形过程中存在的问题。《金属塑性成形导论》这本书，像是一位经验丰富的导师，指引我如何去发现和理解这些潜在的问题。书中对各种塑性成形工艺可能产生的缺陷，例如裂纹、折叠、缩松等，进行了详细的分类和机理分析。这让我能够更敏锐地捕捉到那些隐藏在产品中的“蛛丝马迹”。更重要的是，这本书不仅介绍了缺陷的成因，还提供了相应的预防和控制措施，这对于我提出改进建议，从而提升产品质量具有直接的指导意义。我尤其喜欢书中关于“无损检测”在塑性成形质量控制中的应用章节，这让我了解到如何利用先进的技术手段来评估成形过程中材料的内部状态。这本书让我明白，质量的源头在于工艺，只有深入理解工艺，才能更好地控制和提升质量。

评分☆☆☆☆☆

（三） 作为一名正在攻读材料科学与工程专业的学生，我一直在寻找一本能够系统性地梳理金属塑性成形知识的书籍。《金属塑性成形导论》这本书，完全满足了我的需求。它不仅仅是一本教科书，更像是一位循循善诱的老师。书中的内容涵盖了塑性变形的基本理论、常见的塑性成形工艺，以及相关的工艺控制和材料选择等重要方面。作者在讲解过程中，非常注重理论与实践的结合，既有对基础概念的清晰阐释，又有对实际工程应用的深入剖析。例如，在介绍冷镦工艺时，书中不仅讲解了其基本原理和设备，还详细讨论了模具设计、润滑、表面处理等影响产品质量的关键因素。我特别喜欢书中关于“数值模拟”在塑性成形中的应用的部分，这让我了解到现代科技是如何帮助我们更精确地预测和优化成形过程的。通过数值模拟，我们可以提前发现潜在的问题，减少试验次数，从而提高生产效率和降低成本。此外，书中还对各种塑性成形工艺的适用材料进行了详细的介绍，这对于我未来从事材料研发和应用研究具有重要的指导意义。这本书的逻辑结构清晰，语言流畅，对于我这样的初学者来说，非常容易理解和吸收。

评分☆☆☆☆☆

（九） 我是一名从事金属材料研发的工程师，我一直在寻找一本能够帮助我深入理解材料在塑性变形过程中的行为的书籍。《金属塑性成形导论》这本书，为我提供了宝贵的理论指导和实践参考。它不仅详细介绍了金属塑性变形的基本机理，如位错运动、晶界滑移等，还深入探讨了材料在不同成形工艺下的微观结构演变和性能变化。书中关于“应力状态”、“变形速率”和“温度”对材料塑性行为影响的分析，让我对如何通过工艺控制来调控材料的性能有了更深刻的认识。我尤其对书中关于“材料本构模型”的介绍印象深刻，这为我进行材料设计和性能预测提供了重要的理论工具。例如，当我们需要开发一种具有更高强度和更好韧性的新型合金时，我们可以通过塑性成形来优化其显微组织，而理解材料的本构模型，将有助于我们更准确地预测优化后的材料性能。这本书的价值在于，它能够帮助我们从微观层面理解宏观的成形过程，从而更好地指导材料的设计和应用。

评分☆☆☆☆☆

（四） 我是一名机械设计工程师，在工作中经常需要接触到各种金属零部件的设计和制造。我发现，很多时候，产品的性能和可靠性很大程度上取决于其制造工艺。《金属塑性成形导论》这本书，为我提供了宝贵的知识和启示。它不仅仅局限于介绍各种成形方法，更重要的是，它教会我如何从材料的内在属性出发，选择最适合的成形工艺，以达到预期的力学性能和尺寸精度。书中对材料在塑性变形过程中的显微组织变化进行了深入的探讨，例如晶粒细化、织构的形成等等，这让我明白了为什么不同的成形方式会对材料的最终性能产生如此显著的影响。我特别欣赏书中关于“工艺-组织-性能”之间关系的阐述，这为我进行结构设计和工艺选择提供了坚实的理论基础。例如，当需要提高材料的强度和韧性时，我可以通过选择合适的塑性成形工艺，例如冷加工和适当的热处理，来优化其显微组织。这本书的实用性非常强，它能够帮助我更好地理解客户的需求，并将设计理念转化为可行的制造方案。

评分☆☆☆☆☆

（八） 我是一名对工业设计充满热情的研究生，我一直在寻找一本能够帮助我理解材料的可塑性以及如何将其转化为实际产品的书籍。《金属塑性成形导论》这本书，如同一本百科全书，为我打开了通往金属塑性成形世界的大门。它不仅介绍了各种基础的塑性变形原理，如屈服、流动、强化等，还详细阐述了各种主要的塑性成形工艺，包括锻造、轧制、挤压、拉伸、旋压、冲压等。我特别欣赏书中在介绍每一种工艺时，都详细分析了其特点、适用范围、优缺点以及相关的设备和模具设计。这让我能够从设计的角度，去思考如何利用这些工艺来创造出具有特定功能和美学价值的产品。书中关于“塑性变形的数值模拟”章节，更是让我看到了未来工业设计的发展方向。通过计算机模拟，我们可以提前预测产品的变形行为，优化工艺参数，从而大大缩短研发周期，提高产品竞争力。这本书的优点在于，它能够将基础理论、工艺技术和前沿应用有机地结合起来，为我提供了丰富的学习资源和灵感。

评分☆☆☆☆☆

（一） 我一直对金属材料的奇妙变形过程充满好奇，尤其是在工业生产中，如何通过精确的控制和巧妙的设计，将坚硬的金属塑造成各种复杂而精美的形态，这其中的奥秘总是让我着迷。当我翻开《金属塑性成形导论》这本书时，我的心就瞬间被吸引住了。它并没有一开始就抛出那些令人生畏的公式和复杂的理论，而是用一种非常平易近人的方式，娓娓道来金属塑性成形的原理。从最基础的塑性变形概念讲起，到各种不同的成形工艺，比如锻造、轧制、挤压、拉伸等等，每一个章节都像是为我打开了一个新的世界。我尤其喜欢作者在讲解过程中穿插的那些生动的案例和图示，它们不仅仅是冰冷的文字，更是帮助我直观理解抽象概念的桥梁。比如，在介绍金属的流变行为时，书中不仅给出了应力-应变曲线，还配上了不同应变速率下金属微观结构的演变图，这让我对金属内部在受到外力作用时发生的细微变化有了更深刻的认识。我还注意到，作者在讲解过程中，并没有回避那些关键性的力学原理，比如屈服准则、流动应力等等，但都通过清晰的逻辑和简明的语言来阐述，即使是初学者，也能逐步理解其精髓。这本书的编排也很合理，从宏观到微观，从理论到实践，层层递进，让人感觉学习过程顺畅而扎实。它让我明白了，金属塑性成形并非简单的“锤打”或“压制”，而是一门集材料学、力学、工艺学于一体的综合性学科。

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（十） 我是一名金属工艺的学习者，我对如何将理论知识转化为实际操作技能一直充满疑惑。《金属塑性成形导论》这本书，为我提供了一套清晰的学习路径。它从最基础的金属塑性变形原理讲起，逐步深入到各种主要的塑性成形工艺。书中对每一种工艺的讲解都非常细致，不仅介绍了其基本流程和设备，还详细阐述了工艺参数的选择、模具的设计以及可能遇到的问题和解决方法。我特别喜欢书中提供的那些丰富的实例和图解，它们让抽象的理论变得生动形象，易于理解。例如，在介绍自由锻造时，书中不仅有关于砧座、锤子等基本工具的介绍，还有不同形状的工件是如何通过一系列简单的锻造动作逐渐形成的演示图，这让我仿佛置身于锻造车间，亲身感受着金属的变形过程。此外，书中还穿插了许多关于安全操作的提示和注意事项，这对于我这样初学者来说，显得尤为重要。这本书的优点在于，它能够将理论与实践紧密结合，循序渐进地引导读者掌握金属塑性成形的基本技能。

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（六） 我对金属加工技术一直抱有浓厚的兴趣，特别是那些能够将普通金属变成精美艺术品的塑性成形技术。《金属塑性成形导论》这本书，彻底激发了我对这个领域的学习热情。它以一种非常系统和全面的方式，介绍了金属塑性成形的世界。从最基本的概念，如应力、应变、屈服，到各种复杂的成形工艺，如锻压、轧制、挤压、拉伸、旋压等等，这本书都进行了详细的阐述。我非常喜欢书中生动形象的图示和案例，它们帮助我更加直观地理解那些抽象的力学原理和复杂的工艺流程。例如，在介绍金属的流变行为时，书中不仅有详细的文字说明，还配有精美的三维示意图，展示了金属在不同应力状态下的变形过程，这让我仿佛亲眼看到了金属的“舞蹈”。此外，书中还涉及了与塑性成形相关的材料学知识，例如金属的晶体结构、强化机制等，这让我对材料的内在属性与成形性能之间的关系有了更深入的理解。这本书的优点在于，它能够将理论知识和实际应用紧密结合，让我感受到金属塑性成形是一门既有深度又有广度的技术。