金屬塑性成形工藝是一種重要的金屬材料加工方法。在汽車制造、軌道交通、航空航天、船舶

重工、國防軍工、能源電力、

冶金建材等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。

本書是材料加工專業(yè)應(yīng)用圖書。對金屬塑性體積成形有限元模擬QForm軟件做到了論述全面、客觀，是一本極具參考價(jià)值且能輔助相關(guān)教學(xué)的書籍。

金屬塑性成形工藝是一種重要的金屬材料加工方法。金屬材料經(jīng)過塑性加工成形工藝過程后，既能獲得所需零件宏觀外形，又能改善金屬微觀組

織性能，在汽車制造、軌道交通、航空航天、船舶重工、國防軍工、能源電力、冶金建材等行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。

近年來，國家對裝備制造行業(yè)的發(fā)展非常重視，提出了提高基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)元器件研發(fā)水平

和系統(tǒng)集成水平等具體要求，并寫入國家五年發(fā)展計(jì)劃中。金屬塑性成形作為基礎(chǔ)工藝，其水平的提高具有重要的戰(zhàn)略意義。金屬塑性成形的數(shù)值模擬始于20世紀(jì)60年代，有限元法于20世紀(jì)80年代中后期得到突飛猛進(jìn)的

發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著計(jì)算機(jī)硬件的快速發(fā)展，有限元模擬技術(shù)已經(jīng)成為金屬塑性成形模擬的核心方法，目前已經(jīng)成為從事金屬塑性成形工藝設(shè)計(jì)人員的重要工具。

QForm是由俄羅斯的QuantorForm公司于1991年

開發(fā)的一款金屬塑性體積成形工藝的有限元模擬軟件，可以用于分析金屬成形過程，模具受力及磨損，熱處理及微觀組織變化，已經(jīng)銷售到全球35個(gè)國家和地區(qū)，被眾多企業(yè)、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)使用。

本書包括四個(gè)部

分，共19章。第1章介紹了金屬塑性成形的金屬學(xué)原理，包括金屬的晶體結(jié)構(gòu)、單晶體的塑性變形方式、多晶體的塑性變形方式等；第2章介紹了金屬塑性成形的力學(xué)原理，包括應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、屈服準(zhǔn)則、真實(shí)應(yīng)力

應(yīng)變關(guān)系、摩擦和潤滑等；第3章介紹了金屬塑性成形典型工藝，包括自由鍛、模鍛、回轉(zhuǎn)成形和特種成形工藝；第4章介紹了金屬塑性成形有限元理論基礎(chǔ)，包括彈塑性有限元理論、剛塑性有限元理論、粘塑性有限元理

論，以及鍛造過程中的熱力耦合分析，摩擦分析；第5章介紹了QForm功能；第6章介紹了QForm軟件界面及基本操作；第7章介紹了二維軸對稱模型的模擬方法；第8章介紹了多工序問題的二維三維無縫集成模擬方法及耦合

模具分析；第9～11章分別介紹了發(fā)動機(jī)曲軸、汽車鋁合金三角臂及鐵路貨車鉤尾框框體等典型鍛件的鍛造成形過程的有限元分析；第12～19章分別介紹了其他應(yīng)用實(shí)例的分析過程，包括自由鍛、軋制、輥鍛、擺碾、型

材擠壓、熱處理、微觀組織等的分析。

本書由北京機(jī)電研究所的蔣鵬、宋彤、賀小毛和北京創(chuàng)聯(lián)智軟科技有限公司的劉寒龍、崔啟玉編寫。其中第1～4章由蔣鵬、賀小毛編寫，第5～8章由劉寒龍編寫，第9～11章由

宋彤編寫，第12～19章由劉寒龍、崔啟玉編寫。

在本書編寫過程中，北京機(jī)電研究所的曹飛研究員參與了許多工作，楊勇工程師、韋韡博士提供了典型案例模擬的有關(guān)素材，燕山大學(xué)的劉鑫剛副教授、祁榮勝老師、

王玲研究生對本書第二、第四部分內(nèi)容做了校正工作，在此一并表示衷心的感謝。

由于編者水平有限，書中難免存在疏漏之處，懇請廣大讀者朋友批評指正。

編者

2015年4月

第一部
分 金屬塑性成形技術(shù)基礎(chǔ)

第1章 金屬塑性成形的金屬學(xué)原理 2
1.1 概述 2
1.2 金屬的晶體結(jié)構(gòu)和變形機(jī)理 3
1.2.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu) 3
1.2.2 單晶體的塑性變形
5
1.2.3 多晶體的塑性變形 6
1.3 金屬的塑性及其影響因素 7
1.3.1 金屬的塑性及塑性指標(biāo) 7
1.3.2 影響金屬塑性的因素 8
1.4 加工硬化、回復(fù)和再結(jié)晶 13
1.4.1 加工硬化 13
1.4.2 冷變形金屬的靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)
再結(jié)晶 13
1.4.3 動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶 14
1.4.4 熱加工后的靜態(tài)回復(fù)和靜態(tài)再結(jié)晶 15
第2章 金屬塑性成
形的力學(xué)原理 16
2.1 應(yīng)力分析 16
2.1.1 三維坐標(biāo)系的應(yīng)力分量和應(yīng)力張量 16
2.1.2 任意斜面上的應(yīng)力 18
2.1.3 主應(yīng)力和應(yīng)力不變量 19
2.1.4 主切應(yīng)力和最大切應(yīng)力
21
2.1.5 應(yīng)力球張量和應(yīng)力偏張量 22
2.1.6 八面體應(yīng)力和等效應(yīng)力 24
2.1.7 應(yīng)力平衡微分方程 26
2.1.8 平面應(yīng)力狀態(tài) 27
2.2 應(yīng)變分析 29
2.2.1 質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)變
狀態(tài) 29
2.2.2 小變形幾何方程 34
2.2.3 應(yīng)變連續(xù)方程 34
2.2.4 應(yīng)變增量和應(yīng)變速率張量 35
2.2.5 平面應(yīng)變和軸對稱應(yīng)變 36
2.3 屈服準(zhǔn)則 38
2.3.1 屈
雷斯加（H.Tresca）屈服準(zhǔn)則 38
2.3.2 米塞斯（Von.Mises）屈服準(zhǔn)則 39
2.4 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系（本構(gòu)方程） 40
2.4.1 彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 40
2.4.2 塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點(diǎn)
41
2.4.3 塑性變形的增量理論 41
2.4.4 塑性變形的全量理論 44
2.4.5 真實(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線的近似表達(dá)式 45
2.5 金屬塑性成形中的摩擦與潤滑 45
2.5.1 金屬塑性成形中摩擦的特點(diǎn)與
分類 46
2.5.2 金屬塑性成形中的摩擦機(jī)理 46
2.5.3 摩擦系數(shù)及其影響因素 47
2.5.4 不同塑性加工方法的摩擦系數(shù) 49
2.5.5 金屬塑性成形中的潤滑 50
第3章 金屬塑性成
形典型工藝 54
3.1 概述 54
3.2 自由鍛 55
3.2.1 自由鍛工藝特點(diǎn)及鍛件類型 55
3.2.2 自由鍛造工藝過程 56
3.2.3 液壓機(jī)上大型自由鍛造工藝特點(diǎn) 57
3.3 模鍛
58
3.3.1 模鍛的特點(diǎn)和分類 58
3.3.2 熱模鍛 59
3.3.3 冷鍛 61
3.3.4 溫鍛 62
3.4 回轉(zhuǎn)成形與特種成形工藝 63
3.4.1 輥鍛 63
3.4.2 楔橫軋
67
3.4.3 輾環(huán) 68
3.4.4 擺動輾壓 69
3.4.5 等溫與超塑性鍛造 72
3.4.6 半固態(tài)成形 73
3.4.7 液態(tài)模鍛 75
3.4.8 粉末鍛造 76
3.5 復(fù)合塑性成形技術(shù) 77
3.5.1 熱鍛冷鍛復(fù)合成形 77
3.5.2 鑄鍛復(fù)合成形 78
第4章 金屬塑性成形有限元分析 82
4.1 概述 82
4.2 變分法的基礎(chǔ)知識 83
4.2.1 預(yù)備知識 83
4.2.2 變
分原理和里茲法 86
4.3 彈塑性有限元理論 87
4.3.1 彈性力學(xué)基本方程 87
4.3.2 虛功原理 89
4.3.3 彈性問題有限單元法 93
4.4 彈塑性有限元法 98
4.4.1 彈塑性有限
元法的本構(gòu)方程 98
4.4.2 彈塑性有限元的解法簡介 100
4.5 剛塑性有限理論 102
4.5.1 不完全廣義變分原理 102
4.5.2 剛塑性有限元的解法簡介 103
4.5.3 剛塑性有限
法計(jì)算過程中的
幾個(gè)問題 109
4.6 粘塑性有限元理論 113
4.6.1 粘塑性體的Markov變分原理 113
4.6.2 粘彈塑性本構(gòu)關(guān)系 114
4.6.3 彈粘塑性本構(gòu)方程 114
4.6.4 剛粘塑性本
構(gòu)方程 114
4.7 鍛造過程中的熱力耦合分析基礎(chǔ) 115
4.7.1 熱傳導(dǎo)中的基本方程 115
4.7.2 熱傳導(dǎo)中的變分應(yīng)用 116
4.7.3 塑性變形和傳熱過程的耦合 116
4.8 疏松
材料的本構(gòu)關(guān)系 117

第二部分 QForm軟件介紹及基本操作

第5章 QForm軟件功能介紹 119
5.1 QForm發(fā)展概述 119
5.2 QForm功能介紹 119
5.2.1 金屬成形 119
5.2.2 模具模擬 120
5.2.3 熱處理及微觀組織 120
5.3 QForm軟件的特點(diǎn) 120
5.3.1 前處理特點(diǎn) 120
5.3.2 求解器特點(diǎn) 121
5.3.3 后處理特點(diǎn) 121
第6章 QForm軟件界面及基本操作 122
6.1 軟件界面 122
6.2 基本操作 123
6.2.1 前處理 123
6.2.2 QDraft：2D幾何編輯器 124
6.2.3 QShape：3D幾何編輯器 132
6.2.4 后處理 150
6.2.5 數(shù)據(jù)庫 155
6.2.6 二次開發(fā) 155
第7章 QForm的二維軸對稱模鍛分析 162
7.1 問題描述 162
7.2 前處理設(shè)置 163
7.2.1 添加新工序
163
7.2.2 幾何 164
7.2.3 工件參數(shù) 164
7.2.4 模具參數(shù) 166
7.2.5 停止條件 168
7.2.6 邊界條件 168
7.2.7 鍛打及模擬參數(shù) 168
7.3 模擬和后處理 169
第8章 多工序問題的二維三維無縫集成
模擬方法及耦合模具分析 170
8.1 問題描述 170
8.2 2D鐓粗工序設(shè)置 172
8.2.1 添加新工序 172
8.2.2 幾何 172
8.2.3 工件參數(shù) 173
8.2.4 模具參數(shù) 173
8.2.5 停止條件 175
8.2.6 邊界條件 176
8.2.7 鍛打及模擬參數(shù) 177
8.2.8 模擬和后處理 177
8.3 3D終鍛工序設(shè)置
178
8.3.1 添加連續(xù)工序 178
8.3.2 幾何 178
8.3.3 工件參數(shù) 179
8.3.4 模具參數(shù) 179
8.3.5 停止條件 179
8.3.6 邊界條件 179
8.3.7 鍛打及模擬參數(shù) 180
8.3.8 模擬和后處理 180

第三部分 典型鍛件工藝過程有限元分析

第9章 發(fā)動機(jī)曲軸鍛造工藝分析 183
9.1 曲軸鍛造工藝 183
9.1.1 曲軸鍛造特點(diǎn) 183
9.1.2 工
藝過程 183
9.2 預(yù)成形設(shè)置 183
9.2.1 添加新工序 183
9.2.2 幾何 184
9.2.3 工件參數(shù) 186
9.2.4 模具參數(shù) 186
9.2.5 停止條件 188
9.2.6 邊界條件 189
9.2.7 鍛打及模擬參數(shù) 190
9.2.8 模擬和后處理 191
9.3 后續(xù)工序設(shè)置 192
9.3.1 預(yù)鍛設(shè)置 193
9.3.2 終鍛設(shè)置 197
9.4 模擬和后處理 198
第10章
汽車鋁合金三角臂鍛造工藝分析 200
10.1 三角臂鍛造工藝 200
10.1.1 三角臂鍛造特點(diǎn) 200
10.1.2 工藝過程 200
10.2 預(yù)成形設(shè)置 200
10.2.1 添加新工序 200
10.2.2
幾何 200
10.2.3 工件參數(shù) 201
10.2.4 模具參數(shù) 202
10.2.5 停止條件 203
10.2.6 邊界條件 203
10.2.7 鍛打及模擬參數(shù) 204
10.3 后續(xù)工序設(shè)置 210
10.3.1 預(yù)鍛設(shè)置
210
10.3.2 終鍛設(shè)置 212
10.4 模擬和后處理 213
第11章 鐵路貨車鉤尾框框體鍛造工藝分析 215
11.1 鉤尾框框體鍛造工藝 215
11.1.1 鉤尾框框體鍛造特點(diǎn) 215
11.1.2
工藝過程 215
11.2 預(yù)成形設(shè)置 215
11.2.1 添加新工序 215
11.2.2 其他參數(shù) 216
11.3 后續(xù)工序設(shè)置 221
11.4 模擬和后處理 224

第四部分 QForm其他
應(yīng)用實(shí)例分析

第12章 自由鍛分析 228
12.1 問題描述 228
12.2 前處理設(shè)置 229
12.3 模擬和后處理 232
第13章 軋制分析 234
13.1 問題描述 234
13.2 前處理設(shè)置
235
13.3 模擬和后處理 237
第14章 輥鍛分析 239
14.1 問題描述 239
14.2 前處理設(shè)置 241
14.3 模擬和后處理 244
第15章 擺碾分析 246
15.1 問題描述 246
15.2 前處理設(shè)置 248
15.3 模擬和后處理 251
第16章 型材擠壓分析 254
16.1 問題描述 254
16.2 前處理設(shè)置 255
16.3 模擬和后處理 259
第17章 熱處理分
析 261
17.1 問題描述 261
17.2 前處理設(shè)置 264
17.3 模擬和后處理 267
第18章 微觀組織分析 269
18.1 問題描述 269
18.2 前處理設(shè)置 270
18.3 模擬和后處
理 271
第19章 環(huán)軋分析 273
19.1 問題描述 273
19.2 前處理設(shè)置 273
19.3 模擬和后處理 277
參考文獻(xiàn) 279

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2. 網(wǎng)絡(luò)工程師5天修煉（適配第6版考綱） [主編　朱小平 施游]
3. 信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師考試32小時(shí)通關(guān)（適用第4版考綱） [薛大龍]
4. 信息系統(tǒng)管理工程師考試32小時(shí)通關(guān)（適配第2版考綱） [薛大龍　劉偉]
5. 土木工程材料檢測實(shí)訓(xùn) [洪曉江 達(dá)則曉麗 錢波]
6. 科技信息檢索與論文寫作實(shí)用教程 [李振華]
7. 傳統(tǒng)山水畫論解讀與實(shí)踐 [陳鈉 著]
8. Python數(shù)據(jù)庫編程 [主編 殷樹友 邢 翀]
9. 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) [主編 袁春萍 朱妮]
10. 嵌入式人工智能技術(shù)應(yīng)用（數(shù)字教材） [主編 胡娜 楊國勇 晏廷榮]
11. Vienna整流器技術(shù) [桂存兵 著]
12. 變頻器與伺服應(yīng)用 [陳剛 葉云飛]
13. 物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [湯琳 李敏]
14. 爐邊夜話——深入淺出話AI [汪建　著]
15. 電商運(yùn)營與管理 [鐘肖英 陳瀟]
16. Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) [主編 姜春磊 陳虹潔]
17. 信息技術(shù)基礎(chǔ)（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
18. 人工智能應(yīng)用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
19. 大學(xué)生職業(yè)發(fā)展與就業(yè)指導(dǎo) [主編　劉志堅(jiān)]
20. 高級辦公應(yīng)用項(xiàng)目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
21. 微信小程序開發(fā)項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
22. 企業(yè)檔案工作實(shí)戰(zhàn)寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
23. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 [主編 唐繼勇 葉坤 孫夢娜]
24. 大學(xué)生創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ) [主編 王麗莉 王 楊]
25. 船舶輔機(jī) [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
26. 大學(xué)生就業(yè)指導(dǎo) [主編 王麗莉 董宴廷]
27. 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)師章節(jié)習(xí)題與考點(diǎn)特訓(xùn) [主編 薛大龍 鄒月平]
28. 高校學(xué)生工作探索與實(shí)踐 [郭亮 著]
29. 大學(xué)生情商管理 [方雄 著]
30. 2023年長沙市會展業(yè)發(fā)展報(bào)告 [主編 周棟良]