2021年, 第46卷, 第11期　
刊出日期：2021-11-25

  

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综述
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  铝锂合金形变热处理工艺研究进展

  李建军, 徐佳辉, 黄亮, 谢冰鑫

  锻压技术. 2021, 46(11): 1-10. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.001

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  形变热处理工艺是铝锂合金力学性能的重要调控方式。介绍了铝锂合金以及形变热处理的发展历程和特点。综述了铝锂合金形变热处理的经典阶段，即固溶淬火、预变形和人工时效阶段。描述了不同阶段下材料的微观组织演变特征及其对材料力学性能的影响，包括过饱和固溶体演变、塑性变形诱导位错演变、位错促进析出相形核、析出相演变模型、材料强韧化机制以及力学模型。介绍了耦合多物理场的形变热处理工艺新发展，但是相关影响机制有待进一步研究，相关的析出相演变模型、时效动力学模型有待进一步完善。最后，针对现有研究提出了后续值得继续深入研究的方向。
锻造
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  汽车轮毂精锻成形工艺与自动化精锻生产线的研发及应用

  冯仪, 余俊, 夏自力, 曾凡宜, 夏巨谌, 邓磊, 王勇, 朱永吉

  锻压技术. 2021, 46(11): 11-17. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.002

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  根据新型汽车前轮毂的功能及结构特点，提出了锻件按精密级设计，以及采用无飞边和小飞边即平面薄飞边两种精锻成形工艺方案，并采用经典塑性成形理论及模锻成形工艺知识对两种工艺方案进行可行性分析；进而采用热力耦合有限元法及Deform-3D软件对两种方案进行模拟验证，包括利用其中的损伤理论及相应的模块对小飞边方案中由圆柱体坯料一次精锻成形为最终锻件的过程进行模拟，研究了5个外突缘内部损伤值分布情况；基于上述研究结果，在综合分析比较的基础上，确定小飞边方案作为生产应用方案并设计了精锻生产线，包括生产流程的确定、设备选型及吨位确定和生产线的平面布置等，最后介绍了生产应用情况及效果。
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  铁路扣件系统金属铁座的多向锻造成形技术

  丁金福, 姚汤伟, 虞晖辉, 虞安娒

  锻压技术. 2021, 46(11): 18-24. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.003

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  为适应高速铁路路段需面临严寒及酷署天气等恶劣环境的要求，研发高强度的轨道扣件系统锻造垫板已迫在眉睫。为实现“以锻代铸”的成形工艺，提出了一种上模“封模锻”、左右插模“对冲压”的多向锻造成形工艺。通过建立物理模型，分析多向锻造的变形力，并运用Forge软件对金属垫板的充型过程进行仿真，模拟金属铁座在锻造过程中的塑性流动、变形力等状况，分析材料流动受阻后可能出现的折叠现象。结果表明：金属铁座在多向锻造成形过程中无折叠现象，理论计算变形力为1033.7 kN，Forge软件模拟变形力约为1000 kN，误差仅为3.3%。通过金属铁座的多向锻造成形技术的研究，为设计高精度复合锻模提供了有利的理论依据，为多向锻造成形工艺提供了有益的借鉴。
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  飞机隔框锻件预锻成形规律及影响因素模拟研究

  钟锐, 魏科, 余鑫波, 林美, 胡康宏

  锻压技术. 2021, 46(11): 25-31. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.004

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  隔框是航空航天飞行器常用的传力及承力结构件，由筋肋、框壁及筋与筋之间的腹板组成，通常需要先预锻成形出满足几何形状和组织性能要求的预制坯，再通过终锻实现结构件成形。基于数值模拟方法，研究了飞机隔框锻件预锻成形过程中的材料流动规律，根据预锻件的结构特点，将其划分为方形区域和圆形区域，并分析了各区域充填和靠模顺序的影响因素。首先建立了隔框锻件预锻成形过程的有限元模型，随后采用简易的圆柱形毛坯分析了材料在型腔中的流动情况，结果表明：因毛坯放置在圆形区域，使得材料充填至方形区域滞后，易导致方形区域充填困难。最后，采用改进的毛坯形状，结合正交试验方法设计了模拟方案，研究了变形速度、摩擦因子、变形温度及毛坯放置位置对于充填影响的显著性以及影响规律，并获得了较优的工艺参数，使充填效果大大提高，不同区域的靠模顺序趋于一致。
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  基于修正Archard磨损理论非标销轴温镦成形模具磨损研究

  杨晓俊, 朱兴龙

  锻压技术. 2021, 46(11): 32-37. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.005

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  针对销轴温镦成形凹模磨损问题，采用有限元分析软件Deform-3D，基于修正Archard磨损理论对非标销轴成形过程进行模拟，从应力分布、成形载荷等多个方面对制件的成形效果和凹模磨损进行模拟分析。以延长模具使用寿命为目标，采用响应面法对成形过程中的关键工艺参数进行优化，得到各参数对凹模磨损的影响规律，确定最优工艺参数为：成形速度为5 mm·s^-1，坯料加热温度为600℃，模具预热温度为280℃。采用优化后的工艺参数组合进行实际试模，制件成形效果良好，同时通过扫描电镜得出模具表面磨损形貌分布，凹模实际磨损与模拟结果基本一致，验证了模拟和优化结果的正确性。
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  基于数值模拟的汽车转向节精密成形工艺

  王冬良, 陈南

  锻压技术. 2021, 46(11): 38-43. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.006

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  汽车转向节结构复杂、工艺设计难度大，因此，在实际锻造过程中易出现材料折叠、局部成形不完整等问题。针对此问题，分析了转向节的成形难点，确定了转向节的成形工艺，并采用有限元分析软件Deform对成形过程中最关键的预锻工序进行了热力耦合数值模拟，从成形过程、成形力大小、锻件温度分布情况，多角度分析了开式预锻与闭式预锻的优劣情况。结果表明：开式预锻的成形力较小，但预锻件存在填充不满的缺陷；闭式预锻的成形力较大，但能获得符合要求的预锻件，且锻件温度分布均匀，质量好。最后，以闭式预锻为基础，进行了终锻模拟试验，证明了成形工艺的可靠性，并通过生产试验进行了验证，实际结果与仿真结果相吻合，获得的转向节成品件的外观良好，质量符合设计要求。
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  基于DEFORM的直齿圆柱齿轮精锻工艺

  卜军伟, 蔡云

  锻压技术. 2021, 46(11): 43-48. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.007

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  为了节约成本、提高材料的利用率、提高产品的质量及生产效率，无飞边模锻工艺的应用越来越广泛，但不免遇到模具承受载荷过大、寿命低的问题。以某直齿圆柱齿轮为研究对象，采用DEFORM-3D软件对其模锻成形过程进行数值模拟，并针对成形力大、模具寿命低的问题，在原工艺基础上提出了采用浮动凹模及孔分流法两种改进工艺，分别分析了锻件的成形规律及模具载荷变化情况。结果表明：改进后的工艺有利于降低模具载荷、提高模具的使用寿命；采用浮动凹模工艺，模具载荷可以降低10%；采用孔分流工艺，模具载荷可以降低25%。
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  成形全过程奥氏体混晶预测模型及其工程应用

  樊璐璐, 刘晓飞, 翟月雯, 张鹏, 莫安军

  锻压技术. 2021, 46(11): 49-61. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.008

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  针对材料热成形过程中奥氏体混晶现象的形成规律与原因，提出一种基于12个微观组织变量的奥氏体混晶预测模型。借助多个微观变量使得模型可详细地描述相区的晶粒尺寸、晶粒分布状态及量化材料奥氏体混晶缺陷程度。模型可预测材料在加工硬化、动态再结晶、亚动态再结晶、静态再结晶、静态晶粒长大5种微观机制下的晶粒演化过程，且5种微观机制的子模型之间可根据宏微观状态自动切换。以某航空300M钢大型锻件为工程应用研究对象，并通过二次开发将预测模型嵌入锻造模拟软件，实现了其锤锻与模锻两种工艺下成形全过程的奥氏体晶粒演化模拟；通过跟踪材料内部关键区域宏/微观变量变化情况，揭示了锻件混晶现象产生的原因和演化规律，为现行锻造工艺优化及后续热处理工艺实施提供了重要依据。
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  车用异形件浮动凹模冷镦工艺分析及模芯结构优化

  李天翔, 张利虎

  锻压技术. 2021, 46(11): 62-67,82. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.009

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  以某车用异形件为研究对象，为解决实际生产中存在的成形力大、模具寿命短、产品填充不饱满、成形质量差等问题，根据零件的结构特征，改进原生产工艺，提出了采用浮动式凹模挤压成形的工艺方案，分析了浮动式凹模结构的工作原理及摩擦力的变化规律。采用CAE分析软件DEFORM-3D对两种工艺的成形过程进行了模拟分析，直观地了解了原生产工艺存在的问题以及改进后工艺改善的程度。基于浮动式凹模结构，以模芯磨损量最小为优化目标，对模芯结构进行优化。最后，分析研究了凸模冷镦速度、凹模圆角对凸模、凹模及模芯承受载荷的影响，对浮动式凹模结构冷镦工艺参数进行了优化。结果表明：采用浮动式凹模结构能够有效地改善原工艺缺陷；采用平底模芯结构能够有效地降低磨损；当凸模冷镦速度为10 mm·s^-1、凹模圆角半径为0.8 mm时，各模具所受载荷最小；利用有限元技术能够有效地解决工艺问题。
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  发动机连杆盖锻造上模使用寿命

  黄河, 王培安, 张迎春, 陆元三

  锻压技术. 2021, 46(11): 68-73. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.010

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  为预测发动机连杆盖锻造上模的使用寿命，结合数值模拟技术﹑响应面法和Archard修正磨损模型，建立了二阶响应面回归分析模型，以上模预热温度﹑上模硬度和摩擦因数为目标参数，对连杆盖上模磨损量进行优化分析。模拟结果表明：回归模型的拟合系数为99.88%。采用响应面法优化后，连杆盖上模最大磨损量的预测值为5.2×10^-6 mm，对应的最优参数组合为上模预热温度为250℃、上模初始硬度为58 HRC、摩擦因数为0.30。以最优参数组合进行数值模拟，得到连杆盖上模最小磨损量为5.31×10^-6 mm。与优化前相比，抗磨损能力提高了6.5%。以0.08 mm作为许用磨损量值，采用响应面模型和数值模拟结果计算得到的连杆盖上模使用寿命分别为15384和15065次，实际生产加工中连杆盖上模使用寿命为15272次，满足生产不小于14500次的要求，磨损量预测准确，模型数据选取合理。
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  铝合金汽车前下摆臂成形工艺的有限元模拟与优化

  殷剑, 黎诚, 金康, 殷佳健, 孙奋丽

  锻压技术. 2021, 46(11): 74-82. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.011

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  针对6082铝合金汽车前下摆臂生产过程中发现的锻件肋部金属汇流缺陷，根据实际生产中的锻造工艺方案与模具建立有限元模型，并设置锻件的初始温度为500℃、摩擦因数为0.4、模具温度为280℃、热交换系数为2 N·（mm·s·℃）^-1，然后对锻造过程进行数值模拟。并对弯曲工序与终锻工序中的温度场、压力场、零件厚度尺寸分布等进行了分析，重点研究了金属汇流缺陷处的金属流动规律，确定了其为折叠缺陷，并提出对模具过渡圆角进行优化的改进措施，将筋和腹板上圆角半径由原来的3 mm增加到8 mm。最后，通过实验验证了该模具优化措施的可行性。
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  飞机用铝合金弯管类接头折叠缺陷分析及预防

  李晓勇, 王富强, 叶丽燕, 刘志刚, 王磊

  锻压技术. 2021, 46(11): 83-90. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.012

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  采用断口分析、工艺分析、调查分析、有限元模拟和试验验证相结合的方法，对某铝合金直角管接头内转角R处产生折叠缺陷的机理和原因进行了分析，并提出了有效的预防措施。结果表明：金属在塑性变形过程中的不合理流动是折叠缺陷产生的根本原因；而棒料直接模锻、模具过渡圆角半径较小、模具型腔光滑度不高和修伤控制不严格等是折叠缺陷产生的直接原因。通过采取增加预锻荒形工序、修整模具和加强修伤控制等工艺优化措施，可以大幅降低直角管接头内转角R处产生折叠缺陷的几率，这也是预防弯管类接头内转角R处产生折叠缺陷的有效措施。
板料成形
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  辊型参数对316L极板连续流道辊压成形的影响

  赵富强, 杨森, 赵小军, 王栋, 崔仁杰

  锻压技术. 2021, 46(11): 91-101. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.013

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  设计了辊压成形工艺制备氢燃料电池金属极板流道的辊型，并对316L不锈钢极板流道进行辊压成形过程的数值模拟，将最大减薄率、最大深度偏差率作为评价指标，分析凸模高度、宽度、拔模角及圆角半径等辊型参数对极板流道成形的深度和厚度的影响规律。结果表明：凸模高度由0.30 mm增加至0.40 mm时，金属极板流道的最大等效应力增大，最大减薄率增大，最大深度偏差率减小；凸模宽度由1.6 mm增加至1.8 mm时，金属极板流道的最大等效应力减小，最大减薄率减小，最大深度偏差率增大；凸模圆角半径由0.15 mm增加至0.25 mm时，金属极板流道各评价指标均减小；凸模拔模角由15°增大至25°时，金属极板流道各评价指标均减小。采用极差分析法发现凸模圆角半径是影响极板流道辊压成形的主要因素，并对不同凸模圆角半径的流道进行了实验验证。
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  纺纱钢丝圈板料冲压工艺参数优化

  雒千, 王俊勃, 马万鹏, 陈宁波, 姜凤阳, 思芳, 雷昌桓

  锻压技术. 2021, 46(11): 102-106. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.014

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  以厚度为0.44 mm的F0型纺纱钢丝圈板料作为研究对象，利用Deform-3D软件对切断间隙、冲压速度以及刃切圆角半径等影响因素在不同参数条件下的冲压过程进行有限元模拟，分析板料断裂全过程。将板料断裂后产生的毛刺长度作为评判断面质量的标准，采用数值模拟与正交实验设计相结合的分析方法，选取最优工艺参数组合。模拟结果表明：切断间隙为8%t、刃切圆角半径为1.5%t、冲压速度为5 mm·s^-1的优化方案下产生的毛刺长度最小。利用新型钢丝圈成形机进行工艺实验验证，获得实验值为0.0186 mm，与模拟最优值0.017 mm之间存在约9.41%的误差，但平均毛刺长度值降低约7%，证明了有限元模拟获得的最优工艺参数组合能有效地降低毛刺长度。
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  5182铝合金引擎盖内板充液成形实验工艺参数优化

  冯瑶, 蔡玉俊, 郭志远, 袁斌先, 陈林, 杨声伟, 孙钢, 于弘喆

  锻压技术. 2021, 46(11): 107-112. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.015

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  以5182铝合金汽车引擎盖内板为例，研究充液成形技术在其成形过程中的应用。根据拉伸实验结果，采用Dynaform对铝合金引擎盖内板充液成形工艺过程进行有限元仿真。通过实验验证，分析实验过程中零件成形后的缺陷形式并提出了相应的解决措施。结果表明，通过调整拉延筋高度、控制液室压力、增加零件润滑等措施，能够解决零件成形过程中的质量缺陷。优化工艺参数后的充液成形制件具有良好的贴模性及较优的表面质量，能够满足设备低吨位要求，最大减薄率小于17.2%，最终经过零件指标检测，成形零件合格。充液成形为汽车铝合金引擎盖内板的大规模生产提供了一种可靠工艺。
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  翼子板成形数值模拟与工艺优化

  蒋磊, 马培兵, 王龙, 李国伟

  锻压技术. 2021, 46(11): 113-123. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.016

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  以汽车翼子板为研究对象，根据零件造型复杂、曲率变化大、外观质量要求高等特点，设计了4道工序的成形工艺方案。利用AutoForm软件对翼子板成形工艺方案进行数值模拟，识别了全工序成形过程中，主棱线滑移、前保安装座面圆角开裂、前保配合部立壁起皱、发动机罩搭接部座面回弹大等潜在缺陷。通过调整冲压方向及压料面来改善主棱线滑移，以增大开裂部位圆角半径来解决开裂，以优化工艺补充面来减少起皱，并借助CATIA软件对回弹量过大的部位进行反向补偿设计以降低回弹。结果表明，成形工艺方案优化后，翼子板在成形过程中未发生滑移、开裂和起皱等缺陷，回弹量也控制在可接受范围内，与数值模拟结果基本一致，证明了数值模拟的可靠性。
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  6014铝合金热冲压中固溶处理工艺的实验研究

  沈智, 周英丽, 金康, 晏建武, 习锦程

  锻压技术. 2021, 46(11): 124-129. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.017

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  以6014铝合金为研究对象，通过单向拉伸实验、显微硬度检测，研究了固溶处理工艺参数对材料抗拉强度、硬度与伸长率的影响规律，并采用响应面分析法拟合二元二次回归方程来表现其函数关系，量化了工艺参数对材料性能的影响；利用XRD分析固溶处理后的铝合金成分、利用扫描电镜观察微观组织、利用EBSD分析晶粒尺寸分布，从微观角度验证了固溶处理工艺对材料力学性能的影响机理；采用多目标优化方法对固溶处理工艺参数进行了优化。结果表明：随着固溶温度的升高与固溶时间的延长，6014铝合金的强度和硬度均先迅速提高，达到峰值后下降；固溶强化是依靠时效过程中析出的第二相粒子Mg₂Si来实现的，当固溶温度过高、固溶时间过长时，晶粒长大导致了强化效果的下降；热冲压中固溶处理最佳工艺参数为固溶温度为530℃、固溶时间为30 min。
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  车辆悬架纵臂冲压工艺的改进花授粉算法优化

  刘宝生, 邓三鹏

  锻压技术. 2021, 46(11): 130-136. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.018

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  为了减小车辆悬架纵臂的冲压减薄率、提高产品的加工合格率，提出了冲压工艺参数的改进花授粉算法优化方法。介绍了悬架纵臂三维模型和冲压成形过程。使用有限元仿真分析了开裂临界状态下的等效应力分布和厚度分布，并确定了开裂危险位置。以减小危险位置减薄率为目标建立了优化模型，选择了上模压力和摩擦因数作为优化参数。使用最优拉丁超立方抽样设计了80组实验，建立了2输入1输出的BP神经网络结构，用于拟合工艺参数与质量参数的非线性关系。对花授粉算法的全局搜索方法进行了改进，提高了算法的搜索能力，利用改进花授粉算法求解优化模型得到了最佳参数组合。经验证，优化后悬架纵臂冲压件危险位置的厚度均值为1.637 mm、标准差为0.091 mm；产品合格率由现行的60%提高到了97%。
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  基于Autoform软件对汽车后背门外板工艺分析及优化

  许晶, 刘宁, 周亮

  锻压技术. 2021, 46(11): 137-142. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.019

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  为了提高材料利用率和降低企业成本，以某A型车后背门外板汽车覆盖件为研究对象，采用Autoform软件对某后背门外板冲压成形的材料利用率进行了分析。首先，通过优化工艺补充面、采用套裁工艺来提高材料利用率；其次，对优化后的套裁复合件的冲压成形性、滑移线及成本进行仿真分析；最后，对经套裁工艺冲压后的实物零件进行分析对比，结果显示调整为套裁冲压工艺的每辆车可以降低成本5.21元，材料利用率提高至49.9%。实验结果验证了套裁工艺的正确性，达到降本增效的目的，同时也验证了材料利用率的高低以及冲压工艺的难易程度均与产品设计阶段关系密切，可为后期新车型在产品设计和生产制造中提供宝贵的应用经验，为企业制造与生产降低成本提供一种验证手段。
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  半球形件冲压工艺的自适应NSGA-Ⅱ算法多目标优化

  范桂杰

  锻压技术. 2021, 46(11): 143-149. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.020

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  为了减小半球形件的冲压能耗和提高冲压件质量，提出了基于自适应NSGA-II算法的冲压工艺多目标优化方法。介绍了半球形件冲压工艺，建立了半球形件的冲压能耗和多目标优化模型。以冲压速度、压边力为优化参数，使用正交实验法设计了2因素4水平正交实验。基于Dynaform软件获得了不同实验条件下的能耗和冲压件起皱情况，使用二阶响应面拟合了目标参数与工艺参数的回归模型。在NSGA-II算法中引入了交叉概率和变异概率随个体适应度的自适应变化方法，从而给出了自适应NSGA-II算法对多目标优化模型的求解方法。经验证，自适应NSGA-II算法搜索的Pareto前沿解优于传统NSGA-II算法的Pareto前沿解。选择一个优化点进行生产验证，经自适应NSGA-II算法优化后，半球形冲压件表面无失稳起皱现象，实际能耗均值与优化值误差仅为0.44%，说明了所建模型的精确性和优化方法的有效性。
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  基于Archard理论的汽车板件热冲压模具磨损分析

  郑小慧

  锻压技术. 2021, 46(11): 150-154. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.021

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  以某汽车板件为研究对象，基于Archard磨损及塑性成形理论，采用DEFORM-3D软件对板件的热冲压成形过程进行了热力耦合仿真，模拟了模具表面的磨损情况。通过分析可知，凹模磨损远大于凸模磨损，寿命较短，并根据模拟结果讨论了影响凹模磨损的关键因素。在保证冲压板件质量及维持凸模磨损的前提下，以降低凹模表面磨损为目标，通过正交试验法研究了各因素对凹模工作表面磨损深度的影响关系并进行了优选。对获得的最优参数组合进行仿真模拟及实际试模，并与优化前结果进行了对比。结果表明，优化后凹模磨损与实际试模结果较为接近，与优化前凹模磨损结果相比得到明显改善。最优参数组合为：模具预热温度为350℃，坯料初始温度为500℃，冲压速度为15 mm·s^-1，凹模硬度为64 HRC。采用有限元仿真技术能够有效地指导设计，降低试模成本。
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  汽车用铝合金结构件冲压模具磨损仿真研究

  吴亮

  锻压技术. 2021, 46(11): 155-159. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.022

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  针对某铝合金结构件冲模磨损严重的问题，基于Archard修正模型，采用DEFORM软件对冲压成形过程进行了数值模拟，直观地了解了制件的成形情况及模具的磨损情况，并分析了影响模具寿命的主要因素；其次，通过正交试验手段，研究了压边力、冲压速度、板料加热温度、模具预热温度对模具磨损影响的显著性，并以模具磨损量最小为目标，获得了最优参数组合；最后，基于最优参数组合，经数值模拟及工艺试验可知，模具磨损与初始工艺相比减小了58.8%，模具寿命预测值与模具寿命实际值的误差仅为2.83%，模拟结果准确可行，有效地降低了试模成本。
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  LF21铝合金盒型零件充液拉深成形极限

  崔丽, 张帅, 赵文华, 杜建宁, 荣旭辉, 袁健富, 张建民, 郎利辉

  锻压技术. 2021, 46(11): 160-167. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.023

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  通过刚性拉深和充液拉深对比试验，研究LF21（3A21）铝合金材料的拉伸极限，解决深盒型零件成形困难的问题。对LF21（3A21）铝合金材料的力学性能及成形工艺进行分析，基于有限元分析，使用试验设备对板料进行拉深试验，使用有限元分析并计算得到LF21铝合金薄壁板的成形极限云图和板料减薄云图，通过所得云图和计算结果以及进一步实践验证得出两者之间的误差，同时进行刚性拉深对比试验，为最后计算零件的拉深比提供了依据，为航空航天飞行器的轻量化研究提供了可靠的技术支持和保证。最后得出厚度为1.8 mm的LF21铝合金材料的充液拉深一次成形的极限拉深比为3.32，为该材料拉深零件的成形方案提供了技术参考。
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  大尺寸多环绕加强内蒙皮橡皮囊成形缺陷控制

  白颖, 钟李欣, 王伟, 张立, 邱晞

  锻压技术. 2021, 46(11): 168-175. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.024

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  针对大尺寸多环绕加强内蒙皮加强筋深度超出铝合金材料一次拉伸变形极限，以及多筋结构成形应力无法释放、成形后回弹大等难题，借助于PAMSTAMP模拟软件建立有限元模型，对不同结构毛坯橡皮囊成形的起皱、破裂等缺陷进行数值分析，研究零件多环绕深筋结构对橡皮囊成形材枓流动的影响规律。结果发现，增加支撑压板辅助装置可有效地控制首道次橡皮囊成形材料厚度减薄率，从而优化毛坯、模具结构和压边力等参数，并通过试验加以验证。结果表明，柔性支撑的多道次橡皮囊成形内蒙皮加工方法减小了薄壁深筋结构材料单次变形极限，提高了传统橡皮囊成形深腔结构的高度极限，解决了落压成形工序繁琐、周期长、起皱严重、表面质量差等瓶颈问题。
管材成形
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  加强筋对薄壁结构件耐冲撞性能的影响

  王鸿鼎, 秦甘霖, 刘洪, 杨文丽

  锻压技术. 2021, 46(11): 176-182. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.025

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  以薄壁结构件为研究对象，在薄壁结构件上添加不同数目的肋板，并采用单因素变量法在薄壁结构件体积、长度以及厚度相同的条件下，对不同肋板数目的薄壁结构件受到轴向、斜向、径向碰撞后的最大总变形、最大总应力和最小安全系数进行分析研究。采用ANSYS的Workbench模块建立有限元模型进行数值模拟计算，并对带有肋板的薄壁结构件进行优化设计，对优化后的薄壁结构件进行最大峰值力、平均峰值碰撞力、碰撞力效率等耐冲撞性能的评价指标的计算，分析了优化后薄壁结构件的耐冲撞性。通过对不同数目的肋板进行研究分析，发现其对薄壁结构件的轴向碰撞的耐冲撞性能的影响很小，但在斜向、径向的耐冲撞性能有显著的改善。
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  基于K-means聚类算法的比例加载路径的优化

  张坤岩, 杨连发, 陈占斌, 宗鹏举

  锻压技术. 2021, 46(11): 183-189,214. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.026

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  为了探索工艺参数对管材液压成形工艺的影响，研究了比例加载。通过理论计算和仿真结合的方法，对TP2铜管进行了管材液压成形，并且对比分析了试验与仿真环境下胀形区的轴向轮廓，以相对误差小于10%作为判断准则，对模型进行验证。通过改变液压力与轴向进给量，观察并分析了环向与轴向流动应力分量的变化，最后采用K-means聚类算法进行优化，实现了比例加载，并得到了该加载路径，其在胀形过程中的应力分量比值R=2.233，误差范围为：-1.46%≤E_i≤1.6%。结果表明，K-means聚类算法优化后的流动应力分量比值的波动范围明显减小，说明该算法可以优化加载路径。
特种成形
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  基于PSO-BP的超声滚挤压轴承套圈表面加工硬化程度预测

  朱其萍, 徐红玉, 王晓强, 刘志飞, 刘东亚

  锻压技术. 2021, 46(11): 190-196. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.027

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  为了提高轴承套圈表面质量、延长轴承使用寿命，对超声滚挤压加工参数与轴承套圈表面加工硬化程度之间的影响规律进行分析。提出采用PSO-BP神经网络模型进行预测，建立以加工过程中4个主要参数为输入、加工硬化程度为输出的神经网络模型，采用粒子群优化算法对BP神经网络模型的权值和阈值进行优化，并对该模型进行了验证。结果表明：采用PSO算法优化的BP神经网络模型可有效地避免网络陷入局部最优的问题，具有更好的泛化能力，预测精度高，预测相对误差在0.5%以内，预测平均绝对百分比误差降低了0.378%。
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  大型铝合金C形截面环轧制过程数值模拟和轧制区成形规律分析

  于华民, 董方, 吴运新, 龚海, 刘磊, 阳代军

  锻压技术. 2021, 46(11): 197-206. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.028

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  以目标外径为Ф2500 mm的C形截面铝合金环件为研究对象，采用Abaqus有限元软件对环件轧制过程进行数值模拟。对2219铝合金材料试样进行热压缩实验，得到不同的应变速率（0.01~10 s^-1）以及温度（350~500℃）条件下材料的真应力-真应变曲线，将其作为模拟实验的材料属性。通过数学建模建立辊系运动控制策略，并以环件外径稳定长大为条件计算了芯辊的进给速度；针对实际轧制过程中出现的前滑现象，修正了锥辊的实时转速；运用Fortran语言对子程序进行二次开发，以控制仿真过程中辊系的运动；在提交运算时调用子程序，由此建立了C形截面环件轧制过程的有限元模型，分析并得出了环件轧制区内部温度场和应力场呈轴向对称分布的特点，以及轴向中部金属横向流动速度较快及环件在第8道次时完全充型等成形规律。
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  棒材三辊孔型自由宽展流动模型

  常彬彬, 帅美荣, 刘鑫

  锻压技术. 2021, 46(11): 207-214. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.029

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  棒材三辊成形具有在短时间内实现控温连轧、在交变应力作用下发生累积大变形的特征，尤其适合于变形温度区间窄、变形抗力高的金属连续成形。金属塑性形变规律的研究对于连续轧制稳定性、产品精确成形和优异综合性能具有重要影响。通过数值模拟研究TC4钛合金棒材在三辊连轧过程中金属塑性应变和辊缝区域金属流动的规律，结合孔型宽展计算公式，进一步完善构建不同孔型系统辊缝区域金属质点的自由宽展流动模型，从而能够精确表征变形体的几何轮廓和出口横断面积。并在三辊轧机上进行TC4钛合金棒材连轧试验，获取的试验样品尺寸精度检测结果与模拟结果吻合较好。因此，建立的自由宽展流动模型有效地提高了棒材连轧成形的稳定性和成材率，为高性能材料制备提供理论依据。
装备与成套技术
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  自由锻锤自动化控制技术

  陈柏金, 张连华, 马海军, 谢朝阳, 颜笑鹏

  锻压技术. 2021, 46(11): 215-218. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.030

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  通过对液气自由锻锤和全液压自由锻锤的主控阀特点及其控制原理进行分析，提出了采用电液伺服控制系统替代目前使用的机械杠杆机构操纵手动随动滑阀系统，实现了自由锻锤的动作控制及远程控制；增加锤头位置检测传感器，实现了自由锻锤的自动控制。通过AMESim仿真软件，对3种不同伺服油缸组成的电液伺服控制系统的响应特性与工作特性进行了研究，并在8 t全液压自由锻锤上进行应用，改善了锻锤生产条件、降低了劳动强度，实现了自由锻锤生产过程的自动化。
模具
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  多弯角电机支架多工位级进模设计

  王可胜, 廖生温, 吕德明

  锻压技术. 2021, 46(11): 219-224. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.031

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  根据多弯角电机支架的结构特点和工艺分析，利用二次开发的CAD软件优化料带的排样，获得了料宽方向少废料、送料方向无废料的排样方式，确定了采用15工位级进模来进行制件成形的冲压工艺方案。设计了料带的π型浮升机构，即在两个浮动托块之间架起一根圆棒，圆棒在下模板上的避位槽深度稍大于圆棒直径，无需加工很深的避位槽，提高了下模板的强度；给出了自锁滑块机构，该机构包含动滑块和静滑块，成形后动滑块斜向上方滑行一段距离后自锁，滑行的横向距离大于动滑块下方的凸包高度，实现了料带向上无障碍运动；探讨了侧向成形机构，该机构的滑块行程较长，避免了因其他机构滑行距离短而造成的成形缺陷。试冲结果表明，多弯角电机支架多工位级进模结构紧凑，工艺设计合理，能满足零件尺寸精度和生产批量的要求。
材料与成形性能
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  冲击载荷下中碳低合金钢的动态力学性能与J-C本构模型的改进

  黄东英, 徐亮, 刘晓红

  锻压技术. 2021, 46(11): 225-230. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.032

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  对淬火和高温回火的中碳低合金钢进行准静态室温拉伸实验以及不同应变速率下的室温冲击压缩实验，发现中碳低合金钢具有明显的应变速率敏感效应与增塑效应。为了建立能真实反映中碳低合金钢在较强冲击载荷下塑性变形特征的本构模型，通过引进绝热温升热软化项，以及修正应变速率敏感系数来改进传统的Johnson-Cook （J-C）本构模型，并采用多变量线性拟合与遗传算法（GA）求解模型参数。结果显示：在不同应变速率下，改进的J-C本构模型结果与实验结果吻合效果较好。表明改进的J-C本构模型可以很好地描述中碳低合金钢在动态冲击载荷下的力学行为，为工程中采用数值模拟方法研究中碳低合金钢的动态力学行为提供理论参考。
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  先进高强度钢板成形性能评价方法的适用性分析

  连昌伟, 林建平, 牛超

  锻压技术. 2021, 46(11): 231-237,259. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.033

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  应用高强度钢和超高强度钢成为汽车减重和提高安全性的主要技术解决方案。不同组织特性和变形特征的先进高强钢，其成形性能的评价更为复杂。通过实验和理论分析验证现有成形性能评价方法对先进高强度钢的适用性。选取汽车行业应用广泛的先进高强度钢，包括双相钢、复相钢、淬火延性钢和高成形性双相钢等，进行应变硬化指数、成形极限曲线和扩孔率等常规成形性能评价方法的检测和数据分析，发现由于先进高强度钢的复杂应变硬化特性，不能采用单一的应变硬化指数或成形极限图来表征其应变均化和极限成形能力，标准的扩孔率方法不能反映材料边部成形质量的敏感性。提出并讨论了新的成形能力评价指标及体系，用于更准确地对比先进高强度钢的成形性能，为材料评价和零件选择提供参考。
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  形变和固态相变耦合DP800钢材料的晶粒细化

  赵茂俞, 黄晓峰, 黄波, 蒋克荣, 蒙争争

  锻压技术. 2021, 46(11): 238-243. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.034

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  金属材料的晶粒尺寸和均匀分布会显著影响材料的力学性能，而形变和固态相变耦合能够有效地细化DP800（Dual Phase）钢材料的晶粒。结合加载形变冷却耦合工艺，研究了合理的加热、保温工艺参数来细化晶粒。在临界温度为740℃时，DP800钢材料发生固态相变，在该温度下的保温时间分别设定为10、12、14、16和18 min。将加热保温处理后的试样放入模具内，通过丝杠-螺母装置对试样进行刚性加压，使试样发生形变。然后，在保压状态下自然冷却试样，通过形变和固态相变耦合，细化DP800钢材料的晶粒。在此基础上，观察试样的微观结构形貌、测试试样的力学性能，试样的微观组织为铁素体和马氏体，其晶粒细小、均匀分布。最终获得了最佳的热处理工艺参数，并与原材料试样对比，经形变和相变耦合处理的DP800钢材料的屈服强度降低了70 MPa，抗拉强度提高了225 MPa，伸长率提高了4.8%，表明其力学性能和塑性成形性获得了显著提高。
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  钒钛微合金化对建筑用钢成形性能的影响

  魏杰, 赵丽丽

  锻压技术. 2021, 46(11): 244-249. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.035

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  在Q235建筑用钢中复合添加不同含量的合金元素钒和钛，并进行了准静态拉伸试验、杯突试验、扩孔试验以及显微组织分析。结果表明：复合添加适量的合金元素钒和钛，可以明显改善合金内部组织、提高合金拉伸性能、胀形成形性能和冲压成形性能。合金元素含量过低或过高，均不利于钢板试样获得理想的内部组织和成形性能。与不添加合金元素的Q235建筑用钢相比，当复合添加0.15% V和0.1% Ti时钢的抗拉强度增大了33 MPa、屈服强度增大了35 MPa、断后伸长率增大了2.3%、应变硬化指数增大了0.078、杯突值增大了2.2、扩孔率增大了26.1%。
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  铸态镍基高温合金GH4698热变形行为

  王岩, 谷宇, 王珏, 李吉东

  锻压技术. 2021, 46(11): 250-254. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.036

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  采用热模拟等研究方法，对不同变形工艺条件下的铸态镍基高温合金GH4698的热变形行为开展了研究，结果表明：在本实验温度范围内，随着变形温度的升高，合金发生完全动态再结晶所需变形量降低；当应变速率为1 s^-1时，由1000℃下的真应变量0.2（变形量为17%）降低至1200℃下的真应变量0.08（变形量为7%）；在高应变速率条件下表现出“加工硬化”、“加工硬化+动态回复”、“加工硬化+动态再结晶”3个阶段的典型特征；在变形温度较高及低应变速率条件下，热激活充足，慢速变形有利于原子扩散与晶界迁移；由应力-应变曲线可知，合金具有较高的变形抗力，通过本构方程计算获得的合金热变形激活能为425 kJ。
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  RE对真空感应熔炼热轧SA516Gr70钢拉伸和冲击性能的影响

  吴立凡, 李涛

  锻压技术. 2021, 46(11): 255-259. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.037

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  为了提高SA516Gr70结构钢的力学性能，通过添加稀土元素RE （质量分数为0.000%，0.006%和0.012%）的方式来改善其力学强度。通过实验测试的手段比较了3组不同条件下制得的钢材试样的拉伸与冲击性能的差异性。研究结果表明：试样中主要存在铁素体与珠光体两种成分。添加RE后，中心区域形成了更多的等轴晶组织，减小了SA516Gr70钢的晶粒尺寸、提升了力学强度。RE类夹杂物可以成为α-Fe相的异质形核点，制得由更细小晶粒组成的SA516Gr70钢。在钢材内加入RE能够使SA516Gr70钢获得更高拉伸强度和抗冲击能力。RE添加量增加至0.012%时，钢材的拉伸强度与屈服强度分别增大至592与516 MPa，-40℃环境中的冲击吸收功提高了8.3%，处于-60℃下的冲击吸收功提高了13.8%。随着RE添加量的增加，断口韧窝的深度也显著提高，表现为明显的韧性断裂，产生明显的塑性变形。
理论与实验研究
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  锻态42CrMo钢高温变形过程中本构模型修正及激活能演化

  陈园园, 齐会萍, 李永堂, 庞晓龙

  锻压技术. 2021, 46(11): 260-269. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.038

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  采用Gleeble-3500D热模拟试验机，对锻态42CrMo钢进行高温压缩试验，试验变形温度为1123、1223和1323 K，试验应变速率为0.01、0.1、1和5 s^-1，采集到流动应力-应变曲线。试验结果显示，该材料的流动应力同时受到应变、应变速率及变形温度的影响。借助Arrhenius本构模型，考虑应变、应变速率和变形温度对锻态42CrMo钢不同材料参数的影响，将应变、应变速率和变形温度的影响纳入本构方程，建立考虑应变、应变速率和变形温度的锻态42CrMo钢本构模型，并对传统本构方程进行修正。通过对比试验和预测流动应力，对该模型的适用性进行了评价，得到R和ARRE值分别为0.9926和3.54%，并将该修正的本构模型的精度与前人本构模型精度进行对比，发现修正的本构模型的精度明显更高，说明考虑应变、应变速率和变形温度的本构模型能够更准确、更全面地预测该材料的流动应力。而且不同变形条件下的激活能随着变形温度的升高先降低后升高，随着应变速率的升高先升高后降低，同时激活能受到应变和应变速率耦合效应的影响。
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  基于Deform宽板弯曲应力中性层位置的数值分析及模拟

  金敦水, 董途

  锻压技术. 2021, 46(11): 270-274. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.039

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  为了确定宽板弯曲变形过程中应力中性层位置、提高弯曲件的成形精度，通过对宽板弯曲时其截面微元体的受力情况进行分析，采用经典的力学分析假设建立了微分方程，确定了应力中性层位置和相对弯曲半径以及变薄系数之间的数学关系，发现了宽板在弹塑性弯曲变形过程中，应力中性层位置向板材内层移动，同时，应力中性层位置与中宽板中心层位置之差随着弯矩的增大而增大，通过Deform软件和弯曲模具设计实验，验证了理论研究结果，弯曲件工艺设计中可根据材料的变形程度得到变薄系数和内移系数的取值范围，进而指导实际生产。
计算机应用
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  CATIA中飞机钣金新淬火材料参数库的开发

  张凌云, 石绍秋, 王京, 许娈, 李长庆

  锻压技术. 2021, 46(11): 275-280. https://doi.org/10.13330/j.issn.1000-3940.2021.12.040

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  为解决飞机钣金零件在数字化设计生产中存在的新淬火铝合金板料力学性能参数匮乏的问题，为飞机钣金件的工艺设计和工艺仿真提供数据支持，通过进行新淬火状态铝合金板料的力学性能试验获取材料性能参数，将参数在Access数据库环境下保存，运用Visual C++中ADO数据库访问技术建立起Access材料数据库与CATIA中材料参数选择模块的连接，实现CATIA对新淬火铝合金板料力学性能参数的自动调取。该数据库的建立可为基于CAA的CATIA二次开发获得的飞机钣金橡皮囊成形模具自动补偿系统提供材料数据，使系统准确地进行回弹补偿模拟，简化了模具数字化设计与修整流程，对于提高飞机钣金件的制造精度和节约成本起到促进作用。