2017年, 第24卷, 第3期 
刊出日期:2017-06-28
  

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  • 李光耀, 陈乾, 蒋浩, 张旭, 崔俊佳
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.001
    摘要 ( 145 ) PDF全文 ( 18 )   可视化   收藏
    磁脉冲铆接技术具有高加载速率、稳定干涉配合量等优势,广泛应用于航空、航天领域。以汽车车架装配潜在技术需求为背景,重点分析了螺栓连接结构(螺接结构)和磁脉冲铆接结构(铆接结构)的抗剪切强度和疲劳寿命,用以研究铆接结构代替螺接结构的可行性。研究结果表明铆接结构的剪切强度比铆钉原始强度提升14%。剪切断裂位置位于铆接板交界面,而疲劳断裂位置在半圆头与钉杆交界处;断口微观组织分析表明铆接结构剪切断面和疲劳断面均存在沿剪切方向拉长的塑性韧窝。磁脉冲铆接结构较螺接结构,抗剪切性能提高了38.5%,而疲劳寿命高于螺接3.65倍以上。单纯从紧固件价格方面对比,采用磁脉冲铆接技术可节省42%,而从紧固件重量和制孔去料重量方面对比,净减重量高达67%。
  • 赵宁, 张运军, 陈天赋, 占克勤, 余国林, 兰箭
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 7-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.002
    摘要 ( 108 ) PDF全文 ( 15 )   可视化   收藏
    V5型转向节为“孔-盘-(耳-)臂”结构,是用于汽车转向驱动桥的汽车底盘类零件中重要的保安件,生产过程中容易在臂部产生裂纹,造成经济损失。对典型V5型转向节臂部裂纹件进行宏观形貌观察、化学成分检测和低倍酸腐蚀处理;同时建立模锻成形过程有限元模型,重点分析变形量较大的预锻成形过程中工件温度、金属流向、应力和应变的变化过程。得出转向节开裂原因为:淬火过程中温降速率过大、成形过程中拉压应力共同作用。通过将原淬火工序中使用的淬火介质水+PAG(水基淬火剂TWZ)更换为淬火油的改进措施,降低了淬火工序的锻件温降速率,有效的控制典型V5型转向节生产过程中臂部裂纹的锻件数量。
  • 李群, 殷忠晴, 赵石岩, 金淼
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 13-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.003
    摘要 ( 151 ) PDF全文 ( 16 )   可视化   收藏
    高强钢板通过拉深筋后会出现塑性降低、提前破裂问题,严重影响板材后续成形,因此进行冲压模具设计时不能忽视高强钢板变形不同阶段成形性能的变化。利用正交试验研究了拉深筋结构参数对DP590高强钢板后续成形性能的影响,通过方差分析揭示了各因素对指标的影响规律,结合试验数据回归分析方法,建立了拉深筋阻力、DP590板后续成形性能与拉深筋结构参数对应关系的预测方程,根据预测方程及方差分析结果,总结了DP590高强钢板的拉深筋结构参数设计原则,为DP590高强钢冲压成形质量控制、工艺调整及有限元数值模拟计算中等效拉深筋的设置提供了参考依据。
  • 吕凤工, 黄遐, 曾元松, 王明涛
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 19-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.004
    摘要 ( 155 ) PDF全文 ( 14 )   可视化   收藏
    基于7B04铝合金165℃单轴拉伸蠕变试验数据,拟合得到时间硬化本构方程,利用有限元软件ABAQUS对带筋构件的蠕变时效成形过程进行数值模拟,分析筋条的变形规律,并进行验证试验和性能研究。结果表明:筋条的塑性变形有效减小蒙皮的回弹,和蠕变变形共同决定构件外形;数值模拟与试验结果吻合较好,构件95%外形区域的绝对偏差值≤0.50 mm;构件的筋条强度高于蒙皮强度,与无应力时效相比,构件的伸长率降低,电导率升高;应力松弛试样的性能和筋条的性能相近,可以进行等效表征。
  • 张凌云, 孟伟琪, 范作鹏
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 25-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.005
    摘要 ( 86 ) PDF全文 ( 15 )   可视化   收藏
    针对飞机凸翻边零件橡皮成形的起皱问题,利用PAMSTAMP2G软件对凸翻边零件的橡皮成形进行了有限元数值模拟研究。分析了摩擦系数、加载速率以及橡皮硬度对起皱的影响,得到不同的模拟结果及成形参数。采取增加侧压块的方法,通过一系列的正交模拟得出了侧压块的外形设计的参数依据。综合试验和模拟的结果,表明侧压块方法对起皱控制是可行的。
  • 胡晓, 刁可山, 李雷
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 31-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.006
    摘要 ( 394 ) PDF全文 ( 56 )   可视化   收藏
    以某铝制发动机罩的冲压成形过程为研究对象,分别基于Dynaform和Autoform模拟计算平台建立了相应的全工序有限元模型,并围绕铝板的冲压成形和回弹预测两方面的内容对以上两种软件模拟结果的差异展开了研究和讨论。结果表明:在进行拉延成形性分析时,两种软件所得模拟结果相似,与Autoform相比,Dynaform对壁厚减薄的计算更加精确;在进行回弹预测时,基于现有的白光扫描结果可知,Autoform对拉延后的回弹预测有较高精度,而Dynaform对翻边后的回弹预测有较高精度。
  • 薛克敏, 孙大智, 李萍
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 36-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.007
    摘要 ( 204 ) PDF全文 ( 16 )   可视化   收藏
    利用ABAQUS软件建立桥壳液压胀形工艺的有限元模型,对汽车桥壳的预胀形和终胀形过程进行了数值模拟,并分析了不同的加载路径对桥壳成形的影响规律。模拟结果表明:预胀形阶段,胀形压力保持30 MPa不变,管坯发生轻度失稳形成三鼓形样件,合模后胀形压力增大至60 MPa,内凹部分贴模得到较好壁厚分布的预胀形管坯;终胀形初期,胀形压力保持20 MPa不变,轴向进给量达到30 mm后快速增大至120 MPa,可以成形出合格的样件。采用Q345B无缝钢管进行物理实验,获得了符合尺寸要求的桥壳样件,验证了数值模拟的可靠性。
  • 王乙法, 余伟, 轩康乐, 李明辉
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 43-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.008
    摘要 ( 146 ) PDF全文 ( 19 )   可视化   收藏
    通过建立X70管线钢钢卷冷却过程中的有限元模型,考虑相变潜热的影响,先由初始的温度场求出层间压缩压力,进而根据层间压力值求出径向导热系数,然后再把得到的径向导热系数代入温度场,如此反复迭代求得钢卷在冷却过程中的温降曲线和层间压力值。结果表明:钢卷冷却过程中,钢卷层间压力的变化趋势为先增加后逐渐减小为零;沿钢卷轴向方向上,层间压力在端面处较小,中心部位相对较大;沿钢卷径向方向上,层间压力在近内径壁处较大,近外径壁处较小。
  • 王冲, 王胜昆, 徐书根
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 50-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.009
    摘要 ( 86 ) PDF全文 ( 18 )   可视化   收藏
    实现井眼等直径钻井是膨胀管技术的终极目标,而套管之间的螺纹连接处为其膨胀成形过程中最危险的部位,应重点关注。以孪生诱发塑性(TWIP)钢为研究对象,利用有限元软件ABAQUS模拟了不同温度下螺纹接头的膨胀成形过程,分析了成形过程中膨胀力、Mises应力和三向应力的演化情况,并对成形后螺纹接头的残余应力做出了分析。结果表明,随着温度的增加,螺纹接头所需膨胀力逐渐减小;螺纹接头成形过程中径向应力和轴向应力以压应力为主,环向应力以拉应力为主;螺纹接头成形过程中以及成形后,随着温度增加,Mises应力峰值与抗拉强度之差逐渐变小,螺纹接头越容易失效。
  • 薛勇, 吴耀金, 杨治辉, 张治民, 齐红娜
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 57-61,127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.010
    摘要 ( 117 ) PDF全文 ( 19 )   可视化   收藏
    采用循环扩挤(cyclic expansion-extrusion,CEE)变形工艺挤压AZ80镁合金并借助金相组织观察、拉伸性能测试和EBSD研究了多道次挤压对该合金的组织与性能影响。结果表明:AZ80镁合金经过CEE变形后,晶粒的尺寸随着挤压道次的增加而减小,4道次挤压后,晶粒尺寸细化至2 μm,整体分布均匀且呈等轴晶,但是晶粒的细化程度并不是一直随挤压道次的增加而提高,2道次挤压后,随着挤压道次的增加,晶粒的细化程度减慢;镁合金CEE变形后的抗拉强度、屈服强度和伸长率均随挤压道次的增加而不断提高;CEE变形的细化机制是连续动态再结晶。
  • 袁大庆, 董洪波, 徐远刚, 周盛武, 姜智勇
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 62-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.011
    摘要 ( 93 ) PDF全文 ( 17 )   可视化   收藏
    分析对比了一步与两步超塑成形法对未经特殊细化的TC21钛合金超塑性和显微组织的影响。研究结果表明:在变形温度为870~930℃范围内,两步超塑成形伸长率明显好于一步超塑成形。在变形温度为870℃,第1步和第2步应变速率均为3.3×10-4 s-1,预应变量为50%,间隙保温时间为20 min时,两步超塑成形的伸长率达到最大值为438.60%,和恒应变速率的一步超塑成形相比,伸长率提高了74.72%。真应力-应变曲线表明:两步超塑成形时,第2步开始时的应力明显小于第1步结束时的应力,第1步变形对金属产生了一定的软化作用。显微组织显示:动态再结晶一直伴随着整个两步超塑性变形过程,再结晶行为的发生为塑性变形提供了细小等轴组织,有利于该合金超塑性的提高。
  • 张双杰, 李云匣, 马世博, 闫华军, 毛浩恩
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 69-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.012
    摘要 ( 102 ) PDF全文 ( 22 )   可视化   收藏
    影响金属快速剪切挤压连接板料变形的参数较多,精确建立参数与变形质量之间的关系比较困难。采用工艺实验结合数值模拟的方法分析了单参数变化对板料变形形态的影响,得到了搭接量(B)、压下量(L)、刃口宽(A)、刃口倾角(α)等关键参数对变形形态的影响规律。借助有限元数值模拟软件进行了正交实验模拟,得到了最优的参数组合,通过多元线性回归,得到了关键参数与分析指标间的数学模型。并通过实验验证了数学模型的正确性。
  • 夏显明, 谢瑞, 薛克敏, 李萍
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 78-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.013
    摘要 ( 108 ) PDF全文 ( 14 )   可视化   收藏
    在350℃下,对挤压态ZK60镁合金分别进行1、4、8道次的往复挤压变形(CEC)。利用金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)观察往复挤压前后ZK60镁合金的微观组织,利用X射线衍射仪(XRD)分析变形前后晶面取向变化,在万能拉伸试验机上测试变形前后镁合金的力学性能,并利用扫描电镜(SEM)观察拉伸断口形貌。往复挤压后的检测结果表明,挤压态ZK60镁合金晶粒显著细化,晶粒尺寸分布较均匀,随着挤压道次增多,晶粒尺寸逐渐减小;1道次变形后组织内产生了大量晶格缺陷,出现了大角度晶界,第二相粒子分布在晶粒内部和晶界上;各晶面衍射峰增强,拉伸断口内存在大量基体撕裂棱和明显的韧窝分布;ZK60镁合金的力学性能变化较大,随着挤压道次增多,伸长率大幅提高,抗拉强度小幅增大,而屈服强度降低。
  • 张学奇, 董万鹏, 葛力华, 张立艳, 薛丹丹
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 84-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.014
    摘要 ( 110 ) PDF全文 ( 16 )   可视化   收藏
    以农用机械传动部件“流转插头”为例,利用DEFORM-3D软件对挤压成形过程进行分析,揭示了该类316L不锈钢锻件的热锻造成形载荷和热磨损的变化规律。基于正交试验法全面分析了坯料初始温度、模具初始温度、打击速度、模具硬度对成形载荷和模具磨损深度的影响规律。结果表明:4组因素中,打击速度对成形载荷的影响最大,模具硬度对模具磨损深度的影响最大;综合考虑4个因素的模拟结果确定了最优方案,即坯料初始温度为1150℃、模具初始温度为250℃、打击速度为0.3 m·s-1、模具硬度为62HRC。实际生产发现,按照最优方案中的初始温度和打击速度能够生产出质量合格的锻件。
  • 王华毕, 魏目青, 徐旺丁
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 90-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.015
    摘要 ( 82 ) PDF全文 ( 15 )   可视化   收藏
    利用有限元软件ANSYS/workbench,以平缓曲面零件为例,模拟零件单点渐进成过程,研究了优化方法中增量角度Δθ对零件厚度、成形精度、等效应变等方面的影响,并与传统固定增量步长方法进行对比。结果表明:加工层数相同时,优化方法更有助于提高板厚,且零件壁厚随着增量角度Δθ的增加而增加;优化方法较明显的提高了零件底部成形精度,无论增量角度Δθ取值多少,零件底部都能充分成形,与实验结果相吻合;加工层数相同时,在相同区域优化方法导致的板料等效应变大于固定增量步长成形方法,Δθ越小应变越均匀,但两种方法最终的等效应变趋于一致。
  • 王飞, 陈福龙, 韩秀全, 盖鹏涛
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 96-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.016
    摘要 ( 72 ) PDF全文 ( 13 )   可视化   收藏
    对超塑变形前后TC4钛合金激光叠焊接头的微观组织进行观察与分析。结果表明:在超塑变形过程中,焊缝的马氏体针状组织转变为层片状,变形过程中层片状组织被打断,超塑变形温度越高,层片状组织越碎化;超塑性变形应变速率对钛合金显微组织有重要影响,随着应变速率减小,母材α相的数量减小,而晶间β相数量逐渐增加,且两相都有等轴化趋势,但由于应变速率的减小,使得晶粒有一定程度长大;TC4钛合金激光焊焊缝组织由原始针状组织逐渐发展为层片状组织是超塑变形过程中激光焊焊缝剪切应力、相转变以及变形过程中动态再结晶等因素共同作用的结果。
  • 刘国凯, 唐季平, 瞿方, 周敏, 李萍, 薛克敏
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 102-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.017
    摘要 ( 182 ) PDF全文 ( 20 )   可视化   收藏
    针对硅油减震器外壳成形,提出整体式四道次旋压新工艺方案,对每道次进行有限元建模并模拟,分析旋压过程中存在的失稳、塌角等问题,确定了以对称旋轮及带外缘“刚端”坯料的形式进行内筒铲旋的方案来消除缺陷。从实际生产效率及效益角度考虑,外筒壁三道次旋压翻边均采用单旋轮并以90°均布在一台机床上,减少每道次变形程度,降低成形载荷。以模拟结果为基础,开展了内筒与外筒旋压实验,验证了新工艺方案的可行性,最终得到成形良好的工件。
  • 余凯, 程和法, 陈文琳, 熊飞, 刘凯
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 109-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.018
    摘要 ( 142 ) PDF全文 ( 18 )   可视化   收藏
    利用有限元模拟软件和实物验证,研究了扭力梁热成形过程中的温度场、微观组织和硬度的变化关系。研究表明:零件的截面形状对成形后零件的温度场分布有直接影响,截面形状差异会造成不同区域与模具接触程度有差异,成形结束后不同区域温度分布也不同;扭力梁不同区域的温度冷却速度有差异,造成不同区域微观组织呈现不同形式,且平均冷却速率与硬度值成正相关关系;热成形后,零件微观组织主要为马氏体组织;部分区域成形时内部会有空腔,坯料与模具接触不紧密,淬火不充分,瞬时冷却速度低,会发生贝氏体和铁素体转变,整个零件呈现典型的高硬度区和低硬度区分布。
  • 庞玉华, 米娇娇, 刘东, 庄博
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 115-120. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.019
    摘要 ( 118 ) PDF全文 ( 18 )   可视化   收藏
    针对凸轮常见生产方法存在的材料利用率过低、产量低、生产周期长等问题,尝试了轧制成形工艺。基于DEFORM刚塑性有限元法建立了凸轮轧槽不变,只改变辊缝的多道次轧制过程的三维有限元模型。模拟分析总延伸系数不同时轧件的孔型充满度,确定出最佳轧制道次为2;分析坯料直径不同时轧件的孔型充满度及变形均匀性,确定出最佳坯料直径为Φ 72 mm。在Ф 160 mm×200 mm两辊轧机上验证了在最佳轧制道次和坯料直径下,40Cr凸轮的轧槽不变轧制成形工艺。实验得到轧件横截面组织分布与模拟应变分布规律一致,证明了模拟结果的准确性。
  • 董永刚, 骆国玲, 宋剑锋, 史卫
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 121-127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.020
    摘要 ( 147 ) PDF全文 ( 16 )   可视化   收藏
    为了得到冷轧过程中组合式支承辊过盈配合面微动滑移轴向和切向分布规律,利用ABAQUS软件对组合式支承辊冷轧过程进行仿真,并结合EXCEL和MATLAB软件得到整个过盈配合面不同位置处轴向微动滑移、切向微动滑移分布图以及过盈配合面微动滑移轨迹图。结果表明:在整个过盈配合面上,轴向和切向微动滑移分布都不均匀;支承辊辊身中部过盈配合面的轴向相对滑移量为零,越靠近辊端轴向微动滑移量越大;切向滑移量在过盈配合面压扁区中部和过盈配合面顶部为零,在压扁区和非压扁区临界位置处切向微动滑移达到最大值,在关于压扁区对称的区域上切向滑移量大小相等,方向相反。
  • 董志奎, 孙建亮, 毕雪峰, 邱丑武, 刘建静
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 128-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.021
    摘要 ( 125 ) PDF全文 ( 15 )   可视化   收藏
    提出了大型筒节轧后喷淋冷却方法,并设计了喷淋冷却装置;基于ABAQUS软件对大型筒节轧后喷淋冷却过程进行温度场模拟,结果表明喷淋冷却后筒节表面和心部温差小、温度场分布均匀,喷淋冷却筒节平均冷速可达到10℃·s-1。实验研究了筒节材料2.25Cr1Mo0.25V钢的动态CCT曲线和不同形变-冷却工艺下筒节的微观组织,结果表明当平均冷速为10℃·s-1时,冷却后组织主要为贝氏体组织,且随着变形温度的降低,贝氏体的条束状组织特征越明显,增加变形时的形变量,组织中条片状结构含量增多,相应的晶界逐渐明显。
  • 白振华, 宋和川, 侯彬, 刘云峰, 赵伟泉, 王松尧
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 135-141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.022
    摘要 ( 158 ) PDF全文 ( 14 )   可视化   收藏
    针对冷轧机组升降速过程轧制压力波动较大的问题,充分考虑到冷轧机组的设备与工艺特点,在分析了冷轧机组轧制速度与轧制压力关系及其影响因素的基础上,提出一套冷轧机组升降速过程轧制压力变化模型,定量分析了不同轧制工艺和润滑工艺等条件下轧制压力随着轧制速度的变化,并给出轧制压力波动的控制策略,最后将相关理论应用到生产实践,开发出了一套《冷轧机组升降速过程轧制压力变化模型预报软件》,实现了现场对升降速过程轧制压力变化的预报。
  • 魏宝民, 侯彬, 王松尧, 赵伟泉, 刘硕杨, 白振华
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 142-147. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.023
    摘要 ( 144 ) PDF全文 ( 19 )   可视化   收藏
    针对某钢铁公司连退双机架湿平整机组生产R2级表面镀锡板工作辊表面粗糙度衰减速度快、轧制公里数偏低的问题,充分考虑到连退双机架湿平整机组的设备与工艺特点,从轧制工艺、轧辊使用工艺两方面深入分析了问题产生的原因,通过优化1#及2#机架工作辊原始表面粗糙度及伸长率分配系数建立了一套工作辊表面粗糙度衰减控制模型,并将模型应用到生产实践,大大降低了工作辊表面粗糙度的衰减速度,提高了轧制公里数,为企业创造了较大的经济效益。
  • 呼子宇, 杨景明, 侯新培, 杨波, 王亚超
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 148-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.024
    摘要 ( 118 ) PDF全文 ( 16 )   可视化   收藏
    针对河北某钢厂连铸连轧生产线的批量调度问题,选取宽度、厚度及硬度作为跳跃惩罚函数,以最小跳跃惩罚、最大轧制距离和最小空闲惩罚作为优化目标,建立热轧批量计划多目标模型。为避免轧制计划目标函数的数量级不同引起的加权系数选取困难,将热连轧批量计划问题转化为多目标优化问题,并采用自适应离散差分进化算法进行优化。引入了考虑偏好信息的最优解选取方法,为工厂生产提供多样化的解决方案。通过离散差分进化算法优化后的批量计划,减少了热轧批量计划中的宽度、硬度、厚度跳跃,有助于提高生产效率。
  • 金福生, 孙登月, 许石民
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 154-159,165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.025
    摘要 ( 157 ) PDF全文 ( 308 )   可视化   收藏
    二辊矫直机在辊形曲线确定后,通常通过调整矫直辊的安装角度来实现不同直径棒材的矫直。针对矫直辊的安装角度调整原则问题,运用大型非线性有限元软件ABAQUS建立二辊矫直的弹塑性有限元模型,模拟了大直径棒材二辊矫直过程,比较分析了在不同矫直辊安装角度的情况下,棒材矫后的直线偏差、残余应力、等效塑性应变以及矫直过程中的矫直力,综合得出了矫直辊安装角度的调整原则。根据获得的调整原则进行了实际实验验证,实验结果与有限元分析结论相吻合。
  • 陈赛, 张彦敏, 宋克兴, 杨少丹, 龙伟民, 陈阳
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 160-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.026
    摘要 ( 103 ) PDF全文 ( 14 )   可视化   收藏
    针对5CrMnMo热挤压模具的断裂失效,通过分析模具结构及工作状况,结合金相显微镜、扫描电子显微镜、硬度测试等分析手段对模具的服役状况、宏观形貌和微观组织进行了研究。结果表明:模具的结构及受力特点产生的局部应力集中是模具出现断裂的主要原因,模具表面加工质量差、组织中存在一次碳化物且存在较为严重的带状偏析对模具的失效起到了加剧作用;粗糙表面磨损形成裂纹源,而粗大的碳化物和带状偏析降低了模具的韧性,在巨大的应力集中作用下裂纹迅速扩展,最终导致了模具沿晶脆性断裂。
  • 姜志宏, 王宝雨, 校文超
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 166-170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.027
    摘要 ( 148 ) PDF全文 ( 17 )   可视化   收藏
    利用低频振动拉/压试验机,将激振频率、激振力作为主要影响参数,对45钢进行了低频振动作用下的压缩试验,主要对试验钢的强度变化进行了研究。结果表明:试验钢在拉伸过程中,添加低频振动后,与超声振动作用类似,也表现出金属振动塑性成形的“体积效应”,即平均应力减小,屈服强度和抗拉强度均降低;随激振力增大,试验钢在拉伸中的平均载荷减小;随激振频率减小,试验钢拉伸时的平均载荷呈外凸曲线变化,在185 Hz时平均载荷达到最大值。
  • 牛波凯, 彭文飞, 张建华, 束学道
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 171-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.028
    摘要 ( 104 ) PDF全文 ( 15 )   可视化   收藏
    利用双道次热压缩实验,在Gleeble-3500型热模拟机上研究了金属材料高铁螺纹道钉钢TD16的静态再结晶行为,分析了不同变形温度、应变、应变速率和初始晶粒尺寸对高铁螺纹道钉钢TD16的静态再结晶体积分数的影响。借助金相显微镜,对单道次热压缩后的试样进行微观组织分析,获得静态再结晶晶粒尺寸。基于实验数据进行线性回归分析确定材料的相关参数,从而建立了高铁螺纹道钉钢TD16静态再结晶的动力学模型和晶粒尺寸模型。通过不同热变形工艺参数下高铁螺纹道钉钢TD16静态再结晶动力学模型预测值与实验值的对比可知,实验数据与预测数据吻合良好,从而较好的验证了高铁螺纹道钉钢TD16动力学模型的正确性。
  • 褚亮, 谢谈, 钟志平, 崔怀旭
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 179-183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.029
    摘要 ( 233 ) PDF全文 ( 14 )   可视化   收藏
    S34MnV钢是大型船用曲轴锻造专用钢,利用Gleeble-3800热模拟实验机对S34MnV钢进行高温压缩实验,得到不同变形温度为950、1000、1050、1100、1150、1200和1250℃,不同应变速率为0.001、0.01、0.1、1和10 s-1和压缩变形量为70%条件下的S34MnV钢真实应力-应变曲线。结果表明,曲线形态符合钢的热变形力学特征,呈现出典型的单峰型动态再结晶的应力应变曲线特征,流变应力随着应变速率的降低和变形温度的升高而降低。采用Arrhenius双曲正弦关系描述S34MnV钢的高温流变行为,确定其热变形激活能,建立了S34MnV钢的流变应力本构方程,其结果可为大型船用曲轴曲拐成形工艺的数值模拟和工艺参数的确定提供参考。
  • 熊运森, 王茜茜, 向伟, 谢静, 陈雷, 刘鑫刚, 郭宝峰
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 184-190. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.030
    摘要 ( 239 ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    利用Gleeble-3800热模拟试验机,在温度800~980℃及应变速率0.001~1 s-1范围内进行了TA15钛合金热压缩试验,研究了TA15钛合金在热变形过程中力学行为特点及微观组织演变规律。研究结果显示,变形温度和应变速率对流变应力影响显著。随着变形温度升高和应变速率的降低,最大变形抗力减小,且使得流变曲线在较小应变下即达到稳态。当变形温度低于或等于900℃时,随应变的增加合金的动态软化效应显著,当温度高于900℃时,合金的软化效应逐渐减弱,这主要与温度升高导致密排六方α相与体心立方β相两相比例改变进而导致主导软化机制改变有关。基于流变曲线,建立了考虑摩擦效应和应变补偿的热变形本构方程。对比分析表明所建立的双曲正弦型本构模型可较好地预测不同变形阶段合金流变应力,可为TA15钛合金热加工工艺的选择等提供参考依据。
  • 王志坚, 马震, 张士宏, 陈岩, 徐勇, 陈大勇, 尚晓峰
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 191-196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.031
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    基于一种金属对金属密封套筒结构内侧翻转直角槽和薄壁圆弧内缘根部的裂纹缺陷,采用试验和模拟相结合的方式,分析裂纹产生的原因。以翻转直角槽过渡圆角和薄壁圆弧内缘根部过渡圆角的大小为设计变量,通过构建数学优化模型,得出最佳数值,并对优化结果进行验证。结果表明,翻转直角槽过渡圆角取1.5 mm、薄壁圆弧内缘根部过渡圆角取3.0 mm时,翻转直角槽的最大等效塑性应变为0.31142、薄壁圆弧内缘根部的最大等效塑性应变为0.105129、薄壁圆弧处接触应力最大值可以达到1401.61 MPa,坐封后金属密封件密封性能稳定良好,没有出现裂纹缺陷。
  • 刘建勃, 王智毅, 马雄
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 197-202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.032
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    采用热模拟压缩实验法研究了Al-0.62Mg-0.73Si合金的热变形行为,分析了热变形过程中温度、应变速率对其流变应力影响规律,并通过构建包含应变的Arrhenius本构关系模型系统地描述了热变形参量对流变应力的影响规律。实验结果表明,在所研究的热变形参数条件下,流变应力曲线均呈现出明显的动态再结晶软化特征。数据分析结果显示应变补偿的Arrhenius本构关系模型可以较为准确地预测Al-0.62Mg-0.73Si合金的热变形流变应力。本研究结果可用于优化Al-0.62Mg-0.73Si合金热变形工艺参数,并为更为全面地研究铝合金热变形行为提供了理论参考。
  • 杨彬, 吴晓, 李建军, 郑志镇
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 203-208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.033
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    设计了非晶合金在振动力场作用下的双杯挤压模型,利用有限元模拟和实验的方法,研究了低频振动频率、振幅等工艺参数对非晶合金摩擦行为的影响规律。首先利用水冷铜模吸铸法在真空环境下制备Zr55Al10Ni5Cu30大块非晶合金样品,在配备高温炉的Zwick/well材料力学性能试验机上完成双杯挤压实验;然后通过三维电子显微镜测量挤压后样品的上、下杯高度,从而计算出相应的摩擦系数值;最后利用Deform软件模拟对摩擦系数进行标定。结果表明摩擦因数随着频率的增加而减小;对振幅而言,当振动频率为0.05或0.1 Hz时,振幅的改变对摩擦因数影响不大;当振动频率为0.5或1或2 Hz时,振幅变化对摩擦因数有一定的影响,但是没有明显的规律可循。
  • 付宇明, 王祺, 郑丽娟, 王俊丽
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 209-213,218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.034
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    对含单边裂纹的40CrNiMo钢构件进行脉冲放电止裂,分析了脉冲放电止裂后结晶区、相变区和基体区的显微硬度变化。结果可知,止裂后的裂纹尖端变得圆钝,曲率半径增大,应力集中得到消除,有效地阻止了裂纹的继续开裂;结晶区晶粒得到细化,相变区晶格畸变及位错密度增大导致塑性变形抗力增大,两者的显微硬度得到了不同程度的提高。应用Eshelby等效夹杂原理对脉冲放电止裂后单边裂纹尖端发生组织转变的相变应力进行了理论和数值计算,最终获得相变应力的计算方程;采用ANSYS有限元软件对于含单边裂纹构件脉冲放电止裂进行数值模拟,验证体积变化和屈服强度变化对相变应力的影响。最后,简述了含单边裂纹构件脉冲放电止裂技术对于异种材料焊接裂纹的止裂修复工程应用。
  • 王军, 双远华, 周研, 丁小凤, 苟毓俊
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 214-218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.035
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    应用流函数法,建立了无缝钢管三辊张力减径变形区内速度场函数,基于上限法原理推导了变形区内总消耗功率的表达式,提出来轧制力能参数的计算方法,并以Φ82 mm×6.15 mm×3800 mm的AISI-1020钢管定径过程的数值模拟与工艺实验验证了该理论。通过模拟、实验与理论进行对比可知:模拟速度场与计算值趋势基本相同;理论轧制力与实测值基本吻合;流函数法可以较真实的反映实际速度场情况。
  • 肖苏华, 张静娴, 张文华
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 219-224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.036
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    聚乳酸是广泛应用于3D打印的耗材,针对其强度低及韧性差的力学性能缺陷,研究了一种聚乳酸/纳米二氧化钛复合材料的制备方法。首先以四氯化钛为钛源采用水热法制备纳米二氧化钛,再将纳米二氧化钛与聚乳酸熔融混合挤出制备聚乳酸/纳米二氧化钛复合材料。实验通过改变水热条件得到两种不同形貌纳米二氧化钛,一种是球状结构和棱面结构混合的纳米TiO2,另一种是单一球状结构的纳米TiO2。复合材料的力学性能测试结果表明,在相同条件下,混合结构(棱面结构和球状结构)的纳米TiO2比单一球状结构的纳米TiO2能更好的提高聚乳酸/纳米二氧化钛复合材料的拉伸强度和断裂伸长率。当纳米TiO2掺入量为1.5%时,两种复合材料的拉伸强度和断裂伸长率都达到最大值。采用常规的工艺参数,以小音箱为例,将复合材料进行3D打印测试,结果表明,所制备的两种复合材料均能满足3D打印的要求。
  • 黎宇航, 董齐, 邰清安, 高士友, 关红, 闫伟
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 225-230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.037
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用CF/PLA复合材料,应用熔融沉积成形(FDM)工艺制备了拉伸、弯曲、冲击试件,与纯PLA试件、注塑PLA试件、注塑CF/PLA试件、ABS试件,进行了单轴拉伸、三点弯曲和冲击实验。研究了各个试件的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度,得到了拉伸应力-应变曲线和弯曲载荷-位移曲线。结果表明:应用FDM工艺成形的CF/PLA复合材料具有较好的力学性能,其抗拉强度是纯PLA试件的1.27倍,注塑PLA的1.04倍,最大弯曲载荷、弯曲强度和弯曲模量,分别是纯PLA试件的122.10%、133.33%和156.44%;冲击强度比纯PLA增加15.84%,比注塑PLA提高9.95%,但断裂伸长率下降。
  • 张昭, 胡超平, 吴奇
    塑性工程学报. 2017, 24(3): 231-236. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.03.038
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用三维湍流模型进行搅拌摩擦焊接过程的数值模拟,结合三维蒙特卡洛模型模拟焊接区域的晶粒生长,通过与文献实验数据的比较验证了模型的有效性。通过流体模型中物质点运动和温度历程结合晶粒生长模型,模拟了焊接搅拌区晶粒结构演变,研究发现搅拌区搅拌头前进侧晶粒尺寸大于返回侧尺寸,结果与文献中晶粒分布相符。模型展示了实验切面中难以观测到的晶粒三维特征,对于定量了解焊接搅拌区三维空间晶粒组织形貌特征以及晶粒尺寸分布有促进作用。