2017年, 第24卷, 第5期　
刊出日期：2017-10-28

  

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  铝合金微通道扁管热挤压成形数值模拟

  李贤睿, 方文利, 唐鼎, 乔毅, 孙岳林, 李大永

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 1-6,31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.001

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  铝合金微通道扁管热挤压成形中温度变化对成形质量有重要的影响。通过Gleeble热压缩试验，研究了AA3102铝合金的流变应力关系，并基于带线性软化项的修正的Voce硬化模型建立了该合金的本构关系。基于此模型，利用Qform-Extrusion软件平台建立了微通道扁管挤压成形的有限元模型，并通过与现场生产试验对比验证了模型的准确性。利用验证的有限元模型，以峰值挤压力和模孔出口处产品温度为目标变量，进行了仿真模拟正交试验研究。研究结果表明，峰值挤压力随着坯料温度梯度的增大而增大，模孔出口处扁管峰值温度随着挤压速度的增大而增大，调整挤压速度可以减小扁管温差。
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  脊槽填充材料时双脊矩形管H弯截面变形研究

  张曙光, 刘郁丽, 杨合, 张艳红

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 7-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.002

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  在脊槽部位填充材料的方法能够有效抑制双脊矩形管绕弯成形过程中的截面变形，但弯曲结束后刚性模具和填充材料的卸载对管坯截面变形存在一定影响。基于ABAQUS有限元平台，建立了脊槽填充材料的双脊矩形管H型绕弯成形和卸载回弹过程有限元模型，并通过试验验证模型的可靠性。基于该模型，研究获得了双脊矩形管绕弯和卸载回弹前后截面各部位变形的变化规律。结果表明：刚性模具的卸载使各特征截面不同部位最大变形率发生不同程度的减小；填充材料去除后，截面最大变形又有不同程度的增大；除脊槽高度变形外，卸载回弹最终使截面变形得到改善；变形量较大的60°特征截面上不同节点处的变形值在卸载回弹前后的变化存在显著差异。
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  高加载率金属电磁膨胀环实验处理分析

  俞鑫炉, 付应乾, 董新龙

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 13-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.003

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  采用Gourdin的电磁动力学方法对金属电磁膨胀环动态拉伸过程进行分析，探讨了电流截断方式、加载过程欧姆温升对实验数据处理的影响。结果表明：按自由膨胀假设的实验模型分析，短路电流截断方式会引入较大误差，断路方式符合较好；试样环感应电流产生的欧姆温升很大，材料本构参数拟合时应考虑温度历史的变化。考虑电磁加载过程试样环的温度和应变率不断变化，提出采用单个实验应力-应变曲线来拟合得到应变率敏感系数及热软化系数的方法，结果与给定的本构参数符合较好。研究为电磁膨胀环动态拉伸实验设计及数据分析提供参考。
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  内压和加载路径对并列双支管内高压成形性的影响

  陈名涛, 肖小亭, 刘易凡, 何建春, 刘志峰, 郑智佳

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 19-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.004

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  为了获得并列双支管内高压成形工艺参数对管件成形性的影响规律，采用有限元分析和实验相结合的方法进行内压和加载路径对并列双支管内高压成形过程中支管高度和壁厚分布规律影响的研究。研究结果表明：随着内压的增大，支管高度逐渐增大，当内压为64 MPa时，管件出现破裂，支管高度为18 mm；随着内压增大支管顶部壁厚减薄率呈现增大的趋势，而支管底部壁厚基本保持为2 mm。在不同加载路径下，随着拐点内压的增大，支管高度、支管顶部壁厚减薄率及减薄速率均逐渐增大，路径3所成形的支管高度达18.3 mm。支管底部最终壁厚随着拐点内压增大基本维持在2 mm，支管底部壁厚在成形过程受拐点内压影响较小。有限元分析结果与实验结果具有较好的一致性。
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  锪窝及凹模对无头铆钉电磁铆接变形的影响

  陈如明, 范治松, 黄伍平, 邓将华

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 25-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.005

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  无头铆钉具有钉杆成形均匀、连接结构的疲劳寿命高和铆钉自身密封性能好等优点，广泛应用于航空航天领域。针对无头铆钉电磁铆接过程中的成形质量控制问题，采用数值模拟与试验研究相结合的方法，运用宏观和微观分析手段，研究了锪窝结构及铆模型式对电磁铆接无头铆钉变形及干涉量的影响规律。研究结果表明：采用锪窝结构及凹型铆模能有效减小镦头45°方向剪切效应，使其变形均匀，无明显剪切带产生；相比于平头铆模，凹型铆模可有效限制材料的径向流动，更有利于提高钉杆干涉量；采用锪窝结构及凹型铆模时钉杆干涉量标准系数CV值较小，干涉量分布更加均匀。
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  拨叉加工弹塑性变形矫正技术研究与分析

  刘飞飞, 高堂盼, 孟得姣, 曾燕兵

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 32-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.006

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  针对拨叉在加工过程中所产生的弹塑性变形问题，提出利用动头的超声振动运动对拨叉的加工弹塑性变形进行矫正。首先，利用弹塑性理论对拨叉的变形机理进行分析，并通过有限元仿真得出了拨叉的弹塑性变形规律曲线。然后，采用二分法计算拨叉变形矫正参数，并获得了拨叉弹塑性变形矫正的规律性曲线，建立了拨叉变形矫正的数学模型；提出了超声振动矫形的方法，并对超声振动系统进行了设计，利用ANSYS Workbench对超声振动系统进行模态仿真分析，得出系统最佳工作频率为20 kHz。最后，对振动矫形系统的矫形效果进行了分析，验证了振动矫形方法的可行性与合理性。
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  斜壁盒形件滚动拉深成形工艺的有限元分析

  赵石岩, 张有为, 高杨, 李群

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 38-43,67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.007

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  提出了一种斜壁盒形件的滚动拉深成形新工艺，该工艺利用凸凹模成形辊相对转动，金属板料从成形辊中间穿过，实现斜壁盒形件的滚动拉深成形，能够提高零件的成形效率，易于实现生产自动化。基于MSC.Marc有限元软件对斜壁盒形件的滚动拉深成形过程进行了有限元模拟，分析了斜壁盒形件滚动拉深成形的变形特点，揭示了成形过程中斜壁盒形件的应力、应变和壁厚分布规律。研究表明：滚动拉深工艺能够较好地成形带有一定斜度的盒形件，成形过程中凸模与板料成形部位始终保持线接触，成形接触区两侧金属处于自由状态，金属流动不均匀且补料较困难。局部区域胀形特征明显，缺陷形式主要以破裂为主。
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  三辊滚弯成形过程的回弹研究与试验分析

  王艳, 崔西民, 许光辉, 李曙生, 朱新庆, 李德蔺

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 44-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.008

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  回弹是板材滚弯成形过程中一种不可避免的现象，直接影响着板材的加工精度。为了提高三辊卷板机板材回弹后的成形质量，建立了三辊回弹理论模型，预测了板材回弹后的滚弯成形半径；利用ABAQUS仿真软件分析了滚弯变形区的应力场分布，分析了上辊下压量、轧辊与板材间的摩擦力以及多道次滚弯成形对板材回弹的影响规律；通过多道次滚弯试验进行了验证。试验结果表明：随着上辊下压量和摩擦系数的增大，板材回弹量的下降趋势逐渐趋于平缓；多道次滚弯加工降低了板材回弹时的波动，提高了回弹均匀性，板材的成形质量随之提高；相较于多道次滚弯试验，三辊回弹理论模型的最大误差为8.4%，有限元模型的最大误差为6.7%，都具有较高的精度。
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  钛合金TC4薄壁波纹管液压成形工艺优化

  郑文涛, 苏明, 周丽新

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 52-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.009

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  利用有限元软件进行仿真分析，基于Johnson-Cook本构模型和韧性损伤模型，模拟了钛合金波纹管液压成形过程。分析了液压大小、模具圆角尺寸和模片间距对波纹管液压成形的影响规律，并获得了优化的工艺参数。针对管材外径为Φ21.5 mm，壁厚为0.16 mm，成形后最大直径为Φ31.5 mm的钛合金管材，液压成形波纹管的最佳模片圆角半径为4t （t为管材壁厚）、液压大小为42 MPa、模片间距为8 mm。将仿真结果和实验结果进行对比发现，最大减薄率波峰处有2%~3%的差异，管端部有1%~2%的差异，这是由于假设仿真过程中全部采用润滑而实验过程中未必全部润滑，摩擦系数越大减薄率越大造成的，实验验证了仿真的准确性。
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  工艺参数对高温合金Inconel 690管坯扩孔热成形影响的有限元模拟

  江鸿, 周淑容, 雷君相, 宋杰, 范永革

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 59-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.010

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  通过高温压缩实验获得Inconel 690合金的应力-应变曲线，并构建了在高温下塑性变形的本构关系。针对Inconel 690管坯扩孔质量缺陷，结合热变形本构关系，建立了扩孔过程的二维轴对称有限元模型，分析了不同工艺参数对扩孔热成形的影响。结果表明，扩孔头锥角过大使得缩径量加大，坯料同心度和管壁厚尺寸稳定性下降，扩余增加；锥角过小，管坯头部不平整度增大，增加了端面的修磨和清理，并且增加了扩孔头长度，与扩孔杆装配难度增大。当润滑不好时，扩余高度显著增大，材料利用率降低，内孔表面更加粗糙，易产生折叠缺陷，且加剧了扩孔杆的磨损。
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  基于局部分叉理论的铝合金板材成形性预测研究

  黄文, 陆宏, 于海波, 郭云财, 张德磊

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 68-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.011

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  基于分叉理论和微分方程的特征线理论，建立了在平面应力状态下金属板料成形局部颈缩发生的判据，并根据此判据对成形过程中板料的破裂进行了预测。为了反映塑性变形局部化时塑性应变率对应力率方向的依赖性，在破裂的预测分析中采用了伊藤-吴屋的塑性应变率分量与应力率分量具有一对一关系的本构关系式。通过使用商业非线性有限元软件ABAQUS/EXPLICIT对板料成形过程进行模拟，将得出的模拟结果输入到用MATLAB编写的局部颈缩发生判据程序，实现了板料成形过程中破裂发生的预测。将提出的预测方法应用于A6022铝合金板料的刚性凸模胀形实验，预测的局部颈缩的位置和方向与实验结果大体一致。本板材成形破裂预测方法可用于汽车覆盖件成形及管材液压胀形过程中破裂的预测。
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  金属薄板热冲压成形能耗分析

  高梦迪, 刘志峰, 李磊

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 74-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.012

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  综合考虑热冲压工艺过程中板料加热过程的热量损耗特征及冲压成形过程中的板料塑性变形特征，提出了热冲压加热能耗和塑性变形能耗分析方法，建立了热冲压成形过程中的能耗模型。并将该模型应用于ZK60镁合金筒形件热拉深成形过程的能耗分析中，在保证成形质量的前提下，分析量化了镁合金在175~225℃范围的热拉深过程能量消耗，并与实验能耗对比。结果显示不同温度下的ZK60镁合金筒形件热拉深成形理论能耗与实验分析能耗基本吻合，且误差在10%以内。该方法可有效量化不同工艺参数下热冲压工艺过程能量消耗。
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  冷轧带钢板形调控虚拟系统及其应用

  杨利坡, 张永顺, 于华鑫, 李荣民, 袁文越

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 82-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.013

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  基于板形测控数学模型和虚拟仪器技术，研制了一种新型的冷轧带钢板形测控系统。首先利用板形仪获得高灵敏度的原始信号，然后根据实际工况计算各种工艺误差，在获得高精度有效板形信号的同时对其进行模式分解和板形调控，观察轧制前后的板形调控效果；其次利用虚拟仪器软件和OPC技术组建虚拟平台，降低硬件风险和设备费用，减少通讯环节和闭环周期，便于组态和调试。工业实例表明，新系统安装方便，易于操作，适应恶劣工况，能够满足在线板形调控要求。
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  考虑工作辊水平挠曲时UCM轧机的板形模型及其影响因素研究

  白振华, 李柏阳, 张岩岩, 刘亚星, 钱承, 杜江城, 李国忠

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 89-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.014

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  针对“长径比”较大的六辊UCM轧机轧制过程中存在工作辊水平挠曲影响板形控制精度的问题，充分考虑到六辊轧机设备与工艺特点，在研究了由于工作辊水平挠曲而引起的辊间接触状态及应力状态变化机理的基础上，建立了一套适合于大“长径比”的六辊轧机的板形模型，并以某钢厂典型规格产品为例，定量分析了长径比、张力差等因素对工作辊水平挠曲及板形的影响，同时比较了考虑工作辊水平挠度与不考虑工作辊水平挠度两种情况下弯辊与窜辊对六辊轧机的板形控制能力。将本模型应用到某钢铁厂450六辊可逆轧机，并编制出相应的板形预报软件，有效地解决了以往板形预报不准的问题。
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  铸态镁合金AZ91D热压缩微观组织演变本构模型

  黄飚, 王振军, 陈智, 尚鸿甫, 余欢

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 97-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.015

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  在变形温度280~400℃、应变速率0.001~1 s^-1、最大变形量50%的条件下，采用等温压缩实验研究了铸态镁合金AZ91D塑性变形和微观组织演变行为。结果表明：AZ91D热压缩变形中发生了不同程度的动态再结晶，提高变形温度和降低变形速率有利于促进动态再结晶晶粒的形核和长大，动态再结晶体积分数随真应变增大呈现慢-快-慢的增长规律。在对实验数据回归分析的基础上，建立了AZ91D动态再结晶临界条件、动力学方程和晶粒尺寸预测模型，并通过定量金相实验结果验证了该模型的合理性。
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  Ti-6Al-4V钛合金高温微观变形行为

  陈国兴, 彭艳

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 107-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.016

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  利用已有文献，结合修正的混合物模型和等功定律得到了Ti-6Al-4V钛合金中α相和β相在高温条件下的应力-应变关系，研究了合金在高温变形时两相的加工硬化率、应力-应变分配系数以及宏观应力和应变贡献率的变化规律。结果表明：β相和α相分别在宏观应变约为0.07和0.14时出现应变软化现象，且α相和Ti-6Al-4V钛合金在同一时刻开始出现应变软化现象，可见α相的应变软化行为在合金变形中发挥着重要作用；随变形的进行，两相应力-应变分配系数的绝对值逐渐降低，最终趋于稳定，表明两相变形的协调性得到改善；在变形达到稳定时，α相对宏观应力的贡献率比其体积分数大，而对宏观应变的贡献率比其体积分数小。
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  精冲摩擦片齿部变形区的显微力学行为分析

  韩济才, 周杰, 吕琳, 邓亚军

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 113-116,124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.017

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  为了避免切削加工的摩擦片常出现的齿根部断裂和齿面易磨损的现象，采用了先进的精冲工艺加工摩擦片。通过观察精冲摩擦片内齿心部和齿根部位金相显微组织，测量内齿齿顶、齿根部位从边缘到内部的取点硬度，检测内齿的齿根部位的残余应力，探究了摩擦片精冲件的内齿显微力学行为和性能。结果表明：精冲摩擦片的内齿部位塑性变形程度很大，齿面附近组织形成一条条致密的金属流线，而且越靠近齿根部边缘部分组织越致密；齿顶、齿根部位由于塑性变形程度很大，加工硬化程度也很大，且表面和齿顶较大；在齿根表面存在较大的残余压应力。精冲加工后摩擦片的力学行为显示摩擦片的内齿部位有很强的耐磨性、抗疲劳强度和抗冲击性，增大了摩擦片的使用寿命。
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  下压量与静态退火对Mg-Gd-Y-Zr热轧板材的织构影响

  李理, 伍杰, 吴远志, 邓彬

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 117-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.018

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  研究了Mg-9Gd-4Y-0.4Zr高强耐热镁合金在热轧及随后静态退火过程中的微结构与织构的演变，以此来确定静态再结晶对轧制织构的影响及其机制。采用金相显微术、扫描电子显微术、透射电子显微术及EBSD分析技术表征了试样在不同下压量和随后退火过程中的微结构及织构改变。织构测试的结果表明，单向热轧变形产生了六方晶格c轴偏离理想基面织构15°的新织构组分；随后的再结晶过程导致新织构组分趋于漫散化并加强了基面织构。显示晶内和晶界上大量析出的沉淀相显著抑制了晶界迁移；静态再结晶对织构的影响是由定向形核控制的，而不是定向长大。
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  包边宽度的计算方法研究

  宋杨湾, 徐祥和, 赵亦希, 杨珂

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 125-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.019

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  包边宽度是在包边工艺设计时必须确定的重要工艺参数。目前仅采用中性层长度不变的方法进行估算没有考虑板料在弯曲过程中的塑性变形，精度较差。对板料弯曲变形中的应变进行分析，分析了包边宽度的变化原因，综合考虑了板料在弯曲过程中的减薄及折边区板料的变形，同时引入包边过程中的尺寸变动，结合解析计算，提出了一种包边宽度计算方法，经有限元仿真及自制实验平台分别进行验证，该方法具有较高的计算精度，可为工程师在工艺设计时提供有效参考。
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  TC4钛合金L型材热拉伸变形本构方程研究

  曹凤超, 曾元松, 刘宝胜, 吴为

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 132-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.020

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  钛合金型材作为力学性能良好的轻质材料，被广泛应用于飞行器框梁等骨架零件中，其成形质量直接关系到飞机的装配精度、整机气动外形和使用寿命。为探究TC4钛合金L型材的热拉伸变形行为及本构关系，在不同的温度（600~800℃）和初始应变速率（0.00033~0.0083 s^-1）下进行了多组单轴热拉伸试验，根据应力-应变曲线特点分析了型材热拉伸变形行为，并通过采用回归处理和参数优化的方法建立其复合型唯象本构方程，该模型预测应力和实测应力的最小相关性系数R和最大平均相对误差绝对值AARE分别为0.9641和7.5%，即建立的本构模型能够高精度表征TC4钛合金L型材的热拉伸变形行为，可作为其热变形有限元模拟的准确材料模型。
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  关于等通道转角挤压应变计算公式的修正

  罗文波, 彭炎荣, 罗嘉维

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 141-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.021

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  等通道转角挤压应变计算为掌握挤压变形程度、衡量强烈变形效果、正确制定工艺规程、合理设计成形模具提供重要依据。目前国内外强烈塑性变形领域广泛使用Iwahashi Y于1996年提出的应变计算公式。经过分析，指出了该计算公式理论推导不严谨，关于切向速度间断对变形影响的分析有误，对运算过程中的近似处理不当，应变计算结果不正确，未能反映挤压变形的真实情况。根据强烈塑性变形特点，分析了挤压塑性变形区的流动规律，针对该公式存在的问题采取了改进措施，经过详细运算，建立了概念比较完整、理论比较严谨的新公式，并结合实例对两者进行了比较。实例计算结果证明了提出的新应变计算公式的有效性。
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  工艺参数对GH4169圆棒精锻质量影响的有限元分析

  肖强, 李俊洪, 罗许, 刘序江

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 147-151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.022

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  采用DEFORM-3D有限元软件平台，分析了GH4169圆棒在精锻过程中旋转角度和送进速度对外观形状、内部应力和中心等效应变的影响。计算结果表明，当送进速度为3.0 m·min^-1时，即使采用较小的旋转角度，产品的表面质量也较好；当送进速度增大到4.5 m·min^-1时，采用较小的旋转角度，产品表面出现较重的螺旋纹，随着旋转角度的增大，产品表面质量逐渐好转；当送进速度达到6.0 m·min^-1时，采用最大旋转角度锻造，表面仍然留下重度螺旋纹。在送进速度为3.0和4.5 m·min^-1时，随着旋转角度的增加，中心等效应变均呈现出先增加后减小的变化规律，而Y向拉应力则为先减少后增加。综合考虑精锻后锻件表面质量最优、中心等效应变最大和Y向拉应力值最小等情况，若铸锭内部质量较好，选择旋转角度为14.0（°）/次，送进速度为4.5 m·min^-1，使锻造开裂倾向最低的同时节约锻造时间；若锻造质量稍差，选择旋转角度为14.5（°）/次，送进速度为3.0 m·min^-1，以提高中心等效应变，从而达到消除或减轻缩孔、疏松等冶金缺陷的目的。
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  超声辅助微镦粗的位错动力学模拟研究

  徐道俊, 姜传民, 申昱, 路腾腾

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 152-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.023

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  超声振动会明显降低材料塑性变形过程中的流动应力，但是超声振动引起这一现象的原因还有待深入研究。在介观尺度下基于二维离散位错动力学，根据纯钛的塑性变形特点，对位错的运动进行了合理的简化，建立了纯钛TA1的离散二维位错动力学模型，对超声辅助微镦粗进行了模拟研究。同时，利用所建模型研究了介观尺度下超声振动对于位错密度的影响，结果表明，在介观尺度下该二维位错动力学模型可较为客观地描述超声振动对材料塑性变形的影响；在介观尺度下超声振动会降低材料在塑性变形过程中的位错密度。
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  柱胞夹芯复合材料动态特性的模态研究

  李丰恺, 邓安仲

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 157-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.024

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  薄壁半椭球壳是一种新型的柱胞单元，具有轻质、跨度高、承载能力强等优点。设计了一种以薄壁球壳周期排列作为复合材料芯层的柱胞夹芯复合材料，利用将ANSYS有限元模态分析与模态实验相结合的方法研究其模态特性，发现两者结果吻合较好。利用被验证的模型研究了薄壁球壳的赤道半径（r₁）、极半径（r₂）、赤道半径/极半径（r₁/r₂）及壁厚对柱胞夹芯复合材料模态频率的影响规律。研究发现：柱胞夹芯复合材料的模态频率随着球壳单元赤道半径或极半径的增大而增大，随着壁厚的增大而逐渐减小。球壳弹性模量增大到一定值以后，壁厚对频率的影响程度减弱。当r₁/r₂小于1时，模态频率呈增大趋势，当r₁/r₂大于1时，模态频率随比值的增大而逐渐减小，即芯层球壳越接近圆形，柱胞夹芯复合材料的固有频率越大。
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  超大面积钛合金头盖骨缺损补片的数字化设计及其成形研究

  裴永生, 裴永存, 阮诗颂

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 166-170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.025

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  利用CT数据处理技术与夹持工艺进行头盖骨钛网补片数字化设计与制备是一种新的设计制造方法。以典型的超大面积头盖骨缺损患者为研究对象，首先将病人头部的CT断层数据按照医学图像切割方法进行骨骼与头皮、脑组织的图像边缘切割，运用配准方法将切割出的头盖骨断层图像进行配准，并应用三维可视化技术实现患者头盖骨数学模型的重构。然后在此基础上，使用薄板样条插值技术按照头盖骨健康侧曲面延展过渡得到头盖骨补片的数学模型。最后，根据头盖骨补片的数学模型设计出头盖骨补片冲压成形所用的凸凹模具，并加工出所需的头盖骨钛网补片。该技术解决了头盖骨补片制备中存在的加工精度低、制作成本高、周期长等问题，同时提高了补片与缺损边缘的贴合精度。
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  AA6061管锥形模轴压失稳起皱过程建模仿真

  郝花蕾, 孙志超, 吉卫

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 171-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.026

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  管轴压成形省力、高效，但极易发生失稳起皱。通过试验与正交数值模拟相结合，对AA6061铝合金管在锥形模上的轴压失稳起皱进行了研究。在建模过程中建立了AA6061铝合金管材的本构关系，解决了建模过程中的动态加载、求解控制等关键问题，建立并验证了管轴压失稳起皱的有限元模型。通过有限元模拟与试验相结合，分析了模具半锥角对管轴压失稳起皱过程的影响。结果发现，模具半锥角对管轴压失稳过程中的变形方式及位置、管壁应力状态、临界失稳力等均产生重要影响。
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  摆动对涡轮增压器浮环轴承磨损的影响

  何畏, 贺军超, 李华川, 陈洋, 杨志勇, 张自立

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 178-186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.027

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  为了分析摆动运动对涡轮增压器浮环轴承的影响，基于摩擦学，通过对涡轮增压器浮环轴承几何结构、运动形式、接触方式、受力与速度进行分析，推导出考虑摆动与旋转复合运动的浮环轴承组合磨损数学模型。基于此模型，讨论了摆动周期与摆动转速比对浮环轴承磨损量变化的影响，研究结果表明：浮环轴承磨损量随摆动周期的增大而减小，且减小率逐渐变小；浮环轴承磨损量随摆动转速比的增大而减小，且减小率逐渐增大。研究结果为浮环轴承理论计算提供了一定参考。
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  冷轧轴承套圈应力集中磁记忆无损检测仿真与实验研究

  汪小凯, 李娟娟, 晏家勇, 向清, 郎振宇

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 187-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.028

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  局部应力集中形成的裂纹是导致轴承套圈失效的主要因素，目前，金属磁记忆方法是检测铁磁性构件早期损伤或应力集中的有效手段。为了实现冷轧轴承套圈磁记忆检测信号与缺陷应力关系的研究，基于ANSYS软件平台，建立了含孔洞缺陷的环坯冷轧三维有限元模型以及轴承套圈磁记忆检测三维有限元模型，研究了冷轧过程孔洞缺陷附近应力分布规律；基于力磁耦合分析，研究了冷轧轴承套圈孔洞缺陷及应力集中处的磁场分布规律，揭示了孔洞缺陷及应力集中处的磁记忆信号切向和法向的变化特征。结果表明在冷轧轴承套圈孔洞缺陷及应力集中区域附近，磁记忆信号发生跃变。
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  材料三维残余应力测量的新方法

  陈锟, 刘克家, 吴新猛, 陈惠芬, 刘琦

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 194-199. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.029

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  提出了一种新的材料残余应力的测量方法。该方法的测量原理是由材料加工后相对体积变化定量的测量，得到其残余应力的定量结果。由此，材料的残余应力将造成体积变化，此体积变化可以由比容的精确测量得到。基于弹性虎克定律从原理上推导了体积变化得出了残余应力的计算公式。在此基础上，应用该新方法对一种Al-Cu合金的残余应力状态进行了定量测量及表征，结果表明：结合传统的表面应力测量方法，再由应力应变关系的弹性虎克定律，可得出材料三维残余应力。该新方法可用于材料三维残余应力的精确测量，为残余应力的研究提供了一种新的精确且定量的分析测量方法。
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  PC板材渐进成形性能实验研究

  陆传凯, 査光成, 周循, 李泽坤, 彭伟, 陆媛媛

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 200-204. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.030

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  利用数控渐进成形机床对PC板料进行渐进成形实验，探究了成形工具头不同主轴转速和进给速度对PC板成形极限的影响。实验结果表明，当进给速度保持3000 mm·min^-1不变时，随着主轴转速的增大，板料渐进成形力不断减小，成形极限不断降低，零件表面质量也不断下降，并且当主轴转速达到1500 r·min^-1时，零件底部会出现表面褶皱缺陷；当主轴转速保持500 r·min^-1不变时，随着进给速度的增大，板料渐进成形力不断增大，成形极限不断降低，零件表面质量较好，底部未出现表面褶皱缺陷。
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  基于热电模型的聚合物片材热塑成型研究

  黄康, 杨羊, 樊增辉, 朱仁胜, 陶兆胜, 潘毅

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 205-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.031

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  为了分析环境温度对聚合物片材成型温度的影响，根据冰箱内胆热塑成型工艺特点，分析了聚合物片材再加热过程中最主要的3种传热方式：热辐射、热传导和热对流，根据热电相似性理论、热辐射和热传导的电路等效模型，创建了考虑环境温度因素的等效热源；根据量纲分析，建立了聚合物片材温度响应预测模型。利用Electronics Workbench （EWB）软件进行仿真，结果表明：在聚合物片材再加热过程中，不考虑环境温度影响对比考虑环境温度（25℃）影响时，ABS片材最终成型温度大约高3℃；通过4组实验结果和预测结果比较分析，最大绝对误差为2.57%。该模型对聚合物片材再加热过程中的温度响应预测效果较好，为不同环境温度下的加热瓦温度设定值提供了理论依据。
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  基于LMS Virtual.Lab和AMESim的泥浆泵联合仿真及曲轴结构优化

  刘承杰, 赵磊, 罗鹏, 陈易

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 212-218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.032

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  由于泥浆泵曲轴受到复杂的交变应力，导致曲轴曲柄销过渡圆角处因受到过大应力而疲劳失效。采用LMS Virtual.Lab和AMESim分别建立了泥浆泵动力端系统和液力端系统模型，并将2个子模型集成一体化模型，最终实现机械、液力系统的联合仿真对泥浆泵曲轴应力进行分析，得到曲轴运行时的应力分布。为了降低曲柄梢过渡圆角处的应力，设计优化阶梯形圆角来代替泥浆泵曲轴曲柄销圆角。再基于响应面法建立以曲柄梢圆角应力最小为优化目标的模型，通过优化前后的应力对比可得：当设计因子为R₁=4 mm，R₂=3.2 mm，H=122 mm时，优化后的应力较优化前降低了20.29%，优化模型可为泥浆泵曲轴的设计提供参考。
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  铝合金7075T651高压水喷丸强化工艺试验研究

  曾元松, 黄遐

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 219-225. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.033

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  高压水喷丸强化是金属表面强化的新方法，即利用在水中的高压水射流所产生的气穴效应打击金属零件表面，从而对零件进行表面强化的工艺。基于不同的高压水喷丸强化工艺参数，对航空常用铝合金材料7075T651开展高压水喷丸强化试验，分析了强化试件的表面形貌、表面质量、表面残余应力以及强化层组织结构。结果表明，液体冲蚀过程中会产生气泡多次溃灭现象，由此产生同心圆环形强化区域；喷射压力和喷射距离是影响材料表面质量和残余应力分布的重要工艺参数；高压水喷丸强化后强化层晶体取向发生了改变，晶粒明显细化，为原始组织晶粒度的66.7%。
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  搅拌摩擦焊塑性金属流动行为研究

  高福洋, 郁炎, 蒋鹏, 郭宇凡

  塑性工程学报. 2017, 24(5): 226-230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.05.034

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  通过观测铝合金焊缝接头显微组织形貌与塑性金属组织的流线形，并结合对搅拌过程中搅拌针周围塑性金属的受力情况分析，初步构建了搅拌摩擦焊塑性金属流动行为模型，揭示了焊接缺陷的产生原因和性能薄弱区域。研究结果表明，水平方向上将塑性金属的流动迁移过程包括5个同时进行的过程，其中前进侧切削金属较少，在后退侧，搅拌针焊接前进方向和旋转方向相反，切削金属量达到最大值。厚度方向上由于轴肩的顶锻作用，上部塑性金属向下迁移，在焊缝中部堆积形成洋葱环。实际流动过程是水平和厚度方向流动行为的叠加。