2017年, 第24卷, 第6期 
刊出日期:2017-12-28
  

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  • 徐学利, 郑梗梗, 王洪铎, 王涛
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.001
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    材料在电场或外加电流的刺激下,各项性能会发生改变,塑性提高,变形抗力下降,即电塑性效应。近年来,在材料加工的各领域已经开始广泛将这一效应用于材料的改性研究中,取得了显著地成果。基于此,综合评述了电(致)塑性效应微观机理及影响因素的研究现状,分析了电(致)塑性效应中电子风力及漂移电子对材料内部位错的影响,讨论了电(致)塑性效应对材料显微组织及力学性能的影响,并对电(致)塑性在材料加工中的应用研究进展进行综述。同时对电(致)塑性效应在材料加工方面的应用做出了展望,为电(致)塑性效应在材料加工中的广泛应用提供参考。
  • 黄慧琳, 李亚光, 丁士超, 李大永
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 8-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.002
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    链模成形工艺稳定,适用于性能波动较大的高强钢材料在复杂工况下成形。基于ABAQUS软件平台,建立了高强度钢U型槽链模成形的有限元仿真模型,采用各向同性硬化模型和随动硬化模型分别进行仿真。以高强度U型槽钢链模成形过程的板料中间翼缘边部的纵向应变为研究对象,将仿真结果与试验数据进行对比,比较了两种硬化模型对仿真结果的影响,进一步分析了板料的成形过程,验证了仿真模型的准确性。基于已验证的仿真模型,通过数值试验的方法进一步探究了屈服强度和摩擦系数对纵向峰值应变的影响。结果表明,板料屈服强度对翼板边部纵向峰值应变的影响不大,板料与模具间的摩擦系数对纵向峰值应变的影响也不显著。
  • 王成勇, 戴程, 安自仁, 程明, 姚圆圆
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 14-18. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.003
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    以某车型后背门内板为研究对象,基于数值模拟,结合生产现场实验,验证仅通过成形极限图评判准则来判定板件起皱状态的不完备性;针对此类产品平缓面塑性成形起皱问题,基于板料成形进料原理,提出型面台阶法和工艺凹包法来优化设计前期的拉延局部工艺造型,达到阻碍材料过早进入产品型腔的目的,解决局部起皱缺陷;针对试模现场局部微小起皱缺陷,提出更为简便、可操作性强的加强起皱区域周边的拉延筋,打磨变薄风险点圆角(后序整形整回)的方法改善缺陷,并进行实际试冲压试制,通过对比板件拉延结束状态以及最终产品结果,进一步验证了该方案的有效性。
  • 仇建华, 张亚岐, 王聪杰, 王建勇, 李文乐, 王国进, 周海龙, 毛安, 殷婷
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 19-23,37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.004
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    为研究冲压速度对产品成形性的影响,利用非线性有限元软件MARC对不同断面结构冲压件成形性进行分析。考虑到腹面水平结构冲压件在与模具接触瞬间所受冲击力均匀分布且变化不大,以复杂腹面断面结构冲压件作为研究对象,将凸起幅值、凸起占比以及凸起偏心距作为腹面断面结构表征指标,构建不同的腹面断面结构模型,通过对不同冲压速度和断面结构下坯料的偏斜量以及畸变网格数的分析,得出如下结论:凸起占比越小、冲压速度越快,料片在成形过程中偏斜量越大,但料片偏斜量的峰值均未出现在凸起占比极小的范围内;在没有压料的情况下,由凸起偏心距引起的畸变网格数目增加不明显,而有压料的情况下,偏心距对畸变网格数影响较大。
  • 王厚高, 苏春建, 杨龙允
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 24-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.005
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    在帽型钣金件辊弯成形过程中,传统的辊弯技术在辊弯过程中常常出现起皱、辊裂、变形等缺陷。针对上述问题,提出优化函数协同变横向辊距技术,即依据帽形件的截面形状对抽象函数优化,确定优化函数参数;对横向辊间距进一步优化,建立变辊距辊弯系统。首先,通过对抽象函数进行参数化设置,对材料3004Al的帽形件的辊弯成形进行了有限元模拟,确定优化函数;随后,在优化函数的辊弯环境中,对帽形件在多组恒值横向辊距中进行了辊弯模拟,从而确定变横向辊间距,并利用优化函数协同变横向辊距技术对3004Al帽形件进行辊弯实验。研究表明:基于优化函数协同变横向辊距技术的辊弯成形模拟结果与实验结果相吻合,且辊弯效率高、质量好。
  • 吴炎林, 向华, 庄新村, 赵震
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 32-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.006
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    塌角的大小会直接影响精冲件的使用性能,如何预测和控制精冲件塌角大小一直是精冲研究的热点。以影响精冲件塌角的主要因素几何特征为切入点,将几何特征简化为4个几何参数:圆弧角、半径、凹凸性和板料厚度,将其作为神经网络的输入变量,建立BP神经网络模型,训练和预测塌角高度,进一步研究了几何特征与塌角高度的关系。结果表明:所建立神经网络模型相关系数都在0.99以上,平均绝对百分比误差小于6%,能够较为准确地预测精冲件塌角高度,验证了神经网络模型预测塌角的可行性。通过模型应用发现塌角高度会随着圆弧角、半径的增大而减小,随着零件厚度的增大而增大。
  • 白云峰, 马康玲, 朱世根
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 38-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.007
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    介绍了塌角形成及其影响因素,设计了凹模刃口倒角部分。为减小薄壁精冲件断面塌角,利用有限元模拟软件DEFORM-2D研究了某型槽针针坯的塌角情况。通过改变凹模刃口倒角高度,观察针坯塌角变化及光亮带比例变化情况。分析了塌角大小随凹模刃口倒角高度变化趋势及冲裁过程中力-行程曲线。对模拟情况做了相关实验,实验结果与模拟结果基本一致。对于薄板冲裁件而言,塌角高度随凹模刃口倒角高度减小而减小,但倒角高度过小时,撕裂带会增大,光亮带比例有所减小。
  • 秋艳
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 43-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.008
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    以AA6016变形铝合金为研究对象,对其采取了不同的热处理,得出冲压成形性能最佳的固溶和时效处理方式,并研究了拉深速度和压边力等工艺参数对板料成形性能的影响。结果表明,AA6016铝合金冲压成形性能最佳热处理方式为540℃保温40 min的固溶处理及160℃预时效10 min处理,可提高其成形极限,改善AA6016铝合金的成形性能;室温拉深时当拉深速度为3 mm·min-1,压边力大小为1.2 N·mm-2时,拉深成形性能良好,可以得到极限拉深比为1.7,为AA6016铝合金在汽车车身方面的应用提供了理论依据。
  • 郭丽丽, 王长峰, 詹鉴
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 48-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.009
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    利用ABAQUS提供给用户自定义材料本构模型的Fortran程序接口,对AZ31镁合金进行了材料模型的二次开发,编写了自定义的用户材料子程序(UMAT),并对AZ31镁合金热轧过程进行了有限元数值模拟。主要研究了初始轧件温度为673 K,不同压下率的条件下,板材变形区内厚度方向的温度和应变场的变化情况。数值模拟结果表明:板材在变形区内表面附近和中心位置的温度变化情况不同。随轧制的进行,表面温度先是骤降,然后有小幅度的上升;板材心部温度先是有小幅度的升高,然后大幅度的下降,表面和中心温差在30~40 K之间。板材近表面的应变高于中心层,随压下率的增加应变逐渐增加。微观组织观察结果表明:板材近表面的较大应变导致动态再结晶程度明显高于中心位置。
  • 赵军, 李奋强, 许铖斌, 张长铧
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 55-60. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.010
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    采用Deform-3D对TA1等通道角挤压过程进行数值模拟,分析材料变形过程的流动规律、等效应力应变分布情况及载荷变化情况。结果表明,材料在模具通道转角处发生剧烈塑性变形,成形载荷迅速增大,整个挤压过程载荷波动剧烈,截面上应力应变分布不均匀。进行了等温等通道角挤压变形试验,结果表明,TA1在400℃下经等通道角挤压后零件表面光顺,无起皱破裂现象;材料的抗拉强度由挤压前404 MPa提高到585.24 MPa,材料显微硬度由211.49 HV提高到261.32 HV。金相结果显示,粗大的原始晶粒挤压后明显细化,在晶粒内部存在少量变形孪晶。
  • 罗帅, 于沪平, 邱海渊, 乔云
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 61-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.011
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    对ZL101合金进行不同温度和保温时间的重熔处理,获得不同半固态组织状态,并进行常规尺寸(Φ5 mm)和微观尺寸(Φ1 mm)试样的等温压缩实验,得到不同变形温度和保温时间下试样的流变应力曲线,通过两种尺寸的力学性能比较,获得半固态金属在尺寸微型化的过程中尺度效应的存在条件与存在形态。研究表明,ZL101铝合金在常温和高固相率条件下均存在着流动应力增加的尺度效应现象;在高固相率条件下流动应力增大的现象更加明显;增加保温温度和保温时间,固相球化率增加,可以削弱流动应力增加的尺度效应。
  • 宋昕宜, 惠虎, 宫建国, 古晋斌
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 68-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.012
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    通过理论计算和有限元模拟的方法计算了液压成形波节管的成形压力,并进行实验验证。通过液压成形实验研究了波节管壁厚分布,并分析了适当提高成形压力对波节管尺寸精度的影响。通过爆破实验分析了液压成形波节管的内压爆破性能。结果显示:理论计算、数值模拟得到的成形压力与实验结果较为一致,提高成形压力不能明显的改善波节管的尺寸精度;成形后的波节管直管段管壁最厚,波峰处壁厚减薄量最大;波节管壁厚从波峰到直管段并不是单调增大,在过渡段边缘,壁厚局部减薄严重;经过液压成形得到的波节管内压爆破性能要优于原始光管。
  • 李丰恺, 邓安仲, 戎翔, 陈科, 李浩楠
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 74-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.013
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    设计了一种薄壁半椭球壳体柱胞单元,采用深拉成形工艺和3D打印技术分别制备了柱胞单元,对比分析了两种加工工艺下柱胞单元轴向压缩吸能性能的差异,基于胞体吸能机理,研究了预应变对柱胞吸能的影响。研究表明:轴向压缩前期,3D打印柱胞与深拉成形柱胞屈服规律相似,但3D打印柱胞压缩荷载要略低于深拉成形柱胞;随着压缩距离增大,3D打印柱胞峰值压缩荷载明显低于深拉成形柱胞,但两种加工工艺制备柱胞的最终变形模式相似。深拉成形工艺加工制备的柱胞虽然精度不如3D打印技术,但是其基体材料存在较大的预应变,增大了材料屈服应力,压缩深拉成形柱胞需要更多的荷载,并能够吸收更多的能量。与3D打印相比,深拉成形柱胞吸能性能更优越。
  • 石瑾, 汶斌斌, 于振涛, 程军
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 81-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.014
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    对心脏起搏器的外壳进行了塑性成形仿真研究,对优化后的心脏起搏器外壳的状态变量进行了分析。分析结果表明:凹缘圆角变形区板料的等效应力、应变值远大于其它变形区,其它变形区的应变非常小。除凸缘变形区外,其它变形区都发生了减薄;在凸缘圆角变形区和凹缘圆角变形区,外壳凹面朝上和朝下侧在对应的区域厚度增减是相反的。外壳轮廓的直线部分流动速度比曲线部分大,且直线部分越长,其流动速度越大。从外壳的凸缘变形区到壳底变形区的回弹量(位移量)逐渐减少;在冲压成形过程中,部分区域的回弹方向与周围区域相反。最后,根据模拟结果制造模具,并实现生产加工。
  • 梁闯, 鲁世强, 方军, 王克鲁
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 87-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.015
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    基于ABAQUS/Explicit平台,建立了TA18高强钛管数控弯曲成形过程三维有限元模型,并验证了模型的可靠性;采用该模型模拟分析了模具与管材之间的间隙对TA18高强钛管数控弯曲成形截面畸变和壁厚变化的影响规律。结果表明:减小芯棒/管材的间隙、弯曲模/管材的间隙和压块/管材的间隙可以降低截面畸变程度;减小弯曲模/管材的间隙、压块/管材的间隙或增加芯棒/管材的间隙可以减小壁厚减薄率;增大弯曲模/管材的间隙、芯棒/管材的间隙和压块/管材的间隙可以降低壁厚增厚率;防皱块/管材的间隙对截面畸变和壁厚变化影响不大。获得了较佳的芯棒/管材的间隙值、弯曲模/管材的间隙值、压块/管材的间隙值和防皱块/管材的间隙值,分别为0.075、0.1、0.1和0.1 mm。
  • 徐远刚, 董洪波, 姜智勇, 周盛武
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 94-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.016
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    采用形变诱导法对TB8钛合金进行了超塑性拉伸实验,研究了变形温度、预变形量和中间保温时间对该合金超塑性性能及微观组织演变的影响。结果表明:与恒应变速率法拉伸相比,该方法拉伸后合金的超塑性得到大幅度地提升;变形温度为750℃、预变形量为50%和保温时间为20 min时,该合金的超塑性能最好,伸长率为796.1%。预变形阶段,脱溶析出和再结晶双重优化作用使亚稳态β相转变为细小均匀的再结晶组织,在后续变形过程中,细小弥散的α相既能抑制再结晶晶粒过分长大,又能在一定程度上使再结晶组织发生应变集中而破碎。超塑性变形后合金的微观组织仍然保持较好的等轴状,具有典型的超塑性变形特征。
  • 张良英, 江星莹, 邓将华, 詹艳然
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 102-107. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.017
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    针对圆柱坯料镦粗过程中的应力分布问题,利用主应力法和有限元法进行对比分析,考察坯料不同位置的应力分布及其变化规律、不产生拉应力的极限高径比,以及摩擦系数对极限高径比的影响。研究结果表明,在摩擦条件下,镦粗高径比较大的圆柱体时,坯料端面将产生径向和环向拉应力,且该双向拉应力随着压下量的增加逐渐减小并最终转变为压应力;鼓肚区轴向压应力随着压下量的增加而减小,径向应力接近于0 MPa,环向拉应力随着压下量的增加而增加;当高径比小于0.6时,坯料端面将不产生径向和环向拉应力,且该极限高径比与摩擦系数的关系不大。
  • 曾文浩, 魏刚, 邓小亮, 陈功
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 108-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.018
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    以典型的长悬臂类空心铝型材为例,采用CAE软件模拟其挤压过程。分析挤压稳定阶段下的分流孔入口、出口和型材出口截面金属流速分布差异,对分流孔、焊合室设计和模孔工作带高度分布进行改进,最终使型材出口截面金属流速差从101.57 mm·s-1大幅度降至14.50 mm·s-1,有效消除了初始方案中模具结构设计的不合理部分,有利于获得高精度的型材外观尺寸,为下一步优化工艺参数创造良好条件。通过分析挤出型材料头的变形情况发现数值模拟结果与生产试模结果大体吻合,从而证明了分析CAE软件仿真结果提出的2次优化方案可为该类铝型材挤压模具结构设计提供参考。
  • 熊威
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 116-120,128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.019
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    为了描述电脉冲处理中材料的应力应变关系,提出了一个唯象型的本构方程。本构方程由应力项、时间项和电流密度项组成。通过参数识别确定了本构方程中的材料参数,并将本构方程应用于薄板的V形弯曲和T型试件曲率弯曲的电脉冲时效成形仿真当中。通过仿真结果和现有试验结果的对比,验证了本构方程的有效性,可以反映电流密度、脉冲时间和脉冲次数对电脉冲处理效果的影响。仿真结果显示,电脉冲时效成形的效率远大于传统的热时效成形,而且在设计模具时可以不考虑回弹问题。
  • 吕政, 任学平, 刘仕添, 金充, 袁颖利
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 121-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.020
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    通过累积叠轧(ARB)成功制备了带有不同混杂比例的nano-SiCp和MWCNTs纳米颗粒增强镁基纳米复合材料,其中增强相总质量分数为2%,ARB过程共进行14道次。研究结果发现,在混杂增强相添加后,纯镁基体的晶粒尺寸得到明显细化;当SiCp/MWCNTs质量混杂比为5:5或7:3时,混杂增强相在纯镁基体中呈现弥散分布;混杂增强相较两种单一增强相更加强烈地抑制了基体的再结晶。以综合性能作为标准,当SiCp/MWCNTs的混杂质量比为7:3时混杂增强复合材料的综合性能表现最优。
  • 白振华, 王云祥, 王瑞, 刘亚星, 宋章峰, 郭振胜
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 129-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.021
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    针对以往连续退火过程炉辊表面粗糙度衰减造成带材张力波动,导致带材跑偏等问题,结合连退机组的设备与工艺特点,经过现场试验与理论研究,回归出了连退炉内炉辊表面粗糙度衰减模型。在此基础之上,将带材在连退炉内的稳定通板作为控制目标,以带材既不发生跑偏也不发生瓢曲作为约束条件,开发了一套适用于连退过程的张力补偿技术,并将其推广应用到生产实践。编制了相应的“连退机组炉辊粗糙度衰减预报及张力补偿”软件,实现了对连退机组特定工艺段的张力补偿。
  • 万敏, 安铃芝
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 136-142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.022
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    针对机械手传统控制器控制精度低的问题,设计了一种不依赖机械手精确的数学模型的变论域模糊控制器。首先,根据拉格朗日方程,建立机械手的动力学模型;其次,设计变论域自适应模糊控制器,运用layapunov函数证明控制器的稳定性;最后对传统的PID控制和变论域模糊控制对机械手的高精度轨迹跟踪控制进行MATLAB/Simulink仿真分析和对仿真结果进行比较。仿真结果证明:变论域自适应模糊控制器对机械手的轨迹跟踪控制精度比传统的PID控制的控制精度高,稳态误差小,且鲁棒性、抗干扰能力强,响应速度快,验证了变论域自适应模糊控制的有效性。
  • 王宗申, 管延锦, 魏修亭, 朱光明
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 143-150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.023
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    以工业纯铜为研究对象,首先通过工艺实验研究了模具限制作用对模压变形材料的微观组织和力学性能的影响。然后,基于位错理论建立了耦合模具限制作用的材料流动应力演化模型,对模压变形纯铜的流动应力、位错密度以及晶粒尺寸等随应变的变化规律进行了预测,预测结果与实验数据基本吻合。最后,结合实验结果和理论分析揭示了模具限制作用对模压变形工艺的影响规律和内在机理。研究表明,由于模具限制作用的存在,刃型位错攀移时的扩散激活能明显升高,位错动态回复速率降低,从而保证了变形后期较高的位错密度,工艺的晶粒细化与力学性能改善能力得到显著增强。
  • 冯建铭, ELIANE Giraud, 曹旭东, 李淑慧, PHILIPPE Dal Santo
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 151-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.024
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    采用昂热力学实验室高温拉伸实验机对Al2024合金进行高温拉伸实验,实验温度为350、400和450℃,应变速率为1×10-3、5×10-4和1×10-4 s-1,获得应力-应变曲线。借助Arrhenius方程对实验数据进行拟合,考虑到应变量对流变应力的影响,建立各材料参数与应变量的关系,并通过三次方程表示,从而对本构方程进行修正。结果表明:Al2024合金在高温拉伸过程中会发生再结晶,出现软化现象;合金在实验温度下表现出较好的塑性,在450℃下伸长率达到80%以上;拟合得到的本构方程具有较高的精确性,误差小于5%,可以用于仿真模拟。
  • 杨凤, 黄模佳, 赵腾飞, 晏洪, 刘军
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 157-164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.025
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    工程上往往采用Hosford屈服函数来描述正交金属板材屈服和塑性变形行为。但它要求板材的3个主应力必须与板材的正交轴同轴。针对这一的缺点,通过引入方向函数,分析方向函数与织构系数的关系,给出包含织构系数的任意应力状态下六角晶粒正交板材屈服函数。此屈服函数包含5个材料常数和5个织构系数,比Hosford屈服函数更具有一般性。利用新屈服函数推导了不同角度下金属板材各向异性指数r值和屈服应力与织构系数的表达式,实验证明新屈服函数对描述材料的塑性变形及屈服强度的拟合较好,为分析金属板材的力学性能提供了依据。
  • 丁小凤, 双远华, 林伟路, 张君
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 165-171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.026
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    通过Gleeble热模拟机,在变形温度250~500℃、应变速率0.005~5 s-1下对挤压态镁合金进行热压缩实验,得到应力-应变曲线,基于加工硬化与软化机制,分析了温度和应变速率对流变曲线及峰值应力的影响。其次,考虑变形中温升,在高应变速率下采用温度补偿修正流变应力。最后,运用双曲正弦模型构建不同流变应力范围的本构模型,得到流变应力与温度、应变速率和应变的定量关系。将模型预测应力值与实验值进行对比。结果表明:实验值与预测值的相关性系数为0.984,平均相对误差绝对值为3.87%,说明所建立的本构模型能够准确预测成形过程中不同变形量下镁合金的流变应力值。
  • 佘文韬, 樊文欣, 史永鹏, 张涛, 李鑫雨
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 172-176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.027
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    在强力旋压加工连杆衬套的过程中,进给比、减薄率和旋轮压下量对连杆衬套表面质量(粗糙度)的影响很大。基于Box-Behnken试验设计,利用SXD100/3-CNC数控旋压机进行强力旋压试验,得到17组试验数据。采用BBD响应曲面法,建立连杆衬套在强力旋压过程中加工参数(进给比、减薄率和旋轮压下量)与表面粗糙度的预测模型,采用Design-Expert 8.06软件对表面粗糙度进行回归系数及方差分析,对强力旋压的加工参数进行了优化。通过试验分析,得出强力旋压最优参数:减薄率35%、进给比0.25 mm·s-1、旋轮压下量0.5Δt时,连杆衬套表面粗糙度达到最小。
  • 王小红, 汪姝, 林元华, 叶宇, 王海伦, 陈琴
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 177-184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.028
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    采用DEFORM-3D有限元分析软件,以Yada为动态再结晶模型,对Φ73 mm×9 mm双端内加厚7075铝合金钻杆管体挤压成形的动态再结晶进行模拟,研究管体上动态再结晶百分数及其晶粒平均尺寸的分布规律,通过Φ73 mm×16 mm的前端加厚段、Φ73 mm×9 mm的主体管段挤压实验得到管体各部位的金相图,以验证数值模拟结果,并经测试获得前端加厚段与主体段内、外表面维氏硬度,得到动态再结晶不均匀分布对管体力学性能的影响。结果表明:径向上,管体前端加厚段内表面最大动态再结晶百分数及其晶粒平均尺寸分别为12.56%、17.58 μm,分别比外表面高5.63%、12.26%;主体段内表面的最大动态再结晶百分数及其晶粒平均尺寸分别为15.46%、16.98 μm,分别比外表面低72.51%、21.93%;后端加厚段内表面最大动态再结晶体积分数及其晶粒平均尺寸分别为17.89%、19.70 μm,分别比外表面低78.57%、24.55%。轴向上,随着挤压的进行,后端加厚段外表面动态再结晶百分数及其晶粒平均尺寸最大,分别达到83.48%、26.11 μm;主体段动态再结晶百分数及其晶粒平均尺寸次之,分别达到56.24%、21.75 μm;前端加厚段动态再结晶百分数及其晶粒平均尺寸最小,分别为13.29%、18.42 μm。外表面维氏硬度较内表面增加了5.811%,主体段维氏硬度较前端加厚段增加了9.323%。
  • 李峻薇, 胡玉军, 张兵
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 185-189,196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.029
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    采用能实现大变形的等通道转角挤压法(ECAP),对H65黄铜进行ECAP变形实验,分析了H65黄铜在经ECAP变形后β相形态和硬度的演变规律。结果表明:铸态时β相呈半连续网状和短棒状无方向性分布,经ECAP奇数次挤压,β相变成了长条状,分布方向确定,间距变得紧密;经ECAP偶数次挤压,β相变成了粗的短棒状,分布方向不定,间距变得稀疏;ECAP变形对H65黄铜试样硬度提升作用明显,铸态时硬度值为70.8 HV,在3道次ECAP挤压后硬度达到最大值239.3 HV;β相对合金整体硬度的贡献主要发生在第1道次挤压,随后道次的挤压β相自身硬度值变化不大。
  • 韩锋, 吴桐, 方斌, 陈晓杰
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 190-196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.030
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    针对V形部件弯曲加工时出现的挠曲变形问题,基于材料力学和金属塑性成形理论,分析了V形部件弯曲变形区内单元体的应力、应变分布,并结合V形部件实际受力和变形情况,确定弯曲线挠曲变形成因、力学模型和影响因素。通过对不同长度、材质、厚度、角度的V形部件的弯曲试验验证了研究结果的正确性。结果表明:V形部件弯曲线长度方向和材料厚度方向的塑性应变符合材料力学弯曲应力-应变理论,且沿弯曲线长度方向上对应点应变均布;材料力学的均布载荷简支梁力学模型和挠曲线方程适用于V形部件弯曲线挠曲变形;V形部件弯曲线挠曲变形的挠度值与内应力、V形部件长度成正比,与材料的弹性模量、V形断面对中性层的惯矩成反比;V形弯曲变形程度大时,产生的内应力大,弯曲线挠曲变形大,反之则弯曲线挠曲变形小。最后,提出了通过提高部件惯矩、在模具上给出反变形等办法来解决V形部件弯曲线挠曲变形问题,从而提高产品质量。
  • 晁利宁, 张峰, 苑清英, 徐金
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 197-202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.031
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    采用大型通用有限元软件对TRT焊接机壳进行焊接过程的模拟。利用有限元软件中的单元生死技术和热-结构耦合技术,成功的预测了TRT机壳焊后残余应力及变形,并通过焊后残余应力测试试验验证对比。结果表明,有限元模拟机壳在焊接过程中,焊缝附近残余应力较大,局部达到其屈服强度;远离焊缝处的壳体上应力较小,均处于弹性变形。进行“盲孔法”测量残余应力,试验测量的残余应力跟模拟所得残余应力分布趋势相同,峰值应力出现的点基本重合。由于机壳实际焊接中施加的约束较多,应力得不到释放,导致试验数值略高于模拟数据。
  • 樊朋霄, 吴隽, 王光辉, 董志军, 赵红叶
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 203-208. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.032
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    对采用滚压和切削两种成形方式加工的镀锌管螺纹管牙的显微组织、力学性能和极化曲线进行了对比研究。结果表明:滚压加工成形方式明显改善了管牙的表面质量,管牙表层和浅表层的显微组织因强烈塑性形变而明显细化且呈细长纤维状;严重的加工硬化使显微硬度显著升高,最高可达约240 HV;单管牙扣的最大抗拉力约为29.88 kN;此外,滚压加工方式使管牙表面镀锌层得以部分保留,从而提高了螺纹的耐蚀性。相比之下切削加工成形方式所加工的管牙表面粗糙,内部显微组织仍为等轴晶,表层和次表层显微硬度一般在184~194 HV之间,力学性能相对较差,单管牙扣的最大抗拉力为21.56 kN,仅为滚压成形的72.2%;管牙表面镀锌层被切除,螺纹耐蚀性显著下降。
  • 钟功祥, 张兴, 吕亚峰, 李杰
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 209-213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.033
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    针对管道支撑角度对凹陷管道等效应变的影响,以非线性接触为基础,应用ABAQUS有限元软件,建立三维球形凹陷缺陷管道模型。通过求解该模型,探讨了在无管道内压的情况下不同管道支撑角度以及凹陷位置与含凹陷管道等效应变之间的变化规律。研究结果表明:在欧洲管道研究组织(EPRG)所允许的极限凹陷深度以及无内压的情况下,支撑角度的变化会影响管道的等效应变,随着非对称支撑角度的增大管道的等效应变逐渐减小;不同的凹陷位置会对管道等效应变造成不同程度的影响,在对称支撑时管道等效应变呈先增大后减小的趋势,而在非对称支撑时管道等效应变呈减小的趋势;在凹陷位置θ1时,支撑角度θ3对管道等效应变的影响大于支撑角度θ2对管道等效应变的影响。
  • 陈泽中, 赵娜
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 214-220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.034
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    对微齿轮注塑成型充填和保压过程进行了数值模拟,通过正交试验法和多目标规划法,讨论了模具温度、熔体温度、注射速度、保压压力和保压时间对微齿轮充填时间、收缩率和翘曲值的影响,利用单纯形法和MATLAB对多目标函数进行寻优,找到最佳工艺组合。结果表明,注射速度对充填时间的影响最大,模具温度对收缩率和翘曲值的贡献率最高。注射速度越大、模具温度越高,充填时间越短,但收缩率和翘曲值也越大。根据多目标规划法最优化计算,当模具温度、熔体温度、注射速度、保压压力和保压时间分别为100℃、240℃、1.4 mm3·s-1、84%、0.28 s时,充填时间最短,成型质量最高。热量损失和补缩率是影响充填时间和成型质量的主要原因。
  • 杨慧杰, 卢秀春, 卢伟, 杜金峰
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 221-225. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.035
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    基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,以金属薄带材螺旋刃辊切为研究对象,建立了金属薄带材辊切过程模型,对金属薄带材辊切过程进行了计算机数值分析。获得了金属薄带材辊切过程中辊切力的变化曲线及辊切力呈周期性变化的变化规律,最大辊切力为4221 N,出现在0.396 s。得到了辊刀侧向间隙、辊刀重叠量、辊切速度、带材厚度等工艺参数对辊切力的影响情况,当侧向间隙为0.07 mm时辊切力最小,侧向间隙约为带材厚度的18%,最优重叠量为0.3 mm,辊切速度对辊切力的影响较小,辊切力随着带材厚度的增大几乎呈线性增大。验证了辊切模型的可靠性,证明仿真结果是可信的。
  • 张昭, 谭治军, 姚欣欣
    塑性工程学报. 2017, 24(6): 226-232. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2017.06.036
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    基于任意拉格朗日欧拉网格技术建立了单面双轴肩和传统单面单轴肩搅拌摩擦焊接的数值模型,与通过Zener-Hollomon参数的晶粒预测模型结合,利用基于对数应变的等效应变率和截面峰值温度,计算了两种搅拌头作用下的焊缝截面晶粒尺寸。通过与试验数据和试验规律的对比,验证了模型的有效性。与传统单面单轴肩搅拌摩擦焊接过程的对比发现,采用单面双轴肩搅拌头,相同工况下平均晶粒尺寸下降,细晶有利于强化,因此,采用单面双轴肩搅拌头有利于得到性能更好的接头;采用单面双轴肩搅拌头,相同工况下平均晶粒尺寸的标准差减小,说明采用单面双轴肩搅拌头可以进一步提高焊缝截面不同部分的力学性能的均匀性。