2018年, 第25卷, 第1期　
刊出日期：2018-02-28
  

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  • 基于晶体塑性的难变形材料不均匀变形多尺度建模研究进展
    詹梅, 李宏伟, 孙新新, 黄栋, 武川, 王旭, 陈姗姗
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 1-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.001
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    分析并综述了不均匀变形预测中的晶体塑性模型与求解算法，论述了考虑多相材料非均质特征与晶界异质性的晶体塑性建模难点与方法；分析并综述了用于微观组织形态演化预测的元胞自动机建模方法，并论述了考虑不均匀变形与组织形态演化交互作用机制的晶体塑性与元胞自动机耦合建模的关键难点及其解决方法。进一步论述了基于宏观有限元、细观晶体塑性有限元与微观元胞自动机的多尺度全耦合建模方法及其在钛合金复杂隔框构件等温局部加载成形多尺度耦合响应规律预测中的成功应用。最后分析了多尺度建模仍存在的问题，并展望了多尺度建模的发展趋势。
  • 6022铝板热冲压淬火一体化工艺固溶条件对强化的影响
    薛文琦, 陈伟华, 刘娟, 崔振山
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 15-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.002
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    利用中心点响应面法进行铝板热冲压淬火一体化实验设计，通过常温单向拉伸实验、热像仪测温及扫描电镜金相观察，研究了固溶处理工艺参数及淬火冷却速率对成形件强度的影响。实验结果表明：固溶处理工艺参数即固溶温度、固溶时间的最优参数范围分别为520~545℃，35~45 min。在此条件下，经时效温度180℃，时效时间60 min的人工时效处理后成形件的抗拉强度最高可达到370 MPa。选取最优工艺参数范围中的固溶温度520℃，固溶时间35 min的工艺过程，进行淬火温度测量及成形件金相观察，发现通过室温条件下的模具淬火可以实现成形件的快速冷却，并且成形件经人工时效后可得到细小且弥散分布的强化相。
  • 多弯角零件冲压回弹控制方法的研究
    谢晖, 唐长民, 程威, 张文彦, 王东福
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 22-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.003
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    针对多弯角类零件回弹大、影响因素多等特点，提出一种综合考虑零件结构和工艺参数的控制多弯角零件回弹的方法。理论分析了回弹的原因，根据多弯角零件的特点，选出零件加强筋数目、压边力、圆角半径、型面夹角以及拉延筋系数5个主要因子，通过Box-Behnken设计试验对各回弹影响因子的作用进行探究。根据AutoForm软件仿真计算获得的样本点结果，研究各因子对多弯角零件回弹的影响并在Isight中建立响应面近似模型，用Downhill Simplex算法求解近似模型的最优因子组合。利用优化后的中通道结构和工艺参数进行仿真验算，回弹绝对值的均值从原来的2.8 mm降到了0.7 mm，说明该方法能对多弯角零件回弹进行优化控制。
  • Invar 36合金厚板三点弯曲回弹规律研究
    李佼佼, 李细锋, 梅琼风, 何雪婷, 刘红兵, 郑兴伟
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 28-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.004
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    采用Ls-Dyna软件，利用Swift硬化模型、Mises屈服准则，建立三点弯曲有限元模型，模拟研究了不同厚度、不同温度下Invar 36合金厚板的回弹规律。依据模拟结果，设计制作三点弯曲模具，在万能液压机上进行三点弯曲回弹试验。结果表明，板料厚度越大，成形温度越高，回弹程度越小。室温下材料厚度从12.7增加至19.05 mm时，回弹量由19.73%降至10.76%，减小了45.5%；19.05 mm厚度的板料成形温度为室温时回弹量为10.76%，而当成形温度升高至800℃时回弹量则降至1.4%，减小了87.0%。有限元模拟结果和试验结果吻合度高，表明该有限元模型、材料模型可有效预测Invar 36合金不同厚度、不同温度下的回弹情况。
  • 渐进成形A3003铝板锥形件减薄带壁厚变化规律试验研究
    陈继平, 沈翔, 吕昌福, 钱健清
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 34-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.005
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    为了研究渐进成形初始成形阶段A3003铝板锥形件减薄带的壁厚变化规律，利用渐进成形试验加工了8组A3003铝板锥形件，通过测量减薄带处的壁厚分布，分析了工具头直径、进给量、成形半锥角和润滑条件等加工参数对锥形件减薄带壁厚变化的影响规律。结果表明，渐进成形锥形件壁厚变化可分为3个区域，即壁厚减薄区、壁厚回升区和壁厚稳定区。成形半锥角是渐进成形锥形件壁厚的主要影响因素，对锥形件的表面质量影响最大因素是润滑条件，影响锥形件壁厚均匀度的是进给量，对锥形件壁厚稳定区壁厚的稳定有一定影响的是渐进成形的成形工具头直径。渐进成形加工参数对A3003锥形件减薄带减薄率的影响程度为：成形半锥角 > 进给量 > 工具头直径 > 润滑条件，对锥形件减薄带减薄范围的影响程度为：成形半锥角/进给量 > 工具头直径 > 润滑条件，增大成形半锥角不仅可以降低锥形件减薄带的减薄率，还能减小减薄范围。
  • 枝杈类锻件挤压成形折叠缺陷影响参数分析
    赵德颖, 张连东, 朱恩领
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 41-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.006
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    面向枝杈类锻件挤压成形过程中的折叠缺陷，基于正交设计法，采用数值模拟与实验相结合的方法研究成形参数对折叠缺陷的影响。数值模拟结果表明：折叠长度随冲头底锥相对直径d/D（d为冲头底锥直径，D为挤压筒直径）、枝杈角度α的增大而增大，随枝杈根部圆角半径r、模具圆弧外端与冲头环形平面距离h的增大而减小。通过极差分析，发现对折叠长度的影响程度依次为：冲头底锥相对直径d/D，模具圆弧外端与冲头环形平面距离h，枝杈角度α，圆角半径r。挤压成形实验的实验结果与数值模拟结果相吻合，验证了数值模拟的准确性，可供枝杈类锻件的无缺陷锻造参考。
  • 辊系参数对锂离子电池极片厚度一致性的影响研究
    王荣军, 杜晓钟, 刘斌斌, 闫时建, 王金鹏
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 46-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.007
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    单体锂离子电池极片的厚度一致性对电池组的性能发挥至关重要。针对在极片辊压中对极片的厚度的高精度要求，采用有限元软件，基于弹塑性有限元法对辊压过程中轧辊的变形进行了仿真。研究了辊系参数变化对极片厚度一致性的影响规律，并对Φ500 mm×500 mm的轧辊辊径及弯辊力设定进行优化。结果表明：辊径不变时，增加辊身长度，极片的厚度一致性变差；辊长不变时，增加辊径和施加弯辊力可以改善极片的厚度一致性；轧辊长径比为1：1时，同时增加辊长和辊径，极片的厚度一致性变差。通过实验验证了有限元模拟的准确性，研究结果可为技术研究和现场生产提供参考。
  • 工艺参数对楔横轧GH4169合金轴类件力能参数的影响
    朱德彪, 束学道
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 52-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.008
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    利用DEFORM-3D有限元软件建立了其三维刚塑性有限元模型，通过仿真与实验相结合的方法，分析展宽角、成形角、断面收缩率对GH4169合金成形过程中力能参数的影响规律。结果表明在展宽段有：随着成形角的增大，径向力、横向力和轧制力矩均减小，轴向力略增大，但增大幅度不明显；随着展宽角的增大，径向力、横向力和轧制力矩均增大，轴向力减小；随着断面收缩率的增大，径向力、横向力和轧制力矩先增大后减小，轴向力增大。采用无量纲影响因子法，综合分析获得了工艺参数对力能参数影响的主次顺序。在此基础上，进行了1：1楔横轧GH4169合金实验，得到轧制力矩与数值模拟结果相对误差在10%以内。研究结果为GH4169合金轴类件楔横轧成形合理选取工艺参数和轧机设计力能参数确定提供参考。
  • AZ63镁合金累积叠轧界面结合机制的研究
    郭俊卿, 丁祎, 陈拂晓, 皇涛, 张信民
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 60-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.009
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    基于AZ63镁合金累积叠轧试验，比较了不同道次叠轧后的界面组织特征，利用扫描电镜观察断口形貌，分析了界面断裂特性，研究了界面结合机制。结果表明：AZ63镁合金经过350℃、5道次累积叠轧后，显微组织由细小等轴晶构成，先前结合面的质量在后续叠轧中逐渐得到改善；坯料与轧辊接触面因剪切作用聚集了大量孪晶组织，并在厚度方向上由表面到中心逐渐减少。拉伸断层主要发生在最后一道次叠轧变形的界面处，已形成良好结合的界面拉伸断口表现出与基体相同的韧窝形貌特征。界面结合机制为再结晶结合机制，通过界面处形核、再结晶、晶界连接实现界面结合。
  • 辊式微楔横轧数理建模及仿真分析
    潘小浪, 王敏婷, 李学通, 曹明飞, 张祥玉, 王加春
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 66-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.010
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    在微楔横轧技术的理论研究阶段，准确的细观有限元模型和多晶体塑性模型的结合可以更好地优化其成形工艺。首先采用三维Voronoi多面体来研究真实材料的细观结构，建立了基于Voronoi原理的光滑模型和粗糙模型，然后单独对每一个晶粒考虑塑性性能和初始取向，建立了两种多晶体塑性模型，最后将光滑/粗糙Voronoi几何模型和经验模型相结合，建立了成形微型轴辊式微楔横轧有限元分析模型。利用ABAQUS软件进行仿真模拟，通过分析不同因素对工件成形质量的影响，得到在MCRW中要使工件成形质量最佳应选择粗糙模型、网格尺寸0.03 mm、摩擦系数0.8以及工件中晶粒数量82个。
  • 基于搓轧变形的板料可控曲率连续弯曲方法及成形规律初探
    吕梦柔, 何柏岩, 张连洪, 赵非平, 李森林
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 72-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.011
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    提出了一种区别于传统卷板的板料可控曲率连续弯曲加工方法。该方法基于搓轧变形机制，通过控制工作辊的异速率和板料的压下率，可实现板料曲率的主动控制，进而进行板料可控曲率连续弯曲成形。通过有限元数值模拟，初步分析了板材曲率半径与异速率和压下率的关系，以及搓轧卷圆的成形载荷。结果表明，通过调节异速率和压下率可以改变曲率半径；曲率半径随着异速率和压下率的增大而减小，当异速率和压下率增大到一定程度后，曲率半径变化趋于饱和；工作辊压力随压下率的增加逐渐增大，在满足加工需求的条件下，尽量选择小压下率，以减小加工载荷。
  • 环形件螺旋成形截面形状尺寸分析与优化
    杜凤山, 杜出云, 孙明翰, 胡斌斌, 王轩博
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 79-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.012
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    为了研究环形件毛坯在螺旋成形时横截面的变形规律，结合某工厂的实际生产工艺，建立了环形件毛坯螺旋成形的三维弹塑性非线性有限元模型。基于该模型得到的仿真结果与现场测量结果基本一致，通过对仿真结果分析得到了成形过程中环形件毛坯横截面形状尺寸变化规律。分析表明：横截面会由矩形变为近似等腰梯形（内缘宽度增加，外缘宽度减小，长度减小）；内、外缘宽度变化量与宽长比呈线性函数关系，长度变化量与宽长比呈二次函数关系。在此基础上优化了环形件毛坯横截面的尺寸参数。结果表明，优化后的工艺大大改善了环形件毛坯横截面的成形质量。
  • 铝合金薄壁柱壳电磁胀形塑性失稳实验研究
    傅爱杰, 付应乾, 罗震宇, 董新龙
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 85-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.013
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    利用高速相机记录电磁驱动6063-T6铝合金薄壁柱壳膨胀变形过程，结合二维数字图像相关法分析试样表面应变场演化，对金属柱壳电磁膨胀塑性失稳过程开展研究，探讨金属高速成形极限及影响因素。实验结果表明：6063-T6铝合金薄壁柱壳电磁高速膨胀成形开始为均匀变形，随变形发展试样表面应变场出现局域化集中并沿45°或135°方向失稳扩展，裂纹沿局域化集中带发展导致碎裂；电磁膨胀局域化过程中分散性失稳时的平均应变与准静态拉伸失稳应变相比并没有明显变化，而局域化带形成时的应变随加载率提高显著增大，分析认为薄壁板电磁高速胀形成形极限提高的"增塑性"主要与惯性效应与结构效应相关。
  • 膨胀套管铜制悬挂系统有限元分析及试验研究
    白强, 刘强, 李德君, 宋生印, 吕能, 武刚
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 92-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.014
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    以膨胀套管铜制悬挂系统为研究对象，对影响施工作业安全性和可靠性的膨胀力和悬挂力进行非线性有限元分析和实物试验研究。结果表明：有限元模拟结果和试验结果在趋势上吻合性较好，所需膨胀力相对误差为9.8%，悬挂力相对误差为11.3%，有限元模型能够满足工程预测需求；铜制悬挂系统会导致膨胀力在膨胀锥通过铜环时发生激增，所需最大膨胀力随铜环过盈量、长度和厚度的增大而增大，在施工过程中应防止由于膨胀力发生突变而导致系统失稳。铜制悬挂系统单个铜环悬挂力随着铜环过盈量、长度和厚度增大而逐渐增大。铜环周向不均匀压缩会导致铜制悬挂系统实际悬挂力小于理论计算值。
  • 三维复杂轴线空心构件自由弯曲成形技术研究
    熊昊, 马燕楠, 周曙君, 何勇, 杨秀恩, 靳凯, 王辉, 骆心怡, 郭训忠
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 100-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.015
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    基于ABAQUS有限元仿真软件，对紫铜复杂轴线空心构件的三维自由弯曲成形进行了数值模拟，重点研究了管材与弯曲模之间的间隙u、弯曲模中心与导向机构前端距离M、管材Z向送料速度v等关键成形工艺参数对弯曲成形结果的影响规律以及成形区的应力、应变状态，最终获得了该复杂弯曲构件三维自由弯曲成形的最优工艺参数。基于仿真优化结果，实施了自由弯曲成形试验。研究结果表明：在u为0.25 mm、M为26.5 mm、v为20 mm·s-1的工艺参数条件下，构件成形尺寸与模拟结果相近且均接近设计尺寸；弯曲构件无明显的截面畸变、壁厚增厚减薄现象，成形质量较高，模拟结果为复杂空心件成形提供了技术参考。
  • 薄壁管数控弯曲成形工艺参数区间研究
    王永安, 吴建军, 李非凡, 惠钰
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 111-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.016
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    针对大直径薄壁管件数控弯曲成形工艺，假设管件质量的评价指标参数，即管件的最大壁厚变化率及最大截面畸变率为随机变量，在将该两个相关随机变量转化为独立随机变量的前提下，利用贝叶斯理论分析得到两个独立随机变量的正态分布特性。同时利用基于信噪比的多目标决策理论，得到以最优质量评价指标参数为中心，置信度1-α下的最佳质量评价参数球域。并基于质量评价指标参数与工艺参数的映射关系，通过神经网络映射得到工艺参数的优化区间。最后对Φ50 mm×1.0 mm×100 mm管件进行弯曲成形的实例计算，分析结果证明该方法具有良好的工程实用性和有效性。
  • ECAP变形对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响
    王剑星, 杨钢, 张忠模, 赵彦, 唐光明, 魏小明
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 119-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.017
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    采用等径转角挤压（Equal Channel Angle Pressing，ECAP）工艺在室温下对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢进行单道次冷变形。通过力学性能测试、光学显微镜和透射电镜观察、X-射线衍射和差热分析等方法，研究了ECAP变形对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响。结果表明：通过ECAP变形，组织内的板条马氏体受到了大剪切力的作用，扭曲变形并被拉长，且变形有利于过时效时马氏体组织的分解；ECAP变形使大部分区域的马氏体板条碎化，但碎化不均匀，未完全碎化的板条发生了细化；ECAP变形促进了组织内奥氏体的形成，且变形有利于组织回复和促进相析出。ECAP变形使合金强度大幅提高，但塑性下降，均匀塑性变形能力变差。
  • 异形花键截面钢丝辊模拉拔模拟研究
    郭丰伟, 雷君相, 江鸿, 高文静
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 125-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.018
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    利用Deform-3D软件对异形花键截面钢丝的辊模拉拔工艺过程进行模拟研究。对预成形阶段的辊拉模外齿圆角与内齿圆角进行了参数优化，获得了最佳工艺参数组合，即外齿圆角半径R1为0.5 mm，内齿圆角半径R2为0.5 mm。为保证最终产品尺寸，选定整形阶段外齿圆角半径R1为0.4 mm，内齿圆角半径R2为0.4 mm。根据最优组合参数进行了模拟仿真与实验验证。模拟结果表明，工件上的圆角均能填充饱满。实验结果表明，零件表面齿形处成形质量较好，外齿与内齿处圆角填充完整。实验结果与模拟结果基本一致，获得了符合产品尺寸的制件。模拟和实验结果有助于研究异形花键截面钢丝辊模拉拔过程的宏观变形，为精密异形丝的成形过程提供了理论指导。
  • 基于应变速率变化准则构建管材液压胀形成形极限图
    胡国林
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 131-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.019
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    基于应变速率变化准则（Strain Rate Change Criterion，SRCC），研究了管材液压胀形过程中极限破裂点与其相邻节点应变速率之间的关系。通过对比胀形区中截面极限状态点与其相邻网格节点的应变速率值，可以判断管材胀形过程是否发生了破裂失效。通过管材液压胀形成形极限破裂实验发现，在管材胀形区极限状态点达到破裂时刻的应变速率值与胀形过程其它时刻的应变速率值相比有明显的突变，说明随着胀形区变形程度的增加，由于加工硬化等现象，胀形区可能发生了分散性失稳，从而使得胀形区变形不均匀。分析实验结果表明，管材液压胀形区中心单元体与其相邻节点之间的应变速率比值达到100左右时，认为管材达到破裂状态，通过提取胀形区极限状态点的极限主应变值来构建成形极限图，实验结果与数值仿真结果吻合较好。
  • 基于BP神经网络的连杆衬套强力旋压轴线直线度预测
    吉梦雯, 樊文欣, 张涛, 郭代峰, 李兴艳
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 137-141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.020
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    强力旋压成形工艺的轴线直线度误差对采用该工艺生产的连杆衬套的产品使用可靠性有很大影响。采用单因素试验设计方法，利用数值模拟技术手段，获得了以减薄率、进给比、首轮压下比、主轴转速为试验因素，内、外轴线直线度误差为评价指标的试验数据。基于试验因素和评价指标应用BP神经网络技术建立了4-10-2的三层神经网络结构模型，得到了减薄率、进给比、首轮压下比、主轴转速和轴线直线度误差之间的非线性关系。用试验所得到的数据对模型进行了训练和预测，并将预测值与仿真值相比较。结果表明：该模型可以有效预测连杆衬套强力旋压轴线直线度误差。
  • 冷滚打成形表层残余应力模型建立
    崔凤奎, 刘飞, 解克各, 丁泽瀚, 李言
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 142-150. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.021
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    为提高冷滚打成形工件的表面性能，实现对冷滚打成形过程中残余应力的控制，以渐开线花键为研究对象，采用轮廓法测量冷滚打成形花键齿廓不同位置的残余应力，依据实验结果采用响应曲面法建立冷滚打成形花键齿廓齿根处、分度圆处和齿顶处的残余压应力峰值和残余压应力层深与冷滚打成形参数的关系模型，对比分析了实验结果与模型的预测结果。研究表明所建立的残余压应力峰值模型的最大预测误差为3.3%，残余压应力层深模型的最大预测误差为6.1%，预测结果具有较高的可信度，可以进行不同冷滚打成形参数的齿廓空间残余应力和残余压应力层深度的预测。
  • 国产非调质钢36MnVS4连杆胀断缺陷分析
    李晓辉, 张朝磊, 李戬, 马晓艺
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 151-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.022
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    采用显微组织、断口形貌观察和力学性能测定，分析了国产非调质钢36MnVS4连杆掉渣、断口不齐胀断缺陷的原因。结果表明，断口显微组织为铁素体+珠光体，无异常组织出现；晶粒度、抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和断面收缩率均满足标准要求。但是缺陷连杆铁素体含量超过标准的上限要求；未机加工表面存在脱碳层，脱碳层中较高的铁素体含量提高了表面的塑性；断面收缩率远超过标准的下限要求，且超过了可以保证胀断性能的上限要求，造成连杆的胀断性能差。这是连杆掉渣、断口不齐胀断缺陷的主要原因。胀断缺陷原因的分析为高品质连杆的生产提供了理论支持。
  • 闭挤式精冲直齿轮成形面的显微力学化学行为分析
    吕琳, 周杰, 邓明
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 156-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.023
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    直齿轮的齿廓形状复杂，其主要失效部位为齿部，通过对闭挤式精冲后的直齿轮齿部金相显微组织的观察、齿顶和齿根挤剪面附近的显微硬度分布测试，分析了闭挤式精冲直齿轮齿部的显微力学行为，同时通过极化曲线试验法研究了工件在3.5% NaCl溶液中电化学腐蚀行为。结果表明：在靠近变形区的晶粒由于强大的三向压应力作用发生了巨大的变形，越靠近挤剪面附近的金属流线越致密，齿根的金属流线比齿顶细密。由于挤剪面附近材料变形程度很大，闭挤式精冲后的直齿轮齿部的加工硬化作用明显。齿部截面越靠近挤剪面显微硬度值越大，齿部轴向面内从塌角侧到毛刺侧，齿顶与齿根的显微硬度分布完全不同。精冲加工后直齿轮件耐蚀性能也有很大的提高。闭挤式精冲后的直齿轮的齿部有很强的耐磨性、抗疲劳强度，耐腐蚀性，直齿轮的使用寿命也得到了提高。
  • DP780高强钢板材高应变率变形行为及本构模型
    刘大海, 孟维金, 蒙骏鹏
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 161-166,174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.024
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    基于MTS准静态拉伸和分离式霍普金森杆冲击拉伸实验对DP780高强钢板材在0.001、1150、1900、2800和4200 s-1应变率水平下的本构行为进行了描述，获得了其高应变率变形规律，并建立了修正的Johnson-Cook （JC）动态本构模型。结果表明，动态冲击拉伸时，DP780板材的变形行为与准静态时显著不同，呈现显著的应变率强化特征。动态拉伸条件下的屈服强度和抗拉强度都要明显高于准静态条件下，屈服和抗拉强度在动态条件下随应变率升高也会有所增加，但由于绝热升温效应，应变率达到2800 s-1左右时不再出现增加的趋势。基于动态拉伸数据建立的修正的JC本构模型能很好地描述和预测实验结果。
  • 7A04铝合金扭转热变形行为研究
    陈亚京, 杨勇彪, 张治民, 王强
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 167-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.025
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    利用Gleeble-3500热模拟试验机扭转单元，在温度为360~480℃，应变速率为0.001~1 s-1条件下，研究了具有纤维状晶粒组织7A04铝合金的流变行为。采用ZIESS PL-A662数码光学显微镜分析合金显微组织的演变规律，利用Zener-Hollomon参数法通过数学分析构建了该合金基于扭转的高温塑性变形本构方程。由应力-应变曲线分析可得：流变应力随温度的升高逐渐降低，随应变速率的增大而升高。在扭转中，随着棒材半径的增加，应变增大，晶粒形状也随之变化。组织分析表明：从试样的外表面到轴心的晶粒按形状可大体分为等轴晶粒区、椭圆形晶粒区及纤维状晶粒区。其原因是转动过程中距离试样轴心距离越远，变形量越大，动态再结晶越充分。
  • 300M钢奥氏体晶粒等温长大模型
    洪橙, 陈荣创, 郑志镇, 李建军, 李蓬川
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 175-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.026
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    为研究300M钢奥氏体晶粒保温长大规律，在不同保温时间（5~120 min）和保温温度（900~1150℃）下开展了加热炉保温实验，并通过腐蚀法获得了不同条件下的晶粒尺寸。实验结果表明，晶粒尺寸随保温温度的升高和保温时间的延长而增大，但晶粒长大速率随保温时间的延长而减小。晶粒尺寸与保温时间整体上呈幂指数小于1的幂函数形式。同时，温度越低晶粒尺寸越快趋于稳定。保温温度在1000℃以上时，晶粒生长迅速。基于实验结果建立了晶粒尺寸与初始晶粒尺寸、保温时间、保温温度关系的复合模型，模型的平均相对误差为4.38%，最大相对误差为12.47%。与Sellars模型和Anelli模型相比，该模型具有更高的精度。
  • 置氢Ti-55钛合金变形本构方程及高温增塑机理研究
    纪博宇, 李细锋, 李剑飞
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 180-186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.027
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    钛合金的热氢工艺能够有效改善合金的热加工性能，进一步优化钛合金超塑变形条件。以Ti-55钛合金为研究对象，通过高温拉伸、金相观察等方法，建立了原始合金及置氢合金的高温变形本构方程，研究了原始合金和置氢合金的超塑变形行为以及变形后的微观组织，得出了合金氢致高温增塑的微观机理。研究发现，置氢能够降低合金的热变形激活能，置氢0.1 wt%合金相较于原始合金和置氢0.3 wt%合金具有更高的应变速率敏感性指数，达到了0.516；置氢0.1 wt%合金在变形过程中β相含量稳定，且在α相晶界上保持均匀分布，协调变形能力较强，能够抑制颈缩的形成，有利于提高伸长率，改善材料力学性能。
  • 异质金属层状复合板分层应力-应变关系研究
    杨方方, 皇涛, 陈拂晓, 詹梅, 郭俊卿, 王锟, 李艳阳, 陈学文
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 187-191,205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了准确获得异质金属层状复合板的应力-应变关系，引入了结合区的影响，通过对热轧复合而成的钛-铝-不锈钢复合板进行显微硬度试验，获得了各异质层和结合区的硬度值并确定了结合区区域宽度，基于混合法则和显微硬度-应力关系提出了一种精确获得钛-铝-不锈钢复合板各异质层和结合区应力-应变关系的方法，通过单向拉伸试验数据结合理论分析获得了复合板各异质层和结合区的应力-应变关系曲线。结果表明：采用以上提出的方法可获得考虑结合区影响下各异质层和结合区的应力-应变关系，结合区材料的强化系数和应变硬化指数介于异质层之间。
  • 应力三轴度对7075铸态铝合金断裂应变的影响研究
    赵刚要, 杨胜金, 张冉阳, 郭正华, 郭伟, 康春爽
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 192-198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    基于ABAQUS/Explicit有限元平台，以有限元仿真为主，并结合室温下的准静态拉伸试验，研究了应力三轴度对7075铸态铝合金断裂应变的影响，建立了可靠的7075铸态铝合金单向拉伸断裂预测模型，进而采用正交回归分析建立了7075铸态铝合金断裂应变与应力三轴度的关系模型。结果表明，在室温下，单向拉伸速率为0.004 mm·s-1时，每个试样在缺口处断裂应变最大，而应力三轴度最小；在断裂临界点，缺口处的应变随着缺口半径R的增大逐渐增大，由缺口处向两端逐渐减小；应力三轴度随着缺口半径R的增大逐渐减小，且由缺口处向两端逐渐增大；7075铸态铝合金断裂应变随着应力三轴度的增大而减小；断裂应变与应力三轴度成反比例关系。
  • 基于Laasraoui-Jonas位错密度理论的TA10钛合金微观组织演变模拟
    苏娟华, 孙浩, 任凤章, 陈学文, 程帅朋
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 199-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为模拟TA10钛合金的微观组织演变，采用Gleeble-1500D热/力模拟试验机，在变形温度为800~1050℃，应变速率为0.01~5 s-1的条件下，对TA10钛合金做了热模拟压缩实验。通过处理实验数据，得到不同变形条件下的动态回复软化率系数r，分析了变形温度和应变速率对r值的影响；建立了TA10钛合金的Laasraoui-Jonas （L-J）位错密度模型，结合元胞自动机法（Cellular Automata，CA）对TA10钛合金的微观组织演变进行模拟，并将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明：TA10钛合金动态回复软化率系数r的值随应变速率的增加而减小，随温度的升高而增大；模拟结果与实验结果基本吻合，所构建的L-J位错密度模型能够准确预测TA10钛合金在热压缩过程中的微观组织演变。
  • 蛋盒型结构参数对压缩特性影响规律研究
    王远, 臧勇, 杨晓莹
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 206-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.031
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    运用有限元和实验的方法分析了蛋盒型结构的压缩特性，研究了结构参数对压缩特性的影响规律。首先对蛋盒型结构的压缩过程进行了实验，得到压缩过程压下力与压下位移之间的关系。随后运用有限元方法对蛋盒型结构的压缩特性进行了计算，对比了有限元与实验结果并分析了蛋盒型结构的压缩特性。最后运用有限元方法讨论了结构参数变化对压缩特性的影响规律。分析结果表明：蛋盒型结构压缩过程中的压下力呈现先上升后下降的现象；成形过程中的残余应力与加工硬化显著提升蛋盒型结构的承载能力；蛋盒型结构基础板材的厚度越大或周期间距越小或成形高度越大时，蛋盒型结构呈现出更强的承载能力。
  • Ti2AlNb合金高温拉伸性能研究及本构方程的建立
    张臣, 齐飞, 李永兵, 周英丽, 周永松, 吴锋
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 212-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    通过高温拉伸试验研究了Ti2AlNb合金在温度为900~1000℃、应变速率为0.0001~0.01 s-1下变形温度及应变速率对材料伸长率和抗拉强度的影响，并基于试验结果研究了材料应变速率敏感性指数随温度及应变速率的变化趋势。结果表明：Ti2AlNb合金应变速率敏感性指数随温度及应变速率的变化呈先升高后下降的趋势，在温度为975℃、应变速率为0.0005 s-1条件下达到峰值，随后快速下降。通过扩展Rossard提出的粘塑性关系式，修正了基于Backoften方程所建立的应力-应变本构关系式，建立了材料在不同温度下的热变形本构方程。试验结果与模型计算结果基本吻合，可用于表征Ti2AlNb合金在高温下的热变形行为。
  • TB17钛合金热压缩流变应力分析及本构方程
    周盛武, 董洪波, 姜智勇, 王新南, 朱知寿
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 218-223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    使用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为800~1000℃、应变速率0.001~10 s-1以及真应变为1.2的条件下对TB17钛合金进行热变形行为研究。根据热压缩数据，分析真应力-真应变曲线，计算TB17钛合金变形激活能，并建立了TB17钛合金应力-应变本构模型，对金相组织进行分析，并进行了本构模型的验证。结果表明，TB17钛合金在热压缩变形过程中，出现动态回复和动态再结晶现象，在低应变速率0.001和0.01 s-1下，以动态再结晶为主要软化机制，在高应变速率1和10 s-1下主要以动态回复为软化机制；流变应力随应变速率的下降和变形温度的升高而降低；峰值应力计算值和实验值的平均误差为6.5%，表明该模型有很高的精确度。研究为TB17钛合金塑性加工过程的模拟和控制提供了参考。
  • EA4T钢热变形行为及组织演变规律研究
    王敏婷, 李学通, 张祥玉, 曹明飞, 王莹莹, 王加春
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 224-232. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.034
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    通过Gleeble-3200热模拟机对EA4T钢进行热压缩实验，研究了应变速率为0.01~10 s-1，变形温度为950~1150℃条件下，EA4T钢的热变形行为和组织演变。分析其流变曲线发现，EA4T钢的峰值应力随着温度增大而减小，随着应变速率增大而增大，得到该材料在高的温度和低的应变速率条件下容易发生动态再结晶。基于Arrhenius双曲正弦方程建立了EA4T钢的热变形本构方程；运用数值计算方法，确定了EA4T钢的峰值激活能和稳态激活能分别为385.4和395.4 kJ·mol-1；观察温度以及应变速率对试验钢组织演变的影响发现，动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的增加而增大，随着应变速率的增加而减小；通过测量晶粒度，获得动态再结晶晶粒尺寸和Z参数的关系式。
  • 试验研究Q345钢和20Cr13合金应变硬化关系曲线
    聂振超, 刘光连, 刘曦程, 刘思聪
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 233-240. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.035
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    对Q345钢和20Cr13合金进行单轴拉伸试验，获得应变硬化曲线，用于研究两种金属的应变硬化指数n变化规律和应变硬化关系曲线。应变硬化关系曲线的研究从常用金属幂乘关系经验模型和基于应变硬化指数的物理意义建立模型两个方面进行。结果表明：两种金属的n值均不为常数，Q345钢的n值与真应变ε呈幂指函数关系，20Cr13合金的n值与对数真应变lnε呈三次多项式关系；修正后的Swift与Ludwik模型拟合效果要优于原模，且修正的Swift模型要优于Ludwik和Hollomon模型；基于n值的物理意义分别建立的描述Q345钢和20Cr13合金应变硬化关系曲线的两个新模型的拟合效果都优于常用经验模型。
  • 超细晶WC-Co硬质合金抗拉强度有限元计算方法研究
    肖杰, 张贞贞, 张瑞勇, 沈伟, 任卫
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 241-245. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.036
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    基于超细晶WC-Co硬质合金真实金相图片，开展有限元模拟拉伸断裂试验，模拟了硬质合金拉伸断裂的具体过程，并利用LS-DYNA有限元方法预测了超细晶WC-Co硬质合金的抗拉强度。根据数值模拟结果，WC-Co硬质合金抗拉强度为132 MPa。将超细晶WC-Co硬质合金加工成中间钻孔的圆盘，通过改进的巴西劈裂试验，间接测量出超细晶WC-Co硬质合金的最大抗拉强度为114.5 MPa。将数值模拟结果与试验结果进行比较，误差约为15%。数值模拟结果与试验结果比较接近，说明基于超细晶真实金相图片的有限元裂纹扩展模拟能较为准确地再现硬质合金断裂失效的过程，预测材料的力学性能，为分析硬质合金的断裂失效提供依据。
  • 6000系铝合金时效析出过程的原位电阻表征
    何洪, 李世康, 张龙, 李落星
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 246-251. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.037
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    采用原位电阻测试、显微硬度测试、准静态拉伸试验、TEM等手段，以6063挤压型材为研究对象研究了Al-Mg-Si铝合金时效过程中强化相的析出行为。结果表明：6063型材在175℃时效8 h后达到强度和硬度峰值，时效初期主要析出相为β″相，材料力学性能快速提高；随时间延长强化相总数增加，但β″相逐渐向β'相转变且尺寸逐渐增大，强化效果逐渐降低。电阻值变化规律与力学性能变化规律有准确的对应关系，随原子团簇或GP区的生成，电阻升高；随GP区向β″相及β″相向β'相转变，电阻下降；电阻的下降速率随析出速率降低而降低。原位电阻测试方法可以对6000系铝合金时效的强化相析出过程进行有效的实时监测。
  • 低合金连铸坯粗轧前高压水除鳞换热系数的研究
    高朋, 卓越, 韩冰
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 252-257. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.038
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    根据试验获得的钢板内部冷却曲线，采用DEFORM反传热模型计算出低合金钢板高压水除鳞对流换热系数。在计算中考虑了水压、除鳞喷嘴距钢板表面距离、钢板表面温度对换热系数的影响。为了便于应用，对不同工况计算得到的高压水除鳞换热系数进行归纳整理，然后采用非线性回归方法回归出高压水除鳞对流换热系数模型。为了验证回归的换热系数模型正确性，将国内某钢厂现场生产实际工况的参数代入换热系数模型，计算得到对应工况下的高压水除鳞对流换热系数。根据此换热系数采用有限元软件模拟连铸坯除鳞温度场，通过有限元模拟温度和现场实测温度曲线的比较，两者吻合度较高，证明了回归的高压水除鳞换热系数模型合理。
  • 基于分形粗糙表面的镀锌板接触与摩擦模型
    陆宝山, 王雷刚, 季业益, 许亚婷
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 258-263. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.039
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    在镀锌板的成形过程中，模具与坯料间的摩擦常使镀锌板的锌层发生剥落、划痕和裂纹等失效形式。为了评价镀锌板表面形貌、压力和润滑条件对界面摩擦行为的影响，选取了两种不同方法镀锌的钢板（合金化热镀锌板GA与热浸镀锌板GI）进行研究。用轮廓仪测量试样的表面形貌，用分形理论计算分形参数，获得真实接触面积与载荷的关系，然后建立镀锌板与模具之间的接触模型；并根据所建立的接触模型，构建了镀锌板表面形貌与载荷关系的摩擦模型。结果表明，所建立的摩擦模型其摩擦系数的理论值与实验值能够较好地吻合，平均误差小于10%，证明了该摩擦模型的准确性与可行性。
  • 热冲压淬火关键工艺参数实验研究
    陈炜, 杨伟龙, 舒泽泉, 陈泷
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 264-268. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.040
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    以硼钢板B1500HS为研究对象，自主搭建了一套可调节接触压强、实时检测板料温度数据的淬火实验装置，在连续淬火背景下待板模温度场处于动态稳定后，对热冲压淬火阶段的保压压强和保压时间两个关键工艺参数进行实验研究。以淬火后试样力学性能和微观组织作为淬火质量评价指标，分析了保压压强和保压时间对淬火质量的影响规律，并确定两者的最优取值范围。研究结果表明：保压压强的增大能显著提高淬火后制件质量并提高淬火效率，且在特定保压压强下有最优保压时间，可在保证淬火质量前提下获得最优淬火效率。针对1.2 mm厚硼钢板B1500HS，当冷却介质为流量10 L·min-1的室温水时，获得合格热冲压淬火质量所需的保压压强应不小于0.5 MPa，且为提高生产效率，最优保压压强应在15 MPa以上；当初始成形温度为850℃时，最佳保压时间为10 s。
  • 汽车塑料保险杠蒙皮多目标拓扑优化
    王镇江, 何造, 林广谊, 龚世海, 李健
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 269-275. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.041
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    为实现汽车保险杠蒙皮的轻量化设计，综合考虑动静态特性，将多目标拓扑优化的方法引入保险杠的结构设计中。为实现保险杠蒙皮的多目标拓扑优化，应用折衷规划法建立了保险杠蒙皮多目标拓扑优化数学模型，采用平均频率法建立了动态振动频率数学模型，进行了多目标拓扑优化。根据优化结果得到了材料的理想分布，结合塑料件薄壁化技术采用局部区域变薄的方式减少材料用量达到轻量化的目的。结果表明：局部区域变薄的保险杠的刚度和固有频率均明显优于保险杠整体壁厚变薄，最终得到了同时满足刚度和低阶振动频率最高的保险杠蒙皮局部区域厚度变薄结构。
  • 不同类型缺口对管材精密下料过程中微裂纹萌生的影响
    赵仁峰, 郑建明, 王权岱, 袁启龙, 赵升吨, 刘彦伟
    塑性工程学报. 2018, 25(1): 276-282. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.01.042
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    针对管材的精密下料问题，对管料外表面不同类型环状缺口的缺口效应进行了研究，并对管料环状V型缺口根部应力场的参数进行了分析，确定了缺口张角、缺口深度和缺口根部底角半径是影响环状V型缺口根部应力场的3个主要参数，并推导出了适合管料下料的管料V型缺口参数的数学表达式。提出了管材疲劳断裂精密下料缺口的设计，并分别对表面带有环状V型缺口试样、环状U型缺口试样、朝着与背着下料端方向45°的不对称V型缺口试样4种缺口形式进行了数值模拟计算，得到朝着下料端方向45°不对称V型缺口和环状V型缺口这两种缺口形式是比较适合的缺口形式，并对每种缺口在相同实验条件下产生的裂纹扩展长度做了相关试验研究，试验结论和数值模拟结论相吻合。
塑性工程学报
Journal of Plasticity Engineering
ISSN 1007-2012
CN 11-3449/TG

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