2018年, 第25卷, 第2期　
刊出日期：2018-04-28
  

  • 全选
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    塑性成形技术与工艺
  • 双层不锈钢消声器壳体冲压工艺CAE分析与优化
    谢晖, 黄康, 陈建新, 陈伟, 程威
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.001
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    针对SUS304双层不锈钢异型消声器壳体成形困难的现状，提出了采用不同形状坯料通过3次拉深工序来成形的工艺规划，重点采用正交试验和数值模拟分析方法在hypermesh中对第一次成形工艺参数进行了优化。坯料形状、压边力、拉深筋和双层板间的摩擦系数分别分为4个不同水平，以每一次拉深结束后坯料的最大减薄率和增厚率作为衡量坯料开裂和起皱的指标。对正交试验的数据进行分析，得到了4种因素和4种水平下的拉深指标，最佳工艺参数为坯料形状为BL4，压边力为350 kN、拉深筋分布为DB3及双层不锈钢板之间摩擦系数为0.2。采用最佳工艺参数的模拟结果都在安全范围之内，为实际生产提供了指导。
  • 基于能量法的PEMFC不锈钢双极板成形起皱分析
    翟华, 周遨, 严建文
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 9-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.002
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    针对不锈钢双极板冲压过程中容易起皱的问题，利用能量法原理分析了不锈钢双极板冲压成形过程中起皱缺陷的折皱个数和压边力大小之间的关系，并给出板材临界起皱的条件。通过Dynaform软件分析了双极板在不同压边力条件下的成形过程。数值模拟结果显示，当压边力小于临界压边力时，板材出现了严重的起皱；压边力大于临界值时，起皱缺陷得到明显改善。双极板的冲压实验结果和模拟结果相吻合，结果表明，压边力对双极板成形质量的影响较大，能量法分析能够为压边力的设置提供参考；能量法和数值模拟能够预测和分析双极板的冲压成形情况，为加工出高质量的双极板提供指导。
  • 板料成形摩擦特性的实验研究与有限元分析
    张柱银, 王鹏, 夏建生, 许宁
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 15-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.003
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    采用MPX-2000盘-销式摩擦试验机研究了边界润滑条件下滑动速度与界面载荷对304不锈钢与SKD11模具钢之间摩擦系数的影响。运用Matlab软件对实验数据进行处理分析，得出摩擦系数随滑动速度与界面载荷变化的规律，建立了基于滑动速度与界面载荷的变摩擦系数模型。并对典型U形件进行了实际冲压实验与有限元仿真，比较了定摩擦系数模型和变摩擦系数模型的回弹预测结果与测量值之间的误差。分析结果表明：滑动速度为30.615~44.22 mm·s-1时，304不锈钢与SKD11模具钢之间的摩擦系数随滑动速度的增加而逐渐减小；界面载荷为2.038~4.076 MPa时，摩擦系数随界面载荷的递增而递减，且随着载荷的增加，摩擦系数减小的趋势逐渐变缓。采用修正后摩擦模型的回弹预测结果与测量值之间误差较小，预测精度较高。
  • 基于混合近似模型的镁合金差温成形压边圈结构形状优化
    谢延敏, 唐维, 黄仁勇, 张飞, 潘贝贝
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 22-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.004
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    为提高差温成形冲压件的成形质量，提出一种自适应SVR-ELM混合近似模型，并应用于压边圈结构优化。基于NUMISHEET2011中的镁合金十字杯形件差温成形有限元模型，对影响成形质量的压边圈关键区域进行分区并作为输入变量，建立分区与成形件侧壁厚度均匀性之间的SVR-ELM混合近似模型，采用启发式算法求解混合近似模型权系数。基于自适应方法更新混合近似模型，通过粒子群算法对近似模型寻优以获得最佳压边圈子区域组合，通过对板料法兰部位温度场的控制，实现法兰各区域塑性差异化，更好的控制材料流动。基于形状优化理论对压边圈应力集中区域进行形状优化，改善其应力分布。利用优化后的压边圈对十字杯形件进行数值模拟，结果表明，与原压边圈成形试验值相比，优化后的压边圈能有效提高板料成形厚度均匀性。
  • 变强度热冲压件数值仿真及其组织性能预测
    包丽, 蔡有杰, 吴志东, 刘萌, 刘尚
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 30-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.005
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    基于Merklein流变应力模型、Kirkaldy相变动力学模型和Koistinen方程，建立了热-力-相耦合有限元模型，得到了硼钢22MnB5在热冲压过程中温度、组织和维氏硬度的分布规律。仿真结果表明：当模具感应加热端温度升至400℃时，加热端板料的冷却速度为13.6℃·s-1，低于马氏体形成冷却速度27℃·s-1。根据感应加热方式研制出变强度冲压件的热冲压新型分区模具，并进行了热冲压试验。结果表明：该新型模具升温速度快，升温至400℃只需5 s，同一模具可冲压不同加热区形状的零件。冲压件加热区为贝氏体组织，硬度为260 HV；过渡区为马氏体、贝氏体和铁素体多相混合组织，硬度为340 HV；低温区为板条状马氏体组织，硬度为491 HV。研制出的新型热冲压模具可以获得变强度热冲压件，满足汽车B柱类零件变强度的要求。
  • 基于表面层的微细薄板弯曲回弹预测建模与实验研究
    周志强, 彭林法, 易培云, 来新民
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 37-42. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.006
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    基于微/介观材料尺度效应表面层模型，对薄板表面层材料和内部材料分层处理，在纯弯矩弯曲模型基础上，考虑受到表面层晶粒影响的材料本构尺度效应并引入薄板回弹计算，分别对表面层和内部材料进行分析求得弯曲弯矩，从而建立了考虑尺度效应的微细薄板弯曲回弹预测模型。为了讨论模型的准确性，对不同晶粒、不同介观尺度的纯铜薄板开展了弯曲回弹的实验研究，实验结果表明，对于同一厚度的试样，薄板弯曲回弹角随着试样晶粒尺寸的增大而减小，对于不同厚度而晶粒尺寸相近的试样，回弹角随着试样厚度的增大而减小。分别利用传统回弹模型和考虑尺度效应的预测模型计算了弯曲回弹角，与实验结果对比发现，本文建立的模型能更准确地预测介观条件下微细薄板弯曲回弹现象。
  • 6016铝合金板材室温成形性及其数值模拟
    汪建强, 郭丽丽, 李永兵, 李冰, 王长峰
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 43-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.007
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    通过实验和数值模拟方法研究了6016-T4P铝合金板材在室温下的成形性能。通过刚模胀形实验获得了成形极限图（FLD），通过单向拉伸实验建立了6016-T4P铝合金的室温Johnson-Cook材料模型，并利用ABAQUS有限元软件对刚模胀形实验进行了数值模拟。模拟过程中采用最大凸模力准则和应变失稳准则获得了计算的成形极限结果，并讨论了凸模速度、摩擦系数等对成形极限模拟结果的影响。结果表明：当摩擦系数为0.1，凸模速度为1000 mm·s-1时，模拟和实验结果吻合较好。随摩擦系数的增大，平面应变值增大，成形极限曲线（FLC）垂直向上移动，且摩擦系数的变化对FLC的右侧部分影响较显著；随凸模速度增加，FLC略垂直向下移动，平面应变值减小。进而应用合理的成形参数成功预测了6016铝合金汽车B柱零件的冲压成形效果。
  • 超大面积头盖骨缺损补片冲压成形的数值模拟
    裴永生, 孙士杰, 王立聪, 孟宁, 王春光
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 52-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.008
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    以典型的超大面积头盖骨缺损患者的补片成形过程为研究对象，采用商用有限元软件，建立数值模拟模型，对钛合金头盖骨补片的成形过程进行有限元仿真，预测可能出现的网丝拉裂和起皱缺陷，分析不同冲压参数时成形缺陷的产生原因，并确定了能够获得良好结果的冲压参数。结果表明，采用夹持钢板工艺实现压边，以及在凸凹模具与夹持钢板之间、夹持钢板与钛网板之间涂抹润滑油后，可以有效控制起皱和拉裂缺陷的发生，得到合格的钛合金头盖骨补片，保证头盖骨补片数字化制造的成形质量。实验结果证明，数值模拟结果和实际吻合良好，为头盖骨补片的冲压成形工艺提供了理论基础。
  • 一种基于应力三轴度的断裂准则及其在剪切工艺中的应用
    刘倩, 韩静涛, 郑小平, 张荣华, 田亚强
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 57-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.009
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    将拉伸均匀变形阶段应力-应变的外推曲线作为初始本构关系，通过反复迭代拟合载荷-位移曲线来确定真实本构关系，很大程度上提升了材料模型的可靠性。采用试验与有限元模拟相结合的方法来研究缺口试样的断裂情况，获得了不同应力状态下应力三轴度与断裂应变间的关系曲线，并以此作为材料发生韧性断裂的判据。将基于拉伸试验获得的材料模型应用于剪切有限元模拟中来预测断面质量，采用ALE方法来提高单元网格质量，利用单元删除法来模拟裂纹的萌生与扩展，分析了剪切机制与损伤分布。最后，对冲裁断面形貌进行试验验证，模拟结果与剪切试验结果吻合程度高。
  • 表面润滑对6061铝合金板材成形性能的影响
    尹晓阳, 凃杰松, 段海涛, 顾卡丽
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 65-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.010
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    针对铝合金板材冲压成形性能较差的问题，选用6061车用铝合金作为研究对象，以冲杯试验为基础，对铝合金板材与凹凸模接触面采用不同基础油进行润滑，结合计算机仿真技术，对6061铝合金在冲压过程中铝合金表面润滑状况进行了研究。结果表明，6061铝合金与模具间的润滑对其成形性能有重要影响。6061铝合金与凹模间的润滑对成形件减薄率影响较大，减小其摩擦系数能够改善其减薄率，防止拉裂的产生；6061铝合金与凸模间的润滑对成形件边缘增厚率有较大影响，适当提高其摩擦系数不仅能防止成形件边缘过度增厚引起的起皱，而且能够更好地控制板料的流动，成形件厚度更为均匀，明显提高其成形质量。
  • TA1纯钛冷轧薄板冲压过程开裂原因分析
    杨柳
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 73-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.011
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    针对TA1纯钛冷轧薄板在冲压网状板式换热器板片的过程中发生的开裂问题，采用光学显微镜、SEM扫描电镜及EDS能谱仪等实验手段，对薄板"表面褶皱"缺陷和开裂缺陷进行了分析。结果表明，冷轧薄板"表面褶皱"部位对应的心部组织处出现有纤维状层、缝隙和孔洞等缺陷，组织出现异常的原因主要是Al和Mo元素的富集。薄板的冲压开裂部位同样发现有Al和Mo等杂质元素的富集，其开裂形式为脆性分层断裂。综合分析结果可以推断，冲压过程中的开裂发生在冷轧薄板的"表面褶皱"缺陷部位，因此坯料中Al和Mo等杂质元素的混入是导致冲压开裂的根本原因。
  • 基于数值模拟的厚板精冲件剪切面缺陷研究
    钟少基, 黄诗君
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 79-85. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.012
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    借助有限元分析软件Deform-2D，以材料为AISI1020钢、直径为Φ30 mm、厚度为7 mm的精冲落料件的剪切面缺陷作为研究对象，以齿圈压边精冲工艺为精冲成形方法对厚板的精冲成形展开模拟研究。从精冲成形过程和力学角度描述了厚板精冲件剪切面撕裂带和塌角的形成过程，并得到影响剪切面缺陷的因素有：凹模圆角半径、精冲材料弹性模量、凹模摩擦系数、反压板摩擦系数、反顶力等；以上述各因素作为参考变量建立有限元模型，进行单因素影响的模拟研究，得到各因素对厚板精冲件剪切面缺陷的影响规律；最后利用正交试验方法进行多因素影响研究，得出上述各因素对厚板精冲件剪切面缺陷影响的主次关系，取得剪切面缺陷最小的优化参数组合。
  • 基于微观遗传算法优化法兰滑套成形工艺
    潘小迎, 汪建敏, 郭嘉晨
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 86-90. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.013
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    基于DEFORM-3D平台，采用拉丁超立方抽样设计，以法兰滑套预成形坯料角度、圆角半径、底面半径为设计变量，将挤压成形最大载荷、凹模累积磨损量作为优化目标，设计了试验表，并对试验表中的每组数据进行数值仿真，最终得出每组数据对应的最大载荷、凹模累积磨损量。应用MATLAB软件编写微观遗传算法程序，对目标设计变量进行优化，得出坯料角度为29°，圆角半径为14.5 mm，底面半径为82 mm时为最佳优化条件。将优化后的坯料进行数值仿真并进行工业试制，经与原生产工艺进行对比发现，法兰滑套挤压成形的最大载荷从614 kN降低到496 kN，凹模寿命从3000件提高到4000件。
  • 压实轮压下量对铜棒材连续挤压轮槽区组织的影响
    王猛, 运新兵, 裴久杨, 田甜, 李冰, 赵颖
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 91-98. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.014
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    采用光学显微镜分别对压实轮压下量2.16、2.66和3.16 mm时纯铜连续挤压轮槽各分区的组织演变进行分析。结果表明，纯铜在轮槽变形区产生剧烈的剪切变形，并发生动态再结晶，改善了塑性变形的不均匀性，提高了产品的性能。从晶粒细化角度来看，压下量为2.66 mm时效果更好、更均匀，压下量2.16 mm次之，压下量3.16 mm最差。从轮槽底部坯料与铜皮的焊合与置换来看，压下量2.66 mm时，焊合的铜皮最薄，压下量2.16 mm时略厚，压下量3.16 mm时最厚。压下量2.66 mm时置换进腔体的杂质最少，压下量3.16 mm时次之，压下量2.16 mm时最多。故而压下量2.66 mm时，晶粒的细化效果更好，其焊合与置换带入腔体的杂质最少，更有利于铜棒材连续挤压。
  • 挤压工艺参数对枝杈类锻件折叠缺陷的影响
    赵德颖, 张连东, 朱恩领, 王亚丛
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 99-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.015
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    针对枝杈类锻件挤压成形过程中枝杈根部出现折叠缺陷的问题，基于DEFORM-3D体积成形软件研究了工艺参数对金属流动及折叠缺陷的影响规律。通过数值模拟和试验研究，发现改变枝杈角度等工艺参数，可有效改变枝杈根部成形时金属的流动状态，减小或消除折叠现象。研究结果表明，最大折叠长度Llap随模具圆弧外端与冲头环形平面距离h、冲头挤压速度v的增大而减小，随枝杈角度α的增大而增大；当枝杈角度为定值时，减小冲头底锥相对直径d/D值或采用双向挤压可显著降低折叠缺陷的产生。
  • 工艺参数对铝合金筒形件强力热反旋椭圆度的影响显著性分析
    赵刚要, 郭伟, 张冉阳, 郭正华, 杨胜金, 康春爽
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 106-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.016
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    椭圆是影响铸态7075铝合金筒形件强力热反旋成形质量的主要缺陷之一。基于ABAQUS/Explicit平台建立了铸态7075铝合金筒形件多道次强力热反旋有限元模型，并试验验证了模型的可靠性。分析了工艺参数对筒形件多道次强力热反旋成形椭圆度的影响规律，进而基于正交试验法，研究了工艺参数对筒形件椭圆度影响的显著性。结果表明：第1和第2道次，芯模与筒形件间摩擦对筒形件椭圆度是显著影响因素；第3道次，旋轮与筒形件间摩擦对筒形件椭圆度是显著影响因素；第4道次，芯模转速对筒形件椭圆度是显著影响因素；并且通过直观分析得出各道次最优工艺参数组合。
  • 厚轮缘盘形件多工步旋压增厚成形工艺
    苏雪冬, 金俊松, 王新云, 邓磊
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 113-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.017
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    针对厚轮缘盘形件设计了多工步旋压工艺及每一步的旋轮尺寸。通过有限元模拟，分析了旋压增厚工艺的成形过程，试验验证了模拟结果。分析了旋轮圆角半径R和上倾角α对成形的影响规律，设计了5工步旋压增厚成形方案。研究结果表明，直径Φ326 mm，厚度3 mm的圆形板坯，经过5个工步，可以成形为轮缘厚度为9.1 mm，宽度为7.8 mm的盘形件。成形过程中，第1、2、3步可以分为3个阶段，第4、5步可分为2个阶段。每一工步最大的旋压力为80~120 kN，与试验值之间的误差小于7%。最后，研究了成形件横截面的硬度分布规律，探讨了硬度分布的原因。
  • 旋转挤压裂纹萌生趋势的数值模拟
    雷煜东, 王强, 张治民, 陈喆
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 122-127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.018
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    针对旋转挤压成形易产生裂纹的问题，利用Deform-3D有限元软件对AZ31镁合金旋转挤压过程进行了裂纹萌生的模拟，研究凸模在轴向-周向加载和径向-周向加载过程中，凸模圆角半径与摩擦系数对试样裂纹损伤分布的影响。结果显示，摩擦系数越大，裂纹损伤因子越大；凸模圆角半径越大，裂纹损伤因子越小，虽然凸模圆角半径R大于8 mm时裂纹损伤因子仍在减小，但是考虑工艺及材料利用，凸模圆角半径R为8 mm时最佳。通过单独径向、周向旋转挤压数值模拟，并与实验结果对比验证，得到轴向-周向加载下，筋部上区域损伤最大；径向-周向加载对试样的损伤影响较小。
  • Ag-Cu-Sn-In多元金属混合粉末模压成型的压型方程研究
    杨梅, 周梦成, 王浩, 黄尚宇
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 128-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.019
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    对Ag-Cu-Sn-In多元金属混合粉末模压成型的压制行为进行试验和仿真研究，分析了摩擦效应对粉末压坯相对密度与压制压力的影响。基于有限元分析和工艺试验结果，建立了一种考虑模具内壁摩擦效应的多元混合金属粉末压制成形非线性压型方程，该方程描述了不同模具摩擦条件下粉末压制相对密度与压制压力之间的关系，为多元金属混合粉末模压成型提供了一种通用的数学模型和相应参数，提高了数值分析的实用性和可靠性。该压型方程为Ag-Cu-Sn-In系多元金属混合粉末的模型成形工艺设计提供了理论依据。
  • 变高度构件辊模成形有限元仿真
    阳振峰, 管延智, 李强, 王海波
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 137-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.020
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    利用ABAQUS软件对变高度构件辊模成形过程进行有限元仿真。基于动力显示算法，使用固定模具，轧辊一边平动一边旋转的模拟方式，建立变高度构件辊模成形有限元模型。分析了模型建立过程中成形速度选择对计算时间的影响，分析步、接触方式和边界条件设置等关键问题。对成形后构件的等效应力、等效塑性应变的特点做了重点分析。得到了轧辊成形反力、转矩大小随时间变化的规律。对比了Q235和QP980两种材料的模拟成形结果，并通过实验，验证了有限元模型的有效性，为类似构件的辊模成形工艺开发提供了参考。
  • 铝-铜异种金属管磁脉冲辅助钎焊研究
    王梓宇, 黄尚宇, 雷雨, 肖勇, 胡建华, 杜学铭
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 147-153,188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.021
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    针对铝、铜异种金属管连接，利用磁脉冲成形和钎焊的组合优势，提出将两者复合的异种金属管件焊接新工艺。采用ANSYS分析了一定电容、电压条件下磁脉冲成形外管工件受力情况，并基于磁脉冲焊接理论初步确定了磁脉冲辅助连接的最佳工艺参数，采用Zn-3wt.% Al钎料箔片作为钎料包覆层进行实验研究，研究结果表明：电压8 kV，钎料箔片厚度300 μm，加热温度410℃，保温8 s时可以得到组织优良的焊接接头。焊缝接头元素成分均匀，靠近铜的区域形成了金属间化合物，靠近铝的区域形成了α-Al组织，钎料层则形成了以Zn-Al共晶组织为主，同时混合少量α-Al组织的混合体。整个焊缝组织的形成符合理论预期机制，证明了该复合工艺的可行性。
  • TiAl合金板材包套轧制过程工艺模拟与优化
    姜晓冬, 张洋, 程亮, 陈立民
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 154-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.022
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    通过对TiAl合金板材包套轧制过程有限元模拟仿真，研究了包套对板材轧制成形性能的影响并优化了轧制速度、保温条件以及轧辊尺寸等轧制工艺，获得了优化的工艺参数范围。结果表明，包套不仅可以保温，更有利于提高轧件表面的变形均匀性，当包套厚度为3~4 mm时轧制效果最优；当轧制速度为1.5 rad·s-1、轧辊直径为Φ100 mm时，包套与TiAl合金轧件变形协调最好，轧件质量最佳。根据数值模拟获得的工艺参数制定了TiAl合金多道次包套轧制工艺，克服了TiAl合金板材轧制过程中容易开裂的缺陷，成功制备出TiAl合金板材，并获得了细小均匀的显微组织。
    • 材料性能与变形理论
  • 管路接头用钛合金锻件显微组织及硬度分析
    张仕林, 黄森森, 马英杰, 雷家峰, 杨锐
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 161-167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.023
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    研究了多向加载条件下闭式模锻成形的TC6钛合金三通锻件的显微组织和力学性能，采用光学显微镜及扫描电镜对比了锻件不同位置处的原始β晶粒及α相的形态，并表征了锻件各位置处的维氏硬度，进一步分析了锻造变形量对显微组织形态及显微硬度的影响。研究结果表明，闭式锻造三通锻件各位置处的显微组织及硬度存在较大差异；随着锻造变形量的增大，原始β晶粒由各向尺寸接近的多边形转变为细条状晶粒，同时晶界α相由不连续的短棒状转变为等轴状；锻造变形量越大的位置，由于显微组织细化及加工硬化作用，显微硬度越高。
  • 石油管道阀体大锻件晶粒尺寸的数值模拟及实验研究
    张驰, 张蕊, 梁峰, 王文彪
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 168-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.024
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    通过DEFORM-3D三维模拟软件，模拟了石油管道阀体大锻件锤上热模锻成形过程。利用相应的微观组织模型，分析了不同始锻温度对阀体锻件晶粒尺寸的影响，并探讨了阀体锻件成形的晶粒细化机理，同时对晶粒尺寸进行了预测。模拟结果表明：始锻温度为1150和1200℃的阀体大锻件的晶粒细化程度要优于始锻温度为1100℃的阀体大锻件的晶粒细化程度；当初始锻造温度为1150℃时，晶粒细化效果最好，整体锻件平均晶粒尺寸为46.2 μm；当初始锻造温度为1200℃时，锻件晶粒发生局部粗化的现象。经生产验证：通过改进始锻温度参数，可以实现晶粒进一步的细化，从而使得产品的机械性能及使用性能提高。
  • 应用修正的功的互等法求解大挠度矩形薄板弯曲问题
    陈英杰, 宋小惠
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 175-182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.025
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    应用矩形薄板修正的功的互等法，推导了大挠度弯曲矩形薄板的广义位移解。根据广义位移解，研究了一边固定三边简支固定大挠度矩形薄板在均布荷载作用下的挠曲面问题，根据所得出的公式以及矩形薄板的参数，计算出实际的数值结果，并与ANSYS有限元模拟结果分析比较，证明了应用修正的功的互等法求解大挠度矩形薄板弯曲变形问题的可行性和所得挠曲面方程的正确性。该方法可以表示出任意位移边界条件的横向弯曲矩形板在各种横向荷载作用下的中平面弯曲公式，应用边界条件求解该挠曲面公式的未知数，则平板的弯曲问题即可求解。此方法简单实用，精度较高，可应用于工程实际。
  • 400 MPa级含P高强IF钢条纹色差缺陷成因分析及控制
    张亮亮, 于洋, 李晓军, 高小丽, 王畅, 王泽鹏
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 183-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.026
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    针对含P高强IF钢连退板表面条纹色差缺陷问题，从宏观表现和微观特征方面进行系统研究，并对含P高强钢热轧板高温下铁皮界面状态进行实验模拟研究，同时结合现场设备与该钢种工艺特点，分析该缺陷产生的机制。结果表明，该钢种条纹色差缺陷产生原因主要有两种，一方面是其特有的铁皮界面特征导致冷轧后带钢表层出现不同程度破碎形貌，另一方面是连退炉内气氛使Si、Mn等合金元素在破碎处加重氧化富集，造成成品板表面色差愈加严重。通过优化热轧工艺可显著减少Si、P的表层偏聚，减少铁皮向基体内部的不规整嵌入，同时控制连退炉内气氛和露点等参数，最终有效提高带材的表面质量。
  • Ti40阻燃合金大晶粒超塑性变形特性及唯象型本构关系研究
    张学敏, 李悦, 曾卫东, 焦奔奇, 曹宇霞, 袁战伟
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 189-195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    对具有粗大晶粒的Ti40阻燃合金进行了超塑性拉伸试验，确定了其可实现大晶粒超塑性的变形参数区间，并建立了该合金大晶粒超塑性唯象型本构关系。结果表明：在低温高应变速率条件下（温度≤ 800℃，应变速率≥ 5×10-3s-1）Ti40阻燃合金不具备大晶粒超塑性，在高温低应变速率条件下具有良好的大晶粒超塑性能，最大伸长率436%出现在840℃，1×10-3s-1条件下；真应力-真应变曲线呈典型的4阶段特征；应变速率敏感指数m值随变形温度的升高先增大后保持不变，最大达到0.41；基于Arrhenius方程计算的Ti40合金超塑性变形的激活能为263.3 kJ·mol-1；基于BP神经网络构建本构模型，其误差分析表明平均相对误差仅为2.342%，预测的平均相对误差仅为2.715%，说明该本构模型具有较高的精度。
  • 退火工艺制度对5083铝合金板材超塑性的影响
    齐飞, 张臣, 周永松, 吴锋
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 196-201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对普通（非细晶）5083铝合金轧制板材在超塑性成形生产过程中出现的平行于轧制方向的裂纹，通过实验研究发现这是由于轧制板材的各向异性导致t方向的超塑性较差引起的。为了减小各向异性对板材超塑性的影响，采用退火工艺对板材进行处理，并通过在不同温度进行退火实验寻找提高板料t方向超塑性的最佳退火热处理工艺。通过对普通5083铝合金板材在270~600℃进行退火热处理，发现500℃保温2 h后空冷退火工艺可明显减小各向异性对板材超塑性的影响，大大提高板材t方向的超塑性能，从而避免5083板材在超塑成形过程中因各向异性导致的裂纹缺陷。
  • 电致塑性效应本构方程的研究
    彭书华
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 202-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    通过分析脉冲电流对金属应力应变的影响，经一定的假设条件处理，选择合理经验方程简化金属材料的应力-应变模型，得到脉冲电流对金属应力应变的影响函数。结合不同加工硬化模型，推导出电致塑性效应的本构方程H模型和V模型，分析两种模型的各自特点，提出新的电致塑性效应本构方程H-V模型。经过对比发现，H-V模型对纯铝的模拟应力应变和实际应力应变平均误差仅为0.5%，最大误差为2.3%。对于纯钛，H-V模型对任一应变所对应的流动应力的模拟误差在±10.0 MPa，模拟和实测的应力-应变曲线平均误差仅为3.6%，最大误差为6.4%。H-V模型能准确模拟纯铝和纯钛在施加脉冲电流拉伸过程中应力和应变的行为。
  • 焊管FFX成形初成形段显式动力仿真及实验
    马立东, 陈硕, 孙跃文
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 207-210. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.030
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    针对直缝焊管FFX成形过程涉及复杂的非线性问题，对Φ168 mm焊管FFX成形机组初成形段建立有限元模型，利用显式动力算法对直缝焊管FFX成形过程进行仿真计算，获得了初成形段钢带的等效塑性应变分布及几何变形。结果表明，FFX成形初成形段板带各位置截面的最大等效塑性应变集中在板带边缘区域，同时发现板带截面上等效塑性应变呈"L"状分布；板带的几何变形良好，变形均匀且边部曲线平滑，无边浪和鼓包等缺陷产生。将板带各成形截面在模拟仿真中得到的开口距离与实际测量中得到的开口距离进行了对比，结果表明最大相对误差为4.49%，取得了较高吻合度，验证了有限元模型的正确性。
  • 扩径用不锈钢旋压件的组织性能研究
    李娜, 张文文, 李群, 张胜利, 郭宝峰, 马世成, 王东坡
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 211-216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.031
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    针对不锈钢旋压件在机械扩径时加工困难，容易断裂，危险系数高，旋压时产生的加工硬化导致进一步扩径加工的低塑性问题，通过对旋压后不锈钢材料进行不同的加热温度和保温时间条件下的再结晶退火处理，改善了其塑性，同时利用SEM分析了旋压件不锈钢材料的塑性改善微观机理。结果表明，当再结晶退火温度为1000℃时，可获得最大塑性，同时，伸长率也得到极大改善，最有助于进一步机械扩径，这主要是由于经该工艺退火后的不锈钢在变形过程中产生了明显的形变诱导塑性效应。而且，在较低温度（850℃）下退火，可获得细化的晶粒组织，从而获得高的强度。
  • 异种泡沫金属夹层板压印接头静力学性能对比分析
    赵得锁, 何晓聪, 雷蕾
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 217-222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.032
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    以Al5052-Al5052压印接头作为对照组，以添加1.5 mm泡沫铜、1.5 mm泡沫镍及1.5 mm泡沫铁镍夹层的Al5052-Al5052压印接头作为试验组，对4组接头进行破坏性试验，观察其截面，分析不同泡沫金属夹层对Al50525-Al5052压印接头成形质量的影响；通过拉伸试验，对比分析各组接头的峰值载荷、失效位移和能量吸收能力。试验结果表明：泡沫金属夹层板压印接头失效形式均为颈部断裂。泡沫金属夹层板压印接头峰值载荷（B组为1521.3 N，C组为1628.7 N，D组为1670.1 N）及能量吸收值（B组为0.77 J，C组为0.75 J，D组为0.78 J）均高于Al5052-Al5052压印接头（峰值载荷为1477.5 N，能量吸收值为0.57 J），其中泡沫铁镍夹层板效果最佳。
  • 盐溶液周浸试验中同种/异种自冲铆接头静力学特征
    余康, 邢保英, 何晓聪, 曾凯, 丁燕芳, 邰加琪
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 223-227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.033
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    为探究盐溶液周浸试验中同种/异种自冲铆接头静力学特性，分别对DP590-5052（D-5）组和5052-5052（5-5）组两组接头采用盐溶液周浸腐蚀试验，并对腐蚀后试样进行失重分析和力学测试。结果表明：腐蚀试验前后，各组试样质量均有不同程度的变化，试样已发生了腐蚀，且随腐蚀时间增加，腐蚀速率逐渐变缓；自冲铆接头的搭接区域较板材其他区域更容易发生腐蚀，D-5接头在腐蚀0 h时和360 h时部分试样为铆钉从下板拉出，下板未被撕裂，其余下板均在铆钉接触区呈现不同程度的撕裂纹，且随着腐蚀时间的增加，下板的撕裂纹更加明显，5-5的拉伸失效形式则未随腐蚀时间的变化而变化，均为铆钉从下板拉出失效；两组接头的失效峰值载荷和能量吸收值均在下降前呈现出短暂的上升，D-5比5-5腐蚀效果更为明显。
  • 热扭转变形Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的组织性能和织构演变
    崔婧钰, 于建民, 石泽民
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 228-233. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.034
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    利用Gleeble-3500D热模拟试验机扭转单元，对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr新型高强镁合金进行应变速率为0.01 s-1、变形温度为350~480℃条件下的热扭转试验，以研究其在不同温度下的组织性能变化。通过光学显微镜和电子背散射衍射对其织构的演变进行了研究。结果表明：经热扭转变形后，合金因发生动态再结晶而组织细化，流变应力、峰值应力与温度呈负相关。加工硬化率曲线上的两个拐点依次对应变形组织的小角度晶界和大角度晶界。400℃时，合金组织变化表现为连续动态再结晶机制；450℃时，表现为不连续动态再结晶机制。400℃时小角度晶界取向明显高于450℃；450℃时的基面偏转角度大于400℃时，且基面织构弱化。
  • DP钢板非线性滞弹性力学行为及对回弹预测的应用研究
    薛新, 廖娟
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 234-239. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.035
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    研究了高强钢板在大塑性变形下滞弹性变形的力学行为及其对冲压回弹预测精度的影响。为了精确描述双相DP钢板的滞弹性变形和各向异性硬化行为，对先进的非线性弹塑性集成本构模型包括Yoshida-Uemori非线性弹性模型、Yld2000-2d各向异性屈服准则和各向异性硬化（HAH）模型等进行理论分析；结合数字图像相关法（DIC）技术，采用单向加载-卸载循环实验标定随着塑性应变的增加弹性模量的滞弹性衰减参数；通过典型三维板材成形案例，即非对称DP780 P型梁结构件采用实验验证分析滞弹性行为对回弹预测的影响。结果表明，采用考虑滞弹性衰减特性的本构模型，DP钢板冲压扭转回弹的预测精度得到明显提高。
  • 高氮奥氏体钢的冲击断口形貌研究
    彭梦都, 时捷, 崔冰, 孙挺, 李晓源, 王毛球
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 240-245. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.036
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    通过采用金相及扫描电子显微镜对高氮奥氏体Fe-20Mn-19Cr-0.5C-0.6N钢不同冲击温度下的断口形貌进行观察，并结合冲击韧性研究了材料在不同温度下的冲击断口形貌变化规律。研究结果表明：在20~-50℃冲击时，断面纤维率超过88%，断口放射区形貌由全韧窝态转变为以粗大撕裂棱和二次解理组成的准解理混合断裂形貌，断口纤维区和剪切唇均由韧窝组成。在-60~-196℃冲击时，冲击断面纤维率逐步降至0%，断口放射区形貌以细小撕裂棱和一次解理为主的混合断裂形貌，随着冲击温度的降低，断口纤维区和剪切唇由拉长韧窝为主转变为以等轴细小且平坦韧窝为主的形貌。
  • 时效对Ti-22Al-24Nb合金显微组织及力学性能影响
    许求喜, 王克鲁, 鲁世强, 汪雨佳
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 246-251. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.037
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    研究了经1000℃/2 h/WC（水冷）固溶处理的Ti-22Al-24Nb合金在不同时效条件下的组织演变规律，且进行了不同时效时间下组织的力学性能测试。结果表明：时效时间对显微组织中相的含量和尺寸的变化影响较为明显。随时效时间增至24 h时，部分晶粒发生了长大，且次生α2/O相长大明显，初生的α2相长大并等轴化。随时效温度的升高，晶粒尺寸变化不明显。经780℃/20 h/AC（空冷）时效处理后，合金常温力学性能提升较小，抗拉和屈服强度分别提升至1022和950 MPa，但塑性却大大降低至3%左右，随时效时间延长至24 h，强度增加，塑性变化不大；合金高温力学性能为强度增加不明显，但塑性明显增加，其伸长率为20.27%，随时效时间延长至24 h，合金的高温强度进一步增加，抗拉强度为1019 MPa，屈服强度为977 MPa，但高温塑性出现了下降。
  • 摩擦系数对DP780钢拉深成形极限的影响
    孔政, 张杰, 李洪波, 孔宁
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 252-259. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.038
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    首先对DP780试样进行圆杯拉深试验，获得DP780试样的极限拉深深度。然后建立圆杯拉深试验的有限元模型，定量分析摩擦系数变化对DP780钢拉深成形应力应变演化的影响规律。最后将拉深试验和有限元仿真相结合，利用Cockcroft-Latham准则对不同摩擦系数下的DP780钢拉深成形极限进行预测和比较，定量获得摩擦系数对极限拉深深度和极限应变的影响规律。结果表明，极限应变不能用于评价拉深成形极限，应采用极限拉深深度。板料与凹模和压边圈间的摩擦系数越大，DP780钢的极限拉深深度越小，板料与凸模间的摩擦系数对极限拉深深度影响较小。为了提高DP780钢的拉深成形极限，应尽量减少板料与模具间的摩擦系数，且重点关注板料与凹模和压边圈间的摩擦系数。
  • 316LN奥氏体不锈钢在预蠕变条件下位错的变化
    惠均, 冯再新, 裴海祥, 郝唯岑, 严坤
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 260-264. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.039
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    在320℃（核电主管道AP1000近似运行温度）和600℃（液态用核电材料近似运行温度）条件下，分别在20和120 MPa的应力下老化500和2000 h进行316LN不锈钢预蠕变试验。通过光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观测预蠕变后试样的微观组织。结果表明：在预蠕变阶段受到温度和应力作用，晶面滑移产生位错以及原有位错发生分解，被激活的位错在同一个平面内沿不同方向滑移移动，相遇时发生反应生成四边形或六边形的位错网络，随着温度以及应力增大位错网络消失。对于硬度变化而言随着温度从320℃升高到600℃时，显微硬度逐渐升高。
  • 考虑不同应变的3003铝合金流变应力预测模型建立与验证
    陈贵清, 傅高升, 王军德, 程超增
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 265-271. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.040
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    在应变速率0.01~10.0 s-1以及热变形温度300~500℃下，通过Gleeble-1500热模拟试验机对3003铝合金进行高温等温压缩实验。结果表明，该合金具有正的应变速率敏感性。当变形温度低于350℃时，合金的热变形机制以动态回复为主；应变速率大于1.0 s-1时，合金的热变形机制以不连续动态再结晶为主。建立了综合考虑应变速率、变形温度以及应变对流变应力影响的本构方程，本构方程中的材料常数可以表示为应变的4次多项式函数。模拟结果表明：预测曲线与实验曲线吻合较好，流变应力的实测值与预测值的均方根误差以及平均相对误差分别为0.99814和5.72%。所建立的本构方程计算精度较高，可以为合金热变形流变应力的预测提供参考依据。
  • 车身用6022铝合金热加工图及组织演变
    李辉, 张华, 张涛, 尹登峰
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 272-275,294. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.041
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    利用Gleeble-3500热模拟试验机测定了6022铝合金的应力应变行为，基于动态材料模型，构建了热加工图。观察了不同变形条件下的金相组织。实验结果表明：当形变量为60%时，6022铝合金热加工图中存在局部较高的功率耗散区（加工温度为440~550℃、应变速率为0.01~1 s-1时），达30%以上，为实验材料的最佳热加工区，在该区域热变形后，材料晶粒细小；热加工图中存在3个失稳区，加工温度为300~390℃，应变速率为0.01~0.02 s-1；加工温度为300~340℃，应变速率为0.4~10 s-1；加工温度为470~500℃，应变速率为0.6~10 s-1。实际热加工过程中应避开此区域，防止材料内部微观缺陷的产生。
  • Cr元素对钢高温氧化行为的影响
    侯瑞东, 张双杰, 孙萃芳, 邵明杰, 吴梦玮
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 276-283. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.042
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    利用热重及同步热分析仪对Cr元素含量0.8%（1#）、3.0%（2#）和5.0%（3#）的3种试验钢进行900~1050℃温度区间，氧化时间30 min的氧化增重试验，建立了试验钢氧化动力学模型，对氧化动力学模型预测值与试验值进行平均误差和相关性分析；采用SEM分析氧化膜形貌，研究了Cr元素含量对钢高温氧化行为的影响。结果表明：在不同氧化温度条件下，Cr元素含量不同的3种试验钢氧化增重曲线均呈上升趋势；1#、2#和3#试验钢氧化过程动力学模型预测值与试验值的平均误差小于7.0%，相关系数R大于0.99；氧化温度低于980℃时，随Cr元素含量增加抗氧化能力增强；氧化温度达到1050℃时，3#试验钢表层氧化膜Cr2O3进一步反应生成气态CrO3，抗氧化能力降低。
  • 不同原始组织TA17钛合金的热变形行为研究
    林崇智, 李军, 杨柳, 王莹, 任万波, 彭琳
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 284-289. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.043
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    通过热压缩试验研究了不同原始组织的TA17钛合金在温度750~950℃和应变速率0.01~20 s-1范围内的热变形行为，并且分析了原始组织晶粒尺寸对TA17钛合金热变形行为的影响。结果表明，TA17钛合金在750~900℃时的变形机制主要以动态再结晶为主，峰值应变随着温度升高和应变速率的降低而降低；而在900~950℃时以动态回复为主，峰值应变随着温度升高而增大。相同变形参数下，原始晶粒尺寸越小，热变形过程中的流变应力越小，动态再结晶程度越大。减小原始组织晶粒尺寸，可以有效提高TA17钛合金的热加工稳定性，扩大热加工的可加工区间。
    • 成形装备与智能制造
  • 二次冷轧机组基于油膜形成机理的喷嘴距离设定技术研究
    李秀军, 崔亚亚, 刘亚星, 钱承, 白振华
    塑性工程学报. 2018, 25(2): 290-294. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2018.02.044
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    针对带钢二次冷轧机组轧制过程中的表面质量缺陷问题，充分结合二次冷轧机组的设备与工艺特征，在分析了带钢表面油膜形成机理、建立了带钢表面乳化液润滑油膜厚度计算模型的基础上，给出了二次冷轧过程中带钢表面所能形成的最大油膜厚度，考虑到油膜厚度形成所需时间和带钢运行速度的影响，开发出一套二次冷轧机组喷嘴距离设定技术，实现了乳化液直喷系统喷嘴距离的最优设定。相关技术被应用到现场之后，出口带钢的乳化液斑迹封闭率从优化前的平均14.936%下降到优化后的平均0.6745%，有效的改善了出口带钢的表面质量问题。
塑性工程学报
Journal of Plasticity Engineering
ISSN 1007-2012
CN 11-3449/TG

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