2019年, 第26卷, 第1期　
刊出日期：2019-02-28
  

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    综合评述
  • 金属板料各向异性断裂模型及断裂实验研究进展
    顾彬, 何霁, 李淑慧, 林忠钦
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 1-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.001
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    对金属板料各向异性断裂模型及断裂实验目前的研究进展进行了综述和分析，指出细观损伤力学模型通过考虑基体的塑性各向异性，孔洞的形状、大小及空间分布来描述变形过程中损伤的各向异性演化；连续介质损伤力学模型(CDM)通过将标量形式的损伤因子替换成一个损伤张量来描述材料的各向异性损伤；非耦合型各向异性断裂模型通过改变等效塑性应变增量的度量方法或对应力张量进行线性变换两种方法来描述材料的各向异性断裂。可以通过设计一系列具有不同几何形状的试样或者通过在试样边界上施加不同的载荷组合这两种途径来实现不同应力状态下的断裂实验。此外，开展金属板料厚度方向的实验是今后发展的一个重要方向。
  • 微细制造新技术—半固态微成形研究进展
    乔云, 于沪平, 张钧铭, 申昱
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 15-25. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.002
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    介绍了半固态微成形的工艺适用性以及国内外研究进展，对半固态微成形目前研究的本构模型、尺度效应、摩擦机理、模具设计、工艺参数选择、微观组织等进行了总结论述，并对研究中存在的问题进行了简要分析。在此基础上着重论述了不同工艺条件下尺度效应的表现形式、不同本构模型的适用条件以及工艺参数的选择对材料流动和成形件质量的影响，指出了现有本构模型在描述半固态微成形过程中材料流动行为时的不足，提出了适用于半固态微成形本构模型理论研究的前景方向，另外介绍了在半固态微成形中存在明显的液相偏析，成形速度是影响液相偏析的主要原因。最后，对半固态微成形的研究进展进行了总结，并提出了目前该工艺存在的问题和未来应重点关注的方向。
    • 塑性成形技术与工艺
  • 铝合金汽车发动机罩内板成形性能研究
    张文沛, 李欢欢, 胡文治, 杨冰, 胡志力, 华林
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 26-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.003
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    以铝合金汽车发动机罩内板为对象，在初始型面结构的基础上，结合有限元分析，针对其出现的成形缺陷进行多轮优化，改善其成形性能，同时探究了压边力和模具间隙等工艺参数对零件减薄率和回弹的影响。结果表明，在较小的压边力和较大的模具间隙下板料的减薄较小；在一定范围内，随着压边力的增大，零件的整体回弹得到抑制但变化不明显，而局部的负向回弹有所增加，模具间隙的减小也有利于减小回弹。在优化型面结构的基础上对其进行回弹补偿并配合工艺参数的调整，可有效减小零件的回弹。在仿真优化结果的基础上进行铝合金发动机罩内板的冲压试验，试验件与仿真优化结果具有较好的一致性。
  • 基于数值模拟分析异形工艺孔在汽车门内板塑性成形过程中的应用研究
    叶鹏飞, 王成勇, 陈锦洪, 安自仁, 姚圆圆, 程明, 戴程
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 33-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.004
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    汽车后背门内板结构起伏大，塑性成形过程中板料的应力应变场复杂。结合板料开设工艺孔附近区域应力状态的理论分析，运用局部应力释放的方法，在产品四角和中间结构突变区域进行材料切除和开孔，改善了材料流动不均匀，缓解了局部应力集中的缺陷。利用有限元建模进行了多方案对比模拟分析，并与现场试模进行相互验证，重点考察了非圆形状的异形工艺孔及其位置布局对局部应力释放的作用。在现有模具拉深筋和模具压边圈压边力不调整的情况下，优化了带异形工艺孔的多边形坯料，解决了产品冲压成形过程中内部破裂和边缘起皱的问题。
  • DP-780高强钢车身侧围板成形质量优化
    郭强, 郑燕萍, 朱伟庆, 晋保荣
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 40-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.005
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    以DP-780高强钢车身侧围板为研究对象，在成形极限图的基础上，提出了拉裂质量评价指标、起皱评价指标和增厚-减薄质量评价指标，作为判断不同成形结果好坏的标准；然后针对拉延这一基础工序，选择不同的工艺参数设计正交试验，利用Dynaform软件仿真分析，得到基于评价指标的正交试验数据库，为得到最佳参数组提供依据；最后利用基于遗传算法的BP神经网络优化算法进一步寻求最优解，获得最优工艺参数值为：板料偏置尺寸7.0 mm，冲压速度为4230 mm·s-1，摩擦系数为0.13，压边力为310 kN。经实验验证，研究结果满足工艺要求。
  • 锆合金薄板带材冲制成形研究
    蒋朋松, 周惦武, 邓振鹏, 武丹花
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 46-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.006
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    采用数值模拟和实验验证相结合的方法，研究带材性能参数对锆合金薄板冲制成形影响。揭示了硬化指数与屈强比对壁厚分布均匀性和最大主应变影响规律，提出了保证锆合金薄板带材稳定冲制的关键性能指标及其控制范围。结果表明，硬化指数n与壁厚分布均匀性密切相关，n值越大，壁厚差越小，壁厚分布越均匀；屈强比与最大主应变密切相关，屈强比越小，最大主应变越小，壁厚分布越均匀；提高硬化指数或减小屈强比，均使锆合金薄板带材安全裕度提高；在安全裕度为10%的条件下，锆合金稳定冲制的关键性能参数范围为：硬化指数n≥0.18，屈强比≤0.68。实验验证结果与仿真模拟结果相吻合。
  • 汽车门外板B柱冲压表面缺陷控制方法
    刘丽娟, 武朋飞
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 52-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.007
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    针对汽车外覆盖件在冲压过程中的表面缺陷现象，以某车型前门外板为对象，研究了门外板B柱表面缺陷的控制方法问题。首先介绍了表面缺陷产生的主要原因，然后从压料面造型、工艺补充面造型、拉延筋造型3个方面优化拉深冲压工艺，利用Autoform软件对工艺优化前后零件的表面缺陷程度进行预测比较；最后对B柱边口局部模面进行补偿，将边口曲面曲率半径减小至4000~8000 mm以内，并对理论与实际补偿模面的曲面质量进行检查，以确保补偿曲面质量。结果表明，均匀的拉深工艺面造型以及对B柱进行局部模面补偿可以有效地控制门外板B柱表面缺陷，为研究表面缺陷控制问题提供了一种参考思路。
  • P91厚壁管热挤压模具参数优化设计
    王瑞麒, 李永堂, 贾璐, 雷步芳
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 58-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.008
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    利用正交试验，通过有限元模拟研究了P91厚壁管热挤压模具型腔几何参数及初始温度的合理取值范围。选取挤压角角度α、过渡圆角半径R1、过渡圆角半径R2、定径带长度h、挤压模初始温度T为研究对象，以挤压模工作表面应力分布均方差σsds、挤压模工作表面应变分布均方差εsds、挤压模所受最大载荷Lmax、模口处金属流速均方差Fsdv为考核标准，展开了基于有限元模拟的正交试验研究。结果显示，P91厚壁管热挤压模具型腔几何参数与初始温度的合理取值范围为：挤压角角度选取45°~55°、定径带长度h选取90~120 mm、过渡圆角半径R1选取70~90 mm、过渡圆角半径R2选取100~120 mm、挤压模初始温度T选取250~350℃。最后，利用缩比热挤压成形试验验证了模具型腔参数与初始温度取值范围的合理性。
  • 主动螺旋锥齿轮双向对挤高效精密成形新工艺
    郭开元, 张如华, 吴泽, 曾广元
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 66-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.009
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    根据主动螺旋锥齿轮形状特点和成形工艺要求，提出一种新的成形工艺：双向对挤高效精密成形。数值模拟结果表明新工艺成形主动螺旋锥齿轮过程中齿型腔可以均匀、顺利的完成填充，所成齿形良好，无明显缺陷出现。载荷-行程曲线变化正常，变形过程可大致划分为3个阶段：自由变形、充满和角隅充填。与传统的单向闭塞模锻、单件成形工艺的载荷-行程曲线对比，载荷值降低了18%。等效应力在模具承受范围内，无破坏现象出现，证明材料流动性较好、新工艺可行。通过物理模拟实验，得到了齿形轮廓清晰、充填饱满、无折叠、无开裂等缺陷的铅质试件，实验结果与模拟结果基本吻合。
  • 某汽车旋锻轴毛坯尺寸要求研究
    李栋材, 卢曦, 孙子莹, 舒文涛, 刘晓辉
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 72-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.010
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    以某汽车等速万向传动中间旋锻轴为对象，提出耦合旋锻成形工艺特性以及材料加工硬化特性、毛坯力学特性、毛坯旋锻前后的壁厚和内外径之间的关系进行毛坯尺寸要求设计。首先根据芯棒与坯料之间的最大间隙要求，保证旋锻成形质量，确定毛坯的最大内径要求；其次根据旋锻成形工艺、材料加工硬化特性以及旋锻后无芯棒两端渐开线花键成形工艺要求确定毛坯最大硬度；最后根据毛坯力学特性试验获得的硬度强度转换关系、材料拉伸试验拟合得到的加工硬化特性曲线、毛坯旋锻前后的壁厚和内外径之间的关系以及毛坯最大内径要求确定毛坯最大外径要求。
  • 曲面构件外环约束无模旋压新工艺
    杨剑, 李新和, 魏准, 侯令华
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 77-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.011
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    为了有效解决大径厚比曲面构件在传统旋压过程中出现的法兰起皱失稳缺陷以及减少生产模具带来的高昂成本，提出了外环约束无模旋压新工艺，并分析了该工艺成形的基本原理。运用合适的工艺窗口，采用多道次逐次逼近的旋压方式得到目标成形件，并对目标件的壁厚均匀性和轮廓精确性进行实验研究。分析表明：在加工过程中，不同的旋轮轨迹路径会导致成形件的中心下沉缺陷；而加载合适的旋轮轨迹得到的目标成形构件的壁厚遵循中心较厚，边缘较薄的分布规律，沿成形件母线上的各点的实际壁厚均位于理论壁厚上下限之内，壁厚均匀性良好且无明显缺陷。
  • 316L/EH40复合板可逆热轧过程数值模拟
    金贺荣, 段昌新, 戴超
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 82-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.012
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    为研究316L/EH40复合板在热轧过程中温度场对应力场、应变场的影响，建立了热轧过程的三维动态热力耦合计算模型，利用所建立的模型对复合板热轧过程进行了仿真计算，分析了轧制过程中温度场、应力场、应变场、残余应力的变化规律。研究结果表明：复合板基层表面温度变化范围最大；基层表面温度呈先下降后上升的变化趋势，复层中心与基层中心温度呈逐渐上升的变化趋势；等效压应力峰值由49.93 MPa逐渐变大至104.04 MPa；等效应变值呈台阶式上升的变化趋势；界面处残余应力沿宽度方向分布较为均匀，其中复层侧残余应力值较大，最大为93.7 MPa，基层侧残余应力值较小，最大为71.9 MPa。
  • 凸锥夹层板辊式成形工艺研究
    赵石岩, 郭续龙, 张有为, 李群, 李娜, 高杨
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 89-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.013
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    基于MSC.Marc有限元软件对凸锥夹层板的辊式成形过程进行了数值模拟，以夹层凸锥辊式成形后壁厚最大减薄率为成形性评价指标，研究了各主要结构参数对成形的影响。结果表明：凸模圆角半径R1、凸模转角半径R2以及摩擦系数μ对凸锥夹层板的壁厚最大减薄率影响较大，并给出了其影响规律和成形目标零件的参数建议取值。基于分析结果，设计了用于辊式成形的试验机，并进行了凸锥夹层板辊式成形实验，验证结果表明针对凸锥形夹层板辊式成形工艺的可行性，但仍存在凸锥点阵间纵向过桥位置起皱、板料纵横向翘曲、板边不齐、凸锥曲面卸载畸变等成形质量问题。
  • TC4钛合金斜轧穿孔曼内斯曼效应及顶头位置优化
    庞玉华, 蒋宗璠, 吴威, 康荻娜
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 95-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.014
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    利用有限元模拟技术分析了斜轧穿孔过程，结果表明：锥形辊比桶形辊穿孔的曼内斯曼效应更为强烈，TC4钛合金比碳钢穿孔的工件心部可产生更大的拉应力；当采用送进角为12°、直径压下率为12%、辗轧角为15°、轧辊转速为70 r·min-1以及顶前压下率为8.2%等参数锥形辊斜轧穿孔TC4钛合金时，坯料心部曼内斯曼效应最为显著，拉应力最大，可最大程度降低穿孔阻力，从而减小温升；采用该优化工艺，变形区变形温度为972~997℃，分布较理想，可获得TC4钛合金双态组织。经穿孔试验验证，获得了TC4钛合金双态组织厚壁管，且管内外表面光滑，尺寸精度较高。
  • 0Cr18Ni9管材大曲率无芯弯曲横截面畸变研究
    苟毓俊, 双远华, 周研, 蔡伟, 毛飞龙
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 103-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.015
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    为了提高管材弯曲成形性及弯曲精度，基于ABAQUS有限元平台，建立了管材大曲率无芯弯曲有限元模型，模拟了管材大曲率无芯弯曲过程，研究了弯曲角、弯曲速度以及初始管材壁厚对管材大曲率无芯弯曲横截面椭圆畸变的影响，同时进行了相关实验验证。结果表明：模拟与实验结果吻合较好，各弯曲条件下二者误差均在一合理范围内，验证了有限元模型的可靠性；最大横截面短轴变化率随弯曲角度及弯曲速度的增大而增大，随管材初始壁厚减小而增大；弯曲角度及管材初始壁厚对最大横截面短轴变化率影响较大而弯曲速度对其影响相对较小；通过选择合适的弯曲工艺，可弯制出满足要求的大曲率弯管。
  • 基于LS-DYNA的铝合金板材电磁成形过程模拟及实验研究
    金飞翔, 吕刚, 谷曼, 翟月雯
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 109-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.016
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    研究了汽车用铝合金板材电磁成形塑性变形过程，采用LS-DYNA有限元分析软件进行1 mm厚的AA6014铝合金板材电磁成形变形过程的分析，并将模拟结果与实验结果进行对比分析。结果表明，板料首先在对应线圈半径的1/2附近开始变形，然后由于惯性作用带动中心区域材料进行变形，直至板料的初始动能逐渐耗散，最终变形为一个类似锥形件。当电容为2370 μF，电压分别为4和3 kV时，电磁成形实验深度测量结果为49.61和40.26 mm，模拟结果为48.25和35.11 mm；板料变形最大区域的厚度实验结果为0.71和0.78 mm，模拟结果为0.70和0.79 mm，实验与模拟结果的厚度误差为0.01 mm。通过研究结果对比分析，获得了铝合金电磁成形塑性变形的过程，进一步为铝合金电磁成形工艺研究和应用提供了参考。
  • 拉拔道次对碳素钢棒材电化学冷拉拔成形的影响
    李博, 陈体军, 耿丽博, 王张军
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 116-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.017
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    通过表面宏观观察、腐蚀前后微观组织观察以及冲击断口的扫描电镜（SEM）分析、电子背散射衍射（EBSD）分析，研究了拉拔道次对碳素钢电化学冷拉拔（ECD）过程中的拉拔力、显微组织、硬度、表面质量、晶粒取向以及力学性能的影响。研究表明，电化学冷拉拔可以显著降低拉拔过程中的拉拔力，降低材料表面硬度，改善表面加工质量，削弱塑性成形后的晶粒取向关系，并且经电化学腐蚀后的冲击韧性没有明显的下降。与传统冷拉拔（DIA）相比，电化学冷拉拔单道次拉拔力下降率最大可达49.79%，表面硬度最大下降率为23.68%，单道次伸长率最大可提高30.83%，冲击韧性下降率为0.19%~4.9%左右。
  • PP高分子板材多道次渐进成形实验研究
    浦一子, 查光成, 陆传凯, 严阿鑫, 何辉, 蒋人豪, 吴凤楠
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 125-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.018
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    通过聚丙烯（PP）高分子板材的多道次渐进成形实验，研究多道次渐进成形零件的材料流动、应变及壁厚分布状况。研究结果表明，PP板多道次渐进成形的第一、第二主应变随成形深度的增大而呈上升趋势，且壁厚随着成形深度的增大而明显减小，无法成形深度过大的零件。通过实验数据，分析零件壁厚变化的原因，指出因道次间角度差的存在产生的成形台阶是导致零件底部下沉和壁厚骤减的原因。此外，针对壁厚问题，提出影响零件成形质量的因素，并结合实验验证，得出结论：增加道次次数、采用圆弧轨迹和减小道次间角度差可以在不同程度上改善壁厚分布状况。
  • 双曲率2219铝合金板蠕变时效成形技术研究
    刘贺, 何铁军, 万李, 陈缇萦
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 132-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.019
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    进行了淬火态2219铝合金板材在175℃下18 h，70~130 MPa应力水平的拉伸蠕变试验，选择了修正的7参量Kowalewski本构模型拟合得到材料参数。通过3种单曲率铝板蠕变成形的有限元模拟和试验，测得试验回弹率与预测值最大误差为9.5%，验证了材料模型的正确性。开展了双曲率铝板零件蠕变成形有限元模拟并基于模拟结果采用偏差调节法进行了4次模具型面迭代补偿，模拟得到零件型面与设计型面之间的最大偏差降至0.19 mm。进行了双曲率板175℃，18 h的蠕变时效成形试验验证，得到试验件弯曲挠度最大偏差为11.19%，偏差主要集中于零件心部。
  • 基于数值模拟的搅拌摩擦焊接成形缺陷预测
    龙玲, 刘淅, 胡登纯, 孙占国, 孔德凝
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 137-142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.020
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    采用DEFORM-3D软件建立了搅拌摩擦焊三维热-力耦合有限元模型，通过数值模拟研究了不同工艺参数条件下预测搅拌摩擦焊成形缺陷的方法。将数值模拟的缺陷预测结果与实验结果进行对比，验证了本模型进行缺陷预测的可行性。为了研究焊缝成形缺陷产生的原因，对比分析了搅拌倾角、焊速等工艺参数影响搅拌摩擦焊温度及材料流动的规律，结果表明，增大搅拌头倾角可明显增加焊缝前进侧材料的焊接温度，增大焊速会小幅降低前进侧根部材料的焊接温度。同时，增大搅拌头倾角可增大搅拌头后方材料的接触压力，相应地可增大其摩擦驱动力，促使材料产生塑性流动；但增大焊速，会使接触压力降低，使材料因摩擦驱动力不足而流速过小，甚至停止流动形成孔洞型缺陷。
    • 材料性能与变形理论
  • Ti-2.7Cu合金热变形行为及本构关系研究
    万鹏, 王克鲁, 鲁世强, 程军, 周峰, 陈虚怀
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 143-149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.021
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    采用Gleeble-3500型热模拟试验机对Ti-2.7Cu合金进行等温恒应变速率压缩实验，研究其在变形温度740~890℃，应变速率0.001~10 s-1范围内的热变形行为，并计算了热变形激活能，构建激活能图。结果表明，合金的流动应力受变形温度和应变速率影响较大，在高温和低应变速率条件下，流变曲线大多呈现稳态流动特征；该合金的热变形激活能高于纯α钛合金和纯β钛合金的自扩散激活能，在此条件下合金的热变形是由高温扩散以外的过程控制；采用多元线性回归建立Ti-2.7Cu合金本构模型，经过误差计算得出，该模型的预测值偏差在10%和15%以内的数据点分别占87.12%和92.42%，相关系数和平均相对误差分别为0.9860和6.81%，具有良好的精度。
  • 钢板拉伸颈缩致断裂的应变局部化过程
    任春影, 万印, 初广香, 王焕然
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 150-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.022
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    利用MTS810实验机和Zwick HTM5020高速拉伸实验机对钢板进行不同应变率加载下的拉伸实验。利用数字图像相关性方法（Digital Image Correlation，DIC）对拉伸过程中试件表面的应变场进行分析，得到标距段和颈缩区两个区域沿拉伸方向的平均应变历史曲线，其结果显示两曲线的分离时刻即为非局部化颈缩起始点；该分离时刻点与准静态下的Considere判据和动态下的Batra理论得到的颈缩点一致。DIC分析云图形象的显示了试样拉伸过程中从颈缩开始致断裂的应变局部化演化过程。提取云图中典型位置的应变分布曲线，获得不同时刻相同位置的真应变大小。此外，试样的局部断裂应变随应变率的增加而增大。
  • 304和304L奥氏体不锈钢的热加工性能研究
    杨雨童, 程晓农, 罗锐, 陈乐利, 桂香
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 156-161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.023
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    利用Gleeble-3500热力模拟试验机分别对304与304L奥氏体不锈钢进行单道次热压缩实验，研究了材料在变形温度900~1100℃，应变速率0.01~5 s-1条件下的热变形行为及组织演变规律，并基于动态材料模型（Dynamic Materials Model，DMM）对比分析304与304L奥氏体不锈钢的热加工性能。结果表明：304L变形抗力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低，其流变曲线可分为加工硬化、动态回复及动态再结晶3种类型。通过构建304与304L奥氏体不锈钢的热加工图，发现当应变量为0.6时，304热加工窗口为970~1050℃、0.01~0.1 s-1和1050~1100℃、0.03~1 s-1，并在高温低应变速率区域出现严重的流变失稳现象；304L热加工窗口为950~1100℃、0.01~0.03 s-1。对比可知304和304 L的可加工温度区间相似，但应变速率区间差异明显，合金元素含量的变化导致可加工应变速率区间向低应变速率方向移动。
  • 冷轧钢单拉本构关系与韧性断裂参数研究
    刘倩, 刘嘉庚, 韩静涛, 陈一鑫, 郑小平, 田亚强
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 162-167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.024
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    以SPCC钢为研究对象并采用拉伸试验与有限元模拟相结合的方法来获得准确表征颈缩后材料变形行为的本构关系与韧性断裂参数值。通过试验得到了工程应力-应变曲线，使用SEM观察断口形貌并分析了断裂机理。利用Abaqus软件进行三维拉伸模拟，对颈缩后工程应力-应变曲线进行拟合，获得了最优拟合的本构关系。假定等效断裂应变与应力三轴度间关系为反比例函数，利用反求法使得实际断裂应变与具体变形路径下的累积名义断裂应变相等，从而确定了断裂参数值。模拟结果表明，材料模型能够准确描述整个变形过程，合理预测韧性断裂的发生。此外，模拟中颈缩发生时等效应变值与理论计算值吻合度很高，证实了模型的可靠性。
  • Q235钢拉伸断裂试验与数值仿真
    王玉凯, 赵建新
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 168-173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.025
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    利用INSTRON试验机对低应变率（0.0001~0.01 s-1）下的Q235钢（冷轧、热轧）的拉伸断裂行为进行了研究，并利用Abaqus有限元软件分别对冷轧Q235钢和热轧Q235钢的拉伸断裂过程进行了数值模拟。结果表明：在低应变率下，随着应变率的提高，钢材的屈服应力和峰值应力提高，但是屈服应力对应变率的变化更敏感。对于Q235钢来说，冷轧钢与热轧钢的拉伸力学性能存在一定区别。冷轧钢的强度比热轧钢的高，但韧塑性却要低于热轧钢，峰值应力和断面收缩率对应变率变化更加敏感。基于试验数据拟合获得了冷轧Q235钢和热轧Q235钢的Johnson-Cook本构模型参数，仿真验证了模型对钢材拉伸力学行为描述的合理性和可靠性。
  • 2099-T83铝锂合金本构模型研究
    汪冠宇, 马贵春, 吴建军
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 174-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    根据2099-T83铝锂合金在温度为120~160℃的真应力-应变曲线，选择4种常用的本构模型：Johnson-Cook模型、Modified Johnson-Cook模型、Modified Zerilli-Armstrong模型和Voce方程，对比研究上述4种本构模型对该合金的流变应力的预测能力，并对上述模型进行误差分析。结果表明：随着温度的增加，采用Modified Zerilli-Armstrong模型和Voce方程得到的应力计算值与实验值较为吻合，而采用Johnson-Cook模型和Modified Johnson-Cook模型得到的应力计算值与实验值之间存在较大误差；Johnson-Cook模型和Modified Johnson-Cook模型的平均相对误差绝对值AARE分别达到12.286%和6.238%，而Modified Zerilli-Armstrong模型和Voce方程的AARE值分别为2.099%和0.184%。另外，采用Voce方程计算得到的预测值与实验值之间具有最高的相关性。说明具有物理意义的本构模型在研究和预测该合金流变行为的能力上是优于唯像本构模型的。
  • 铝镁双金属复合棒材反向等温挤压微观组织演化机理
    乔及森, 苏泳全, 张羊阳, 张涵, 赵文军
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 182-187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.027
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    针对铝镁双金属复合挤压工艺，探究棒材挤压过程中材料流动特性及微观组织演变规律。通过热模拟压缩试验得到不同温度下纯铝和镁合金的流变曲线，建立纯铝和AZ31镁合金的组织演化热力学模型并进行计算。研究发现双金属挤压过程中铝镁界面处材料流动速度相差较大，铝表层局部应变在进入模具工作带前达到临界值，摩擦热促使晶粒严重长大，产生粗晶：通过EBSD扫描结果可知交界面层从Al至Mg的相组成依次为Al、Al3Mg2、Al12Mg17、Mg，沿速度方向层状分布，与数值计算结果相符。通过与试验对比验证，晶粒尺寸计算的平均误差为17%，计算发现在温度满足热变形的条件下，材料应变对挤压复合材料的晶粒度影响较大，应变的增大促进再结晶致使晶粒尺寸增大。
  • 钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能
    陈泽军, 周廷, 李博新, 何维均, 王莹
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 188-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.028
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    利用真空热轧复合方法制备了钒中间层钛/钢复合板，采用SEM、EDS和XRD等分析结合界面形貌、元素扩散行为和界面相组成。结果表明：钒中间层钛/钢复合板界面实现了良好的冶金结合。与拉剪强度测试相结合，研究了钒中间层钛/钢复合板结合界面结构与力学性能。结果表明：钒中间层钛/钢复合板剪切强度均优于国家标准（140 MPa）。950℃轧制的复合板界面扩散层厚度大于900℃轧制的复合板扩散层厚度。钒中间层与Ti、Fe元素形成固溶体，有效阻止了金属间化合物TiFe和TiFe2的产生。900℃轧制的钛钢复合板剪切强度为223 MPa，大于950℃轧制的复合板剪切强度。对剪切断口的分析表明裂纹多沿钒铁固溶体产生并扩展。
  • NbCr2/Nb合金高温蠕变行为
    邓莉萍, 鲁世强, 汤斌兵, 雷志立
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 194-198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.029
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用机械合金化+热压制备了成分为Nb-22.5at.% Cr的细晶NbCr2/Nb合金。通过Gleeble 3500型热模拟机上的恒应力压缩试验，研究了合金的高温蠕变行为，并采用透射电子显微镜观察了合金变形前后的组织。结果表明：NbCr2/Nb合金的稳态蠕变速率随应力的增加和变形温度的升高而加快，1000℃和200 MPa条件下，NbCr2/Nb合金的稳态蠕变速率为9.0×10-5 s-1，1000℃下的应力指数为4.36，而200 MPa下的蠕变激活能为510.7 kJ·mol-1。蠕变变形过程中，Nb基体中位错的滑移、攀移和Laves相NbCr2中的同步剪切是蠕变变形的主要方式；随着变形温度升高，Nb基体颗粒有形成亚晶的趋势，且两相颗粒界面处应力增大，Laves相NbCr2颗粒中层错/孪晶密度增加。
  • 温度辅助激光冲击强化对GH4169合金力学性能的影响
    吴嘉俊, 赵吉宾, 乔红超, 胡太友, 李松夏
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 199-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.030
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    利用波长为1064 nm、脉宽为14 ns、单脉冲能量为5 J的Nd：YAG纳秒脉冲激光器对GH4169合金试件进行了常温激光冲击强化处理和温度辅助激光冲击强化处理；采用X射线衍射仪和HV-1000显微硬度计测量了强化处理前后试件的表面残余应力与表面显微硬度。实验结果表明：经激光冲击强化与温度辅助激光冲击强化处理后，试件表面引入了一定数值的残余压应力，同时表面显微硬度得到提高；但在残余压应力和显微硬度数值方面，经温度辅助激光冲击强化处理的试件均比常温激光冲击强化处理的试件要大，且随着辅助温度的增加，试件的表面残余压应力和表面显微硬度值均呈增加趋势。因此，在一定的温度范围内，采取温度辅助激光冲击强化的方式对GH4169合金进行处理，可以获得比常温激光冲击强化处理更好的强化效果，同时适当提高强化温度，在一定程度上可以进一步提高GH4169合金的强化效果。
  • 终轧温度和冷却工艺对铁素体贝氏体双相钢组织和力学性能的影响
    郭佳, 郭子峰, 李秋寒, 张衍, 李玉鹏, 周娜
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 206-212. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.031
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    利用Gleeble-2000D热模拟机、550 mm轧机、扫描电镜等研究了终轧温度和冷却工艺对铁素体贝氏体双相钢组织和性能的影响。首先，在水冷-空冷-水冷模式下研究终轧温度对显微组织和力学性能影响，结果表明：随终轧温度降低，基体组织带状加剧，且铁素体形态由多边形转变为沿轧制方向变形的椭圆形；当终轧温度低于800℃时，铁素体比例明显增加，贝氏体比例下降，抗拉强度下降。其次，在850℃的终轧温度下研究了冷却工艺对显微组织和力学性能的影响，结果表明：当终轧后冷却方式为水冷时，基体组织以准多边形铁素体和针状铁素体为主，伸长率较低；终轧后采用水冷-空冷-水冷方式冷却时，基体组织以块状铁素体和贝氏体为主，伸长率较高。
  • 汽车B柱碰撞失效变形过程仿真重现
    刘畅, 林建平, 路洪洲, 张剑
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 213-220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.032
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    为了预测整车侧面碰撞试验中B柱的碰撞性能，应用Hypermesh/Ls-Dyna软件建立B柱零部件级碰撞仿真模型。根据整车碰撞试验中B柱的变形情况设置仿真模型中B柱约束条件，并依据整车和蜂窝铝质量以及蜂窝铝形状选择合适的冲击块的形状和质量，调整B柱和冲击块的相对高度位置以符合真实碰撞试验。由于B柱含有多种不同材料，故综合考虑多种强度焊点失效和多种材料断裂失效，根据不同金属材料间的极限焊点力的大小和材料的极限断裂应变来设置仿真中焊点和材料的失效。最终结果表明，仿真准确地复现了焊点失效和板料断裂失效现象。该仿真分析也为B柱及类似零部件的碰撞仿真提供了合理方法，提高了仿真的合理性。
  • 不同材料强化模型对QP钢回弹预测精度的理论及应用研究
    牛超, 陈新平, 陈军
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 221-226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    对第3代先进高强钢QP980和QP1180材料的4种强化模型参数进行了分析，基于特征帽型零件比较了模型的回弹预测精度，然后采用最优模型在某车型A柱零件上开展回弹分析并进行实际零件预测结果验证。研究结果表明：QP980和QP1180均表现出一定的包申格效应；Chaboche、NSK Swift和Y-U模型均能描述材料的包申格效应，但Y-U模型拟合效果最好，等向强化模型Swift不能描述包申格效应；比较4种模型对帽型零件的回弹计算结果和试验结果可知，Y-U模型预测精度最高；比较Y-U模型在A柱零件关键截面上回弹预测与试验结果可知，轮廓重合性较好，并在一些关键点进行比较，计算与实测误差较小，说明Y-U模型对该零件回弹表现出较高的预测精度。
  • 厚规格钢板蛇形轧制变形渗透性影响因素分析
    孟庆成, 雷军义, 王守信, 江连运
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 227-233. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.034
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    采用ANSYS/LS-DYNA对厚规格钢板蛇形轧制过程进行了数值模拟研究，讨论了不同轧制方式和轧制工艺参数对钢板变形渗透性的影响规律，重点关注蛇形轧制对厚规格钢板心部变形的影响。结果表明：蛇形轧制中钢板上下表面金属流动的速度差会导致钢板在厚度方向上产生强烈的塑性变形，促进变形向钢板心部渗透，且钢板心部的等效应变随着异速比的增加而增大；增加压下量可显著增大钢板心部的等效应变，且对改善钢板厚度方向上的不均匀变形也有显著作用；摩擦系数对钢板变形的影响主要集中于钢板表面，对钢板心部变形的影响甚小；错位量和轧制速度对钢板厚度方向上的等效应变影响甚小。
  • 考虑齿面粗糙度影响的齿轮动力学研究
    黄康, 郭俊, 徐锐
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 234-239. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.035
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了分析齿面粗糙度对齿轮系统动力学特性的影响，进一步平衡齿面精度与加工成本的关系，从齿面随机性粗糙度的角度对齿轮系统动态特性进行了研究。根据分形理论，建立了含有随机粗糙度的粗糙齿面数学模型；基于该粗糙齿面数学模型，进一步建立了齿面粗糙度误差影响下的静态误差模型。结合以上数学模型，在单自由度齿轮动力学模型中，通过数值仿真分析了磨齿加工情况下的齿面粗糙度对于齿轮动力学特性的影响，以及不同转速下齿面粗糙度对动态响应的影响。结果表明：齿面粗糙度对于齿轮动力学特性影响显著，随着转速增大，齿面粗糙度对于系统的动态性能影响呈现上升的趋势。
  • 基于响应曲面法的强力旋压锡青铜筒形件硬度研究
    潘和勇, 樊文欣, 李涵, 杨树彬, 杨锋
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 240-244. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.036
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为研究强力旋压各主要工艺参数对于锡青铜筒形件布氏硬度指标的影响规律以及各因素间的交互作用，进行了Box-Behnken试验设计。试验结果表明工件硬度随减薄率及进给比的增大而增大，随热处理温度的增大而减小。基于Design Expert 10软件分析得出各因素及其之间的耦合对于工件硬度影响的显著度，减薄率A和进给比C的影响高度显著，热处理温度B的影响显著，AC耦合与BC耦合的影响显著。以布氏硬度为响应，建立了以减薄率、进给比、热处理温度为自变量的回归预测模型，通过实验验证了模型的准确性。进行了强力旋压工艺参数优化，优化后的工艺参数组合为减薄率34%，进给比0.5 mm·r-1，热处理温度300℃。
  • 厚向异性系数对无铆连接质量的影响
    杨欣怡, 杨程, 梁凡, 张文旭, 牛艳
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 245-250. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.037
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了研究板料厚向异性系数对无铆连接质量的影响，采用3种轧制规程将厚度为8 mm的Al6061板料进行轧制处理，得到最终厚度为2 mm的板料，并对轧制后板料进行退火处理，以消除板料内部的残余应力。通过拉伸试验测定不同轧制道次，即经4道次轧制、6道次轧制、8道次轧制以及未轧制4种状态下的r值，应用有限元和无铆连接试验对不同组合的板料进行铆接，并对结果进行对比分析。研究表明：不同的轧制道次可改变板料的厚向异性系数，厚向异性系数是影响无铆连接质量的重要因素，且厚向异性系数较大的板料有利于在无铆连接过程中实现更高质量的连接接头。
  • CrAlSiN涂层斜刃剪切刀具的摩擦及剪切性能研究
    阎秋生, 邝志辉, 路家斌
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 251-258. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.038
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了研究CrAlSiN涂层的摩擦性能及涂层刀具对电工钢板材剪切性能的影响，采用电弧离子镀工艺在硬质合金基体和斜刃剪切刀具上沉积CrAlSiN涂层。采用球-盘式摩擦磨损试验仪对硬质合金基体和涂层的干式摩擦学行为进行研究。采用剪切加工试验对比研究了未涂层和涂层刀具对电工钢板材剪切性能的影响，并考察了不同剪切次数时的剪切断面质量、剪切力和刀具的刃口半径变化。研究结果表明：有CrAlSiN涂层的刀具摩擦系数要比未涂层前小11.8%；采用CrAlSiN涂层刀具剪切的电工钢板材的断面质量明显高于未涂层刀具，表现为剪切带增大25.9%、毛刺高度降低29.6%。在正常剪切阶段，涂层刀具的剪切力比未涂层刀具要小9.6%。刀具磨损及刃口半径变化小于未涂层刀具，刀具的剪切性能明显优于未涂层刀具。
  • 圆盘剪分切的圆盘刀磨损机制仿真研究
    曾军, 阎秋生, 路家斌, 张晓伟, 欧阳兵
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 259-266. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.039
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    基于对圆盘剪分切的圆盘刀磨损仿真建模，对不同侧向间隙、径向间隙和刃口锋利度的圆盘刀刃口磨损进行了仿真分析，对比分析了各工艺参数对刃口磨损深度和分布的影响。对圆盘刀分切能耗的分析表明板材分切能耗与刃口磨损的变化规律一致，可以通过分切能耗的大小表征磨损的程度。研究发现增大侧向间隙能显著降低磨损和能耗；改变径向间隙对磨损和能耗基本无影响；刃口锋利度下降，磨损和能耗整体上有所增大，但圆盘刀侧边的磨损减小。最后，基于Archard磨损理论，对不同加工参数下圆盘刀刃口的接触压应力和相对滑移速度的变化历史对比分析，建立了圆盘刀磨损模型。
  • 锡青铜连杆衬套摩擦学特性的试验研究
    李兴艳, 赵俊生, 王雪
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 267-273. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.040
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用单因素试验和混合均匀试验方法在MMW-1A型立式万能摩擦磨损试验机上对锡青铜连杆衬套的摩擦磨损性能进行试验，主要研究压强、转速和温度对其摩擦系数和磨损量的影响规律，并借助超景深电子显微镜和扫描电子显微镜（SEM）对摩擦表面微观形貌进行观察表征，综合分析其磨损机理。结果表明：摩擦系数随压强、转速的增大呈先增后减的趋势，随温度的升高逐渐增大；磨损量随压强的增大而增大，随转速、温度的提高先增加后减小。随着压强的增大，摩擦表面的磨痕逐渐变清晰，有坑洼和片状材料出现，严重时发生犁沟和材料剥落，磨粒磨损转变为黏着磨损；随着转速的升高，摩擦表面的磨痕逐渐变粗、深，表面出现氧化和剥落的面积不断增大。
  • 基于有限元仿真的复合母排折弯扣除求解方法
    姚晨, 杨奎, 谢伟, 施洪亮, 陈思
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 274-278. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.041
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    利用材料拉伸试验机获取了T2-Y2、T2-Y4两种紫铜板与5种常用组合结构的PET高温聚酯绝缘胶膜的材料参数，并通过真实应变与真实应力公式进行了有限元软件所需参数的数据转换。基于有限元软件，采用复合材料铺层技术，在软件中对复合母排折弯变形过程中的材料赋值、网格划分、载荷设置、边界条件等关键问题进行了定义；对不同材料参数、复合结构、折弯模具、折弯角度下的复合母排折弯扣除仿真值与实际值进行了对比，模拟结果与实际样件折弯扣除有较好的一致性，误差在±0.3 mm以内，达到生产精度要求，表明采用仿真的方法能够准确地求解出折弯扣除，为复合母排的设计与投产提供指导依据。
    • 成形装备与智能制造
  • 皮尔格冷轧管机关键工艺参数周期送进量研究
    李伟, 帅美荣, 楚志兵, 王环珠, 薛占元
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 279-285. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.042
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    针对目前皮尔格冷轧中关键工艺参数周期送进量无定量计算、选择随机性大的缺点，在分析周期送进量对轧制过程无缝钢管变形特点影响的基础上，以轧制304不锈钢管为例，通过理论计算获得送进量数值，建立周期送进量数值模拟模型，研究其对轧制过程金属变形及成品质量的影响规律，为其工艺参数选择提供依据。利用三维有限元软件建立数值仿真模型，以之前求得的周期送进量为依据，开展轧制过程仿真，得到轧制成形过程中应力状态、成品管尺寸以及残余应力等关键数据，并结合现场轧制试验共同验证成品管能否达到预期的性能。通过理论计算、数值模拟及试验验证相结合的方法，为周期送进量的选取提供支持。有限元模拟与实际试验测量得到的结果相差不大，误差不超过8%，证明了有限元模拟结果的准确性。通过理论计算得出的10 mm送进量下的残余应力比依据生产经验选取的12 mm送进量下的残余应力要减小10%以上，进一步验证了周期送进量为10 mm能够在一定程度上提高实际生产成品管的质量。
  • 高速钢轧辊在2250 mm热轧F5机架的应用
    胡伟东, 李洪波, 陈晨, 张杰, 柴箫君, 周一中
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 286-292. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.043
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    针对某2250 mm热连轧下游机架轧辊耐磨性低导致带钢断面板廓不良的问题，采用在F5机架使用高速钢轧辊的方法进行改进。对高速钢轧辊使用过程中的表面质量、下机温度、辊形以及对轧制力的影响等方面与无限冷硬铸铁轧辊进行对比，结果表明高速钢轧辊经过两次服役后表面状态仍可保证带钢的板廓质量；高速钢轧辊散热性能较差，下机温度高且均匀性较差，需要采取一定措施来保证其温度和热凸度；高速钢轧辊磨损量以及局部磨损明显低于无限冷硬铸铁轧辊；使用高速钢轧辊时轧制力增大，应通过优化润滑来解决问题。利用辊系变形仿真模型分析了使用高速钢轧辊轧制的带钢板廓，得到了其板廓凸度和板廓波动性均较小的特点。
  • 九辊矫直机矫直过程仿真分析及压下规程参数设计
    王艳, 赵连磊, 崔西民, 朱新庆
    塑性工程学报. 2019, 26(1): 293-300. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.01.044
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    基于弹塑性有限元理论，利用ABAQUS软件建立了九辊矫直机的三维动态有限元模型。通过仿真模拟分析了板材在矫直过程中纵向应力的分布情况和矫直后板形的变化规律，在传统的大变形压弯矫直方案基础上，进行了压下规程的参数设计，并进行了九辊矫直机板材矫直试验。仿真结果表明：板材变形主要集中在纵向上，板材中部纵向应力值约为边部应力值的35%，消除板材翘曲必须控制宽度方向上每列节点之间的纵向残余应力差；通过优化，确定了厚度为15 mm的Q235板材矫直的最优反弯曲率比为2.27/0.38。试验结果表明：该压下规程下板材矫直效果良好，加工后板材平直度小于4 mm·m-1，符合国家标准，验证了仿真结果的正确性。建立的辊式矫直机的压下规程参数化模型能够快速地确定最优矫直工艺参数。
塑性工程学报
Journal of Plasticity Engineering
ISSN 1007-2012
CN 11-3449/TG

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