2019年, 第26卷, 第3期　
刊出日期：2019-06-28
  

  • 全选
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    塑性成形技术与工艺
  • 纯钨闭塞式双通道等径角挤压数值模拟及实验研究
    李萍, 魏学峰, 聂爱琴, 段自豪, 周玉峰, 薛克敏
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.001
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    采用数值模拟的方法分析单道次纯钨闭塞式双通道等径角挤压工艺的变形特点，并对比等径角挤压工艺和双通道等径角挤压工艺经过Bc路径4道次变形后的应变积累和分布特点。同时，为验证有限元模拟的准确性，开展了物理实验。结果表明，闭塞式双通道等径角挤压变形过程可分为初始阶段、镦粗成形阶段、剪切变形阶段和最终成形阶段。3种工艺经4道次变形后均发生较大的应变积累，但是由于闭式模膛对试样头部的镦粗作用，闭塞式双通道等径角挤压经过4道次变形后等效应变量最大，且等效应变分布最均匀。通过对模具应力的分析，闭塞式双通道等径角挤压和双通道等径角挤压工艺可以有效解决等径角挤压工艺冲头偏载问题，且试样经闭塞式双通道等径角挤压变形后具有较大的静水压力，提高了纯钨塑性，有利于进行多道次变形。闭塞式双通道等径角挤压工艺变形后的试样可分为4个区域：剪切变形区、伸长变形区、头部小变形区和尾部未变形区。
  • 6063铝合金螺旋挤压过程数值模拟与组织性能研究
    李辉, 刘厚根, 夏峰
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 9-16. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.002
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    建立了一种截面对称的铝合金螺旋型材挤压模型，通过具有螺旋型腔的模具挤压实现铝合金螺旋型材的近净成形。基于DEFORM-3D有限元数值模拟及挤压实验，研究了铝合金坯料在挤压过程中温度场、速度场、应变场以及应力场等物理场量的分布规律，对挤压型材的晶粒组织、微观特性及硬度分布进行预测与分析。结果表明，6063铝合金在挤压温度为450℃、挤压比为22的螺旋挤压过程中，同一截面上，坯料的温度分布是不均匀的，呈螺旋梯度分布，且边部区域的应力应变、挤压速度要大于中心区域。坯料在模具型腔内流动时，与工作带接触的部位变形最为强烈，应力应变整体上升。微观组织分析表明，在螺旋挤压过程中坯料发生动态再结晶，同一截面上，晶粒沿螺旋方向偏转分布，型材边部比中部晶粒更为均匀细小，表明变形程度大的区域晶粒细化更为明显。硬度的分布呈现从中部到边部逐渐增强的趋势，表明变形程度是影响硬度分布的关键因素。
  • 基于DEFORM-3D对AZ31镁合金往复挤压变形 均匀性有限元分析
    马健, 郭学锋, 杨文朋, 崔红保, 于合帅
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 17-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.003
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    通过DEFORM-3D对不同的模具进行往复挤压变形有限元模拟，研究了不同挤压比λ、挤压角度θ和变形区长度l对AZ31镁合金等效应变分布的影响。结果表明：模具挤压角度在45°~60°时，有助于改善等效应变分布的均匀性，挤压角度由30°增大至60°时，线性拟合后斜率从0.85降至0.53。减小挤压比λ和变形区长度l对改善等效应变分布均匀性效果显著，挤压比λ由4.69减小至2.64时，线性拟合后斜率从0.53降低至0.2。变形区长度l由5.4 mm变为圆弧过渡（圆角半径r=5 mm），等效应变不均匀程度参数Ci从0.4减小至0.258。当模具挤压角度为45°，颈缩区直径为Φ16 mm（λ=2.64），变形区长度l改为r=5 mm圆弧过渡时，试样等效应变不均匀程度参数Ci=0.102，在模拟结果中数值最小，表明等效应变分布最均匀。
  • 局部热处理提高铝合金复杂零件成形性的模拟研究
    王志坚, 王佳乐, 宋鸿武, 尚晓峰
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 25-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.004
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    通过单向拉伸试验获得5250铝合金原始H112态和短时热处理板材的真实应力-应变曲线。采用有限元模拟方法探讨了局部热处理板材在铝合金复杂零件成形中的应用，系统研究了不同局部热处理方案对铝合金复杂口框零件成形性的影响，并分析了零件成形能力提高的机理。模拟结果表明，采用原始硬态板材成形口框零件时，局部减薄严重，破裂多发生在平面应变变形区；合适的局部热处理方案可显著提高口框零件的成形能力，局部热处理引起的材料局部软化可显著提高5250铝合金局部成形性，同时软硬材料的梯度分布可使原始破裂位置的应变路径由平面应变转变为双拉状态，进一步提高零件的成形能力。
  • 金属成形热力耦合模拟与模具失效机制研究
    陆宝山, 王雷刚, 季业益, 陶根正
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 33-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.005
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    借助于Deform-3D软件对TC11钛合金齿轮盘的模锻生产过程进行了热力耦合模拟，并结合锻件生产与模具失效的统计数据，分析了锻模中3个易磨损区的主要失效机制。在1区，坯料与模具接触时间较长，随着界面传递热量的增加，模腔表面发生了软化，在高的机械压应力作用下该区域发生了粘着磨损；在3区，因氧化物颗粒和热机械疲劳裂纹产生的碎片滞留在锻模表面，并伴随着热锻过程的进行，碎片在模腔表面上发生密集流动，最终直接导致了锻模表面的磨粒磨损；而在2区，其工作条件不如3区和1区恶劣，由于锻模表面存在较大的热应力并在机械压应力的耦合作用下，锻模表面发生了热机械裂纹，但该裂纹并没有导致锻模材料的明显损耗。
  • 切割工艺对超高强度钢边部质量及成形性能影响的试验研究
    李永好, 胡启, 李细锋, 牛超, 陈新平, 陈军
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 41-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.006
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    选用DP980-1.6 mm、QP1180-1.2 mm和MS1180-1.4 mm 3种超高强度钢材料，研究了冲裁间隙和凸模刃口角度对冲裁断面的影响。结果显示，DP980和QP1180对冲裁间隙的变化更加敏感，在冲裁间隙过大时，毛刺高度明显增大导致断面质量极度恶化。通过切割边部显微硬度的变化，对比了冲裁和线切割两种工艺下边部影响区的大小，结果表明冲裁边部显微硬度值高，且影响区宽度较大。采用基于数字图像相关法的切边拉伸试验，探究了冲裁、冲裁+打磨和线切割3种工艺对边部拉伸性能的影响，冲裁+打磨可以改善边部质量，提高成形性能。同时，发现相较于DP980和MS1180，QP1180具有较好的局部成形性能。
  • 汽车铝合金地板梁拉延成形工艺模拟分析
    闫华军, 臧其其, 张双杰, 马世博
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 49-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.007
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    借助Dynaform软件，对某汽车的地板梁进行了拉延模设计及有限元模拟成形性能研究。在构建有限元模型的基础上，从制件的冲压方向、工艺补充面、压料面和坯料初始形状等方面进行了设计分析。设计了3种不同的工艺补充方案，研究了各方案的地板梁拉延成形特点。通过分析制件减薄率指标，确定了较优的工艺补充方案：H=55.4 mm，L1=10 mm，R1=20 mm，R2=30 mm，L2=70 mm。该方案的材料利用率为60.1%，板料能够顺利流动，切边后得到制件的最大减薄率为18.2%，制件表面无破裂及起皱。为进一步改善制件的成形质量，增设了拉延筋并对主要参数进行了优化设置。得到最终制件的最大减薄率为19.1%，且表面成形良好。在模拟分析的基础上对制件进行了实际的冲压试验，实际冲压制件的最大减薄率与模拟结果的误差为3.14%，符合制件的质量评价标准。
  • 基于灰色系统理论的筒形件变薄拉深工艺优化与预测
    贺全智, 李辉
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 57-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.008
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    为探究减薄率、凹模锥角与拉深速度3个工艺参数对筒形件变薄拉深成形质量的影响，以变薄拉深筒形件的力学性能（抗拉强度、屈服强度与布氏硬度）为目标函数，设计多组正交试验方案。基于灰色关联度，计算各个目标函数的关联系数与关联度，对工艺参数进行多目标优化，并得到最优参数组合；利用灰色系统理论建立GM（0，N）灰色预测模型对目标函数进行预测。结果表明：当减薄率为45%、凹模锥角为15°、拉深速度为10 mm·s-1时，变薄拉深后筒形件的抗拉强度为679 MPa，屈服强度为623 MPa，布氏硬度为221 N·mm-2；工艺参数对变薄拉深筒形件力学性能的影响顺序为：减薄率 > 凹模锥角 > 拉深速度；利用GM（0，N）灰色预测模型对筒形件力学性能能实现较为精确的快速预测，预测误差较小，建模简单快速。
  • 镍基合金火焰筒拉深成形工艺研究
    王昕, 张成祥, 胡蓝, 王煜, 王兵, 施静, 潘韵
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 63-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.009
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    以某航空发动机中广泛应用的GH163镍基高温合金火焰筒为研究对象，针对当前该零件生产中所存在的问题，从材料成形性能研究、成形工艺模拟仿真及工艺验证的角度出发对镍基高温合金火焰筒成形工艺进行了优化。通过试验的方法得到了GH163合金常温下真实应力应变曲线及成形极限图（FLD），为其成形过程有限元模拟及成形工艺参数的制定提供了必要条件。利用有限元分析软件Dynaform对火焰筒成形工艺过程进行模拟仿真，确定了毛坯尺寸、压边力、摩擦系数等相关工艺参数并对其成形工艺进行了试验验证。结果表明：优化后的工艺方法所成形的火焰筒外形尺寸精度高、成形效率高，排除了传统工艺路线中焊接质量无法保证等不利因素。
  • 汽车B柱热成形技术的比较分析
    王三省, 余海燕, 陈梦
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 70-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.010
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    对乘用车B柱所使用的7种热成形技术进行了介绍，包括普通热成形、补丁板的热成形、与冷冲件拼接的热成形、软硬分区的热成形、不等厚板的热成形、激光拼焊板的热成形，带B柱的热成形门环等。阐述了不同热成形技术对材料、设备、热成形模具和成形前板料等的要求以及不同技术成形的B柱所能达到的碰撞性能和轻量化效果，进而从材料成本、技术难度、轻量化效果、碰撞安全性等角度，对比分析了7种热成形技术组合而成的11种热成形B柱的优劣，对未来热成形B柱的发展趋势进行了展望。分析结果表明，普通热成形B柱技术要求和成本最低，而碰撞性能、轻量化效果最好的为带B柱的热成形门环。
  • 车身覆盖件翻边缺陷优化研究
    邹洋
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 77-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.011
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    通过有限元方法分析得到表面缺陷在产品上的位置。在模具制造阶段，通过分析纯翻边与非纯翻边工况得到了凹陷的产生机理与过程，验证了有限元分析缺陷位置预测的准确性。通过模具结构图纸与实际制造强度分析，确立了产品纯翻边设计的可行性。基于纯翻边工况，通过16份样件分4组试验，分析了不同产品设计形式对缺陷的影响规律。揭示了内凹区域不等高翻边过程材料流动状态。结果表明：翼子板轮弧区域侧翻边设计需要遵循一定的工艺需求，其一，翻边角度必须保证在同一冲压角度下工作区域首先接触产品圆角；其二，当在内凹圆弧处翻边时，内饰安装点需要独立设计，保证安装面宽度在20 mm范围内，两侧修边线设计为工艺缺口。
  • 一种散热器上托底板成形工艺改进研究
    任成艳, 张如华, 徐仁辉, 邓小亮
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 83-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.012
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    针对上托底板试产过程中出现的前后侧翼宽度不足、起皱、减薄等问题，根据散热器上托板零件形体存在盒形件成分的特点，调整了工艺内容，将"U形弯曲W状成形"修改为"拉深W状成形"。利用Dynaform软件对改进工艺从模具结构及压边力和摩擦条件等工艺参数方面进行了数值模拟分析。结果表明，压边力为200 kN，采用差异摩擦系数，即取凸模摩擦系数为0.170、凹模和压边圈摩擦系数为0.125，凹模拐角渐变半径范围由4t~6t增大至5t~8t（t为板料厚度）时，改善了呈面内弯曲状侧翼弯曲内侧的起皱和上端面凸圆角部分的减薄问题。在工艺参数已确定的条件下，对拉深深度h进行了探究，并确定h值为55 mm时，成形效果更好。改进后零件减薄率能控制在20%范围内，保证了零件的刚度。
  • 5083铝合金气胀成形恒应变速率压力加载方式研究
    齐飞, 陈东, 李蕙宇, 李永兵, 周英丽, 刘晨枫
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 89-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.013
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    采用国产工业态5083铝合金，通过气胀成形方式试制高铁车窗零件。对5083铝合金原始金相组织进行分析，发现其平均晶粒尺寸为24 μm，远大于国外细晶材料的晶粒尺寸，很难进行超塑成形，因此选择合适的成形参数（成形温度、应变速率、压力加载曲线）来弥补材料在超塑性能上的不足。在不同温度和应变速率条件下对试样进行高温拉伸试验，结果表明：当温度小于475℃，伸长率普遍小于100%；当温度为550℃时，伸长率受应变速率影响变化剧烈，不适合作为成形温度。因此选择气胀成形的温度为525℃，应变速率为6.56×10-4 s-1。通过对成形过程中圆角的应力应变状态进行分析，得到了圆角成形的恒应变速率压力加载方式，并研究了当圆角两边夹角角度变化时恒应变速率压力加载曲线的差别。
  • 护环液压胀形加载路径优化设计方法
    赵石岩, 严智航, 李娜, 王晓晶, 李晓雨
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 96-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.014
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    以600 MW护环为例，研究了外补液液压胀形加载路径确定方法。把连续的胀形强化过程离散为多个子加载段，将各子加载段锥模作用力和环坯腔内液体压力的关系简化为线性关系，采用分段匹配的方法确定各加载段的合理子加载路径，再叠加为完整的合理加载路径，确定了加载路径的形式和关键参数。将环坯液压胀形质量作为目标，两段加载路径斜率、加载路径拐点液体压力和胀形终了液体压力为设计变量，采用遗传优化算法对护环液压胀形加载路径进行优化，并进行了缩比实验。研究结果表明，外补液护环液压胀形加载路径可近似为两段线性线形，拐点对应的环坯腔内液体压力在使环坯外层完全屈服的液体压力值附近，且通过优化获得加载路径的最优参数组合能够保证护环液压胀形制品的质量。
  • 大直径薄壁管双扩口成形机理与工艺研究
    王巧玲, 詹梅, 李宏伟, 李一岩, 荣建, 李光俊
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 104-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.015
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    为了研究大直径薄壁铝管双扩口成形机理与工艺，采用有限元模拟和实验相结合的方法，建立了有效的大直径薄壁铝合金管多道次冲压双扩口成形及回弹有限元模型。采用该模型，基于载荷-位移曲线和管件的变形行为对冲压双扩口成形过程进行划分和描述，揭示了其成形机理。研究发现：双扩口成形中主要存在内层不平的缺陷，这主要是管端拱形内层（由直壁段内翻形成）受上模扩口力作用而造成的。该缺陷主要受内翻凸模尺寸参数的影响，采用圆角模内翻，当圆角半径为3 mm≤r≤4 mm时可以获得成形质量较好的双扩口件；采用锥形模内翻，当半锥角60°≤φ<70°时，管件不发生失稳，内翻效果较好。
  • Mn13异步冷轧性能与异径比及压下率的关系
    邱常明, 王彦凤, 谭宽, 杨正, 李海山
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 113-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.016
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    为扩大Mn13耐磨高锰钢零件的使用范围，延长耐磨件使用寿命，采用冷轧技术，试验研究在不同异径比情况下，高锰钢Mn13经过不同压下率冷轧预变形后的性能变化情况。结果表明：施行冷轧预变形后，高锰钢Mn13的硬度、屈服强度、抗拉强度都显著提高，但韧性有所下降；由于异步轧制存在搓轧作用，可采用比常规轧制更大的压下率使硬度具有更大的提高空间。异步冷轧预变形压下率控制在15%~20%时，硬度基本达到300~350 HB，韧性不低于90 J·cm-2，能保证一般工况对高锰钢Mn13硬度和韧性的基本要求；异径比越大，轧件受到的搓轧作用越显著，有利于增大压下率，改善加工性能和硬化效果，但也会使轧件弯曲更明显。异径比控制在1.1~1.3的合理区间，压下率控制在15%~20%的范围内，对Mn13高锰钢施行冷轧制预变形，有利于取得较好的使用性能。
  • 双相高强钢板的激光弯曲成形数值模拟
    张雅晶, 董文彬, 张华, 夏显明, 陈丰
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 119-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.017
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    为了探究汽车车身用DP980双相高强钢板的激光弯曲成形特性以及激光参数对弯曲角的影响，利用ABAQUS有限元分析软件对DP980双相高强钢板的激光弯曲成形过程进行了数值模拟，研究了激光扫描过程中板材内部的温度场分布，揭示了DP980钢板激光弯曲成形的机理；并对激光功率、扫描速度、线能量等激光参数对板材弯曲角的影响进行了分析。结果表明，DP980双相高强度钢板的弯曲角随着激光功率的增加而增加，随着扫描速度的增加而减小，在一定的线能量范围内，弯曲角大小与线能量呈线性增长关系，并推导出了用于预测钢板弯曲角的数学模型。
  • 基于试验与数值模拟对比的钛合金压印接头研究
    雷蕾, 何晓聪, 高爱凤, 张越
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 125-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.018
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    选取TA1钛合金进行同种板材单搭压印连接，选用ANSYS/LS-DYNA模块模拟压印连接的成形过程，对数值模拟的接头截面与试验接头截面进行对比分析。同时，对试验所得压印试件进行拉伸-剪切试验，观察其失效过程和失效模式。建立三维模型模拟压印试件拉伸-剪切试验过程。试验与模拟对比研究的结果表明：ANSYS/LS-DYNA模型可以形象直观反映被连接薄板在压印过程中的材料流动与变形情况，能较好的模拟压印连接的成形过程。拉伸-剪切数值模拟准确反映了试验过程中接头应力集中及应力分布情况。
  • 铝锂合金压印-点焊复合连接接头力学性能分析
    刘可欣, 何晓聪, 初明明, 张杰, 黄炎宁
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 131-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.019
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    分别采用压印连接和压印-点焊复合连接方式对铝锂合金AL1420进行连接，通过对拉伸-剪切试验后失效接头和得到的载荷-位移曲线进行观察和分析，对各组试件进行失效形式和力学性能的对比研究，并对不同焊接电流对接头产生的影响进行探讨。结果表明：焊接电流能有效改变压印接头性能。压印-点焊复合连接较压印连接接头断口处截面变形严重，但接头力学性能优于压印连接接头性能，并且焊接电流每增大1 kA，接头承载力以1.05倍速率增加；压印-点焊复合连接接头较压印连接接头具有更好的能量吸收特性，并且随焊接电流的增大，能量吸收性能提高。
    • 材料性能与变形理论
  • 含LPSO结构相稀土镁合金热扭转变形的动态再结晶
    于建民, 张治民, 王强, 郝红元, 王梦洁, 刘涛
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 136-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.020
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    基于扭转实验，研究了含LPSO结构相的高强耐热稀土镁合金在扭转变形条件下的组织和性能演变。采用热扭转变形对铸态Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr镁合金施加累积剪切应变，获得合金的扭转等效应力-等效应变曲线，确定了该种合金不同变形条件下的动态再结晶临界应变，并结合光学显微镜（OM）和显微硬度计对合金的组织和力学性能进行了表征。实验结果表明：低应变速率下（0.001和0.01 s-1），在很小的临界应变下就发生动态再结晶。较高应变速率下（0.1 s-1），随变形温度升高，临界等效应变降低，更易发生动态再结晶。在400℃变形时，低应变速率下（0.001 s-1）发生明显的不连续动态再结晶，沿晶界形成"项链状"组织。随应变速率增加，晶粒内部依次启动LPSO结构相变形扭折、连续动态再结晶和孪生机制以协调变形。在应变速率为0.01 s-1时，随温度升高，动态再结晶程度增加，在LPSO结构相扭折处产生塞积，使LPSO结构相断裂、细化。由于扭转变形时，从边缘到心部变形量不同，从心部到边缘的显微硬度值逐渐增大。总体上，低温变形时的力学性能较好，但是，在350~450℃的温度范围内显微硬度值大小差距不明显。
  • Inconel X-750合金的热变形特性
    张亚辉, 王立民, 胡日
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 145-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.021
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    通过热压缩实验，研究了Inconel X-750镍基高温合金在变形温度为950~1200℃，应变速率为0.1~10 s-1，变形量为50%的热变形行为。研究结果表明：变形温度为1100和1200℃，应变速率为0.1和1 s-1时，合金在热变形过程中可以达到动态平衡，在其余变形条件下，合金在热变形过程中均出现连续的流变软化现象，合金的热变形激活能为377.12 kJ·mol-1。通过建立材料的动态模型，制作了合金的热加工图，发现合金的功耗效率等值线在温度为1075~1085℃时，由于γ'相的溶解而发生转折，结合合金的热变形组织演变过程，确定合金在变形温度为1100~1200℃、应变速率为0.1 s-1时可以得到均匀细小的再结晶组织。
  • 添加稀土元素Y对Ti2AlNb基合金高温变形行为 及热加工工艺的影响
    周峰, 王克鲁, 鲁世强, 陈虚怀, 万鹏
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 153-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.022
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    利用Gleeble-3500热模拟试验机对Ti-22Al-24Nb合金和Ti-22Al-24Nb-0.5Y合金试样进行等温恒应变速率压缩试验，研究了在应变速率0.01~10 s-1、变形温度900~1080℃条件下，添加稀土Y对Ti-22Al-24Nb合金高温流动应力及热变形激活能的影响规律，采用Prasad加工图分析了添加稀土元素Y对Ti-22Al-24Nb合金热加工工艺的影响。结果表明：添加稀土元素Y后，提高了Ti-22Al-24Nb合金的高温变形抗力和变形激活能，含稀土元素Y的Ti-22Al-24Nb-0.5Y合金的峰值流动应力在各变形条件下均高于未添加稀土的Ti-22Al-24Nb合金，且随应变量的增加，其激活能升高，应变量为0.6时，Ti-22Al-24Nb-0.5Y合金激活能达到了668.464 kJ·mol-1，当应变量为0.8时，随应变量的增加，合金变形激活能变化不大；添加稀土元素Y对Ti-22Al-24Nb合金加工图的失稳区域及功率耗散效率影响显著，添加稀土元素Y后，合金在加工图中的失稳区域扩大，提高了合金热变形过程中的功率耗散效率，减小了Ti-22Al-24Nb合金热加工工艺参数范围。
  • 卧式挤压对ZnAl10Cu2合金组织和性能的影响
    王飞, 潘晟旻, 钟毅, 尹建成, 郜晓雷, 林聪, 陈业高
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 161-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.023
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    应用半连续熔铸、卧式挤压成形的方法制备了ZnAl10Cu2合金杆料。通过热模拟实验确定了锌铝合金最佳成形温度，分析了卧式挤压工艺对锌铝合金杆显微组织形貌和力学性能的影响。结果表明：锌铝合金挤压模具、铸锭的最佳预热温度分别为250~270℃和240~270℃；锌铝合金铸锭经过卧式挤压后，组织较细小均匀，大大减少了铸态晶体组织的不平衡析出；此外，ZnAl10Cu2合金显微组织有了很大变化，过饱和αs及非平衡β、βs相发生了（αs+βs）、βη＋α的脱溶分解，新α、η相分别沿着原始的富铝、锌相析出长大，形成较细的层片状组织；拉伸试样的断裂机制由脆性沿晶断裂变成韧性较好的韧窝断裂；挤压锌铝合金杆硬度小幅下降11.9％，而其抗拉强度、伸长率却分别大幅度提高了144.7％及1363.2％。
  • 大口径厚壁管道热挤压成形过程微观组织模拟及实验研究
    李攀, 罗建国, 卜祥丽, 金雪芹, 占克勤, 杨绍兰
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 169-178. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.024
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    针对某型核能发电用P91大口径厚壁无缝管道进行了不同挤压比条件下的垂直正挤压成形过程缩比数值模拟，研究了管道微观组织在挤压过程中的演变规律。研究表明：挤压过程中金属温度场变化和局部变形速率对管道晶粒组织演变具有重要影响。相同工艺因素条件下，平均晶粒尺寸在轴向上从变形区到挤出端逐渐递增，而在径向上从管道内侧到外侧逐渐递减；管道内侧的动态再结晶百分数高于外侧；管道金属在轴向比径向有更高的动态再结晶发生率，且动态再结晶晶粒尺寸比径向更小。管道的平均晶粒尺寸随着挤压比的增加呈减小的趋势，挤压比越大，动态再结晶发生的越充分，越利于晶粒细化。进行了与数值模拟相配套的缩比挤压成形实验，并针对获得的样件分别进行了金相实验和晶粒度评定，所测得的平均晶粒尺寸变化规律与数值模拟基本吻合，证明了数值模拟的正确性，同时验证了增大挤压比对管道晶粒细化具有重要的促进作用。
  • 0Cr18Ni9奥氏体不锈钢与Q235碳钢异种金属焊接 接头的组织与性能
    陈今良
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 179-184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.025
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    采用非熔化极惰性气体保护焊（Tungsten Inert Gas，TIG）工艺，在焊接电流为90~120 A条件下，分别选用直径为Φ2.0 mm的ER309焊丝和Ni317焊丝对0Cr18Ni9奥氏体不锈钢和Q235碳钢进行双面焊。对各个参数条件下焊后的接头分别进行金相组织观察、拉伸性能测试及断口形貌分析，分析焊丝和焊接电流对焊接接头的组织与性能的影响。实验表明，采用高镍焊丝Ni317时，焊缝组织中奥氏体成分大大增加；采用同种焊丝，当焊接电流在90~120 A区间变化时，随着电流增加，接头的抗拉强度增大，拉伸断口均出现韧窝，且ER309焊丝得到的韧窝尺寸大而深；采用同种电流时，采用ER309焊丝的接头的抗拉强度要高于采用Ni317焊丝接头。
  • GH1016合金的动态再结晶行为
    肖强, 刘序江, 罗许, 李俊洪
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 185-191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.026
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    利用GLEEBLE-3500热模拟试验机完成了变形温度为1000~1150℃，应变速率为0.1~10 s-1，变形量分别为20%、40%和60%的热压缩试验，获得了各试验条件下GH1016合金的真应力-真应变曲线，并利用数据拟合的手段求得了GH1016合金的临界变形条件方程。同时，得到了所有变形条件下的再结晶组织，分析了变形工艺对GH1016合金的动态再结晶过程的影响规律，最终获得了GH1016合金在试验条件下的动态再结晶状态图，可为生产现场的锻造工艺的合理制定提供理论参考依据，尤其适用于GH1016合金的精锻工艺的制定和优化。
  • 立方晶粒正交板材弹性与塑性参数的单轴拉伸测量方法
    何盼盼, 吴萍, 黄模佳
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 192-196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.027
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    利用引入材料织构系数的正交金属板材弹性张量和塑性屈服函数，建立了用简单拉伸实验测量正交金属板材弹性常数和塑性参数的一般方法。在此基础上，在Zwick Z100电子万能试验机上，采用单轴拉伸实验方法，测量了某金属板材的所有弹塑性参数。实验过程中，对应变场的测量采用了Zwick自带的纵横向电子引伸计和ARAMIS三维光学应变测量系统两种变形测量方法，两种方法得出的结果相近，验证了相关实验数据的可靠性。
  • 小曲率板材弹塑性校正弯曲回弹分析
    苏胜伟, 李纬民, 顾勇飞, 刘珍
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 197-202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.028
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    采用平面应变假设，建立了线性硬化板材的弹塑性弯曲弯矩及回弹分析模型，给出了卸载前后板材曲率半径之间的定量关系。该模型在弯矩计算中考虑了弹性变形区的大小与板材中性层曲率半径之间的关系。研究结果表明，当曲率半径较大时，弯矩随曲率半径按近似抛物线的规律变化；曲率半径较小时，弯矩随曲率半径按近似双曲线的规律变化。将所提出的分析模型与目前普遍采用的模型进行对比分析，指出了普遍采用的模型在适用范围上的不足。提出的回弹分析模型的预测值与实验结果吻合较好，特别是在进行小曲率弯曲回弹分析预测时具有优势。
  • 塑性应变对21-6-9高强不锈钢管瞬时弹性模量的影响
    欧阳芳, 鲁世强, 方军, 王克鲁
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 203-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.029
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    采用反复加载-卸载拉伸实验，研究了21-6-9高强不锈钢管加载和卸载瞬时弹性模量随塑性应变的变化规律，并通过微观组织观察分析了瞬时弹性模量变化的微观机理。结果表明，加载和卸载瞬时弹性模量均随着塑性应变的增大先迅速下降，然后缓慢下降，最后趋于稳定，其稳定值相对于初始弹性模量分别降低了20.5%和22.2%；分别建立了加载和卸载瞬时弹性模量与塑性应变之间的函数关系；晶界、晶界碳化物、固溶原子以及形变孪晶与位错交互作用使得位错密度不断增加，导致瞬时弹性模量降低；当塑性应变达到一定程度后，位错密度达到饱和状态，使得瞬时弹性模量趋于稳定。
  • Q355钢疲劳寿命预测的新应力函数模型
    刘思聪, 刘光连, 刘曦程
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 212-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.030
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    室温下，对Q355钢进行应力控制下的单轴拉压疲劳实验，讨论了应力比和峰值应力对应力疲劳寿命的影响。应力比的增大和峰值应力的减小都会导致疲劳寿命的增大，发现同一应力比下，峰值应力和对数疲劳寿命呈良好线性关系，该线性关系可以用于Q355钢疲劳寿命的预测。探究发现应力比对线性关系中斜率和截距的影响显著，提出了一个关于应力比的新的应力函数预测模型，将新模型的预测结果与传统的Morrow、SWT和Paul模型的预测结果进行比较，结果表明：新应力函数模型的预测结果比Morrow、SWT和Paul模型更精确且更稳定，新的应力函数模型更适合于Q355钢的多应力比多峰值应力下的疲劳寿命预测。
  • 一种矩形板塑性极限分析的新方法
    柯江
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 218-222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.031
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    基于一种固体的新单元模型进行了板的塑性极限分析，该新单元模型是一个由24根杆件组成的桁架。以均布荷载作用下的简支正方形板与矩形板为例，通过新单元法与经典塑性极限分析理论的对比分析，可以发现：两种方法得到的极限荷载和塑性区的分布吻合良好，而且新单元法可以求出经典塑性极限分析理论难以得到的固体塑性区的发展过程及荷载-位移曲线，正方形板板底的屈服从板的中心开始沿对角线向四角发展，最后达到极限荷载，而矩形板板底的屈服从板的中部平行于长边方向往两端延长，再沿大约45°角的斜线方向往板的四角扩展，最后达到极限荷载。
  • 冷滚打花键表层性能组合权重理想点法多目标决策
    崔凤奎, 刘飞, 王晓强, 刘立波, 阮孝林, 刘东亚
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 223-230. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.032
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为获得最优冷滚打花键表层性能（表面粗糙度、残余应力和表面硬化程度）加工参数组合，以渐开线花键为研究对象，基于冷滚打花键表层性能试验研究，将主观赋权层次分析法和客观赋权熵权法进行线性组合求取组合权重，构建组合权重理想点法，计算各试验次序对应的接近度，从而决策出冷滚打花键表层性能各指标最优加工参数组合。研究结果表明：组合法确定的冷滚打花键表层性能各指标重要程度依次是表面粗糙度 > 残余应力 > 硬化程度；在滚打轮转速为1428~2258 r·min-1，工件进给量为21~42 mm·min-1的范围内，冷滚打花键表层性能最优的加工参数组合为滚打轮转速1428 r·min-1，工件进给量42 mm·min-1。得到的最优加工参数组合能够提高冷滚打花键表层性能。
  • 轴承套圈表面超声滚挤压加工硬化模型
    王晓强, 徐少可, 崔凤奎, 安俊超, 刘飞
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 231-237. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.033
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    为了提高轴承表层性能，获得较好的表面硬度，对超声滚挤压加工强化处理后的轴承套圈进行显微硬度测试，研究静压力、工件转速、进给量3个主要加工参数对轴承试样表面层硬度、硬化层深度的影响规律，建立了超声滚挤压轴承套圈表面加工硬化回归模型，并验证了模型的准确性。研究结果表明，轴承套圈表面硬化层深度可达250 μm，表面硬度随静压力的增大而增大，随进给量的增大而减小，随转速的增大先增大后减小；其中静压力对硬度和硬化层深度的影响最大，进给量次之，转速影响相对较小；使用所建立的表面硬度模型进行预测的结果与试验结果最大误差为1.29%，说明该模型可用于不同工艺参数下轴承套圈表面硬度的预测和优化。
  • 酸性腐蚀环境下铝合金自冲铆接头的静力学性能研究
    靳文豪, 邢保英, 何晓聪, 曾凯, 余康
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 238-242. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.034
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    以0.02 mol·L-1的NaHSO3溶液作为酸性腐蚀液对5052铝合金（AA5052）自冲铆试件进行干湿周浸腐蚀实验，通过失重法、静力学测试和电镜扫描（SEM）研究酸性腐蚀环境对AA5052自冲铆接头静力学性能的影响，并从宏观与微观两个方面分析接头失效的机理。腐蚀实验结果显示，随着腐蚀周期的延长，腐蚀产物不断增多，试件失重量增大，腐蚀速率减小，试件表面出现凹坑与凸起，数量不断增加，程度持续加剧；静力学测试中，接头失效形式未发生显著变化，静力学强度呈下降趋势，能量吸收值呈先上升后下降趋势；SEM实验分析得出，板材接触区腐蚀产物增多，上板断裂部位组织呈抛物线状韧窝特征，破坏路径由接头中心向两侧边扩展。由于腐蚀产物的存在，下板铆孔区域损伤严重。
  • 激光冲击适张圆锯片振动模态的理论分析
    李博, 张占宽
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 243-250. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.035
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    为了能兼顾计算效率与精度，基于非线性有限元理论，进行合理简化与假设，提出利用弹性热膨胀等效替代冲击区域塑性变形的方法，基于ABAQUS非线性有限元软件建立了集弹塑性和振动模态分析于一体的圆锯片激光冲击适张理论分析模型，获得圆锯片激光冲击适张后适张应力场和固有频率的仿真计算结果。利用静态应变采集仪和电阻应变花，测试圆锯片激光冲击适张后生成的适张应力场。通过与实测适张应力进行对比，验证了理论分析模型的正确性。理论计算结果表明：激光冲击适张能够使圆锯片外缘生成切向拉应力，提高圆锯片Nc=0，Nd≥2振动模态所对应的固有频率，可以有效提高圆锯片的动态稳定性。
  • 海底悬跨管道表面裂纹应力强度因子分析
    潘玉林, 马廷霞, 轩恒
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 251-256. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.036
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    为了分析海底悬跨油气管道外表面环向裂纹应力强度因子在不同载荷条件下的变化情况，以X60管道为研究对象，采用ABAQUS有限元软件与1/4节点位移法，通过改变管道悬跨长度、海流速度、裂纹形状等参数大小，分析各参数变化对裂纹应力强度因子的影响，得到了应力强度因子的变化规律；通过改变管道内压波动幅值并应用Paris应力强度因子理论，分析了压力波动对裂纹应力强度因子的影响，得到了应力强度因子幅度值的变化规律以及能确保管道安全运行的压力波动范围；结果显示：裂纹深度越大，应力强度因子极大值位置将在裂纹形状越小时发生改变；压力波动范围越广，对管道影响越大，裂纹扩展速度越快。
  • 基于机器视觉的铝合金厚板粗轧头/尾平面形状检测与分析
    燕猛, 黄华贵, 杨志强, 张尚斌, 张顺宁
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 257-261. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.037
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    为降低铝合金厚板粗轧段头/尾切除量，提高热轧铝板成材率，提出了一种基于机器视觉的铝板粗轧头/尾平面形状非接触检测分析方法，旨在不影响热轧生产的基础上，为铝合金热轧切头/尾道次选择、切除量确定及头/尾轮廓形状演变规律分析提供实时数据。通过粗轧机入口与出口辊道侧面布置的工业相机，对铝合金热轧头/尾平面形状进行实时采集，并依次通过Blob图形分析、ROI区域设置、阀值分割、轮廓提取及缺陷长度确认，获得了各道次的头/尾平面形状轮廓和头/尾切除量长度。检测结果与实测结果对比分析表明，本检测方法精确可靠，可直接应用于现场控制。
  • 车身A级曲面表面畸变的识别和可视化定量评估
    李丽明
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 262-267. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.038
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    对A级曲面表面畸变的识别和定量评估展开研究。首先，基于修正的曲率法，推导了表面畸变定量评估的理论公式，制定了表面畸变定量评测步骤，开发了A级曲面人机对话数值分析系统；然后，为了检测所构建系统的准确性和可行性，采用所开发的系统，对人为引入畸变的A级曲面进行畸变量化评估，并将结果与油石打磨方法计算结果进行比较，发现所开发系统模拟结果更加接近实际情况；最后，采用该系统对具有复杂畸变分布的实际零件进行了分析。结果表明：所构建的A级曲面表面畸变分析系统界面友好，能够准确地识别表面畸变的位置、方向和缺陷值，具有较高的识别精度。
  • 基于热成形件冲孔的感应加热局部软化工艺
    刘培星
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 268-273. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.039
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    为降低热成形件冲孔区域的强度，提出适用于热成形件冲孔的感应加热局部退火软化工艺，并采用有限元分析和实验研究相结合的方法研究了热成形件局部退火工艺。首先研究了不同感应加热退火温度对软化区的微观组织和力学性能的影响；其次建立了"电-磁-热"多物理场耦合模型用于分析薄板环形感应加热局部软化工艺的温度场以及加热、冷却过程中的温度变化。结果表明：退火温度的提高降低了软化区的抗拉强度且不同退火温度下微观组织不同；环形退火过程中采集的成形件升温和降温曲线与有限元模拟结果一致；退火软化工艺降低了冲孔区域的硬度和冲孔力。
  • 车轮辐板残余应力锯切测试方法研究
    黄孝卿, 沈晓辉, 张磊, 肖峰
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 274-279. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.040
    摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    以直径为Φ1066 mm的机车轮为研究对象，采用数值模拟和实验相结合的方法，研究了锯切试验和锯切仿真与有限元计算之间的差异。结果发现：锯切仿真得到的结果与有限元计算的残余应力差值在5%以内，说明辐板锯切仿真能够正确模拟出锯切过程中的应力变化；锯切测试过程中，车轮辐板弯矩产生的应变会造成辐板圆弧段拉应力测试结果比有限元计算的值增大了10%~20%，辐板圆弧段压应力测试结果比有限元计算的值减小了15%，当把BPR和FPH处径向应变缩小0.95倍，切向应变缩小0.7倍，BPH处径向应变增大1.2倍，所计算出来结果与实际值近似相等，实验结果为以后进一步研究车轮辐板锯切测试提供支撑。
  • 钢材的几种化学与机械除鳞方法探索
    徐言东, 顾洋, 谢宝盛, 马树森, 李建强, 袁华朋
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 280-285. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.041
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    以氧化铁皮形貌、成分和应力状态为切入点，利用SEM、EDS和XRD等手段探究酸洗、拉伸、冷轧方式对钢材表面除鳞效果的影响。结果显示：氧化铁皮由最外层红色Fe2O3，中间层磁性Fe3O4，以及最内层的FeO组成。盐酸酸洗4 min后表面出现基体钢板斑点，6 min后表面氧化铁皮基本去除，裂纹对酸洗的速度影响较大。相比于盐酸，以磷酸为基底的复合多元酸GF2&GF1具有可重复使用、无排放等优点，同时不存在产生裂纹的问题。在变形相同的前提下，压应力的除鳞效果显著好于拉应力，为了达到破鳞效果，必须迫使钢材产生较大变形。
    • 成形装备与智能制造
  • 八辊冷轧机组弯辊与窜辊对板形的影响及其综合设定技术
    白振华, 姜明光, 蒋青林, 赵圳, 赵伟泉
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 286-292. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.042
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    针对八辊轧机开发时间较短，板形控制方面的研究较少，不能满足生产需求的问题，充分考虑到八辊冷连轧机组的设备组成，同时结合现场工艺设定，定量分析了八辊轧机弯辊与窜辊对板形的影响并形成了一套弯辊与窜辊对板形影响的模型。在此基础上，从窜辊量的综合设定、弯辊力的综合设定、左右弯辊力的在线调整设定这3个方面入手，提出了一套完整的八辊冷连轧机组弯辊与窜辊综合优化设定模型，并开发出了相应的弯辊与窜辊综合设定软件，将其应用到某1450八辊冷连轧机组的生产实践后，现场生产效率显著提高，给现场生产带来较大改善。
  • TC4钛合金厚壁管斜轧穿孔辊形对后卡的控制
    庞玉华, 林鹏程, 王杨, 刘东
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 293-299. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.043
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    针对TC4厚壁管斜轧穿孔时后卡频发现象，为达到通过增加变形程度获得更大内扩展变形的目的，设计了新型螺线形轧辊。利用刚塑性有限元模拟技术，通过不同辊形之间穿孔的内扩展量对比分析，验证了新型轧辊比普通锥形辊具有更有效的后卡控制能力。通过对内扩展量、应变及温度分布规律的解析，优化了螺线形轧辊形状。依据对主要变形参数的正交试验分析获得最优工艺参数，在满足对后卡的有效控制前提下，实现了均匀变形并获得了双态组织。通过最佳穿孔工艺：送进角15°、直径压下率8%及顶前压下率6%，顺利制备出了TC4钛合金的径厚比为3.7的双态组织厚壁管。
  • 二次冷轧过程乳化液流量密度横向分布模型
    崔亚亚, 李小峰, 刘亚星, 钱承, 崔熙颖, 白振华
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 300-307. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.044
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    针对二次冷轧过程带钢表面乳化液流量密度横向分布不均匀导致带钢板形与表面乳化液斑迹缺陷的问题，充分考虑到二次冷轧机组直喷系统的设备与工艺特点，在研究了喷嘴的喷射特性与安装工艺参数对乳化液流量密度横向分布影响的基础上，建立了一套适合于二次冷轧过程的乳化液流量密度横向分布模型，定量分析了喷嘴喷射角度、喷嘴倾斜角度、喷嘴侧倾角度、喷嘴喷射高度以及喷嘴间距对乳化液流量密度横向分布均匀性的影响。并将其应用到某1220二次冷轧机组的生产实践，取得了良好的使用效果，提高了带钢表面乳化液流量密度横向分布均匀性，有效降低了带钢板形与表面乳化液斑迹缺陷的发生率。
  • 低应力下料中耐磨轴承-棒料摩擦副的减摩抗磨效果分析
    张立军, 韩琳, 张军伟, 李增辉, 王旱祥, 刘延鑫, 刘永红
    塑性工程学报. 2019, 26(3): 308-314. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2019.03.045
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    针对低应力下料中下料模具和棒材表面挤压和摩擦磨损严重问题，提出了下料模具中直接与棒料表面接触的耐磨轴承新结构，并将纳米MoS2润滑剂应用于挤压表面的减摩抗磨中。采用正交试验法，研究了在低应力下料中耐磨轴承上开槽形状、开槽个数、开槽深度、槽间距及纳米MoS2润滑剂对耐磨轴承-棒料摩擦副的减摩抗磨效果的影响；通过金相显微镜观察耐磨轴承材料高碳铬轴承钢的磨斑表面形貌，研究了纳米MoS2润滑剂的减摩抗磨机理。结果表明：对耐磨轴承-棒料摩擦副的摩擦系数影响最大的因素是槽型，对磨损量影响最大的因素是槽数；未施加纳米MoS2润滑时最优减摩抗磨方案是6个梯形槽，槽深0.8 mm，槽间距2.2 mm；施加纳米MoS2后最优减摩抗磨方案为6个梯形槽，槽深1 mm，槽间距2.4 mm。表面布置的等间距槽具有良好的储存润滑剂的功能，在施加纳米MoS2润滑剂后，摩擦系数比开槽以后未施加MoS2润滑剂时降低了80.8%，磨损量至少减少60%。
塑性工程学报
Journal of Plasticity Engineering
ISSN 1007-2012
CN 11-3449/TG

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