2020年, 第27卷, 第1期 
刊出日期:2020-01-28

  • 全选
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    综合评述
  • 李非凡, 雷丽萍, 方刚
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 1-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.001
    摘要 ( 236 ) PDF全文 ( 503 )   可视化   收藏
    总结了针对镁合金或其它密排六方金属塑性变形所开发的宏观本构模型,并对这些模型在镁合金上的应用现状进行了评述。指出适用于镁合金的屈服准则必须能同时体现其各向异性和拉压不对称性。关于各向异性的描述通常采用应力张量的线性变换方法或应力函数的推广法来实现,拉压不对称性的描述则通过在屈服函数中加入拉压不对称因子或耦合第三应力不变量来实现。此外,详细介绍了用于描述镁合金塑性变形过程中畸变硬化的屈服面插值方法和屈服函数系数拟合方法。这两种方法充分利用了不同塑性变形程度下的应力和应变信息,其能够直观准确地反映镁合金在单调加载过程中屈服面的演化过程。
  • 塑性成形技术与工艺
  • 张景峰, 王雪, 李冰, 王长峰, 赵颖
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 14-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.002
    摘要 ( 122 ) PDF全文 ( 137 )   可视化   收藏
    针对黄铜棒材在连续挤压扩展成形中截面流动不均匀,易造成产品分层,影响产品质量等问题,研究了不同挤压轮转速对黄铜棒材连续挤压扩展成形的影响。模拟分析了不同挤压轮转速时的温度场、速度场和等效应变速率场分布情况,模拟结果表明:在定径带横截面处,随着挤压轮转速的提高,稳态下坯料的温度和等效应变速率最大值逐渐增大,中心与边缘速度差逐渐增大,产品成形不稳定。因此,适当地降低挤压轮转速有利于产品的稳定成形。通过连续挤压实验,验证了分层缺陷的存在,数值模拟结果与实验结果一致,证明了模拟结果的有效性。
  • 朱淋淋
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 21-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.003
    摘要 ( 118 ) PDF全文 ( 108 )   可视化   收藏
    为实现对整体式自润滑关节轴承外圈挤压成形工艺的精确控制,提高外圈成形质量,改善产品密合度,减少自润滑衬垫的过压状态,以GE15DE1TK-HVS0型自润滑关节轴承为研究对象,采用有限元数值模拟技术对其外圈挤压成形工艺过程进行模拟分析,确定了挤压力及挤压行程,估算了外圈的成形状态及密合度。以模拟挤压力及挤压行程结果为依据,对该型轴承进行样品加工及密合度检测,并将检测结果与模拟结果进行对比,以判断数值模拟方法的可靠性。对比结果表明,数值模拟与工艺试验之间的误差为2.4%~7.3%,两者具有较好的一致性,说明有限元数值模拟技术可以对整体式自润滑关节轴承挤压工艺参数及外圈的成形效果进行有效预测。
  • 欧阳芳, 鲁世强, 方军, 王克鲁, 欧阳德来
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 27-37. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.004
    摘要 ( 186 ) PDF全文 ( 365 )   可视化   收藏
    基于ABAQUS有限元分析软件,首先计算和分析了在变弹性模量和常弹性模量条件下的21-6-9高强不锈钢管绕弯成形过程,并将两种情况下的模拟结果与实验结果进行对比验证,发现采用变弹性模量可使截面畸变率和壁厚减薄率的预测精度分别提高31.8%和11.8%。然后在变弹性模量条件下研究了几何参数对管材绕弯成形截面畸变和壁厚减薄的影响。结果表明,当弯曲角不大于45°时,截面畸变率曲线和壁厚减薄率曲线均呈抛物线状;当弯曲角大于45°时,截面畸变率从弯曲平面到初始弯曲平面的分布呈先快速增加,后缓慢减小,再缓慢增加,最后急剧减小的特征;壁厚减薄率从弯曲平面到初始弯曲平面的分布呈先急剧增加,后趋于稳定,最后急剧减小的特征。截面畸变率和壁厚减薄率随相对弯曲半径的减小而增加,相对弯曲半径以不小于2.0为宜;截面畸变率随管材壁厚的减小,直径的增加或直径和壁厚的等比例增加而增加;壁厚减薄率随管材壁厚的增加先增加后减小,随管材直径的增加或直径和壁厚的等比例增加而减小。
  • 尚琪, 乔顺成, 吴建军, 张增坤, 杨俊宙, 邬洪飞, 任银香
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 38-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.005
    摘要 ( 174 ) PDF全文 ( 449 )   可视化   收藏
    针对小直径厚壁管件,把成形部分沿长度方向划分为曲率过渡区和稳定区,利用有限元数值模拟分析了工艺参数(进给速度、弯曲速度和扭转速度)对管件过渡区曲率的影响,建立了管件弯曲角和稳定区曲率的关系。通过自主研发的空间管件数控弯曲设备,基于DMC2210运动控制卡,使用C++软件中MFC模块编写控制程序和操作界面进行加工试验,并验证了加工后的圆柱螺旋管件和空间变曲率管件的有效性。结果表明:管件加工误差在合理范围内,基本满足设计和使用要求。
  • 朱明新, 周海龙, 尚凯, 杨兴园, 周鹏, 张亚岐
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 46-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.006
    摘要 ( 117 ) PDF全文 ( 72 )   可视化   收藏
    以军车厚板件为例,分析重力加载对热冲压结果的影响。首先分析薄、厚板热冲压成形性差异,通过分析板料载荷中心沿y向的位移量,给出了重力影响程度与厚板零件对称性之间的关系,零件自对称部分受力是均匀的,料片y向偏移量很小;其次,在Dynaform中构建分析模型,对比分析重力加载对厚度应变、马氏体含量、减薄率以及温度变化率的影响;最后,试制样件,并与有限元分析结果进行对比,结果表明:有重力加载时分析结果与实际测量值更为接近,且重力加载对沿板料长度方向对称的厚板件影响较小,对非对称件影响较大;重力对厚板件减薄率(厚度方向应变变化)的影响占到9%;重力加载对腹面马氏体含量影响较大,对翼面马氏体含量影响很小。
  • 杨程, 张文旭, 牛艳, 衡明, 路星星
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 52-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.007
    摘要 ( 136 ) PDF全文 ( 134 )   可视化   收藏
    为研究模具与板料间摩擦因子对无铆连接的影响,制备了3种不同粗糙度的Al6061板面,经镦粗实验,获得不同板面与模具间的摩擦因子分别为0.31、0.51和0.85。在自行设计的连接装置上进行无铆连接实验,结合有限元模拟分析摩擦因子对材料流动和锁扣形成的影响,并通过剪切拉伸和单向拉伸实验对从具有不同摩擦因子的板材上所获得的连接点的剪切强度和抗拉强度进行分析。结果表明:随着板料与模具间的摩擦因子增加,无铆连接时上下板料径向流动速度发生改变,使得互锁值减小,颈厚值增加,连接点的剪切和拉伸失效形式都为颈部断裂失效,颈厚值的增加,使得连接点可承受的最大载荷增加。
  • 董永刚, 栾嘉宾, 仪帅, 李鸿全, 杜晓钟
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 58-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.008
    摘要 ( 155 ) PDF全文 ( 90 )   可视化   收藏
    首先应用对流换热理论对钢轨除鳞前的初始温度场进行模拟,得出了应用均匀温度场代替差异温度场的方法,然后根据钢轨断面尺寸、除鳞设备参数和除鳞前钢轨断面温度分布结果,基于Fluent软件建立了钢轨异型坯高压水除鳞过程二维模型。考虑了钢轨不同部位喷嘴的布置方式以及除鳞时间的影响,得到了单喷嘴和双喷嘴条件下钢轨轨头、轨底及轨腰表面在不同除鳞时间的温度场分布图以及距离钢轨表面2 mm处的3个不同位置的温度变化曲线。结果显示,模拟结果与实际情况基本相符,异形坯表面温度的分布受断面形状和喷嘴布置影响比较明显。
  • 王博, 蔡安江, 李正迁, 李锋, 刘清涛
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 68-74. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.009
    摘要 ( 376 ) PDF全文 ( 288 )   可视化   收藏
    针对玻璃纤维增强尼龙66复合材料无人机桨叶采用注射成型工艺制造时容易产生过大翘曲变形的问题,为减小该类零件的翘曲变形量,采用多因素正交试验法,运用注射成型模拟软件进行25次模拟试验,获得零件在熔体温度、模具温度、注射时间、保压时间、保压压力、周期时间6因素5水平下成型的翘曲变形量。通过极差分析和方差分析,确定各工艺参数对零件翘曲变形影响程度的大小排序,并得到零件的最优成型工艺参数方案。研究表明,在最优成型工艺参数方案下零件的最大翘曲变形量下降了近40%,收缩不均和取向因素是玻璃纤维增强尼龙66复合材料零件发生翘曲变形的主要原因。最后,通过对复合材料桨叶的实际制造证实了优化方案的合理性。
  • 材料性能与变形理论
  • 刘大海, 刘涛, 邱全荣
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 75-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.010
    摘要 ( 98 ) PDF全文 ( 107 )   可视化   收藏
    采用搅拌摩擦焊工艺(FSW)、时效成形试验、维氏硬度、金相观察和拉伸性能测试等方法研究了在180℃和不同时效时间下时效成形对7075铝合金FSW焊接接头显微组织与力学性能的影响。研究结果表明:随着时效时间的增加,母材区的第二相粒子逐渐减少,晶粒发生细化,热影响区与热机影响区的第二相粒子先增加后减少,在12 h时达到最多,焊核区的第二相粒子数量上无明显变化;抗拉强度与伸长率均先增大后减小,抗拉强度在12 h时达到最大,最大值为364.15 MPa,伸长率在10 h达到最大值,最大值为3.72%,拉伸断裂位置都在焊缝的前进侧。随着时效时间增加,各区硬度呈下降趋势,整体上母材区的硬度最高,热影响区的硬度最小,焊核区的硬度大小处于母材区与热影响区之间。
  • 徐圆义, 李亨, 王振, 李明, 石文超, 吴玉程
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 83-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.011
    摘要 ( 125 ) PDF全文 ( 156 )   可视化   收藏
    为研究轮毂成形工艺对通风孔即薄弱区域材料显微组织和力学性能的影响,提出一种基于等效应变的等效试验方法。运用Deform-3D软件建立轮毂两步锻造模型,研究坯料整体以及薄弱区域的变形规律,根据薄弱区域等效应变设计单向压缩试验,对比分析了试样截面不同区域的变形规律、力学性能和显微组织。结果表明:试样表面区域晶粒尺寸最大,芯部和对角线区域晶粒得到不同程度细化,芯部与薄弱区域应力状态相似,等效应变相同。通过等效试验,能够较好的等效薄弱区域的变形。与初始坯料相比,通过锻造加工过程,薄弱区域材料的屈服强度和抗拉强度分别提高了77.1和61.6 MPa。
  • 柳奎君, 刘晓燕, 杨西荣, 刘雅洁, 董卓, 王倩, 吕凡凡
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 90-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.012
    摘要 ( 168 ) PDF全文 ( 133 )   可视化   收藏
    在室温下经4道次等径弯曲通道变形(ECAP)及旋锻复合变形制备超细晶纯钛。利用透射电子显微镜、拉伸试验测试和显微硬度测试等方法对比研究了旋锻对ECAP变形纯钛的显微组织和力学性能的影响。结果表明:ECAP变形后形成宽度约为400 nm的板条组织,板条边界位错密度明显较高,硬度值急剧增加;旋锻使ECAP剪切变形形成的板条组织消失,晶粒显著细化、晶界逐渐清晰,获得平均晶粒尺寸约为200 nm的等轴状超细晶组织,旋锻变形后的组织更均匀,位错密度较低,硬度值略有下降;旋锻变形使ECAP变形纯钛屈服强度和抗拉强度明显增大,增幅分别为26.3%和17%,塑性降低,伸长率约为12.3%。
  • 陈胜迁, 陈立, 陈涛, 宋新华, 宋斌
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 96-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.013
    摘要 ( 283 ) PDF全文 ( 127 )   可视化   收藏
    对不同Fe含量的Al-Si合金进行了热挤压加工,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、万能拉伸机、显微硬度计等研究了Fe含量对Al-Si合金热挤压组织和性能的影响,并探讨了富铁相形态的影响机制。研究结果表明:热挤压后,狭长针状富铁相的内部发生了折断、破碎,并沿着挤压方向分布。随着Fe含量的增加,破碎方向由单一的长度方向转变为长度方向和宽度方向同时进行。热挤压后,富铁相的平均粒径随Fe含量的增大而增大,但增大幅度逐渐降低,而圆整度则出现了小幅的降低。热挤压态合金的抗拉强度呈现先升高后降低的趋势,而伸长率逐渐降低,显微硬度则逐渐升高,断口形貌由纯韧性断裂转变为混合型断裂模式。
  • 许峰, 杨莉, 张尧成, 姜伟, 熊义峰, 刘坡
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 103-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.014
    摘要 ( 268 ) PDF全文 ( 278 )   可视化   收藏
    对HC300LAD低合金高强钢板分别进行应变量为0%、3%、6%、9%和12%的拉伸预应变,通过金相、EBSD分析和准静态拉伸试验研究了拉伸预应变对其微结构、织构和力学性能的影响。结果表明:随着预应变量的增加,铁素体晶粒逐渐拉长变形,细小珠光体接近水平线性排列;{111}织构随预应变量的增加而减弱,而{001}<110>织构逐渐增强,在9%预应变时出现转折点,{111}织构最弱,{001}<110>织构最强;n值随预应变量的增加而持续降低,而r值与Schmid因子值受织构演变的影响,随预应变量的增加而增大,在9%预应变时存在最大值。
  • 范利锋, 梁培, 马静, 冯帆, 张本国
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 110-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.015
    摘要 ( 155 ) PDF全文 ( 222 )   可视化   收藏
    为了提高管线钢塑性成形过程中的回弹控制精度,以双相结构贝氏体(B)+铁素体(PF)X80高强度管线钢为研究对象,通过对不同取向(0°、45°和90°)的试样进行单向拉伸实验和循环加卸载实验,研究X80管线钢非线性弹性回复行为。结果表明X80管线钢的弹性模量随着塑性应变量的增大而衰减,存在滞回环现象,滞回环面积随着塑性应变量增大而增大。且其卸载弹性模量不仅与塑性应变有关,还与残余应力有关,卸载后残余应力越大,其卸载割弦弹性模量越大。同时,X80管线钢无论在强度、塑性和弹性等方面均表现出平面各向异性特征,而且等应力差值对应的切线弹性模量近似相等。
  • 韩蒙, 李迪, 孙彩凤, 李耀民, 姜宁, 徐家川
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 117-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.016
    摘要 ( 152 ) PDF全文 ( 314 )   可视化   收藏
    在屈服函数中引入剪切损伤参数对GTN模型进行修正,对较广应力三轴度的失效进行预测;设计不同切口的剪切试验,并将修正的GTN模型以及双相钢DP780的材料参数和损伤参数编入VUMAT子程序,用ABAQUS进行仿真,获得双相钢失效时的临界应力三轴度T与其对应的剪切损伤,拟合出极限剪切损伤值与应力三轴度的函数关系曲线;然后结合颈缩断裂时的临界孔洞体积分数与应力三轴度的关系,建立适用于较广应力三轴度的DP780断裂失效细观判据;设计了拉弯成形试验并带入ABAQUS中进行仿真,证明得出的细观断裂判据能预测双相钢在冲压成形过程中出现的不同断裂现象。
  • 周洁, 吴任东, 袁朝龙, 焦玮
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 123-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.017
    摘要 ( 167 ) PDF全文 ( 194 )   可视化   收藏
    以宽幅AZ31镁合金板材为研究对象,采用有限元软件DEFORM-2D对镁合金的挤压-剪切变形过程进行数值模拟。基于Normalized C&L断裂准则,研究了镁合金在挤压-剪切变形过程中损伤积累及分布情况,分别从模具结构和工艺参数的角度进行模拟分析。模拟结果表明,坯料损伤值随着模具拐角数目的增加而快速增长,最大损伤区主要集中在板材下表面。通过添加背压及增大模具内拐角区圆角半径可以有效地降低损伤值,改善坯料内部损伤分布。增大坯料与模具之间的摩擦能够促使大损伤区逐渐向坯料头部集中,从而提高材料利用率。而挤压温度和挤压速度对坯料损伤值的影响不大。
  • 刘佳琪, 陈学文, 皇涛, 杜科学, 宋克兴
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 131-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.018
    摘要 ( 259 ) PDF全文 ( 121 )   可视化   收藏
    基于Normalized Cockcroft&Latham损伤准则,采用Gleeble Fracture Limit (GFL)试验方法测定了2A12铝合金在常温及应变速率为0.01、0.1、1和5 s-1条件下的临界损伤值,研究了应变速率对2A12铝合金临界损伤值的影响。为验证试验测定的临界损伤值的准确性,以应变速率1 s-1为例,利用高速摄像系统以100 fps的速度原位观测缺口试样在压缩过程中的动态损伤开裂行为,标定了裂纹萌生时刻的临界变形量为57.2%,结合数值模拟方法反推试样达到临界变形量时的最大损伤值即为材料的临界损伤值。结果表明,GFL试验测定的临界损伤值与数值模拟得到的临界损伤值的相对误差为0.3%,因此采用GFL试验方法测定的临界损伤值比较准确。
  • 徐勇, 王震, 曾一畔, 门向南, 夏亮亮, 宋鸿武, 张士宏
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 138-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.019
    摘要 ( 306 ) PDF全文 ( 228 )   可视化   收藏
    通过单向拉伸实验测定了LY12铝合金与轧制方向呈0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°方向的拉伸力学性能。基于拉伸实验所得数据,通过超静定方程组优化求解了Hill48与Barlat89各向异性屈服准则的未知参数,并对比了二者对材料屈服行为的预测精度。此外,使用修正的Voce硬化模型,准确地描述了LY12铝合金的宏观硬化行为。结合板材拉深实验,进行了有限元模拟,将实验结果与模拟结果的筒壁高度和壁厚分布进行对比分析,验证了所建模型的准确性。结果表明,Hill48屈服准则对LY12铝合金的各向异性行为预测更为准确,而修正的Voce硬化模型能够精确地描述LY12铝合金的硬化规律。
  • 吴昂, 吴莹, 李国俊, 李旭斌
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 146-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.020
    摘要 ( 183 ) PDF全文 ( 212 )   可视化   收藏
    针对2024铝合金均匀化铸棒的热变形行为,在传统本构模型的基础上提出了一种新的经验本构模型。利用Gleeble-3500热模拟机对2024铝合金试样进行热压缩实验,分析了材料在变形温度为320~470℃,应变速率为0.001~1 s-1条件下的热变形行为,并通过SPSS统计学软件对实验数据进行非线性回归分析,得出新模型中各参数的变化规律并利用验证组实测结果对该模型进行了检验。结果表明:新的本构模型可以较为准确的描述2024铝合金均匀化铸棒在高温下的流变应力行为,且实际值与计算值的平均相对误差不超过10%,模型可靠性较高。
  • 张宇峰, 邸洪双, 李旭, 赵德文, 张殿华
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 153-158. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.021
    摘要 ( 181 ) PDF全文 ( 200 )   可视化   收藏
    提出以工程法与滑移线场组合求解粗轧过程立轧轧制力的方法。基于立轧的变形特点,绘制出经立轧道次后轧件塑性区的滑移线场,根据立轧中狗骨区滑移线场的几何特点,确定了立轧后塑性区的最大深度。然后应用工程法在轧件塑性区域内建立力平衡微分方程并联解屈服条件得出立轧轧制力的解析解,并对此立轧轧制力模型的物理意义进行分析。使用有限元模拟对立轧变形规律进行总结并与组合解法解得的立轧轧制力模型进行比较,误差较小,验证了此轧制力模型的物理意义。将建立的力学模型预测的轧制力与实测数据比较,误差不超过10%。
  • 成形装备与智能制造
  • 李秀军, 崔亚亚, 白振华
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 159-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.022
    摘要 ( 169 ) PDF全文 ( 208 )   可视化   收藏
    在分析了传统二次冷轧机组乳化液直喷润滑系统的基础上,充分考虑到二次冷轧机组的设备与工艺特点,提出了一套适合于二次冷轧机组的乳化液管路直混润滑系统设计方案,完成了静态混合器、水泵、油泵、流量计、压力表和电控柜等关键设备的选型,开发了一套完整的二次冷轧机组乳化液管路直混润滑系统,并将其应用到某1220二次冷轧机组的生产实践,选取典型规格的DR8M钢种进行现场轧制试验,对比分析了轧制工艺参数、板厚波动与板形质量波动情况。分析结果表明:二次冷轧机组乳化液管路直混润滑系统有效地提高了升降速过程轧制压力的稳定性,降低了轧制能耗与油耗,减小了带钢厚度偏差与板形值波动。
  • 王晓雷, 许鹏, 何召龙, 王云祥, 白振华
    塑性工程学报. 2020, 27(1): 166-170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.01.023
    摘要 ( 173 ) PDF全文 ( 83 )   可视化   收藏
    针对以往现场对于连退张力制度的设定不考虑工艺段内不同炉辊单元之间的工况差异,而认为同一工艺段内所有单元工况相同,造成部分单元出现跑偏与瓢曲以及拉窄与板形失控的问题,在大量的现场实验跟踪与理论研究的基础上,充分考虑到连退机组的单元工况差异问题,以连退机组出口板形最佳及炉内各单元通板稳定性最好为目标函数,同时兼顾带材的拉窄控制,建立了一套适合于连退过程兼顾单元工况差异的张应力协同优化设定技术。在防止拉窄量超差的前提下,保证机组出口板形最佳、瓢曲与跑偏概率最低且所有单元都能够满足控制需求,并将其推广应用到某1550连退机组的生产实践。