2020年, 第27卷, 第10期　
刊出日期：2020-10-28

  

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塑性成形技术与工艺
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  超声波加载方式对等径角挤压工艺的影响规律

  刘艳雄, 王宇尘

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.001

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  采用DEFORM-3D软件建立了超声波辅助等径角挤压有限元模型，模拟不同超声波加载方式、超声波振幅和试样尺寸对等径角挤压工艺的影响，获得了不同工艺参数对6063铝合金成形载荷的影响规律，揭示了超声波在等径角挤压过程中的作用机理。以6063铝合金为试验对象，进行了超声波辅助等径角挤压试验。结果表明，在等径角挤压过程中施加超声振动可有效降低材料的成形载荷，同时施加横向和纵向超声波振动对成形载荷的降低效果最好，其次为单一纵向超声波振动，单一横向超声波振动对成形载荷的降低效果最差。随着超声波振幅和材料尺寸增加，成形载荷的降低值变大。
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  TC16钛合金航空紧固件冷镦成形实验研究

  杨万博, 霍元明, 何涛, 胡玉佳, 沈梦蓝, 霍存龙, 刘克然, 贾昌远

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 7-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.002

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  通过TC16钛合金紧固件冷镦成形实验，比较分析了不同变形量和不同工位冷镦后紧固件的表面成形质量与内部微观组织分布，并采用显微硬度计测试了紧固件的显微硬度。实验结果表明：紧固件头部压缩变形量为3 mm时，紧固件表面光洁，表面无明显损伤缺陷；紧固件头部压缩变形量为5 mm时，紧固件头部出现褶皱、飞边和裂纹。一次成形的紧固件宏观表面无明显缺陷，但微观上出现微孔洞和微裂纹，硬度显著提高，但分布不均匀，剪切带区微观组织最密且呈纤维状，硬度最大，平均值达到了344.98 HV_0.2；然后是变形居中区，平均值是301.14 HV_0.2；最小变形区硬度最小，平均值是290.88 HV_0.2。2工位成形的紧固件微观组织均匀，硬度提高小于1工位，但是分布较均匀，剪切区硬度为316.66 HV_0.2，变形居中区硬度为303.28 HV_0.2，最小变形区硬度为289.1 HV_0.2。3个区域硬度差值小，力学性能更加稳定。
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  反复镦拔SIMA法制备100Cr6钢半固态坯料的工艺与组织

  肖良红, 郑文, 樊星, 黄顺其

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 13-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.003

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  利用多道次反复镦拔预塑性变形和半固态等温处理工艺（反复镦拔与等温处理SIMA法）制备了100Cr6钢半固态坯料，对100Cr6钢细化晶粒的反复镦拔预变形工艺和后续的等温处理工艺及其微观组织分别进行了研究。结果表明：反复镦拔预变形可以有效利用塑性变形破碎枝晶而达到细化晶粒的目的，从未预变形（镦拔0次）到镦拔3次，晶粒直径先快速减小然后变化不大；当反复镦拔3次时，试样中心的晶粒直径减小了90.4%，即从未经预变形的晶粒直径Φ274.1 μm细化到Φ26.2 μm；而试样边缘的晶粒直径减小了91.7%，细化效果更佳。在半固态温度区间进行等温处理时，随着温度的增加，半固态坯料的晶粒逐渐近球化；随保温时间的增长，半固态坯料的晶粒逐渐变大；尺寸为Φ10 mm×15 mm的试样在1420 ℃下保温30 min等温处理后所得半固态组织相对较好。
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  轧制中电塑性效应单电脉冲影响区间的实验研究

  孙利娜, 李强, 李明

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 21-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.004

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  以Zr金属为研究对象，开展电塑性轧制实验，对比观察各道次的电脉冲波形和脉冲通过时的轧制力变化。结果表明：在1个脉冲周期内，纯电塑性效应只在脉冲时间内才会发生，单电脉冲对轧制过程的影响时间远小于周期脉冲，只有在这个影响时间段内，脉冲电流与轧制力波动才能实现严格对照；在严格的单电脉冲影响时间段内，脉冲电流对轧制力产生影响的主要特征是轧制力的波动幅度和波动反应时间；随着轧件变形程度的增加，电脉冲导致的轧制力波动幅度逐渐降低，电流脉冲产生的影响减弱；随着轧件变形程度的增加，脉冲电流通过时的轧制力波动反应时间缩短。
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  2219铝合金搅拌摩擦焊板硬化方程的建立与液压成形过程分析

  程旺军, 刘伟, 胡蓝, 张志超, 徐永超

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 27-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.005

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  针对搅拌摩擦焊板焊缝局部力学性能表征、硬化方程建立及整体液压成形工艺模拟的难题，基于数字图像相关（DIC）技术，获得了2219铝合金搅拌摩擦焊缝不同微区的应力-应变曲线，构建了搅拌摩擦焊板焊缝区及母材的硬化方程。通过液压成形模拟与工艺实验对比，验证了该方程的准确性，在此基础上研究了2219铝合金搅拌摩擦焊板曲面件液压成形工艺和焊缝变形行为。结果表明：固溶处理后FSW焊缝变形主要集中在焊核区和热机影响区，与母材相比，最大变形量分别增加了42.0%和19.0%；半椭球拼焊构件的壁厚减薄区面积与焊缝位置有关，带有偏置焊缝的焊接构件因受到较大的拉应力而更容易发生失效，中心焊缝的应力状态更有利于成形。
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  轧制速度对复合板边裂与显微组织的影响

  许贺彬, 马旻, 谭锦麟, 卢立伟

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 33-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.006

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  采用热轧复合工艺在不同轧制速度下制备了铝/镁/铝复合板，通过光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对铝/镁/铝复合板的显微组织和边裂进行研究。研究结果表明：铝/镁界面两侧铝和镁元素连续变化，表明在界面处铝层和镁层间发生了元素扩散，产生了冶金结合且未形成金属间化合物。界面的扩散层厚度随轧制速度的增加先减小后增加。当轧制速度为0.55 m·s^-1时，其扩散层厚度最大为6.77 μm。随着轧制速度的增加，铝/镁/铝复合板的边裂深度逐渐减小，同时再结晶体积分数不断增加，晶粒尺寸先减小后增大。当轧制速度为0.48 m·s^-1时，其晶粒尺寸最小为8.4 μm。
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  基于Simufact的强力热旋压连杆衬套成形精度研究

  高帅, 赵俊生, 李志伟, 高畅, 李秀春, 谢荣

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 40-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.007

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  为了研究强力热旋压中不同工艺参数对成形精度的影响规律，改善热旋件的成形质量，选取减薄率、旋压温度、进给比和芯轴预热温度为变量因子，外圆度误差、壁厚偏差、直线度误差和内圆度误差为评价指标，设计了正交试验。利用Simufact有限元仿真软件对连杆衬套进行了热旋数值模拟，通过极差分析和灰色关联法，得出了一致的影响规律和优化参数，并进行试验验证。结果表明：强力热旋压连杆衬套时，减薄率和进给比是影响成形精度的主要因素，芯轴预热温度为次要因素，旋压温度对成形精度的影响最小；当减薄率为25%、旋压温度为350 ℃、进给比0.6 mm·r^-1、芯轴预热温度为200 ℃时，热旋件成形精度最高，成形质量最好。
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  铜钛复合管绕弯成形基、覆管的耦合作用

  朱英霞, 王匀, 陈炜, 徐凡

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 48-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.008

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  为了揭示铜钛复合管绕弯成形过程中的基、覆管的耦合作用及变形机理，建立了单层钛管、单层铜管和铜钛双金属复合管绕弯—回弹全过程有限元模型，从回弹和截面变形的预测上验证了有限元模型的可靠性。基于所建有限元模型，通过分析、对比模拟结果发现：覆管、基管在绕弯过程中相互作用力较小，不存在明显的变形不协调现象；复合管的回弹量介于钛、铜管之间，是覆管与基管共同回弹的结果；绕弯过程中，基管降低了覆管的截面变形量，而覆管增大了基管的截面变形量，覆管和基管的相互作用在整体上减缓了复合管的截面变形。
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  不同纤维铺层玻璃-碳纤维混杂复合材料与铝合金自冲铆接强度对比

  黄志超, 程露, 涂林鹏, 黄薇

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 54-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.009

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  制作[CC]_2s、[GG]_s、[CCG]_s和[GCC]_s4种不同纤维铺层的复合材料板与5052铝合金板进行自冲铆接实验，分析其接头的表面成形质量及剖面成形质量，利用万能拉伸实验机进行拉伸和弯曲实验，并分析失效形式。结果表明，4种不同纤维铺层的复合材料板在采用相同的铆钉进行静拉伸实验时，其抗拉强度从大到小依次为[CC]_2s、[GG]_s、[CCG]_s和[GCC]_s，失效位移依次为[CC]_2s、[CCG]_s、[GG]_s和[GCC]_s，在采用相同的铆钉进行弯曲实验时，弯曲强度从大到小依次为[CC]_2s、[CCG]_s、[GG]_s和[GCC]_s。静拉伸实验时，[CC]_2s和[GCC]_s由于铆钉从复合板上拉脱而引起失效，[GG]_s和[CCG]_s由于铆钉头断裂而引起失效。弯曲实验时，[GG]_s、[CCG]_s和[GCC]_s由于受剪切压力而出现了不同程度的纤维断裂，[CC]_2s则是出现脱层现象。
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  基于稳健性分析的汽车侧围成形过程缺陷改进

  姜雪燕

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 62-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.010

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  采用稳健性分析综合考虑材料性能和润滑油质量等因素的影响，根据用户冲压缺陷数据统计，对侧围成形过程的6个危险区域进行应变测试分析，获取各区域的减薄率，判断是否满足安全裕度要求；基于Autoform建立侧围成形工艺过程有限元模型；采用SIGMA模块开展危险区域稳健分析，分析零件各区域变形状态对材料性能参数波动的敏感性，获取危险区域的主要影响因素；根据稳健性分析结果，提出侧围成形过程中开裂和颈缩缺陷工艺改进方案。结果表明： B柱后下拐角处安全裕度为7%，容易发生开裂；摩擦系数和r值起主要作用，在成形因素中影响百分比占比较大；通过调整材料r值和成形过程的摩擦系数，可有效改进成形过程中的开裂和颈缩缺陷，实际冲压结果显示可以满足用户使用需求。
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  混合水射流喷嘴和丸粒直径的组合工艺研究

  张伦敦, 马泳涛, 张永宾, 赵乐川

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 70-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.011

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  为研究混合水射流表层改性处理工艺中丸粒尺寸与喷嘴直径多种组合工艺改性后对试样表层残余应力场、硬度场和粗糙度的影响，采用单因素分析方法，在喷射压力、靶距和喷嘴移动速度不变的情况下，以丸粒直径d、喷嘴直径D和丸粒材质为试验因素进行试验。试验结果表明，在喷射压力为300 MPa、靶距为10 mm和喷嘴移动速度为500 mm·min^-1条件下，切丝丸直径为Ф0.1 mm和喷嘴直径为Ф1.5 mm时，在改性处理后的试样改性层中可以得到最大的残余应力值，为-1340.86 MPa，得到的最大硬度值比原始硬度提升了11.3%，使用玻璃丸和铸钢丸进行表层改性可以得到较高的表面残余应力，最大残余应力所在深度和切丝丸差异不大，但是经过玻璃丸处理后的表面粗糙度较大。采用直径为Ф0.1和Ф0.2 mm的切丝丸或铸钢丸与Ф1.5 mm直径的喷嘴进行组合使用时，可以实现残余应力与表面质量之间的均衡。
材料性能与变形理论
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  仿螳螂虾鳌结构/功能的玄武岩纤维增强复合材料碟簧研究

  韩奇钢, 石绍迁, 徐凯强, 韩志武, 张俊秋, 牛士超, 李明哲

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 77-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.012

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  针对碟形弹簧质量大且不耐腐蚀等问题，基于螳螂虾鳌具有的独特螺旋纤维结构，借助玄武岩纤维具有的密度小、耐腐蚀和环保等特性，构建了仿螳螂虾螯玄武岩纤维增强复合材料碟簧的有限元理论模型，并探寻了单向玄武岩纤维织物螺旋铺排角度与复合材料碟簧载荷抗力之间的作用规律。计算结果表明：单向玄武岩纤维织物螺旋铺排角度为90°时，复合材料碟簧可获得最大载荷抗力6244 N，较非螺旋铺排的单向玄武岩纤维织物复合材料碟簧的载荷抗力（4846 N）提升28.90%，这归因于纤维铺排角度与碟簧环形对称结构的协同作用。计算结果与验证试验结果一致。
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  超高温气冷堆中间换热器用Haynes 230合金的热拉伸行为研究

  高佩, 程晓农, 罗锐

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 83-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.013

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  利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了Haynes 230合金在应变速率为1 s^-1，温度为1000~1250 ℃时的热拉伸行为。结果表明：在1050~1225 ℃时拉伸试样断面收缩率≥61.68%，合金具有较好的塑性，在1200 ℃时塑性最佳；Haynes 230合金在1000~1225 ℃时的拉伸试样断口均有不同程度的颈缩，随着温度的增加，断口韧窝数量增多、变深，塑性也随之增加。当温度达到1200 ℃时，塑性最佳，温度继续增加，韧窝数量开始缓慢减少；温度升到1250 ℃时，为沿晶韧窝断口，塑性急剧下降。合金在1000及1050 ℃时均未发生明显的动态再结晶，温度升到1100 ℃时发生了局部动态再结晶，且动态再结晶百分比随温度的增加而增大，温度达到1175 ℃时，发生完全动态再结晶，温度继续增加，再结晶晶粒不断长大；当温度达到1250 ℃时，动态再结晶晶粒异常长大。Haynes 230合金在应变速率为1 s^-1时最佳的热加工温度为1175~1225 ℃。
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  基于位错密度模型的AZ31镁合金热压缩微观组织预测

  汪建强, 郭丽丽, 王长峰

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 92-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.014

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  运用ABAQUS软件的VUSDFLD子程序，结合建立的位错密度模型对AZ31镁合金进行热压缩过程的微观组织预测，研究了变形温度和应变速率对低角晶界（Low Angle Grain Boundaries，LAGBs）位错密度、高角晶界（High Angle Grain Boundaries，HAGBs）位错密度和动态再结晶（Dynamic Recrystallization，DRX）体积分数X_DRX的影响。结果表明：变形温度为400 ℃时，LAGBs和HAGBs位错密度与宏观应力具有一致的变化趋势，表明LAGBs和HAGBs位错密度能够体现宏观应力的变化；较大的变形量和较高的变形温度能促进DRX的进行，但在相同的变形量下，X_DRX随着应变速率增加而降低；变形温度为300 ℃时，易变形区和自由变形区的LAGBs和HAGBs位错密度都呈现出先增后减的变化趋势；但变形温度在400和500 ℃时，易变形区的LAGBs和HAGBs位错密度会出现缓慢上升的趋势，而自由变形区则出现了下降趋势。
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  晶界对γ-TiAl多晶体压缩性能影响的晶体塑性有限元模拟

  张娜, 张平则, 魏东博, 殷姿, 汪诗园, 丁丰

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 100-110. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.015

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  采用三维Voronoi方法建立了γ-TiAl多晶体模型，利用晶体塑性有限元模拟研究了含5种相对取向晶界：Σ3（111）60°、Σ5（210）36.9°、Σ9（221）90°、Σ11（311）50.5°和Σ13a（320）22.6°的γ-TiAl多晶体压缩变形行为。模拟结果表明，晶界影响多晶体压缩时的应力分布情况和滑移系启动情况。Σ3（111）60°和Σ11（311）50.5°晶界处出现较明显的应力集中现象，晶界处启动的滑移系数量较少，且均为超滑移系。Σ5（210）36.9°、Σ9（221）90°和Σ13a（320）22.6°晶界处没有明显的晶界集中，Σ5（210）36.9°和Σ13a（320）22.6°晶界处有普通滑移系启动，Σ9（221）90°晶界处启动的滑移系数量最多。研究表明，Σ3（111）60°和Σ11（311）50.5°晶界不利于γ-TiAl多晶体的塑性变形，Σ5（210）36.9°、Σ9（221）90°和Σ13a（320）22.6°晶界对于γ-TiAl多晶体的塑性变形更为有利。
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  13Cr油井专用钢的高温塑性变形行为研究

  韩顺, 张树利, 王春旭, 傅万堂, 厉勇, 刘富强

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 111-117. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.016

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  采用Gleeble-3800热模拟试验机，对石油油井管用钢13Cr马氏体不锈钢进行了高温轴向压缩试验，热变形温度为1000~1250 ℃，应变速率为0.1~20 s^-1。通过试验获得了试验钢的高温流变曲线，其流变曲线符合典型的动态再结晶特征。根据流变曲线计算出该钢的热变形激活能为405262 J·mol^-1，并建立了试验钢的热变形本构方程及Z参数公式，同时绘制了试验钢的动态再结晶状态图与热加工图，理论上确定了最佳热变形工艺范围是变形温度1075~1125 ℃和1175~1250 ℃，应变速率为0.1 s^-1，此时能量耗散效率达到峰值。
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  基于Murty判据的超细晶纯钛热加工图及组织分析

  解晨, 冯军宁, 马忠贤, 马炜杰, 胡志杰, 冯永琦, 刘晓燕, 杨西荣

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 118-122. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.017

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  通过在Gleeble-3500热模拟实验机上进行压缩实验，研究了超细晶纯钛在温度为250、350、400和450 ℃，应变速率为10^-4、10^-2和1 s^-1时的变形行为，并利用基于Murty判据建立的热加工图确定了最佳变形区域和失稳区域。利用透射电子显微镜观察压缩后的微观组织形貌。实验结果表明：在该实验条件下，流动应力在较高温度和低应变速率（T≥400 ℃、$\mathop \varepsilon \limits^.$≤10^-2）条件下表现为典型的动态回复曲线；在低温和高应变速率（T≤350 ℃、$\mathop \varepsilon \limits^.$>10^-2）条件下，出现明显的单峰值应力，是典型动态再结晶曲线，但当应变约大于0.5后发生二次硬化。随着应变的增加，稳定区域的面积增大。在应变为0.69时，最佳变形区域为410~440 ℃、10^-4~10^-3.75 s^-1区域，主要发生动态回复行为。
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  铁素体不锈钢成形过程表面起皱的晶体塑性有限元分析

  许玉杰, 张驰, 张立文, 唐晓乐

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 123-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.018

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  为研究取向晶粒簇对铁素体不锈钢成形表面起皱的影响，采用有限元软件ABAQUS构建有限元模型，通过UMAT子程序编写多晶体塑性变形本构方程。首先，对CHAO H C、TAKECHI H和WRIGHT R N等提出的经典理论模型进行了晶体塑性有限元计算，发现在变形过程中不同取向晶粒簇处的正应变E₃₃和剪切应变E₁₃不同，进而形成表面条纹褶皱。其次，将EBSD测试获得的代表性晶粒簇引入模型中，计算发现相对于具有<001>//ND织构取向的单元，具有<111>//ND织构取向的单元变形时沿着ND方向收缩量更小，且在剪切应变的作用下发生了扭转，形成波浪起伏的变形表面。通过对比具有取向晶粒簇和随机取向模型变形后的表面轮廓，进一步证实了晶粒细化和削弱铁素体不锈钢板的取向晶粒簇将有利于降低其成形过程的表面起皱。
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  两种唯象型本构方程描述AZ80镁合金高温流动应力的比较研究

  李全, 骆晓东, 金朝阳

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 130-138. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.019

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  基于铸态AZ80镁合金热压缩实验数据，建立了两种唯象型本构方程（应变补偿的Arrhenius模型和动态回复（DRV）+动态再结晶（DRX）的两阶段模型）来描述AZ80镁合金在变形温度523~673 K和应变速率0.001~1 s^-1下的热变形行为。模型材料参数由线性拟合方法确定，对模型拟合精度进行定量分析表明：应变补偿的Arrhenius方程对流动应力的预测效果较好，相关系数R和平均相对绝对误差AARE的计算值分别为0.9930和5.26%；DRV+DRX两阶段本构方程预测结果相对较差，其R值和AARE值分别为0.9916和6.62%。比较分析表明，应变补偿的Arrhenius方程具有良好的适应性，可以在较大的温度和应变速率范围内准确预测不同变形条件下的流动应力曲线，工程适用范围广；DRV+DRX两阶段本构模型具有一定的物理意义，但是不能够很好地预测稳态流动应力，因而预测精度略低。
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  基于平面应变压缩的AZ80镁合金本构模型研究

  张钊玮, 曾健, 王锋华, 靳丽, 董杰

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 139-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.020

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  基于平面应变压缩实验，在温度为623和673 K、应变速率为0.0003、0.03、0.05和0.1 s^-1条件下对AZ80镁合金的高温应力应变变化规律进行热模拟研究，建立了应变补偿的Arrhenius本构模型和基于蠕变方程的少参数本构模型。当应变速率为0.03~0.1 s^-1时，两种模型流变应力预测值和实验值的平均相对误差分别为2.8%和3.77%，两种模型的预测精度均较高。在小应变速率0.0003 s^-1时，基于蠕变方程的少参数本构模型的流变应力预测值平均相对误差为6.2%，预测精度高于应变补偿的Arrhenius本构模型。将两种模型导入有限元软件ABAQUS中，在温度为653 K、应变速率为0.0003和0.05 s^-1条件下进行等温热压缩模拟，获得载荷-位移曲线。结果表明，在小应变速率下，基于蠕变方程的少参数本构模型的模拟结果和实验结果能更好吻合。
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  基于显式动力学非对称断面辊弯成形数值模拟及实验

  袁浩, 周学渊, 操文武, 王雷刚

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 147-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.021

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  针对螺旋式钢板仓非对称断面钢板成形的工艺特点，基于显式动力学结合工程实际建立两个成形阶段的有限元模型，研究了模拟该产品的能量误差问题。提出了适合于该板料的最佳模拟速率为6 m·s^-1，运用此速率对两模型分别进行模拟，分析了等效应力和等效塑性应变的关键问题，并通过实验样机获取各道次成形的力载荷变化规律，与仿真结果对比分析。结果表明，模拟模型的成形状态比较稳定，相同边弯曲部位的等效应力和等效塑性应变误差较小，体现了有限元模型建立方式的合理性。每道次实验力载荷与模拟中等效应力的变化一致，验证了提出的非对称断面的辊弯成形数值模拟。
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  特殊螺纹接头弹塑性有限元模拟及试验研究

  晁利宁, 刘云, 苑清英, 汪强, 杨晓龙, 李远征

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 156-164. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.022

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  应用ABAQUS对不同台肩结构的油套管特殊螺纹接头密封性能进行弹塑性分析，建立了不同复合载荷条件下台肩角度与密封面接触压力之间的对应关系。结果表明，台肩角度的变化对台肩的辅助密封性能影响不大。拉伸时，台肩角度对接头密封面接触压力影响较大，最大的接触压力为500~600 MPa，密封性能完全满足接头的要求。随着拉伸载荷的增大，3种不同结构的台肩与接箍分离，导致整个台肩接触应力值为0 MPa，使之失去了辅助密封的作用。而在压缩时，不同的台肩结构对密封面影响很大，-15°台肩接头最大接触应力达到951 MPa，且出现在最靠近台肩端面位置。将有限元模拟结果与试验进行对比，3种特殊螺纹接头密封接触长度和密封接触压力变化规律与上扣模拟结果一致。
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  基于有限元仿真的螺母表面残余应力分析

  陈卫林, 詹玉婷, 靳凯, 随磊, 蔡继文, 王建华

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 165-171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.023

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  针对现有螺母喷丸工艺中的单层弹丸或多层规则弹丸模型的不足，在ABAQUS有限元分析软件中建立了多层随机弹丸分布模型，使用该模型研究了弹丸层数、喷丸角度和喷丸速度对螺母表面残余应力的影响，并通过喷丸试验对多层随机弹丸模型进行验证。结果表明：多层随机弹丸分布模型下的仿真结果与试验结果基本符合，说明该模型是准确可靠的。喷丸后的螺母表面残余应力呈现压应力状态，最大压应力出现在螺母直段，最小残余压应力出现在螺母小圆弧部位。喷丸强化角度越大，螺母表面强化效果越好，表面残余应力数值越小，螺母表面残余压应力数值与喷丸角度呈正相关。
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  挤压态WE43镁合金低温断裂研究

  何进, 何建丽, 赵卫东, 吕刚

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 172-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.024

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  为了研究挤压态WE43镁合金低温断裂原因及断裂机理，利用Gleeble-3800热模拟试验机在变形温度150 ℃、应变速率0.001~1 s^-1下进行WE43镁合金压缩试验直至试样断裂。通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察了断裂试样裂纹附近区域微观组织及断口形貌。结果表明：低温下挤压态WE43镁合金塑性变形软化现象不明显，合金达到强度极限即断裂，并且流变应力对应变速率不敏感。低温压裂后WE43镁合金组织仍为等轴晶，但分布不均匀。沿着裂纹扩展方向及裂纹附近区域发现的孪晶、第二相粒子是挤压态WE43镁合金低温断裂的主要原因，能谱分析结果表明第二相为富Y的颗粒状沉淀以及富Nd的条状沉淀。挤压态WE43镁合金低温断口形貌为一系列解理面和少量由第二相粒子导致的韧窝，断裂机制为以穿晶解理为主的韧-脆混合型断裂。
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  双金属复合方形棒辊式矫直截面状态分析

  郭一行, 孙东明, 王斌

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 178-184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.025

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  通过对双金属复合方形棒辊式矫直过程截面状态的分析，根据弹塑性变形理论建立了双金属复合方形棒截面状态判定模型，确立了截面变形状态的边界条件。根据该模型判定双金属复合方形棒内外层金属材料达到弹性极限的先后顺序，建立了不同弯曲状态时弯矩比与弯曲曲率比的关系。与单一材料辊式矫直过程进行对比，双金属复合方形棒的截面状态可分为两类。双金属材料的截面状态与单一材料不同，双金属复合材料内外层发生塑性变形的先后顺序与内外层材料弹性极限、弹性模量和内外层厚度比有关；双金属复合方形棒在内外层结合面两侧存在应力突变，结合面两侧应力差值随着到中性层距离的增加而增加，卸载后结合面两侧残余应力差值在截面高度方向先增大后减小。
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  AA5182铝合金胶接接头动态剪切性能研究

  崔俊佳, 梁伟, 李光耀

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 185-191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.026

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  采用胶接技术对AA5182铝合金进行了连接，并通过准静态与高速剪切测试对轻量化材料AA5182铝合金单搭接胶接接头的准静态剪切性能和高速剪切性能进行了对比与分析。通过光学显微镜对不同剪切速度下的接头失效模式进行了观测与分析，并对被粘接材料的塑性变形量进行了对比。结果表明，对于AA5182铝合金胶接接头，其高速剪切强度高于准静态剪切强度。加载速度对接头失效模式和被粘接材料的塑性变形量也有一定的影响。与准静态剪切试验相比，在高速剪切试验中，由于接头的失效载荷更大，AA5182铝合金胶接接头失效时的位移和铝合金板的伸长量也更大。
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  基于理论和数值模拟的薄壁多胞管轴向吸能特性研究

  靳明珠, 尹冠生, 姚如洋, 史明辉, 刘亚红

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 192-202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.027

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  基于简化的超折叠单元理论和基本单元法，提出了一种预测多边形薄壁多胞管平均压溃力的理论模型，并通过数值模拟得到了内部添加肋板的四、六、八边形薄壁多胞管在准静态轴向压缩过程中的变形模式和吸能特性。结果表明：理论预测和数值模拟与以往的实验结果吻合较好。在内部添加肋板可显著提高多边形薄壁管的吸能特性，四、六、八边形管内部添加十字型肋板比添加X型肋板的薄壁多胞管的吸能能力提高更多，比吸能分别提升了68.936%、17.725%和15.297%。正则化平均压溃力与有效压缩距离因子和边厚比有关，且随着边厚比的增大而增大。多胞管的正则化平均压溃力高于对应的单胞管。
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  自动化平板堆焊的单层多道焊缝表面平整度研究

  权国政, 施瑞菊, 卢顺, 张建生, 董旭刚, 周杰

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 203-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.028

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  基于自主研制的大型电弧熔丝增材原型设备，设计开展了64组CN645ACW型焊丝的单层单道熔丝增材实验，构建了焊缝宽度和高度对应电压、送丝速度、焊接速度的BP神经网络模型。基于此模型，反向锁定了特定焊缝宽度和高度对应的增材工艺参数。开展了36组不同焊缝高度、焊缝宽度和焊缝间距的单层多道电弧熔丝增材实验，并建立了焊缝表面平整度的BP神经网络模型，分析了焊缝形状和间距对焊缝表面平整度的影响。结果表明，增大焊缝宽度、高度及间距，表面平整度值呈现增大趋势。在小倍数焊缝间距情况下，表面平整度值的增大趋势随着焊缝宽度和间距的增大而增大；大倍数焊缝间距情况下，增大趋势反而有所下降。相同焊缝间距下，焊缝平整度值主要由熔丝增材的堆积效应决定，焊缝宽度和高度越大，堆积效应越明显，表面平整度越差。
成形装备与智能制造
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  基于滚压反弯理论的钛合金二辊矫直辊型研究

  范沁红, 马自勇, 马立东, 雷军义

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 212-220. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.029

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  为了提高钛合金细棒材的矫直精度，保证钛合金紧固件质量，依据钛合金材料属性和弹塑性理论，提出采用滚压反弯方式来提高矫直效果的辊型设计方法。在辊型设计过程中，根据细棒材的矫直变形规律，提出了ε_t-10ε_t矫直硬化系数模型，对细棒材变形的应力-应变关系描述更为准确；结合屈雷斯加屈服准则，分析了滚压反弯矫直的优点；并从接触强度、弹性变形及滚压力限制等角度建立了细棒材二辊矫直辊缝求解模型。在考虑应力中性层偏移、材料硬化规律和残余应力释放等因素对反弯曲率比的影响基础上，结合具体实例，给出了细棒材二辊矫直辊型设计曲线，并对矫直过程进行数值模拟。分析了矫直过程中影响棒材矫后精度的各参量状态，结果表明：采用设计辊型的棒材矫后直线度为0.41 mm·m^-1，二次回弹挠度为0.1737 mm·m^-1，预测弹复后直线度小于0.584 mm·m^-1；最终，利用矫直试验验证了该设计方法的正确性及有效性。
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  伺服机械压力机非对称双伺服输入工作机构动力学分析

  胡建国, 孙友松, 章争荣

  塑性工程学报. 2020, 27(10): 221-227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.10.030

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  为了解决单伺服输入机械压力机工作机构存在的运动学性能指标与动力学设计目标相互制约耦合问题，设计了一种双伺服输入非对称工作机构，并对其曲柄存在条件和工作空间进行了分析。基于闭环矢量法和达朗伯原理，分别对该工作机构进行了运动学和动力学分析，并给出了动力学计算程序框图。在给定设计指标、结构尺度和输入运动的条件下，对该工作机构进行了案例计算。计算结果表明，双伺服输入非对称工作机构不仅具有足够的滑块行程、良好的低速冲压特性，而且具有较高的机械利益，证明其对滑块最大行程与工作机构机械利益具有良好的解耦效果。