塑性工程学报

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庄新村, 梁美勒, 赵震

塑性工程学报. 2020, 27(5): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.001

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板料体积成形工艺是实现轻量化结构零件制造的有效途径之一。在现有研究工作的基础上，对板料体积成形的工艺特点和发展趋势进行了总结分析。分析结果表明：热成形的引入，能够有效地降低材料变形抗力，从而实现成形力的降低；柔性渐进成形技术和剪应力主导变形模式的设计实现了优化成形质量并降低成形载荷的目的；定制化处理技术，则从坯料定制和表面定制层面入手，通过优化金属流动行为，提升成形效果；此外，多机连线生产模式的引入和应用，促进了新型板料体积成形工艺的发展。在上述工艺方法和生产模式的作用下，板料体积成形零件正逐渐向着复杂化和立体化的方向快速发展。

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金属硬度预测模型的研究现状

胡成亮, 胡誉, 张运军, 邓庆文, 权开峰, 李生仕, 赵震

塑性工程学报. 2020, 27(5): 7-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.002

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根据现有硬度预测模型各自的主要特点，其可以分为经验模型、基于材料强化机制的预测模型、引入多变量的预测模型和采用不同预测方法的模型共4大类。前3类模型均为显式的数学模型，可直接反映不同变量与硬度间的关系，物理意义较为明确；第4类模型则更容易获得高精度的预测结果。考虑相互影响的多变量硬度预测模型具有良好的研究前景，而采用神经网络或支持向量回归方法的硬度预测模型具有良好的应用前景。

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晶体塑性理论及模拟研究进展

章海明, 徐帅, 李倩, 刘珈汝, 尚晓晴, 董湘怀, 崔振山

塑性工程学报. 2020, 27(5): 12-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.003

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回顾了大变形晶体塑性理论的发展历程、本构模型和均匀化方法，综述了晶体塑性理论成果和典型应用场合。从流动模型、加工硬化模型和状态变量演化的角度对比分析了唯象的和基于物理机理的晶体塑性模型的理论基础和优缺点；阐述了平均场晶体塑性模型和全场晶体塑性模型的特点和适用场合；从金属多晶体材料的各向异性、织构演化、非均匀塑性变形、可成形性、尺度效应、损伤断裂行为、热变形和微观组织演化、虚拟测试等角度介绍了晶体塑性模拟的典型应用场合，并展望了该领域的未来发展趋势。

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热塑性塑料超声波焊接的热力过程数值模拟

严波, 丁浩亮

塑性工程学报. 2020, 27(5): 33-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.004

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在建立热塑性塑料的粘弹性力学模型和传热模型的基础上，根据应力和粘度模型计算粘弹性热能可以准确地计算粘弹性热。通过开发超声波塑料焊接的有限元数值模拟程序研究了焊接瞬间的热力行为，数值模拟结果表明，平板件焊接时受压区域整体温度有不同程度的升高，焊接首先发生在焊接面的外围区域，平板件焊接实验验证了数值模拟的准确性。数值算例还研究了初始温度、焊接压力、超声波频率和超声波振幅等焊接工艺参数对焊接过程的影响，有效的焊接必须高于临界初始温度，提高超声波频率和振幅可显著提高温度升高的速度与幅度。

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大锻件非连续热变形组织演变宏微观模拟

陈飞, 朱华佳, 李佳航, 崔振山

塑性工程学报. 2020, 27(5): 41-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.005

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综述了几种典型大锻件材料热加工过程组织演变建模方法。以核电用钢SA508-3从加热到锻造成形全流程微观组织演变规律为研究内容，建立了反映微观组织演变物理特性的唯象数学模型；以低碳钢SS400为研究对象，提出新形核参数辨识方法及位错关联型形核模型，开发了适用于预测该材料动态再结晶行为的元胞自动机模型；以30Cr2Ni4MoV低压转子钢为研究对象，将理论建模、数值模拟和实验研究相结合，根据应变-位错密度-再结晶-流变应力之间的宏微观相互影响规律，建立了包含奥氏体化晶粒长大-变形-回复-动态再结晶-亚动态再结晶和静态再结晶各过程在内的微观组织演变元胞自动机模拟方法，用于多道次热压缩微观组织演变；以核电用钢316LN不锈钢为研究对象，通过将多级元胞空间的概念引入到传统的元胞自动机模拟框架内，制定了再结晶中的元胞状态转变规则及不同级元胞空间之间的数据传递规则，建立了用于模拟动态再结晶的多级元胞自动机模型，其中包括新开发的全场多级晶粒拓扑变形模块以及多级再结晶形核模块，并对该模型进行了验证。介绍了对核电大型蒸汽发生器及水室封头成形进行新技术开发的工业应用案例，此外，结合多道次元胞自动机模型，集成热锻非连续变形多尺度数字化仿真系统，进行多工步、多道次拔长过程微观组织演变的多尺度模拟。

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Ti6Al4V钛合金自由曲面钣金件超塑成形数值仿真与实验验证

熊炜, 王斌, 吴会平, 李细锋, 陈军

塑性工程学报. 2020, 27(5): 53-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.006

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针对Ti6Al4V钛合金自由曲面薄壁钣金件的制造需求，采用超塑成形工艺保证成形件的几何精度。利用数值仿真确定合适的工艺参数和模具工艺补充面，基于Power law模型描述了Ti6Al4V钛合金稳态阶段的流动应力。设计加工超塑成形模具完成了Ti6Al4V钛合金薄板的超塑气胀成形工艺实验，由于成形温度高，成形件表面氧化严重，线切割后得到所需的自由曲面钣金件。采用GOM ATOS光学扫描仪测量了成形件和自由曲面钣金件的几何形状，与CAD模型进行对比以验证成形工艺与模具设计的合理性，实验结果表明，超塑成形后的残余应力小，切边后没有明显的回弹。合适的超塑成形工艺参数为成形温度900℃、气胀压力2.2 MPa、保压47.5 min，自由曲面钣金件的几何精度可以达到±0.2 mm。

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基于预制坯精准设计的水室封头热冲成形新工艺

张阳, 董定乾, 朱洪洋, 董凯, 崔振山

塑性工程学报. 2020, 27(5): 58-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.007

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针对形状复杂的水室封头，提出胎模制坯和热冲成形相结合的新工艺。具体工艺为在胎模锻造中，下模预置管嘴仿形型腔，用扁砧将坯料压制成带管嘴的板坯。热冲成形时，上模是根据封头锻件内腔表面进行仿形的冲头，下模是带圆角的筒形漏盘，通过冲压完成一次整体成形。并运用"正向模拟+反向修正"的思路，通过几何包络与物质点反向追踪方法，对预制坯料进行精准设计。在模拟过程中同时预测了成形过程中的晶粒演变和开裂趋势，从而保证了成形方案的微观合理性。最后通过1：5物理缩比实验，从宏观尺寸和微观晶粒角度对比了模拟结果与实验结果，证明了设计方法的有效性。

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热冲压钢B1500HS在不同应变速率下的氢脆现象研究

张惠臻, 张晓欣, 陈扬, 韩先洪

塑性工程学报. 2020, 27(5): 66-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.008

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通过电化学充氢和不同应变速率拉伸试验，研究应变速率对热冲压钢B1500HS氢脆敏感性的影响。通过微观断口形貌观测，分析不同应变速率下充氢热冲压钢断裂形式的差异，并进一步对其机理进行探究。结果表明，随着应变速率的降低，热冲压钢的强度和塑性损失量逐渐增加，说明慢应变速率下氢脆现象更加明显；慢应变速率下热冲压钢拉伸断口呈准解理状，而快应变速率下则呈现小韧窝状，其断裂形式呈现出由脆性断裂向韧性断裂的转变。分析其原因主要是在慢应变速率下，氢有足够的时间扩散至孔洞、夹杂等缺陷位置，从而促进裂纹的产生和扩展，导致其具有更高的氢脆敏感性。

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汽车覆盖件冲压工艺分析系统

徐涛涛, 孔垂品, 李俊杰, 周雄辉

塑性工程学报. 2020, 27(5): 74-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.009

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研究开发了基于知识的汽车覆盖件冲压工艺分析系统。设计了系统总体架构及流程，提出了基于离散与合并思想的工艺分析方法，设计了几何特征自适应离散方法，以及相应的孔冲压方向和修边工艺分析算法。根据合并思想提出了工艺特征合并算法，能够对孔间及孔与修边提出合并方案。以特征为核心单元，分析计算特征的工艺参数，模拟特征的空间加工轨迹，并采用基于简化工具体的干涉检查方法实现汽车覆盖件冲压工艺设计与排布。通过对某发动机前盖内板的实例分析，验证了系统方案的有效性和实用性，系统能够快速完整地解决汽车覆盖件冲压工艺分析与排布问题。

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爪极锻件磁性能检测装置中的气隙影响研究

白雪娇, 胡成亮, 汤晓峰, 汤敏俊, 邵杰, 赵震

塑性工程学报. 2020, 27(5): 83-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.010

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针对前期研制的爪极磁性能无损检测装置中的气隙大小进行研究。通过有限元模拟发现，气隙值越小，磁感应强度输出越大，且在类磁化曲线的未饱和阶段，磁感应强度的增长幅度高于接近饱和阶段；在低励磁电流下，减小气隙值，装置的测试灵敏度提高；在高励磁电流下，改变气隙值对测试灵敏度影响较小，但是整体呈现出气隙值越小，灵敏度越差的趋势。综合考虑，确定了最佳的爪极和导磁环之间的气隙值为0.2 mm，且实验验证显示的影响规律与模拟结果一致，装置的检测性能得到改善。0.2 mm气隙值使得高励磁电流下的灵敏度稍有降低，所以基于此探索其他改善灵敏度的方法的工作有待继续开展。

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热驱动形状记忆聚合物及其复合材料热力学本构模型

苏晓斌, 王颖钰, 彭雄奇

塑性工程学报. 2020, 27(5): 88-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.011

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热驱动形状记忆聚合物主要通过温度变化来实现形状记忆和回复，因此热力学本构模型对其结构设计、力学特性和回复效果的预测具有重要作用。总结了近几十年来热驱动形状记忆聚合物热力学本构模型的发展动态，对相转变理论、粘弹性理论及两者相结合的方法进行了综述。评述了纤维增强和编织物增强形状记忆复合材料几种主要的热力本构模型。对热驱动形状记忆聚合物及其复合材料热力学本构模型的不足之处作了简要讨论，并展望了今后形状记忆聚合物及其复合材料本构模型的发展方向。

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基于CAD/CAE集成的注塑件多目标优化

刘玲卓, 冯青青, 周雄辉

塑性工程学报. 2020, 27(5): 103-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.012

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针对注塑件的多目标优化问题，基于CAD/CAE集成技术，进行了CAD参数化模型更新子系统、CAE分析方案参数化和自动化子系统的开发，并结合优化算法库，建立了一种面向注塑件优化的集成分析优化平台。该平台可以实现几何优化和工艺优化的功能。对于翘曲变形较大的薄壁制品，提出反变形设计和工艺优化相结合的优化方法。为了反映制件的整体翘曲程度，提出了量化翘曲变形的方法。以汽车空调风口零件为研究对象，基于构建的集成优化平台，采用反变形+工艺优化的方法，及人工神经网络模型和多目标遗传算法，对其进行优化分析，并采用序列加点的方法提高代理模型的精度。结果表明，所提出的注塑件多目标优化方案可行。

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基于多场耦合的电镦成形工艺有限元模拟

杨兴林, 王方旋, 丁国娣, 肖裕华, 鲁宏, 戴魏魏

塑性工程学报. 2020, 27(5): 112-119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.013

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结合实际生产经验在DEFORM软件平台中建立电-热-结构多场耦合的电热镦粗有限元模型，并采用多组工艺参数进行模拟计算，分析不同电流密度和镦粗压力对成形尺寸、温度场和等效应变速率场的影响。结果表明：电镦初期，由于砧座与工件之间接触电阻的存在，温度迅速升高，之后通过工件自身电阻产热，温度基本趋于稳定；等效应变速率最大值存在于工件脖颈段；工件蒜头最大半径和最高温度随电流密度增大而增大；镦粗压力增大使得蒜头最大半径增大而工件最大温度下降。对电镦过程中产生的缺陷进行模拟分析，得到相对优化的工艺参数，模拟结果与试验结果吻合较好。

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钢板电磁感应加热辅助渐进成形成形极限研究

光凯惠, 姚运飞, 吴田莉, 梁飞

塑性工程学报. 2020, 27(5): 120-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.014

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为研究Q235钢板在电磁感应加热方式下的数控渐进成形成形极限，基于电磁感应加热技术进行了Q235钢板的热渐进成形成形极限试验。通过设计正交试验研究了板料厚度、温度、层进给量对成形极限角的影响，并通过极差分析得出各因素对成形极限角影响的显著性水平。研究结果表明：基于电磁感应加热技术进行钢板的数控渐进成形过程中，成形极限角随板料厚度的增大而增大，5 mm厚的钢板成形极限角可达85.71°；成形极限角随成形温度的增大而增大，但当温度超过780℃时板料氧化严重，较合适的成形温度在580~710℃；成形极限角随层进给量的增大先增大后减小，最佳成形层进给量为0.3 mm。各工艺参数对板料成形极限角影响的显著性水平顺序为：温度 > 厚度 > 层进给量。

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无芯棒旋锻周向进给参数变化匹配研究

李朋丽, 卢曦

塑性工程学报. 2020, 27(5): 126-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.015

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以某汽车等速万向传动中间旋锻轴为研究对象，根据无芯棒旋锻过程中毛坯尺寸和力学特性变化，按径向进给量大小将无芯棒旋锻过程分为粗、中以及细进给量逐渐递减3个道次。提出了通过有限元仿真取点刻画无芯棒旋锻后内外圆尺寸，并将变形放大一定倍数，进而更加直观的表征内外圆几何形状和圆度质量的方法。为了在保证内外圆圆度质量的同时考虑锻打效率，分别对每个道次不同外径下的周向进给量和周向进给道次进行匹配。首先，通过无芯棒旋锻内外圆最大和最小变形位置以及实际工艺统一化确定周向进给量；然后，在确保无芯棒旋锻坯料每个部分都得到锻打和满足内外圆圆度质量要求以及锻打效率的情况下确定周向进给道次。最后将实物剖面尺寸与数值模拟结果进行比较，结果表明制定的周向进给参数匹配合理。

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大口径厚壁管均匀性热挤压工艺研究

贾璐, 李永堂, 惠恬静

塑性工程学报. 2020, 27(5): 132-141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.016

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通过虚拟正交试验研究不同热挤压工艺参数对厚壁管平均晶粒尺寸、组织均匀性及最大挤压力的显著性影响规律，确定其主要影响因素；利用数值模拟分析，研究主要影响因素对挤压管晶粒尺寸及动态再结晶率的影响，制定最优工艺参数；基于最优工艺参数分别进行数值模拟和工厂试验，采集数据进行对比分析。结果表明，铸坯预热温度、挤压速度和挤压比是影响管件晶粒大小及其均匀性的主要因素，当铸坯预热温度为1200℃、挤压比为9、挤压速度为40 mm·s^-1时，厚壁管晶粒细小且分布均匀；数值模拟和试验结果在误差允许范围内，表明热挤压数值模拟模型可靠性高，可用于指导大口径厚壁管热挤压工艺的实际生产。

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TRB管结构参数对弯曲成形的影响及优化

张渝, 张遥, 郭耀璘, 张德军

塑性工程学报. 2020, 27(5): 142-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.017

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建立了TRB管无芯弯曲有限元模型，研究了薄区壁厚、过渡区厚度差和过渡区长度对TRB管弯曲成形质量的影响。增大薄区壁厚、降低过渡区长度和减小过渡区厚度差有助于提高管弯曲成形质量，但对于壁厚增厚率影响效果不明显。为了提高TRB管弯曲成形质量，建立了弯曲质量评价指标与结构参数之间的近似模型并进行了精度验证，进而对结构参数进行优化。结果表明：优化解与仿真模拟解的相对误差小于4%，说明结论是可靠的；与初始值相比，TRB弯曲管件最大壁厚减薄率下降了0.369%，最大壁厚增厚率减小了0.313%，最大短轴变化率降低了1.852%，弯曲成形质量得到提高，说明优化方法具有良好的工程实用性。

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双机湿平整工艺润滑对带钢表面粗糙度的影响及其控制研究

刘超智, 李鹏, 雷彤, 张立更, 李学通, 白振华

塑性工程学报. 2020, 27(5): 149-154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.018

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针对双机架平整机组湿平整轧制过程中成品带钢表面粗糙度不易控制、容易超差而引起封闭的问题，充分考虑到双机架平整机组的设备与湿平整轧制的工艺特点，建立了工艺润滑制度对双机架湿平整轧制过程成品带钢表面粗糙度影响模型，给出了平整液流量、流量分配系数、浓度以及初始温度等工艺润滑关键工艺参数与成品带钢表面粗糙度之间一一对应的关系。从工艺润滑关键参数预设定技术与工艺润滑动态参数在线调整技术的开发入手，提出了一套完整的适合于双机架湿平整机组的以成品带钢表面粗糙度控制精度为目标的工艺润滑制度综合控制技术，并将其应用到某1420双机架平整机组的生产实践，开发出了相应的"双机架平整机组成品带钢表面粗糙度预报与控制软件"，并取得了良好的控制效果，成品带钢表面粗糙度超差封闭率从3%下降到0.1%以内。

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整体式自润滑关节轴承滚轧工艺数值模拟

朱淋淋, 黄雄荣, 韩浩盛

塑性工程学报. 2020, 27(5): 155-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.019

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针对合套挤压后整体式自润滑关节轴承存在的无载启动力矩过大的问题，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力矩调整过程进行模拟分析，确定了滚轧工艺的参数范围，并估算了最终成形状态的无载启动力矩值。以模拟得到的滚轧力为依据，对该型轴承进行样件加工及工艺验证，通过标准力矩测量方法得到样品件的无载启动力矩，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，数值模拟结果与工艺试验结果之间的误差较小，所建立的有限元数值模型可以对整体式自润滑关节轴承滚轧工艺参数及无载启动力矩进行有效预测。

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基于元胞自动机的AZ31镁合金复合变形动态再结晶组织演变规律

王忠堂, 张宏亮, 杨君宝, 李建军

塑性工程学报. 2020, 27(5): 161-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.020

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提出了一种压痕-压平复合变形方法，分析了复合变形基本特征及作用，定义了复合变形程度表征参数，即复合变形压下量、波形间距和复合变形系数。将计算机模拟软件及元胞自动机方法相结合，对AZ31镁合金压痕-压平复合变形过程中的动态再结晶组织演变规律进行数值模拟研究。结果表明，压痕-压平复合变形方法可以有效细化AZ31镁合金的晶粒尺寸，改善组织性能。AZ31镁合金复合变形过程中，随着变形温度的升高、复合变形系数的增加以及复合变形压下量的增大，晶粒尺寸显著降低。数值模拟结果与实验结果相吻合，相对误差小于13.8%。

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25CrMo4钢热压缩变形行为及流变应力本构方程

江洋, 王宝雨, 霍元明, 肖星

塑性工程学报. 2020, 27(5): 167-173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.021

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通过Gleeble-1500型热/力试验机对25CrMo4钢进行了热压缩实验，研究了25CrMo4钢在应变速率为0.1、1和10 s^-1，变形温度为1050、1100和1150℃条件下的热压缩变形行为。结果表明，该材料软化机制以动态再结晶为主。采用Arrhenius双曲正弦函数建立了25CrMo4钢峰值应力本构方程，确定了25CrMo4钢的变形激活能为441 kJ·mol^-1。通过将峰值应力本构方程中的材料常数替换为应变的多项式函数，建立了综合应变速率、变形温度以及应变量的流变应力本构方程。该方程计算得出的数据与实验数据吻合较好，说明其可精确描述25CrMo4钢的热压缩变形行为。

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轴向振动辅助冷挤压花键套成形力分析

王艳阳, 王勇, 郑彬峰, 张晔, 张凯, 金平, 周庆成

塑性工程学报. 2020, 27(5): 174-182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2020.05.022

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对有无振动辅助的轴向冷挤压花键套过程进行有限元模拟，分析对比了两者的金属流动规律和成形力变化。发现施加振动辅助后冷挤压花键套最大成形力降低了10%左右，持续时间短且周期变化，减少了花键套成形过程因应力过大而出现的缺陷，且金属流动更好，有利于提高成形件性能。采用正交试验探究了振动幅值、振动频率和挤压速度对挤压成形力的影响规律。结果表明，挤压速度对各个阶段的挤压成形力影响最为显著；在模具齿挤入阶段和坯料齿成形阶段，影响挤压成形力的第2因素是振动幅值，振动频率次之；在模具齿退出阶段，影响挤压成形力的第2影响因素则是振动频率，振动幅值次之。

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2020年, 第27卷, 第5期　
刊出日期：2020-05-28

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