2021年, 第28卷, 第4期　
刊出日期：2021-04-28

  

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综合评述
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  基于传力特性的内高压成形工艺研究进展

  张池, 刘文, 黄丽容, 王春鸽, 罗开臣, 王沛超

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.001

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  内高压成形的零件质量主要根据壁厚均匀性和贴模率进行衡量，壁厚均匀性主要受成形过程中控制材料流动的轴向补料的影响，贴模率主要受成形末期的高压整形效果影响，而影响补料和整形效果的本质因素是内高压成形过程中介质的传力特性。因此，介质传力特性的可调控性是提高内高压成形质量的关键。通过分析水、橡胶和固体颗粒等不同类型介质内高压成形的传力特性，剖析内高压成形的轴向补料机理；通过分析半固态低熔点合金的流变行为可调性，探讨其传力特性和内高压成形工艺的实现方法，以期为形状复杂、大变形和低塑性管件的内高压成形提供参考。
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  微成形中金属材料韧性断裂行为研究综述

  肖志菲, 郭树标, 荆传智, 冉家琪, 王继来

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 9-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.002

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  微成形技术在成形过程中，韧性断裂是经常出现的主要缺陷之一，极大地影响了微型零件的成形质量。在微介观尺度的变形过程中，由于尺寸效应的影响，传统的塑性变形以及韧性断裂理论不能完全应用于微介观尺度下金属材料的成形预测，尺寸效应对微介观尺度塑性变形和韧性断裂行为有着显著的影响。对当前微介观尺度下的塑性变形及断裂理论进行了综述，阐述了尺寸效应对材料性能的影响，总结了微介观尺度下的材料塑性本构模型和韧性断裂准则，最后展望了微介观尺度下韧性断裂准则研究中仍存在的挑战。
塑性成形技术与工艺
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  航空5A02铝合金T型三通管翻边电磁成形

  白雪山, 尹延广, 赵天章

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 24-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.003

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  基于高应变速率有利于提高铝合金成形极限和降低回弹量的原理，利用电磁成形工艺成形了航空5A02铝合金T型三通管（导管Φ50 mm×1 mm，三通Φ32 mm）。首先，利用高速拉伸机测试了5A02铝合金O态的动态力学行为，明确了应变速率对塑性的影响；其次，设计了翻边坯料的预制孔形状和尺寸；最后，设计了翻边电磁成形模具和芯轴，经过试验获得了T型三通管翻边电磁成形的最佳工艺参数，线圈由尺寸为Φ3 mm×7 mm的铜线绕制而成（共9匝），放电能量为20 kJ，峰值电流为80 kA，频率为5.73 kHz；通过对成形件的检测发现，贴模间隙均小于0.2 mm，减薄率小于14%。
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  坯料形状对多阶梯变壁厚铝合金端盖背压挤压成形质量影响

  薛世博, 段园培, 汪常开

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 30-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.004

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  针对新能源汽车涡旋式空调压缩机用多阶梯变壁厚铝合金端盖挤压成形易出现折叠和开裂等成形缺陷的问题，进行了该件背压挤压成形有限元数值模拟，研究了不同形状坯料背压挤压成形过程中的金属流动情况及变形均匀性与缺陷形成的相互关系。结果表明，饼形坯料成形过程中不变形区造成金属不均匀流动，成形后金属变形均匀系数最大，即变形最不均匀，存在折叠、凹槽和开裂等缺陷；T形坯料在侧壁变薄成形阶段，金属流动不均匀，成形后侧壁易开裂；草帽形坯料成形过程中金属流动均匀，成形后金属变形均匀系数最低，即变形最均匀，无折叠、开裂及裂纹等成形缺陷。
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  铝合金薄板分体式容框分步橡皮成形新方法

  危立明, 徐雪峰, 冯远丙, 范玉斌

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 36-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.005

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  为了降低板料在橡皮成形过程中的回弹，提出了一种新的橡皮成形方法——分体式容框分步橡皮成形法。针对不同角度U型2A12铝合金薄板弯边工艺，研发了分体式容框分步橡皮成形的实验装置。通过数值模拟和实验分析了在分步橡皮成形中不同的加载路径和进给量对U型件回弹的影响。此外，在相同的垂直位移条件下对分体式容框分步橡皮成形与传统整体式容框一步橡皮成形进行了比较分析。数值模拟和实验结果表明，与传统整体式容框一步成形方法相比，分体式容框分步橡皮成形方法能有效地降低回弹量，并在进给量与回弹的关系中得到了最佳分步橡皮成形的加载路径。
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  高温合金薄壁扭转异型管液压压制成形

  王磊, 徐雪峰, 袁聪聪, 范玉斌

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 44-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.006

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  针对管材截面形状异型以及管坯存在扭转角度造成的成形困难问题，结合内高压成形和压制成形提出液压压制成形法。对异型管件液压压制成形过程进行理论分析和实验研究，采取正交实验模拟方案，探究管坯初始压力、最大压力、整形时间对GH4169高温合金薄壁管成形过程管坯最大减薄率和最大回弹量的影响显著性。结果表明：初始压力和整形时间分别对管坯减薄率和回弹量影响最大；最大压力对管坯减薄率和回弹量影响不显著。获得了最优参数组合，将管坯壁厚分布和回弹效果与实验结果进行了对比，回弹对零件成形影响较小，回弹误差可被控制在1%以内，截面周长误差为0.47%~0.8%；最大减薄发生在凸面中间区域，并且凸面壁厚分布均匀，模拟结果与实验结果一致。
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  长锥管增量成形扩口工艺研究

  权成, 肖继明

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 52-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.007

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  由于传统扩口成形在加工长锥管精密零件时存在局限性，将增量成形技术引入金属管管端成形，针对304不锈钢管扩口变形的成形特点提出了一种长锥管增量成形扩口工艺，设计了合理的试验工装。基于ABAQUS/Explicit建立了管端增量成形的仿真模型，通过数值模拟的方法对工艺参数进行了初选并预测了管端扩口成形缺陷，仿真结果表明，随着滚压头的进给，成形区底部材料发生失稳屈曲，因此，在长锥管扩口成形中存在成形极限，而影响成形极限的主要因素为摩擦和扩口高度，在此基础上提出了多道次成形改进方案。最后通过试验验证了改进后工艺的可行性和成形件的可靠性，极大地缩短了生产周期，并节约了成本。
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  高强小弯曲半径钛管热场辅助数控弯曲工艺参数确定性优化

  付颖, 张昭, 杨恒, 马俊, 杨景超, 李光俊, 李恒

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 60-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.008

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  以小弯曲半径高强钛管热场辅助数控弯曲先进成形过程为研究对象，建立了高强钛管热场辅助数控加热-弯曲热力耦合全过程有限元模型，优化了数控弯曲热场局部加载方式。以成形温度、芯模直径、芯棒伸出量和助推系数作为优化参数，建立了最大截面扁化率Q和最大壁厚减薄率t的双响应面函数关系表达式，采用非支配排序多目标优化遗传算法，实现了基于双响应面法的工艺参数确定性优化。结果表明，优化的弯曲模具温度场降低了模具不同位置的温差，提高了加热效率；获得了最优的热场辅助成形参数组合，使最大截面扁化率降低27.8%，最大壁厚减薄率降低17.5%，提高了高强钛管的成形能力。
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  应变路径改变对管材液压胀形成形极限图的影响

  胡国林, 潘春荣

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 70-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.009

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  以管材液压胀形工艺为研究对象，对常见的应变路径进行分类，采用"分段逼近"的数学简化方法，将复杂应变路径简化为分段应变路径。基于Swift分散性失稳准则建立了单一应变路径的管材液压胀形成形极限图；利用Hill集中性失稳准则建立了复杂应变路径下的成形极限图。通过对比不同应变路径下的管材液压胀形成形极限图，揭示了应变路径的改变对液压胀形的影响规律。通过管材液压胀形成形极限试验，验证了理论分析结果的正确性。理论分析和试验结果表明，不同应变路径下的管材液压胀形成形极限图的几何形状不同，极大地限制了由简单线性加载获得的成形极限图在分析复杂应变路径下的成形过程时的准确性。
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  后地板冲压工艺分析及模具设计

  刘启华, 周旭, 伍英, 何奇志, 胡青然, 陈玉麟

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 77-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.010

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  针对体积大、形状复杂、相邻凸起形状高低变化频繁、零件两端有起伏翻边形状的后地板无法通过旋转零件的角度给出回弹角的问题，对后地板的成形工艺性进行了分析，研究了零件特性，通过冲压工艺的制定和模具结构设计解决了仿真中出现的回弹问题。采用垂直翻边和斜楔整形整合实施的工艺方案，很好地解决了两端同时翻边零件不能通过旋转零件的角度解决翻边回弹的问题。针对零件回弹问题进行了模具结构分析，优化了模具的结构，减少了模具工序数，减少了现场模具维护成本。实际使用效果良好，保证了产品质量，降低了生产成本。
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  基于Autoform的门内板冲压仿真分析

  韩龙帅, 王刚, 郑学斌, 韩赟, 李少博, 孙鹏

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 82-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.011

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  针对车门内板零件邻近区域的冲压开裂与起皱问题，基于Autoform有限元仿真分析软件，结合网格应变测量试验，从材料性能、成形工艺及局部工艺补充设计等方面进行了优化分析。研究结果表明，引起该零件冲压开裂与起皱频繁的主要原因为零件成形开裂风险区安全裕度低，起皱区变形量小，且存在一定压应变。开裂风险区与起皱风险区相距较近，且两区域处于同一材料流动方向上，这导致冲压工艺窗口较窄。单一地提高材料性能、改变成形压边力或摩擦系数均不能同时降低开裂风险及抑制起皱情况。适当降低压边力，同时提高模面局部工艺补充，能够在降低开裂风险的同时增加法兰区变形量，从而吸收多余材料，抑制法兰区起皱问题。
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  预工艺孔对整体式窗框结构门内板的成形稳健性影响研究

  张国威

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 89-97. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.012

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  针对整体式窗框结构门内板型面复杂、成形时在窗框位置易出现开裂以及生产稳健性差的问题，基于材料力学原理，建立了预工艺孔参与成形的理论模型，研究了各参数对成形的影响，提出了通过调整预工艺孔工艺有效提高成形稳健性的方法。以某车型后门内板为例，结合数值模拟，对比分析了不同预工艺孔工艺对窗框位置成形稳健性的影响，得出了预工艺孔工艺方案的稳健性最优解。将此方案运用到实际模具中，获得了成形稳定的零件。利用光学测量设备对成形风险区进行校核，验证了方案的有效性及与模拟分析的一致性。
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  冷轧双相钢HC420/780DP冲压开裂原因分析及改进

  于晓飞, 刘鹏, 薛仁杰, 刘自权, 曹晓恩, 贾亚飞

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 98-104. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.013

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  针对采用冷轧双相钢HC420/780DP冲压某车型前纵梁加强件过程中易出现开裂现象的问题，通过对材料性能、显微组织、断口形貌与冲压工艺进行分析可知，材料带状组织及针状马氏体的存在、屈强比偏高均对冲压变形产生不利影响，裂纹产生与成形复杂程度、模具圆角半径、板料成形方向及压边力等有关。通过在连铸过程中铸坯凝固末端实施轻压下与在冷轧过程中提高板料退火温度实现了材料显微组织与力学性能的优化，结合冲压工艺，利用改变落料方向发挥板料轧制成形优势与降低压边力，提高了成形过程中的材料流动性，开裂问题得到了有效解决，开裂率由75%降至0.5%以内。
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  搅拌摩擦加工AZ31超细晶镁合金超塑性行为

  乔柯, 王晨曦, 刘明霞, 李海燕, 陈善勇, 吴冰

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 105-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.014

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  采用搅拌摩擦加工（Friction Stir Processing，FSP）制备了超细晶AZ31镁合金，研究了温度和应变速率对超细晶AZ31镁合金高温超塑性行为的影响。结果表明，FSP制备的超细晶镁合金平均晶粒尺寸为0.65 μm。随着变形温度升高和应变速率降低，FSP加工区域的晶粒粗化。当应变速率为0.01 s^-1时，在温度为300、350和400℃条件下材料的伸长率均大于200%，这表明FSP制备的超细晶镁合金具有良好的高应变速率超塑性。在温度为450℃，应变速率为0.003 s^-1时，超细晶镁合金的伸长率达到1090.8%。超细晶AZ31镁合金在高温拉伸条件下的变形机制主要为晶界滑移，在晶界滑移过程中，晶界处产生孔洞，孔洞汇集使试样发生断裂。
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  铆模角度对7050铆钉镦头变形的影响

  龚成鹏, 范治松, 陈云鹤, 邓将华

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 112-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.015

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  采用不同角度的铆模对直径为Φ6 mm的7050铆钉进行试验，研究铆模角度对镦头微观组织及绝热剪切带的影响规律。结果表明，铆模角度会影响铆钉镦头各区域的变形，镦头内出现明显的剪切带，剪切带处的变形最为剧烈，远离剪切带晶粒的变形剧烈程度降低。与平头铆模相比，带角度铆模可以减弱镦头内的局域化变形，使得剪切带宽度从120 μm左右降至100 μm以下。铆模角度越小，镦头材料的轴向和径向流动不均匀性越小。放电电压为380 V时，30°镦头效果最优，剪切带最不明显。放电电压越大，剪切带左、右侧宽度越接近，两条剪切带宽度越小，带内变形越严重。
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  铝合金侧向搅拌摩擦增材制造工艺参数对增材区成形的影响

  孙朝伟, 朱海, 赵华夏, 张剑, 袭著鑫

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 122-127. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.016

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  在2024铝合金基板上进行了6156铝合金侧向搅拌摩擦增材制造试验，研究了增材工具行进速度与旋转速度对增材区成形的影响。研究表明，增材工具的行进速度与旋转速度会通过改变塑性流动金属所受的挤压摩擦作用及整体热输入的大小影响增材制造中塑性金属的流动趋势以及增材条料间的结合程度；随着增材工具行进速度的降低与旋转速度的增加，增材区的金属流动更加充分，表面及内部成形变好，增材区整体长度增加；增材区内部的成形质量由增材过程中增材条料金属的塑性流动方式决定，当塑性金属流动不充分或塑性金属量不足时，会在增材区内部形成未结合的冶金缺陷，并使硬度分布不均匀性增大。
材料性能与变形理论
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  单层多道熔丝积材残余应力分布及锤击消除

  权国政, 石泽岩, 赵江, 张建生, 周杰

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 128-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.017

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  利用ABAQUS软件构建了45钢的单层多道熔丝积材和锤击有限元模型，分析了单层多道熔丝积材件的残余应力分布规律和不同锤头移动距离下的锤击对残余应力分布的影响。模拟结果表明，残余拉应力主要出现在焊道和热影响区，残余压应力主要出现在起弧区、收弧区以及离焊道较远的区域；同时发现随焊锤击能有效降低熔丝积材件上的残余拉应力幅值，甚至可以将工件上的部分残余拉应力转变为压应力，且锤击效果随锤头移动距离的减小而增强。最后通过X射线衍射进行了实验验证，结果验证了有限元模拟的可靠性，证实了锤击对残余应力的消除效果。
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  晶间变形行为对AZ31镁合金延展性的影响

  张丽英, 张晨, 郭翰韬, 张梦奇, 张盼盼, 张子英, 郜敏

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 136-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.018

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  利用拉伸试验结合电子背散射衍射技术研究了AZ31镁合金在不同加载方式下的晶间变形行为，并通过Matlab软件计算了不同晶间变形行为之间Schmid因子、几何相容性因子m'值以及晶间变形相容性m_k值，诠释了晶间变形行为对镁合金整体塑性的影响，并与试验结果进行了对比。结果表明，晶界附近的应变调节受相邻晶粒的Schmid因子、几何相容性因子m'值以及晶间变形相容性m_k值的影响。晶间变形行为的优先级主要影响晶粒的Schmid因子，对m'值和m_k值影响不大。在晶界周围区域，m_k值与伸长率是单调递增的关系，相邻晶粒中B-B行为较高的m_k值在拉伸试验中表现出更高的伸长率。
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  超大型核电转子用25Cr2Ni4MoV钢静态晶粒长大行为研究

  叶丽燕, 翟月雯, 周乐育, 贺小毛

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 146-151. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.019

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  研究了超大型核电转子用25Cr2Ni4MoV钢加热和保温过程中的静态晶粒长大规律，加热温度分别为1173、1273、1373、1423、1473和1523 K，保温时间分别为0、15、30、60、120和180 min。结果表明，与保温时间相比，温度对奥氏体晶粒长大的影响更加显著。120 min后晶粒尺寸达到一个稳定值。当温度大于1373 K时，晶粒生长速度较温度较低时更快。温度为1523 K，保温时间超过30 min时，晶粒尺寸大于1 mm。通过对实验结果进行回归分析，得到了奥氏体晶粒静态长大数学模型。模型预测结果和实验结果接近，证明模型精度较高。
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  变形温度对含空洞的镁孪晶界面塑性变形机制的影响

  唐锦旗, 尧军平, 黄凯鑫, 胡启耀

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 152-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.020

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  采用嵌入原子势的分子动力学模拟方法研究了变形温度对镁孪晶界面预制纳米空洞缺陷拉伸性能的影响，并研究了其塑性变形机制。结果表明：在塑性变形过程中会产生不全位错、滑移带和堆垛层错等缺陷；变形温度对试件的杨氏模量和屈服应力均有影响，变形温度从100 K升高到500 K时，杨氏模量从48.81 GPa下降到38.5 GPa，屈服应力随变形温度的升高而减小，原因是温度升高，原子的热激活效应增强，位错克服障碍运动更容易，塑性变形能力提高，导致屈服应力降低；在变形初始阶段，随着变形温度提升，晶界和孪晶界面堆垛层错增加，但滑移位置影响不明显；在变形严重阶段，温度越高，变形越严重，新位错不断形成，高密度位错相互缠绕，导致位错塞积。
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  脉冲电流处理对MS1300马氏体钢组织性能的影响

  徐栋恺, 陈鑫, 李细锋

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 157-162. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.021

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  为了分析脉冲电流处理对MS1300马氏体钢微观组织和宏观力学性能的影响规律，开展了100 s持续脉冲电流处理、等温加热炉处理和短时高密度脉冲电流冲击试验。当有效电流密度不超过5.68 A·mm^-2时，脉冲电流处理后几乎不对材料性能和微观组织产生影响。当电流密度为9.15 A·mm^-2，温度达到427℃时，发生回火脆性，伸长率和抗拉强度与原始试样相比分别降低33.7%和13.4%。而当电流密度为12.07 A·mm^-2时，MS1300钢组织中的马氏体相彻底分解并发生再结晶。采用较高电流密度时，脉冲电流处理对马氏体组织转变的作用效果比等温加热炉处理显著，引起的组织转变速度更快。控温下的短时高密度脉冲电流冲击对MS1300钢的性能基本不造成影响，脉冲电流的焦耳热效应占主导地位，非热效应在达到临界温度的前提下才能影响MS1300钢组织性能的变化。
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  基于应变补偿和3D加工图的TNTZ合金热变形行为

  周璇, 王克鲁, 鲁世强, 李鑫, 程静

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 163-173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.022

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  采用Gleeble-3500热模拟试验机对TNTZ合金进行等温恒应变速率压缩实验，研究了其在变形温度700~900℃，应变速率0.001~1 s^-1范围内的热变形行为。通过分析流动应力曲线发现，流动应力随温度的升高而减小，随应变速率的增大而增大；基于实验数据，建立了含Z参数的应变补偿Arrhenious本构方程。该方程具有较高的精度，其相关系数达到0.9714，平均相对误差为5.92%，预测偏差在10%以内的数据点达96.98%。根据动态材料模型得到了加工图，通过加工图分析和微观组织观测表明，失稳区域为700~780℃/0.056~1 s^-1和800~900℃/0.056~1 s^-1，变形机制主要为局部流动。稳定区域为725~775℃/0.001~0.032 s^-1和825~900℃/0.0032~0.032 s^-1，变形机制主要为动态再结晶，该区域为TNTZ合金的最佳变形工艺参数。
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  X12合金钢高温Normalized Cockcroft & Latham损伤模型及参数反求分析方法

  杜科学, 陈学文, 刘佳琪, 杜昱青, 周旭东

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 174-180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.023

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  在Gleeble-1500D热模拟试验机上进行了X12合金钢在温度为900~1150℃、应变速率为0.5 s^-1条件下的高温拉伸试验，建立了X12合金钢的Hansel-Spittel本构模型。基于Normalized Cockcroft&Latham （NCL）损伤模型，通过引入该材料临界损伤值与温度的函数关系，建立了X12合金钢的高温损伤模型。将优化方法和有限元相结合，通过反求分析方法得到了该材料的高温损伤模型参数。将所建立的高温损伤模型嵌入到商业有限元软件Forge中，模拟了X12合金钢在温度为900~1150℃、应变速率为0.5 s^-1的高温拉伸过程，通过对比模拟得到的断裂位移与试验试样断裂位移得到其最大误差、最小误差和平均误差分别为3.169%、0.480%和1.496%。结果表明，高温NCL损伤模型能够准确预测X12合金钢在高温成形过程中裂纹的产生。
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  铸态P91合金钢修正本构模型及变形激活能演化

  高润哲, 雷步芳, 张翔宇, 李永堂

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 181-189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.024

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  利用Gleeble-3500多功能热模拟试验机在温度为900~1250℃，应变速率为0.01~5 s^-1的变形条件下对铸态P91合金钢进行热压缩实验。为更好地描述该合金钢的热变形流变行为，并鉴于变形条件对激活能和材料常量参数的影响，对传统的双曲正弦本构模型进行了修正。采用三维抛物曲面拟合的方式确定了材料参数变量和变形激活能关于变形条件的函数，得到了修正本构模型，其相关系数R²=0.993，平均绝对相对误差AARE=3.64%，验证了该模型预测合金钢热流变行为的可靠性。结果表明：变形激活能在82~814 kJ·mol^-1范围内随温度和应变速率的增大而降低；合金钢在热变形过程中由于动态回复的存在，在应变速率低于1 s^-1时，增加变形量降低激活能，应变速率高于1 s^-1时，激活能会随变形量的增加而增大。
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  新型螺杆钻具连接螺纹抗疲劳性能

  刘强, 刘轶溟, 杨春雷

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 190-198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.025

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  以油田现场使用的螺杆钻具壳体连接螺纹为基础，设计出了一种特锥连接螺纹。并利用有限元分析软件，分析了特锥螺纹在上扣扭矩、上扣扭矩+轴向载荷及上扣扭矩+轴向载荷+弯矩载荷下的螺纹受力情况，并通过应变测试证明了分析结果的准确性；利用疲劳强度分析软件分析了特锥连接螺纹在弯矩载荷和轴向载荷作用下的疲劳寿命，并通过下井试验证明了新设计螺纹的有效性。发现在上扣扭矩+轴向载荷+弯矩载荷极限复合载荷情况下，影响螺纹工作性能的顺序为上扣扭矩>弯矩>拉伸载荷，螺纹拧紧后，部分螺纹牙的Mises应力值已经超过屈服强度，材料发生塑性变形，但一定程度的拉力载荷会减轻螺纹负担，弯矩会使接头部分的螺纹结构承受更大的压力；在交变拉力载荷和交变弯矩载荷分别循环作用10000次的情况下，特锥螺纹仍具备一定的工作能力，在两种轴向循环载荷的作用下，公螺纹安全系数大于1.8的部位均超过99.45%，母螺纹安全系数大于1.8的部位均超过98.55%，现场下井试验表明，在纯钻时间达到近50 h后，未见异常，可继续下井使用，证明特锥螺纹的疲劳可靠性。
成形装备与智能制造
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  平整过程以焊缝印防治为目标的工艺参数综合优化

  李学通, 翟乾俊, 姚利辉, 刘超智, 钱承, 白振华

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 199-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.026

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  针对连退平整机组生产过程中带钢表面的焊缝印缺陷，充分考虑到连退平整轧制的设备与工艺特点，介绍了焊缝印缺陷及其影响因素。首次构造了焊缝印防治目标函数，分别从过焊缝过程、过渡段和正常平整3个阶段入手，给出了相应的以焊缝印防治为目标的平整工艺参数优化方法，在此基础上建立了一套适合于连退平整机组的以焊缝印防治为目标的平整轧制工艺综合优化设定技术，编制出了相应的平整轧制工艺参数优化软件。同时以3#典型钢种为例，对比技术应用前后的带钢焊缝印长度，表明应用开发的平整工艺参数优化技术后，焊缝印长度平均值从1260 m降低到820 m，降低了34.9%，实现了对焊缝印缺陷的有效治理。
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  基于遗传算法优化的云模型PID液压弯辊板形控制

  白涛

  塑性工程学报. 2021, 28(4): 206-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.04.027

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  为实现液压弯辊板形控制系统的精确控制，设计了一种基于遗传算法优化的云模型PID控制器，该算法将云模型处理不确定性问题的优势和PID控制的良好稳定性相结合，并且运用遗传算法全局优化能力对云模型PID控制器的数字特征进行了优化，进一步改进了云模型PID控制器的控制效果。以某公司1220 mm液压弯辊板形控制系统作为仿真对象进行了仿真，结果表明，基于遗传算法优化的云模型PID控制对提高液压系统的油压动态响应速度和稳态跟踪精度十分有效，其控制效果优于无优化的云模型PID控制以及传统PID控制。