开拓塑性成形制造极限共性关键理论及其实践——解读Deformation-based Processing of Materials: Behavior,Performance, Modeling,and Control

随着航空、航天、能源、汽车、电子产品和生物医学工程等领域的持续发展,迫切需要其高端装备关键构件具有高性能、轻量化和高功效等特性,同时要求缩短产品设计开发周期、降低生产成本和实现绿色、智能制造。基于变形特有的体积转移和组织调控优势的材料加工技术即塑性成形方法,具有生产效率高、生产成本低、材料利用率高、产品性能好、服役性能强和产品技术附加值高等优点,成为先进制造领域的基础支撑技术,也是成形制造高端装备关键构件不可替代关键生产工艺。Deformationbased Processing of Materials:Behavior,Performance,Modeling,and Control一书围绕材料变形中宏微观成形缺陷预测和控制这一制约成形精度和极限的关键共性问题,从非均匀变形、损伤断裂、压缩失稳、回弹、表面粗化、流动缺陷、微结构异常缺陷7个方面,系统阐述了材料不均匀变形的现象和机理、材料和成形过程多尺度建模仿真优化,并通过案例阐述了新提出的理论和技术在实际中的应用情况,最后讨论了基于变形的材料加工技术的发展趋势及面临的挑战。     

基于Murty判据的Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si钛合金α β相区热变形机制及工艺优化

根据Murty失稳判据,利用原始等轴组织的TC11钛合金在780～990℃和0.001～70s-1范围内的等温恒应变速率压缩实验数据,建立了该合金的加工图.依据加工图研究了TC11钛合金的变形机制和变形缺陷与变形热力参数之间的关系.结果表明,在780～990℃和0.001～0.01 s-1范围是超塑性变形区;在780～990℃和高于0.01 s-1范围,易出现β相裂纹和空洞、局部流动以及绝热剪切等流变失稳现象.根据加工图分析,结合微观组织观察结果,并考虑变形抗力的大小,确定出了较佳的变形热力参数范围为850～940℃和0.001～0.01 s-1,最佳的变形热力参数在900℃和0.001 s-1附近.     

粘塑性挤压成形变形规律研究

为了寻求一种能全面揭示象等温和超塑性这类粘塑性复合挤压成形变形规律的方法，采用刚一粘塑性有限元对常温具有粘塑性行为的工业纯铅复合挤压进行了数值模拟。计算结果揭示了变形规律，如分流层的变化、速度场的分布、折叠缺陷的形成及原因等。计算表明，粘塑性复合挤压成形的最大变形区集中在凸模拐角处，变形分布梯度随着变形程度的增大而变小。增大变形速度、改善润滑条件有助于提高变形均匀性。对新旧网格的场变量传递、翻边现象的处理及初始速度场生成，采用有效的处理方法     

有限元模拟大变形新计算网格系统的生成

有限元模拟大变形时必须多次产生新计算网格系统。合理的新计算网格系统不但可以正确地传递以前的计算结果,而且还可以使以后的计算顺利完成。所以,如何产生新计算网格系统是有限元模拟大变形的关键问题。本文在全面论述产生新计算网格系统各种方法的基础上,采用了一种方便的方法来有效地模拟大变形金属的变形过程。     

一种预测金属锻造过程失稳变形的模拟方法

提出一种利用失稳变形区热力参数窗口条件和有限元模拟相结合来预测锻造失稳变形的方法,并以Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si 合金为例,将该钛合金的失稳变形区热力参数窗口条件集成到商业化的有限元模拟软件平台中。利用二次开发后的有限元模拟软件平台模拟了该钛合金在热压缩过程中失稳变形区的分布及其变化。模拟预测结果与实验结果吻合较好,说明所提出的失稳变形模拟与预测方法是可行和有效的。     

用超塑性材料Zn-22%Al挤压制作冲裁凹模

将超塑性材料Zn-22%Al合金在超塑状态下通过热挤压的方法制作出冲裁凹模,模腔部分可以省去机械加工,凸凹模之间即达无间隙配合,经过生产实践证明了这种简易制模方法的精确性与经济性。     

粗层片原始组织的TC11钛合金热变形行为及其热压缩工艺参数优化(英文)

基于粗层片原始组织的α+β型TC11钛合金的热压缩实验,研究了该合金在950~1100°C、0.001~10s1条件下的热变形行为;依据动态材料模型构建了不同应变下的加工图,并对热压缩工艺参数和变形机制分别进行优化和分析。结果表明,加工图中存在2个功率耗散效率较高区和1个功率耗散效率较低的流变失稳区。这些区域的功率耗散效率呈现出收敛或发散的特征。在α+β两相区,功率耗散效率收敛区位于950~990°C、0.001~0.01s1范围,其峰值功率耗散效率出现在950°C、0.001s1,前者和后者分别为α+β两相区较佳和最佳的热压缩工艺窗口;在β单相区,功率耗散效率收敛区位于1020~1080°C、0.001~0.1s1范围,其峰值功率耗散效率出现在1050°C、0.001~0.01s1,前者和后者分别为β相区的较佳和最佳的热压缩工艺窗口。功率耗散效率发散区位于应变速率大于0.5s1的范围内,其对应的流动失稳机制为局部流动,此时流变应力呈现出流变软化现象。在α+β两相区和β单相区优化工艺窗口内的变形机制分别为动态球化和自扩散控制的动态再结晶。优化结果与变形组织观察结果吻合良好。     

用边界元法对齿轮精锻模进行应力分析及优化设计

齿轮精锻能生产齿形不需切削加工的净形锻件,因此在汽车及宇航等领域得到广泛的应用。精锻齿轮的精度主要取决于模具的精度及其结构。所以设计时必须合理地考虑到工作压力及组合凹模的过配合所产生的变形及应力状态。而且,模具的寿命主要由模具材料的机械性能及应力状态决定的。为了揭示微型汽车锥齿轮的应力状态及优化设计,本文用边界元对锥齿轮二层组合凹模进行了计算。计算结果揭示了应力危险区域、应力分布及过盈量对应力分布的影响。此外,根据计算结果,还确定了最佳过盈量范围。