脉冲电流对超薄316L板微流道成形精度的影响

目的 研究在金属双极板脉冲电流辅助冲压工艺中,将脉冲电流单独作用于保压阶段、冲压阶段以及作用于整个冲压过程(冲压阶段+保压阶段)3种通电方式对极板流道深度及壁厚分布的影响。方法 以316L不锈钢薄板作为实验材料,调节流经样品的电流参数,分别为0、10、20、30 A,分析脉冲电流参数和通电方式对极板流道深度及壁厚分布的影响规律。结果 在高电参数下,当采用在冲压阶段通电、在保压阶段断电的方式2时,在保压阶段可促进应力松弛,具有最佳的回弹抑制效果,其成形深度回弹可减小73.88%。在不同电参数下,3种成形方式对双极板流道壁厚分布具有相似的影响。槽顶和槽底的壁厚减薄相对较小,减薄量为原板材厚度的2%~6%;流道直壁壁厚减薄为原板厚度的9%~15%;而外圆角和内圆角区域的壁厚减薄较大,达到27%~30%。结论 在金属双极板脉冲电流辅助冲压工艺中,以不同方式施加脉冲电流,均可以显著提升流道深度,对壁厚影响并无明显差别。特别地,采用在冲压阶段通电、在保压阶段断电的方式2可以显著提升对流道回弹的抑制效果。     

TA1纯钛微型杯件软模微拉深成形工艺研究

目的 提高现有微成形工艺的可成形性,解决薄板易破裂等缺陷,探究薄板软模微拉深成形工艺的工艺参数对成形性的影响,致力于制造具有更大拉深比的微型杯件。方法 采用退火后的纯钛薄板作为原始板材,设计了薄板的软模微拉深成形模具进行实验。实验中探讨了工艺参数和材料参数对微型杯件极限拉伸比的影响。工艺参数包括压边力、橡胶性能和润滑方式,材料参数主要是晶粒尺寸。结果 通过控制压边力能够避免微拉深工艺中的缺陷。压边力过低会导致法兰区域起皱,压边力过高会导致上圆角部位破裂。采用刚度系数为72N/mm的压边弹簧能够有效避免起皱和破裂。选用硬度为65HA的聚氨酯橡胶能够成形出极限拉深比最大（为2.64）的纯钛微型杯件。软模微拉深工艺必须采用有效的润滑方式来提高板材的流动行为。采用蓖麻油润滑能够有效避免微型杯件的破裂缺陷。板材的晶粒尺寸对极限拉深比的影响是最强烈的。晶粒尺寸为8.4μm的纯钛薄板能够制造出极限拉深比为2.64的微型杯件,而随着晶粒尺寸的增大,微型杯件的极限拉深比显著下降。结论 通过软模微拉深工艺并且采用合适的工艺参数成功制备了极限拉深比为2.64的微型杯件,与现有工艺相比,所获得的微型杯件的极限...     

超声振动辅助T2紫铜薄板软模微胀形工艺研究

目的 解决薄板微胀形工艺中尺度效应导致的零件尺寸精度及形状精度不稳定以及板料减薄带来的成形极限下降等问题。方法 对T2紫铜薄板进行多球冠微结构胀形工艺研究,对比刚模微胀形和超声振动辅助软模微胀形工艺条件下球冠微结构的成形质量,分析壁厚减薄率的变化规律,研究超声振动保压时间对球冠形貌及胀形高度的影响,对比分析紫铜薄板厚度对球冠胀形质量的影响规律。结果 超声振动辅助软模微胀形工艺能够提高球冠微结构胀形极限,促进材料均匀变形,改善壁厚分布,相比于刚模微胀形,在超声作用下壁厚减薄率降低了约7%。超声振动保压时间越长,球冠贴模性越好,当保压时间为80 s时,球冠相对高度提升了0.1 mm。板料厚度越薄,成形极限越低,当板料厚度为100μm时,球冠成形质量及成形精度最高,在超声振动辅助软模微胀形工艺条件下,球冠成形极限进一步提高。结论 超声振动与软模相结合的复合成形方法能够降低T2紫铜薄板微胀形尺度效应的不利影响,抑制壁厚过度减薄,显著提升胀形精度和成形极限。     

双筒形皮带轮多道次拉深成形工艺

目的 研究双筒型带轮多道次拉深成形过程。方法 根据冲压手册计算拉深道次与凸、凹模尺寸,并采用有限元模拟软件DEFORM,模拟分析多道次拉深成形过程。根据理论计算得出需要8道次拉深成形双筒形带轮。结果 随着成形道次的增加,内筒及外筒圆角处累积的应力应变值最大减薄最严重,从外筒至内筒壁厚持续减小,其中内筒底部圆角为厚度最小处。结论 通过8道次拉深的方法成形出所需的零件,零件壁厚达到所需要求,并成功试验出成形质量较好的样件。     

高温合金Ω截面密封环旋压成形规律研究

目的研究工艺参数对高温合金Ω截面密封环旋压成形过程的影响规律,解决该类构件旋压成形难题。方法基于ABAQUS/Explicit平台建立了高温合金Ω截面密封环普旋三维有限元模型,通过该模型研究了旋压成形过程中的主要工艺参数对其等效应力、等效塑性应变、壁厚变化的影响规律,进而揭示了各参数对环件成形质量的影响。结果芯模转速增大,不均匀变形程度增大,等效应力峰值先增大后减小,壁厚减薄基本不变;增大旋轮进给率与旋轮圆角半径,均有利于降低不均匀变形程度和等效应力峰值,改善壁厚减薄。结论当芯模转速为10～15rad/s,旋轮进给率为0.8～1.0mm/r,旋轮圆角半径为1.5～2.0 mm时,可以获得成形质量较高的Ω截面密封环。     

复合成形轧制铜极薄带变形局部化的晶体塑性有限元模拟

随极薄带厚度的进一步减薄，轧制极薄带变形由于轧件厚度/晶粒尺寸比值小的尺寸效应和变形程度导致各向异性与局部化已完全不同于轧制厚件时的变形特性。采用具有拉拔-压缩-剪切复合成形功能的微型异步轧机开展系列厚度铜极薄带的箔轧实验，结果表明复合成形轧制工艺和极薄带尺寸显著影响轧制力能参数与箔材质量。宏观有限元理论已不再适用出现这些新现象的极薄带轧制变形的建模。将嵌入初始晶粒形貌和取向等微观组织结构信息的介观晶体塑性有限元模型(CPFE)用于复合成形条件下铜极薄带轧制变形局部化的模拟与分析，指导箔轧工艺优化和提高箔材质量。晶粒层次的晶体塑性有限元模型，准确预测了单层晶铜极薄带轧制变形局部化的现象和趋势，模拟与实验的轧制力吻合较好，尤其是各向异性。随上下工作辊异速比的增大，箔材厚度方向剪切变形增强，变形带、滑移带形成且局部化趋势显著。晶粒变形局部化的差异，对轧制制备极薄带材的控形控性造成困难。     

工艺参数对汽车轮毂内径与壁厚偏差的影响

目的研究铝合金轮毂旋压成形工艺参数对成形质量的影响。方法运用有限元软件建立数值模型;以减薄率、摩擦因数、旋轮圆角半径、进给比和芯模转速为自变量,以内径偏差和壁厚偏差为目标函数,建立四因素四水平正交试验。结果极差分析得到第一道次强力旋压对壁厚偏差的影响主次关系为:旋轮圆弧半径ρ进给比f摩擦因数μ芯模转速nM,对内径偏差的影响主次关系为:旋轮圆弧半径ρ进给比f芯模转速nM摩擦因数μ。结论通过有限元分析得到了旋压工艺参数对轮毂内径与壁厚偏差的影响规律,为实际生产中工艺参数的选择提供了指导作用。     

结构尺寸对316L矩形波纹管液压胀形的影响

目的 掌握结构尺寸对矩形波纹管液压胀形的影响规律。方法 利用有限元平台Abaqus/Explicit建立316L矩形波纹管的三维有限元模型,对其液压胀形过程进行数值模拟分析,并利用实验验证有限元模型的正确性,基于单因素法研究长宽比、过渡圆角半径及波距对矩形波纹管成形质量的影响。结果 综合考虑成形波高、壁厚减薄率及周向轮廓3个指标,获得了长宽比、过渡圆角半径和波距对波纹管成形的影响规律,并给出了各参数对不同指标影响的显著性。结论 随着长宽比的增大,长边壁厚减薄率明显减小,圆角与短边的壁厚变化不大,并且不同长宽比波纹管的成形轮廓均在圆角段上低于设计值,在直线段上高于设计值;增大过渡圆角半径更有利于圆角段的贴合,且有利于降低周向壁厚减薄率;波距对波纹管的壁厚减薄率影响显著,波距较小时,波峰上有明显的增厚现象,随着波距的增大,波峰上的增厚现象逐渐消失并开始减薄,波纹管周向波高增大,直边波高容易超出公差范围,可以通过降低成形内压或减小模片间距将波高修正到公差范围内,获得合格的波纹管产品。     

轻质高强异形管件充液压制成形技术

目的 针对轻质高强异形管状构件的迫切需求,研发了充液压制成形技术,以在低载荷下成形出具有高强度、大尺寸、小圆角等特征的异形空心薄壁管状构件。方法 给出了充液压制成形的力学原理,建立了成形过程压制力计算模型与临界支撑内压理论模型,分析了充液压制成形过程失稳屈曲/起皱规律、圆角充填机理与壁厚分布规律。结果 当管材充液压制过程所需的支撑内压为内高压成形压力的1/10~1/20时,就可以避免管坯发生失稳屈曲与起皱,同时使压制力大幅降低。在弯曲与压缩应力复合作用下对管坯进行圆角充填,充液压制成形得到的管件壁厚减薄非常小。结论 利用小吨位合模压力机在超低压条件下可以充液压制成形出具有小圆角与均匀壁厚的轻质高强异形管件,解决了传统内高压成形压力高、易发生开裂等难题。     

板料粘性介质胀形、聚氨酯以及钢凸模胀形的实验研究

采用胀形实验,对比研究了3种不同粘性介质胀形、粘性介质与聚氨酯及钢凸模胀形,以及在不同反向压力下粘性介质胀形对板料成形性能的影响.结果表明,采用粘性介质作为成形过程软凸模比聚氨酯和钢凸模具有较低的厚度减薄量和更均匀的壁厚分布,因此更能提高板料的成形性.     

TA4纯钛带材各向异性屈服行为表征与研究

目的 基于复杂加载状态试验和先进屈服准则,实现考虑塑性演化的TA4纯钛在复杂加载状态下塑性各向异性行为的精确表征。方法 通过0°、45°、90°方向的单拉试验和复杂加载比例的十字形试件双向拉伸试验,获得TA4纯钛的基本力学性能参数和拉伸屈服轨迹,采用不同的屈服准则对试验屈服轨迹进行预测,并通过变r值的屈服准则预测其屈服轨迹的塑性演变规律。结果 在小变形范围内,Yld2000?2d屈服准则对TA4屈服轨迹的预测精度最高;塑性变形过程中,呈线性增大趋势的r值与TA4纯钛的屈服轨迹演变现象直接相关。结论 试验与理论屈服轨迹的对比表明,Yld2000?2d屈服准则可以实现TA4纯钛初始屈服行为的精确表征。TA4纯钛带材的r值随塑性变形呈线性增大趋势,考虑塑性演化的Barlat89屈服准则预测的TA4屈服轨迹外凸性更显著。在TA4纯钛带材冲压成形过程的有限元分析、模具设计和工艺优化中,仅考虑初始屈服轨迹时,可采用Yld2000?2d屈服准则;当各向异性特征存在较强的塑性演化相关性时,可采用形式相对简单的Barlat89屈服准则。     

TA2纯钛构件电流辅助旋压成形实验研究

目的 研究TA2纯钛板电流辅助旋压成形工艺参数的影响,对变形过程进行分析。方法 在1 mm纯钛板的旋压过程中,电源、钛板和工具头构成电流回路,钛板局部温度迅速升高,工具头和旋轮协同导电加热旋压变形。试验了TA2纯钛板在室温和不同电流辅助下的旋压成形性能,在此基础上试验并分析了不同润滑条件下的旋压件表面质量。结果 在电流辅助旋压成形过程中,曲母线形件旋压变形过程为剪切变形,壁厚偏离率会影响钛板失稳起皱和反挤等缺陷。由电塑性效应可知,电流对纯钛板成形性能有着显著的影响,纯钛板的塑性变形能力随电流的增加而增强;二硫化钼作为一种理想的高温润滑剂,可以降低摩擦因数,提高旋压件的表面质量和工具头的使用寿命。结论 实验发现电流辅助旋压可以显著提升纯钛板的成形性能,表明该技术是可行的,且易于控制操作。     

PEMFC金属双极板冲压成形数值模拟与实验

目的 研究金属双极板冲压成形过程中各工艺参数和模具结构参数对成形质量的影响。方法 采用Dynaform有限元分析软件对SS304双通道蛇形流道双极板冲压成形过程进行模拟。研究模具圆角半径、模具锥度、压边力、拉延筋等因素对双极板成形质量的影响。结果 增加模具圆角半径和模具锥度可防止双极板破裂。适当增大压边力能有效消除起皱缺陷,设置拉延筋能有效改善坯料流动情况,必要时需设置多重拉延筋使零件成形完全。当模具圆角半径为0.25 mm,模具锥度为0°,拉伸深度为0.5 mm,压边力大小为60 kN,并采用双重拉延筋的情况下,所成形的金属双极板质量良好,无破裂、起皱、成形不足等缺陷。结论 模拟结果与实验结果一致,验证了模拟结果的正确性,可见采用冲压工艺成形金属双极板是可行的。     

High-speed penetration of a thin plate into a metal strip

The article presents experimental data on the penetration of a thin copper plate into a strip of steel and titanium alloy. It shows The effect of the width of the strip on the depth of penetration connected with the effect of unloading waves from the lateral surfaces of the strip and the nucleation of a crack at the bottom of the formed crater.Translated from Problemy Prochnosti, No. 8, pp. 45–48, August, 1992.     

Grundlageneigenschaften und Verschleißverhalten von HfB2- und Hf(B,N)-Schichtsystemen

Investigation of Fundamental Properties and Tribological Behaviour of HfB₂ and Hf(B,N) Coatings Thin films of HfB₂ and Hf(B,N), including intermediate layers of pure titanium, were sputtered in a rf sputtering unit on steel substrates. The deposition parameters bias-voltage and deposition pressure in the case of HfB₂ and the nitrogen flow concerning to Hf(B,N) were systematically varied. The characterization of the coatings includes fundamental properties such as thickness, hardness, adhesion and cohesion, structure, morphology, residual stresses and wear resistance of the coatings resulting from the plate on cylinder tribometer. The hardness values, analysed with the Vickers and the indentation depth method (Universal hardness), were extremely high for HfB₂ films, deposited with low deposition pressure or high bias voltage applied on the substrate. These results are probably caused by high residual stresses in the coating. The best wear properties could be obtained by testing the hardest coatings.     

An experiment on stress intensity factors for an interface crack between epoxy and aluminum plates

A teflon tape (0.07 mm thickness) is placed at the center of an edge of an epoxy plate. The plate is used to fabricate a mold, and epoxy resin is cast in the mold so as to produce a cracked epoxy plate. A tensile test is conducted so as to determine the fracture toughness value of the epoxy plate. Next, a mold is fabricated from an aluminum plate having a teflon tape placed along its edge, and epoxy resin is cast in the mold so as to produce an epoxy-aluminum composite weakened by an interface crack. Tensile testing reveals that the crack always propagates into the epoxy plate at an angle measured from the interface. The stress intensity factor for an interface crack is defined in a manner similar to that for a crack in a homogeneous material, and is obtained for several values of a/h, 2a being the crack length and 2h being the width of the epoxy-aluminum composite.     

TB8钛合金直壁方形盒多道次渐进成形壁厚分布的试验研究

目的 改善直壁方形盒制件在传统成形路径中厚度减薄严重的问题。方法 采用一种上下交替往复成形轨迹的方法对TB8钛合金直壁方形盒进行试验研究,分析不同成形轨迹下制件壁厚的变化规律,测量直壁方形盒的最大减薄情况,并在此基础上讨论减薄程度与制件口部翘曲间的相关性。结果 采用上下交替往复成形轨迹的方法能使制件壁厚减薄程度减轻、壁厚分布更加均匀且壁厚突破正弦定律,经测量制得的TB8钛合金直壁方形盒的最大减薄率为42.6%,比经自上而下成形轨迹的成形方法制得的TB8钛合金直壁方形盒的最大减薄率降低了23%,同时能有效减轻制件口部翘曲程度。结论 上下交替往复成形轨迹的成形方法是改进传统自上而下成形方法制作直壁方形盒的有效途径。     

Production of surface chilled ductile iron

Surface chilled ductile iron has become a promising material for machine parts exposed the wearing and impact because of good combination of high wear resistance and toughness. In this study, the effect of the chemical composition, mold wall thickness and sample diameter on the chill formation, chill depth, and carbide precipitation in the ductile iron were studied. The casting having four different chemical compositions were carried out to copper molds having various samples diameter (? 10–50 mm) and mold wall thickness (5, 15, 20, 30 and 50 mm). Microstructural and hardness profile evaluation were carried out from surface to center of part in order to define the effects of cooling rate on the chill formation. Experimental results showed that the production of surface chilled ductile iron having various chill depths can be achieved with controlling of the cooling rate. Hardness profile increases with increasing of mold wall thickness (cooling rate). High chromium content increases chill depth and decrease graphite formation. High silicon content promotes graphite formation while it decreases carbide precipitation. Chill formation on the ductile iron can be optimized with controlling mold wall thickness and sample diameter (cooling rate).     

Crack tip stress fields for thin,cracked plates in bending,shear and twisting: A comparison of plate theory and three-dimensional elasticity theory solutions

A three-dimensional finite element study of crack tip fields in thin plates under bending, shearing, and twisting loads is carried out to study the relation of the plate theory crack tip fields to the actual, three dimensional crack tip fields. In the region r>0.5h the Kirchhoff theory is a good approximation of the three dimensional stress fields for symmetric plate bending. The Reissner theory gives a good approximation in the region r<0.1h. Similar results are found for the shear and twisting problems, although for pure shear loading, the Kirchhoff theory is a good approximation somewhat farther r>h from the crack tip than in the bending problem. In the case of shear loading the near tip out-of-plane shear stresses do not vary quadratically through the thickness as in plate theory, but are nearly constant, except in the neighborhood of the free surface. Quadratic variation, as predicted by plate theory, is observed for r>h. Energy release rates based on the Kirchhoff and Reissner theories agree well with those computed by means of three dimensional finite element analyses.