304不锈钢薄板微塑性成形尺寸效应的研究

针对五种厚度304不锈钢薄板进行了单向拉伸试验和微弯曲试验,测得的屈服应力和回弹角均随板厚减薄而增大,表现出“越薄越强”的尺寸效应现象。通过在Hall-Petch公式中引入相对厚度项对公式进行修正,使得对屈服应力的预测与试验结果更吻合。采用修正的Nix-Gao应变梯度强化模型预测了回弹角与板厚的关系,预测结果与试验结果吻合。
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基于控制变量法的高强度钢板V形折弯回弹实验研究

针对引起国产高强度钢板在V形折弯时出现的回弹现象,对材料性能及钢板厚度的参数进行研究。通过控制变量法对高强度钢板进行V形折弯实验得出实验数据并分析屈服强度及板厚对回弹角的影响程度。并提供一些减少回弹角影响的方法。研究发现:牌号为S500MC,HG70,Q550D的三种高强度钢随着板料厚度的增加,回弹角的减少现象将越显著,可以采取适量增加钢板厚度来减少回弹角带来的影响;高强度钢板的屈服强度越大,随着其板料厚度的增加,其回弹角越大,回弹角的变化曲线会比屈服强度低的高强度钢板的回弹角的变化曲线要更平稳,可以通过适当减少高强度钢板的屈服强度的方法来达到减小高强度钢板回弹的效果。     

C5210磷青铜薄板微弯曲回弹的尺寸效应

采用RG-2000型微机控制电子万能试验机,通过微弯曲试验,研究了C5210磷青铜薄板的厚度、晶粒尺寸以及弯曲半径等相关尺寸对其微弯曲回弹的影响。结果表明:C5210磷青铜薄板的厚度、晶粒尺寸和弯曲半径等对其回弹均有显著的影响,具有明显的尺寸效应;薄板的厚度越大,回弹量越小,厚度对回弹量的影响非常显著;薄板的晶粒尺寸越大,回弹量越小,当晶粒尺寸大于40μm时,回弹量呈缓慢减小趋势;回弹量随着弯曲半径的增大而增大,而且薄板的厚度越小,增大的趋势越明显。     

多夹钳式柔性拉伸成形时过渡区长度的研究

多夹钳式柔性拉伸成形是一种新型的柔性成形工艺。以球形曲面件为研究对象,建立多夹钳式柔性拉伸成形时的有限元模型;对比分析不同过渡区长度对成形力、应变分布、厚度分布及回弹的影响,同时分析应变值及应变分布状态对成形件回弹的影响。结果表明,多夹钳式柔性拉伸成形时,过渡区长度越小,板料越容易贴模,所需的成形力越小,成形件的应变及厚度减薄越小,并且应变及厚度分布越均匀,越显著提高成形件质量;尤其是在过渡区长度为0时也能够圆满地完成板料成形,显著提高材料利用率,节省制造成本。另外与增加应变大小相比,提高应变均布程度可以更有效地减小回弹,在自主研发的多夹钳式柔性拉伸成形机上对数值模拟结果进行试验验证。     

挤出切削制备梯度结构铝带材的新工艺及机理

挤出切削是一种新型剧烈塑性变形工艺，通过设计特定的材料塑性流动通道，使得材料在切削和挤出的共同作用下，实现一步法制备具有梯度结构的超细晶金属板材或带材，具有工艺简单、所需装备成熟、制造效率高等优点。目前关于挤出切削成形工艺、机理以及制备的梯度超细晶结构材料性能方面研究非常匮乏。通过理论分析、试验以及数值分析相结合的方法，对不同挤出厚度下梯度结构铝带材1060的成形过程进行探究，分析挤出切削加工机理以及工艺参数对制备梯度结构铝带材1060的影响规律。研究结果表明，随着挤出厚度的增加，高应变区范围无明显变化，但低应变区增大，更多的材料从侧向挤出。挤出切削制备的梯度结构铝带材晶粒细化显著，硬度提升明显，晶粒尺寸与硬度在厚度层上均呈明显的梯度分布规律。制备的梯度结构铝带材的拉伸强度随着挤出厚度的增加呈下降趋势，而延伸率有所上升。相比原始样品，梯度结构铝带材的拉伸强度几乎提升了一倍，而延伸率仅略微下降。研究表明，挤出切削是一种可行且高效的梯度结构材料制备工艺，可通过调控工艺参数制备不同梯度分布的材料。     

切削加工产生纳米材料过程中的剪切应变分析

切削加工是获取纳米材料的一种新的工艺方法,几乎适用于任何金属或合金材料。在通过切削获取纳米材料的过程中,剪切应变起了至关重要的作用。本文探讨了剪切应变对材料晶粒组织(尺寸)的影响,影响剪切应变的主要因素以及剪切应变的确定方法。研究表明,剪切应变越小,晶粒尺寸越大;剪切应变越大,则晶粒尺寸越小;剪切应变随刀具前角的增大而减小,因此,较小的刀具前角能增大剪应变值,有利于减小晶粒尺寸,进而形成纳米晶体组织。     

尺寸效应对H62黄铜微拉伸性能的影响

通过H62黄铜单向微拉伸实验,分析了微尺度下板料厚度与晶粒尺寸之比t/d、晶粒尺寸d对材料力学性能的影响,以及板料厚度t、晶粒尺寸d对材料各向异性的影响。微拉伸实验结果表明随着t/d的增大或者d的减小,材料的抗拉强度和延伸性能相应提高,随着板料厚度t的增大或者经退火热处理后所得晶粒尺寸d的减小,材料的厚向异性系数随之增大,经退火热处理后材料的厚向异性均大于未经热处理的原始态材料的厚向异性。     

晶粒尺寸对TC4钛合金超塑性行为及变形机理的影响

研究了不同晶粒尺寸(2,8,18μm)T℃4钛合金在温度860～950℃和应变速率5×10-4～5×10-3S-1条件下的超塑性拉伸变形行为及组织演变,分析了晶粒尺寸对该合金超塑性变形行为及变形机理的影响.结果表明:在温度890℃、应变速率5×10-4S-1的变形条件下,细晶(2μm)合金超塑性变形的断后伸长率高达1 300%,而粗晶(18μm)合金的仅为450%;细晶(2～8μm)A金超塑性变形后,平均应变速率敏感指数m值在0.50左右,晶粒保持较好的等轴状,在α/α仅晶界、α晶内均未观察到明显的位错,在α/β晶界附近发现少量的位错;粗晶(18 μm)合金超塑性变形后,m值仅为0.30,晶粒等轴程度下降,在α/α晶界及α晶内均发现大量位错,且在α晶内发现亚晶.     

拉深筋对板材变形特征和力学性能的影响研究

采用实验方法将金属板材拉过不同尺寸的拉深筋镶块,分析了拉深筋高度、圆角半径以及过筋次数对板材变形特征的影响规律,研究了过筋产生的预应变对板材后续力学性能的影响规律。结果表明：板材流过拉深筋后,流动方向上发生均匀的拉伸变形;过筋产生的预应变随着拉深筋高度增大而增大,随着圆角半径增大而减小,随着过筋次数增加而近似线性增大;预应变越大,材料后续屈服强度和抗拉强度越高,但后续延伸率越小,总延伸率随着预应变增大表现出先减小后增大的趋势。     

梯度纳米晶结构材料变形机制的理论模型研究

针对纳米晶材料拥有较高强度但是塑性较低的问题,对高塑性的纳米晶材料进行了归纳,对高强度高塑性的梯度纳米晶材料的微观结构和变形机制进行了研究。提出了一个基于晶粒尺寸和晶界取向角的新理论模型讨论晶粒大小为20 nm~300 nm的梯度纳米晶结构的变形机制。研究了晶界滑移过程中晶界上位错的堆积情况,描述了晶界滑移和晶界迁移的能量特征。根据晶粒大小和晶界取向角这两个参数,通过能量法计算并定量分析了晶界滑移与晶界迁移能量特征之间的关系。研究结果表明,在梯度纳米晶材料中存在两种主要变形机制,相互竞争的两种变形机制最终导致梯度纳米晶材料不仅强度高而且韧性好;晶粒尺寸小于170 nm时主导变形机制为晶界迁移,大于170 nm时主导变形机制变为晶界滑移。     

Springback prediction of the vee bending process for high-strength steel sheets

The precise prediction of springback is a key to assessing the accuracy of part geometry in sheet bending. A simplified approach is developed by considering the thickness ratio, normal anisotropy, and the strain-hardening exponent to estimate the springback of vee bending based on elementary bending theory. Accordingly, a series of experiments is performed to verify the numerical simulation. The calculation of the springback angle agrees well with the experiment, which reflects the reliability of the proposed model. The effects of process parameters such as punch radius, material strength, and sheet thickness on the springback angle are experimentally tested to determine the dominant parameters for reducing the springback angle in the sheet bending process for high-strength steel sheets. Moreover, the effects of the thickness ratio, normal anisotropy, and the strain-hardening exponent on the springback angle in the vee bending process for high-strength steel sheets are theoretically studied. Therefore, improving understanding on and control of the springback reduction of the vee bending process in practical applications is possible.     

面向磁流体增强的骨架结构微成型设计及回弹特性研究

为提高磁流体密封液膜的刚度和抗压力性能,设计一种应用于磁流体密封的翻边Z型增强骨架,该骨架由软磁金属薄板微成型冲压而成。对软磁金属电工纯铁和无取向硅钢进行单向拉伸试验,得到2种材料的应力应变曲线。利用幂硬化准则对Z型骨架成型回弹特性进行理论分析,确定影响回弹的主要因素为材料参数、厚度、弯曲半径、开孔宽度等。利用有限元软件对成型回弹过程进行仿真,应用因素水平分析,以残余应变和最大回弹量为指标,分析板胚厚度、弯曲半径、开孔宽度对回弹的影响。仿真结果表明：在研究的范围内通过增大板胚厚度、减小弯曲半径、减小翅片宽度能有效降低骨架回弹;当厚度为0.3 mm,弯曲半径0.3 mm,翅片尺寸为2 mm×1 mm时骨架成型回弹量最小,运用硅钢材料比纯铁具有更小的回弹量。研究结果对软磁金属的微成型冲压及磁流体密封复合材料设计提供了参考。     

Unconstrained bending and springback behaviors of aluminum-polymer sandwich sheets

The bending and springback behaviors of sandwich sheets are more complicated than those of monolithic layer metallic sheet due to the extremely large difference in mechanical properties and in the gauges of polymer core and the skin sheet. In the present study, the bending and springback behaviors of aluminum-polymer sandwich sheets were investigated by using analytical method and conducting experiments and numerical simulations. A simplified analytical model was proposed to calculate the bending moments for sandwich sheet in unconstrained bending process through analyzing the strain and stress distributions of skin sheet and core materials. Then, the analytical model was applied to predict the springback of sandwich sheets after bending. Numerical simulations and experiments of unconstrained bending process for aluminum-polymer sandwich sheets were conducted to investigate the influences of mechanical properties of each layer and thickness ratio of two layers on the folding defects, neutral layer location, and springback. The results show that the neutral layer shifts dramatically toward the compression region of the specimen during bending. The folding angle mainly relates to the strength difference between the skin sheet and the core polymer. The springback angle of sandwich sheet is mainly determined by the mechanical properties of skin sheet.     

Optimized bending angle distribution function of contour plate roll forming

Regarding the roll forming of contour plates, traditional roll forming techniques often result in peak longitudinal strain during the forming process, which causes defects such as longitudinal bowing and springback. The bending angle, sheet thickness, and the number of forming passes are all important process parameters that cause the aforementioned problems. This study proposes quantifying the projection track regarding the edge of the profile section in the horizontal plane that follows a cubic curve and uses the curve function to reasonably distribute the bending angle to study the maximum forming strain and the average strain for all passes of the sheet between the forming passes. Simultaneously, the influence law of the sheet thickness and number of forming passes was studied. Based on theoretical simulation and experimental verification, the optimal bending angle distribution function is A1: y?=?x³?+?x²?+?x. When the thickness of the sheet is 1.5 mm, both the maximum forming strain between the passes during roll forming and the average strain of all passes are the smallest, which are 3.91 and 0.609%, respectively. Moreover, with the increase in the number of passes, the longitudinal bowing and springback decrease to varying degrees.     

介观尺度磷青铜薄板韧性断裂和变形行为的尺寸效应

借助单轴微拉伸试验研究了磷青铜薄板力学性能和韧性断裂的尺寸效应。结果表明,屈服强度与材料厚度t、晶粒尺寸d之间均存在着第Ⅱ类尺寸效应,但与t/d之间却存在着第Ⅰ类尺寸效应。断口形貌显示,随着t的减小,断裂机制由韧窝-微孔聚集断裂向滑移分离过渡;随着d的增大,韧窝逐渐变大变深,但当t/d<1时,拉伸过程过早形成微裂纹,导致试样迅速断裂。最后,基于表面层模型构建了介观尺度磷青铜薄板的混合本构方程。     

基于有限元分析的铝合金板料弯曲回弹的影响因素研究

铝合金材料的弯曲成形是飞机板材和型材零件常用的加工方式之一,在卸载过程中,由于板料的弹性回复,不可避免的会出现回弹现象,在实际加工中如何预测工件回弹后的形状,并对模具进行适当修正仍是一个比较难解决的问题。本文利用非线性有限元软件MARC对不同厚度的铝合金板材弯曲加工过程进行了模拟分析,给出了相对弯曲半径,弯曲中心角,及不同弯曲模式与回弹角度之间的关系,并与实验数据进行了比较。结果表明,有限元分析结果与实验结果比较吻合,有限元模拟能有效地分析和预测铝合金板料的弯曲回弹,为实际生产加工过程中工艺参数的选择提供有力的参考。     

超薄镀锌板辊弯成形回弹工艺分析

对于超薄镀锌板,厚度薄回弹量大难以控制是运用辊弯成形方法中的难点之一。基于ABAQUS有限元软件建立了超薄板辊弯成形仿真模型,以单波模型为例,运用正交试验方法分析了压型板的回弹,详细分析了相对弯曲半径变化对回弹的影响。研究表明,材料厚度增加、弯角半径减小时,回弹角度会减小;在一定范围内较少道次数也能减小回弹角度;板材回弹角度与r／t值成线性关系。     

21-6-9高强不锈钢管数控弯曲回弹的理论计算及有限元分析

为了研究几何参数和材料参数对回弹的影响,基于弹塑性理论推导了最终弯曲半径和回弹角度的近似计算公式,结合有限元模拟,分析几何参数和材料参数对21-6-9高强不锈钢管材数控弯曲回弹规律的影响,并对理论解析、有限元模拟和试验结果进行对比。结果表明：最终弯曲半径随着弯曲半径、强度系数的增大或弹性模量、硬化指数的减小而增大,且与弯曲角度无关;回弹角度随着弯曲角度、相对弯曲半径、强度系数的增大或弹性模量、硬化指数的减小而增大;有限元模拟结果和试验结果吻合良好,能够较精确地预测回弹;理论解析与试验结果对比误差较大,但能够反映回弹角的变化趋势。