C5191磷青铜薄板超高速冲裁断面的显微组织特征

为了研究C5191磷青铜在超高速冲裁条件下的变形机制,借助DOBBY-OMEGA F1超高速冲床完成0.12 mm厚的C5191磷青铜板材在3000冲次/分条件下的超高速冲裁试验,并分别利用EBSD和TEM技术对冲裁断面进行显微组织表征.结果发现,冲裁断面区域晶粒沿着冲裁方向拉长排列,局部区域形成较强的{001}<10...     

基于修正Johnson-Cook模型的C5191-H磷青铜高速冲裁本构关系

针对高速冲裁过程中材料的应变硬化、应变速率强化、热软化效应数据难以获取,无法建立物理仿真动态模型的问题,利用Gleeble-3500热模拟试验机和分离式Hopkinson拉杆装置对C5191-H磷青铜分别进行应变速率为1、500、1000和1500 s-1、温度为20～400℃的拉伸试验,利用试验数据拟合并修正了经典的Johnson-Cook动态方程,并在高速冲裁数值模拟中验证了修正后的本构方程的有效性。结果表明:C5191-H磷青铜拉伸变形时呈现出明显的应变硬化和应变速率敏感性;利用试验数据拟合并修正应变强化项的Johnson-Cook动态本构模型,此模型具有较高的大应变、高速率、热效应本构关系描述精度,并能较好地描述该材料的高速冲裁物理仿真过程。     

C5191磷青铜高应变速率条件下的拉伸性能和变形机制

为了探讨C5191磷青铜在高应变速率条件下的动态响应,解决高速冲压工艺问题,本文利用电子万能试验机和分离式Hopkinson拉杆装置对C5191磷青铜分别进行应变速率为0.001S-1和500S-1、1000S-1、1500S-1的准静态和动态拉伸试验,结合SEM和TEM等手段,研究了C5191磷青铜的动态拉伸性能及其变形机制。结果表明：C5191磷青铜高应变速率动态拉伸与准静态条件相比较,其屈服强度和抗拉强度分别提升了32.77%和11.07%;应变硬化指数由0.075增加到0.251;材料强度应变速率敏感指数由0.005变化到0.022,呈现出明显的应变速率敏感性;高应变速率动态拉伸过程中,位错运动速度加快,导致位错“近程阻力”加大,使C5191磷青铜的变形抗力随着应变速率的增加而增大。可动位错数量的显著增多,多系滑移的开启,以及绝热温升软化效应一定程度上提高了C5191磷青铜高应变速率动态拉伸时的塑性。     

基于数字图像相关技术的金属冲裁过程材料变形分析

为准确分析金属板料冲裁过程中材料变形及断裂行为,构建了一个基于二维数字图像相关方法的原位应变测量系统。对Cu Sn0.15铜合金板材开展系列冲裁实验,通过该原位应变测量系统有效地跟踪记录了冲裁过程的局部大变形,获取了冲裁过程的各应变分量的应变场分布,在此基础上分析了应变演变规律和不同冲裁间隙的应变场差异。结果表明,剪切应变在冲裁过程前期起主导作用,而拉伸应变的急剧增大是在冲裁过程后期材料内部出现微裂纹的主要原因。不同冲裁间隙的应变场差异主要体现在拉伸应变的分化上,拉伸应变的差异是影响光亮带占比的主要因素。研究结果不仅为冲裁工艺的制定提供基础数据,还可为评定数值模型的有效性提供依据。     

基于在线冲裁的材料参数反求方法

为快速获取材料性能参数,解决生产过程中由于材料性能波动引起的质量问题,以冲压生产常用的冲裁工艺为切入点,给出一种直接从冲裁过程在线反求材料参数的方法。该方法以冲裁过程中在线实测的载荷-行程曲线为依据,结合有限元仿真结果,采用Downhill Simplex优化算法反求材料参数。为验证方法的可靠性,以3个不同厂家的同一牌号板料为研究对象,通过自主设计的测量系统在线测量冲裁过程中的载荷-行程曲线,反求的材料参数与拉伸性能实验结果的对比表明,该方法具有较高的精度。     

高速冲裁中防止废料上跳的方法

针对高速冲裁中易形成废料上跳的原因,提出了几种解决的措施。     

基于AutoCAD的冲裁压力中心和冲裁力确定方法

在冲模设计中,一般认为冲裁力与刃口轮廓线长度成正比,冲模压力中心通常采用计算法(解析法)或作图法求解。提出了一种基于AutoCAD中“工具”的压力中心和冲裁力确定方法,此法快速直接、简单方便、精度较高,可替代原有方法,值得推广。     

用C64780合金代替锡磷青铜的可行性研究

针对锡磷青铜偏析倾向严重,国产带材组织、性能一致性差、弹性元件寿命短的问题,发现用C64780合金可以代替锡磷青铜。C64780合金是一种Ni-Si青铜系合金,与锡磷青铜相比,具有相同的密度、熔化温度、疲劳寿命、强度和硬度,更有高的导电/导热性、软化温度和抗应力松弛能力。用C64780合金代替锡磷青铜带材,既可以降低原材料成本和加工成本,同时也可以极大地改善国产锡磷青铜性能差、弹性元件寿命短的问题,提升国产材料的性能。     

C5210磷青铜薄板成形行为的尺度效应（英文）

为研究厚度、晶粒尺寸对C5210磷青铜薄板力学性能和成形性能的影响,通过不同温度退火热处理得到不同晶粒尺寸的试样,然后在常温下对具有不同厚度和晶粒尺寸的试样进行单向拉伸试验。结果表明:当厚度在50~800μm范围内,材料的屈服强度随着厚度的减小而增大,而加工硬化指数和伸长率随着厚度的减小而减小,提出了描述屈服强度随厚度减小而增大关系的修正模型;材料的屈服强度随着晶粒尺寸的增大而减小,但加工硬化指数随着晶粒尺寸的增大而增大,伸长率则随着晶粒尺寸的增大先增大到一个峰值后再减小。通过扫描电镜观察拉伸试样的断口形貌发现所有试样断裂方式均为韧性断裂,并且随着厚度的增大断口韧窝的密集度增大,而晶粒尺寸越大的试样断口韧窝密集度越小。     

基于响应面法的C75S弹簧钢冲裁工艺参数优化

以C75S高强度弹簧钢作为研究对象,运用Deform-2D软件对板料冲裁过程进行数值仿真,基于响应面法对C75S弹簧钢的冲裁工艺参数进行优化。借助中心设计组合法设计冲裁试验,并建立了工艺参数与模具最大磨损深度之间的响应面模型,通过分析得知:模具刃口圆角半径与冲裁速度对凸模磨损的交互式影响最大;模具刃口圆角半径与冲裁间隙的交互式影响次之;冲裁速度与冲裁间隙的交互式影响最小。利用Design Expert软件得出最优的冲裁工艺方案为:模具刃口圆角半径为1.84t,冲裁速度为7.60 mm·s-1,冲裁间隙为13.23%t,凸模的磨损深度为4.02×10-6mm。此外,借助冲压模具进行冲裁试验,利用毛刺高度间接验证模具的磨损,试验值与响应面法优化值之间的相对误差为14.19%,两者保持较好的吻合性,从而为板料冲裁模具磨损的优化提供了一种有效方法。     

Evaluation of ductile fracture models for different metals in blanking

This study is focussed on the evaluation of ductile fracture methodologies, which are needed to predict product shapes in the blanking process. In an earlier publication [Goijaerts et al., J. Manuf. Sci. Eng., Trans. ASME 122 (2000) 476], two approaches were elaborated using local ductile fracture models. The first strategy incorporates the characterisation of a ductile fracture model in a blanking experiment. The second methodology is more favourable for industry. In this approach, instead of a complex and elaborate blanking experiment, a tensile test is used to characterise a newly proposed criterion, which was shown to predict accurately the ductile fracture for different loading conditions. In this paper, finite element simulations and experiments are performed on both tensile testing and blanking to evaluate the validity of both approaches with corresponding criteria for five different metals. In the blanking process, different clearances as well as different cutting radii of the tools are considered. In conclusion, it can be stated that the first approach gives very good results close to, or within the experimental error for all five materials. The second approach, the more favourable one for industry, yields good results that deviate slightly more over the range of metals.     

微细C5210磷青铜板料的尺寸效应研究

为研究常温下晶粒尺寸和厚度对C5210磷青铜力学性能的影响,引入尺寸效应影响因子φ=厚度/晶粒尺寸。结果表明,厚度不同时,随着φ从14.7减小到6.3,屈服强度减小了48%,延伸率由25.5%减小到18.2%;晶粒尺寸不同时,随着φ的减小,屈服强度先快速下降,当φ减小到3.5后便缓慢下降,延伸率则先增大再减小,φ为3.5时延伸率达到最大值29.2%。通过扫描电镜观察拉伸试样断口,均为韧性断裂。厚度不同时,随着φ的增大,韧窝数量增多且尺寸增大,材料塑性较好;晶粒尺寸不同时,φ从10.6减小至3.5,断面收缩率增加,韧窝尺寸增大,材料塑性较好。而当φ值继续减小到0.8时,韧窝数量减少,且尺寸变小,材料的塑性变差。     

Comparison of phosphor bronze metal sheet produced by twin roll casting and horizontal continuous casting

Much effort recently has been expended to study the strip casting process used to produce thin metal strip with a near final thickness. This process eliminates the need for hot rolling, consumes less energy, and offers a feasible method of producing various hard-to-shape alloys. The finer microstructure that results from the high cooling rate used during the casting process enhances mechanical properties. In this study, strips of phosphor bronzes (Cu-Sn-P) metal were produced using a twin roll strip casting process as well as a conventional horizontal continuous casting (HCC) process. The microstructures, macrosegregations, textures, and mechanical properties of the as-cast and as-rolled metal sheet produced by these two methods were examined carefully for comparative purposes. The results indicate that cast strip produced by a twin roll caster exhibit significantly less inverse segregation of tin compared to that produced by the HCC process. The mechanical properties including tensile strength, elongation, and microhardness of the products produced by the twin roll strip casting process are comparable to those of the HCC processed sheet. These properties meet specifications JIS H3110 and ASTM B 103M for commercial phosphor bronze sheet. The texture of the as-rolled sheet from these two processes, as measured from XRD pole figures, were found to be virtually the same, even though a significant difference exists between them in the as-cast condition.     

铝合金板在循环塑性变形下的韧性断裂行为模拟(英文)

基于数值模拟的方法研究在循环塑性变形下铝合金板的力学行为。首先,通过Cockcroft-Latham韧性断裂准则得到材料的断裂极限应力图,并通过实验对成形极限应力图进行验证。数值模拟结果表明:滚边时弯曲中心的应变路径可以认为是平面应变状态;采用绳式滚边方法可以改善在弯曲中心线上的应力集中现象。从滚边断口的扫描电镜照片可以发现,循环塑性变形对铝合金板的韧性断裂行为有影响。     

板材冲挤复合成形模拟与裂纹预测

板材冲挤复合成形是一种厚板近净形成形工艺,在汽车零部件精密成形制造中有着广阔的应用前景。文章采用刚塑性有限元法对板材冲挤成形工艺进行了模拟,确定了板材冲挤变形的速度场、等效应力场和等效应变场,揭示了板材冲挤工艺的成形特点。基于J.W.Hancock与A.C.Mackenzie提出的断裂判剧和数值模拟分析,预测了板材冲挤成形裂纹产生位置和主要影响因素。通过实验测定板材冲挤成形中裂纹产生情况,验证了模拟分析结果,对于板材冲挤复合成形工艺设计有指导意义。     

高强铝板韧性断裂准则参数求解及其成形极限

为确定符合高强铝板变形规律的韧性断裂准则的断裂参数,设计了10种不同形状和缺口的拉伸试样,分别采用积分式方程组法、解析式方程组法和曲面拟合法求解韧性断裂准则的多组断裂参数。通过分析统计理论断裂应变与试验断裂应变之间的相对误差评价了断裂参数的预测精度。结果表明:采用积分式方程组法和解析式方程组法依据误差分析分别筛选出的两组试样组合方案的预测精度均较好(误差均值小于30%),而曲面拟合法由于样本数据较少预测误差较大。根据积分式方程组法、解析式方程组法和曲面拟合法求解的最优断裂参数,应用Lou-Huh 2013准则绘制7075-T6高强铝板成形极限图,并采用半球形刚模胀形试验进行验证。验证结果表明:积分式和解析式方程组法预测7075-T6高强铝板破裂失稳偏于安全,这与参数求解时断裂起始点的选取偏于安全有关。     

应用韧性断裂准则预测板料的成形极限图

将Oyan韧性断裂准则引入数值模拟预测板料的成形极限图(FLD).讨论了各向异性系数对不同应变状态下准则中各项的影响,通过测定单向拉伸和平面应变拉伸的断裂应变确定了准则中的材料常数.模拟凸模胀形实验得到每一时间步应力、应变值,代入韧性断裂准则预测板料的成形极限.应用Oyan韧性断裂准则预测了铝合金A5182-O和SPCC的成形极限图.模拟结果表明,用韧性断裂准则和数值模拟相结合能成功预测板料的成形极限图.     

基于UG平台的片齿轮精冲模设计系统开发

采用Access作为后台数据库,以VC++6.0为开发平台,利用UG/OPEN二次开发工具,对UG软件进行二次开发,设计开发了一个专用于片齿轮精冲模设计的系统,实现了各模块的参数化建模,提高了片齿轮精冲模的设计效率。