金属板料塑性成形摩擦机理的力学模型探讨

本文从微观的角度简要地讨论了在金属板料塑性变形过程中 ,影响模具与金属板料表面的真实接触面积的因素是外力的大小、板料与模具表面的接触状态及板料的机械性能 (主要是屈服应力 )。指出在变形过程中 ,真实接触面积只占名义接触面积很小的一部分 ,并对板料与模具相对滑动时的摩擦力学模型进行了初步的探讨     

微动接触中分形粗糙表面的温升分布研究

目的 研究不同分形参数下表面粗糙度对微动接触表面温升的影响。方法 通过创建Python脚本,将MATLAB中利用Weierstrass-Mandelbrot函数构造的分形表面轮廓坐标导入ABAQUS中,使用样条曲线拟合轮廓坐标,构建包含粗糙表面的二维柱面-平面接触模型,研究表面粗糙度、法向载荷、切向载荷以及材料属性对接触表面温升的影响规律。结果 微动接触状态下,温升在接触宽度方向上呈先增后减的趋势,且沿深度方向温升幅值逐渐减小。不同粗糙度的表面节点具有相似的温升分布历程,热影响区主要分布于接触区表层附近,并在此表层产生高的温度场。粗糙接触模型会出现局部温升峰值,同时剪切摩擦应力和接触压力分布具有离散性,与文献中已有结论一致。结论 接触表面温升幅值随着粗糙度的增大而增大。当表面粗糙度和法向载荷一定时,随着切向载荷幅值的增大,上试件的相对滑移距离和摩擦热产生率增加,引起温升幅值增大。考虑材料属性时,发现温升幅值大小与材料导热性密切相关,材料导热性能越好,接触表面温升幅值越小。     

表面粗糙峰坐标点云重构的金属-橡胶接触分析

目的 通过金属-橡胶微观接触面粗糙峰坐标点云重构,建立外部载荷与接触面积、微观接触状态之间的联系.方法 基于粗糙表面的自相关函数和高斯分布函数,获得金属-橡胶粗糙接触面数据点云坐标,利用ANSYS APDL方法,建立金属-橡胶接触模型,对两种表面粗糙度(分别为1.6μm和3.2μm)的4种接触情形进行有限元接触分析,确定模型的可靠性.结果 随着外部载荷的增加,经数据点云重构后的粗糙表面,其接触面积呈非线性增加.载荷较小时,外加载荷每增加0.1 MPa,接触面积增加约6％;大载荷时,外加载荷每增加0.1 MPa,接触面积增加约1.5％.接触状态中,滑移占比为12％左右,近场和粘着呈完全相反的变化趋势.结论 随着外加载荷的增加,界面的真实接触面积呈幂指关系增加.同一载荷下,真实接触面积随表面粗糙度的增加而减小;随着外加载荷的增加,界面间的接触状态由近场接触向粘着接触转变.接触面积和粘着状态是界面间磨损粒子的分布范围和大小的确定因素,对于准确描述载荷传递和随之发生的磨损过程有着重要意义.根据橡胶表面的应力分布和变形情况,解释了粘着接触状态促使橡胶一侧微凸体脱落成为磨损颗粒,证明磨粒磨损是刚柔接触界面的主要磨损形式.     

基于分形理论的圆柱面接触密封特性分析

以圆柱面过盈配合形成的密封副的可靠性设计主要依据密封比压，未考虑接触面微观结构对密封泄漏失效的影响。为掌握微观结构与圆柱面密封泄漏之间的规律，依据分形理论，引入密封接触面过盈配合产生的接触压力与真实接触面积的关系，建立圆柱曲面微观接触泄漏模型，最后通过数值模拟方法分析了接触模型特征参数及材料力学参数对泄漏量的影响规律。结果表明：密封接触面粗糙度是影响密封效果的主要参数；接触面粗糙度不大于1.6μm时，可保证接触面密封效果；提高综合弹性模量可扩大过盈量对泄漏量的调控范围；表面硬度对真实接触面积影响显著，当表面硬度不大于300 N/mm²时，改变硬度对泄漏量影响显著；减小圆柱密封接触面初始最大泄漏孔隙面积，可提高密封件使用寿命。     

基于界面结合镀锌板不同摩擦因数拉深的数值模拟

运用固连失效接触将基板与镀层连接从而建立镀锌板模型,并在此模型下对镀锌板进行了杯突试验模拟分析。通过改变摩擦因数研究了不同摩擦因素对镀锌板杯突成形的影响。结果表明:镀锌板表面的镀层在杯突成形过程中,不同的区域存在着不同失效形式。其中在凸模圆角处,镀层以破裂形式失效;在凹模圆角处及压边圈外沿,镀层以剥落形式失效。随着摩擦因数的增大,基板与镀层的最大剪切应力与减薄率在不同的区域都有所增大。     

金属体积成形中摩擦描述与评估研究进展

采用合理的摩擦模型、测定准确的摩擦参数与恰当的评估体积成形摩擦条件对体积成形工艺路径的制定和优化十分重要。由于金属体积成形过程中的高压、高温、工艺参数多样性及其之间复杂的非线性关系,使得体积成形中工件和模具之间接触面上的摩擦描述与评估较为困难。为了适用不同工艺条件,不断发展和改进多种形式的摩擦模型与摩擦测试试验,从摩擦模型、摩擦评估测试方法、不同模型中摩擦参数的对应关系等方面评述了金属体积成形摩擦的描述与评估研究进展,详细阐述了几种适用性强、具有应用前景的摩擦模型结构形式、数值化特征、适用范围与摩擦参数测定方法。     

接触模型对搅拌摩擦焊接数值模拟的影响

在完全热力耦合搅拌摩擦焊接数值模型中采用两种接触模型--经典的Coulomb接触模型和修正的Coulomb接触模型,模拟了搅拌摩擦焊接过程,以分析不同接触模型对搅拌摩擦焊接过程数值模拟的影响.结果表明,对于低转速的搅拌摩擦焊接,两种模型的预测结果区别不大;但是对于高转速,由于界面摩擦剪切应力没有上限,采用经典的Coulomb接触模型无法模拟,需采用修正的Coulomb接触模型.搅拌头转速的增加不会改变搅拌摩擦焊接技术固态连接的本质.当采用高转速时,焊接构件上、下表面的变形趋于均匀.有利于得到均匀的显微结构.     

塑性变形导致的镀锌板基体表面粗糙化现象

以热镀锌板单向拉伸试验为基础,运用化学退镀以及随后的基体表面粗糙度测量和横截面标记观测等试验手段,比较了塑性变形前后基体表面及界面的形貌,得出,塑性变形过程中,基体表面作为界面的一部分会产生粗糙化现象,但这种粗糙化会受到镀锌层的抑制,因此界面并不会出现明显的形貌变化,然而这种基体表面粗糙化所产生的应力,可能导致界面失效。     

粗糙表面弹塑性加卸载多级接触模型

真实工程表面在微观尺度上都是粗糙的,它们之间的接触实际上是表面微凸体的接触,粗糙表面间的接触行为对接触部件的真实承载能力、摩擦磨损等性能都有重要影响,研究工程表面间的真实接触行为是摩擦学研究的主要内容之一。采用最小均方误差法得到表面轮廓抛物线拟合曲线,在最大限度近似原始表面轮廓的同时,该方法能够更好地适用于微凸体弹塑性接触加卸载模型。通过单个微凸体上的支承载荷将总体级别模型和微凸体级别模型相联系,建立粗糙表面多级接触加卸载模型。以柱面与平面接触为算例,将接触区域视为与圆柱母线平行的离散线条集合,得到微凸体法向变形量和粗糙表面真实接触面积,该模型可用于分析粗糙表面弹塑性加卸载的真实接触行为。     

粗糙表面的统计研究

论述了粗糙表面的表征方法,根据表面形成的随机特性,将粗糙表面的高度分布归为二项式分布.根据粗糙度取值的不同,讨论了泊松分布表面和高斯分布表面的高度分布特点和表面截面积及相对密度的分布情况.对表面接触状态进行了初步分析,认为表面接触存在一定的嵌入深度,并且根据嵌入深度可以估算表面接触面积.分析结果表明:泊松表面和高斯表面...     

A mathematical model of rough surface contact characterization in spot welding

0ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＧｅｎｅｒａｌｌｙ,ｔｈｅｒｅａｒｅｔｈｒｅｅｃｏｎｔａｃｔｓｕｒｆａｃｅｓｉｎｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇ ,ｔｈｅｕｐ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ/ｓｈｅｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ ,ｔｈｅｓｈｅｅｔ/ｓｈｅｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ (ｆａｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ)ａｎｄｔｈｅｄｏｗｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ/ｓｈｅｅｔｉｎｔｅｒｆａｃｅ.Ｏｎｏｎｅｈａｎｄ ,ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｔｔｈｅｓｈｅｅｔ/ｓｈｅｅｔｆａｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｉｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎ…     

厚规格镀锌板表面黑斑缺陷分析

利用扫描电镜对厚规格镀锌板生产过程中出现的表面黑斑缺陷进行表面形貌和成分分析,研究缺陷形成原因并提出改进措施。结果表明,镀锌层表面的局部氧化以及由于长时间在高温下与带钢表面摩擦,塔顶辊辊面状态较差是导致厚规格钢板生产过程中出现表面黑斑的主要原因。     

镀锌板圆盘剪分切侧向间隙对断面形貌的影响

通过镀锌板圆盘剪分切加工实验,研究镀锌钢板分切断面形貌特征及分切侧向间隙对剪切带、断裂带、塌角、撕裂角、毛刺等特征的影响规律。结果表明,侧向间隙是影响分切断面形貌的关键工艺参数,随着侧向间隙的增大,分切断面的剪切带高度迅速减小,塌角和撕裂角呈线性增大,而毛刺高度则先增大后减小再急剧增大。侧向间隙较小时,分切断面以塑性剪切带为主,表面质量和精度较高;侧向间隙较大时,以粗糙的断裂带为主,表面质量和精度较差;侧向间隙为板材厚度的1.25%～2.50%时,分切断面具有较为理想的表面质量。     

热镀锌表面亮点缺陷分析及控制

应用扫描电镜及能谱仪对镀锌板表面亮点缺陷微观形貌及化学成分进行分析。结果发现共有4类亮点缺陷,并且产生原因各不相同。第 I 类是钢基和铁-锌合金层之间Fe2Al5抑制层完整性、均质性受到破坏,影响带钢局部锌液浸润性;第 II 类是在镀后塔顶辊、光整机工作辊或个别转向辊上粘附有异物,对带钢表面刮蹭;第 III 类是因为带钢表面粘附有渣粒、氧化膜、金属间化合物等物质;第 IV 类是因为未清洁生产而导致环境污染物粘附在带钢表面。针对四类亮点缺陷产生的原因,提出了提高锌液浸润性、定时清理辊面、控制锌渣数量和清洁生产等具体控制措施。     

热镀锌板镀层表面点状缺陷的分析方法

使用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）和激光共聚焦扫描显微镜（LCSM）等分析方法研究了热镀锌板镀层表面的典型点状缺陷。结果表明：采用扫描电镜和激光共聚焦显微镜可以获得缺陷的形貌特征,而使用能谱分析仪可以确定缺陷的元素构成。根据点状缺陷的形貌特征及其元素组成,可以判断点状缺陷的来源。     

热镀锌汽车板表面黑色污点缺陷研究

研究了热镀锌汽车板表面黑色污点的产生机理,提出了对应的整改措施。研究表明,黑色污点产生于镀锌之前,机组喷溅含碳化物的混合液到带钢表面,经过退火炉高温烧烤和辊系碾压黏附在带钢表面。实际生产中,建立生产机组清理制度,可有效减轻该缺陷。     

摩擦系数对齿圈压板精冲剪切面光亮带比的影响

在数值模拟中分别改变板料-凸模界面摩擦系数、板料-凹模界面摩擦系数和同时改变这两个界面摩擦系数,研究减小不同界面摩擦系数变化对齿圈压板精冲剪切面光亮带比的影响规律。结果表明,减小板料-凸模界面摩擦系数获得的光亮带比最大,减小板料-凹模界面摩擦系数次之,同时改变两个界面摩擦系数的情况下光亮带比最小;当板料接触界面摩擦系数较小时,改变板料-凸模界面摩擦系数可以获得最大的光亮带比;当摩擦系数较大时,同时改变板料上下表面摩擦系数可以获得最大的光亮带比。改变板料摩擦系数可以显著扩大剪切区内静水压应力分布的范围,抑制凹模刃口附近裂纹的萌生。     

连续退火热镀锌板镀层表面黑点缺陷研究

研究了热镀锌板镀层表面黑点的产生机理,分析了该缺陷对热镀锌板涂镀质量的影响,提出了相应的改进措施。结果表明,基板表面存在微小凹坑,镀锌后表面形成黑色圆形氧化膜,即黑点缺陷,对热镀锌板涂镀后的磷化膜质量产生不利影响。实际生产中,通过降低热轧卷的卷曲温度、清洗槽电解电流密度及提高退火炉的密封性,可有效减轻该缺陷。     

基于ABAQUS的板料成形数值模拟摩擦模型的二次开发

对近年来兴起的板料成形过程数值模拟新技术研究,提出了一种基于ABAQUS的板料成形数值模拟摩擦模型的二次开发及实现的方法.对于进一步研究板料成形摩擦模型,在基于ABAQUS的板料成形数值模拟中加入新的摩擦模型提供了一种途径.     

镀锌钢板电阻点焊的多元非线性回归模型

为了研究用于家用轿车车身制造的镀锌钢板电阻点焊工艺,采用多元非线性回归正交组合的方法设计试验.试验将电阻点焊熔核形状参数和焊接接头抗剪强度作为考察指标,将焊接电流、电极压力、通电时间、预热电流四个参数,以及各参数之间的交互作用作为影响指标的考察因素,得到可预测熔核形状和焊接接头力学性能的四元二次回归数学模型,并通过方差分析对模型进行优化.结果表明,优化的回归数学模型可实现焊接接头熔核成形及力学性能较为准确的预测.在模型的基础上研究各参数及各交互作用对焊点质量的影响规律,从而可实现电阻点焊工艺参数的优化设计.