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期刊信息/Journal information
精密成形工程
精密成形工程

吴护林

双月刊

1674-6457

jmcxgc@163.com

023-68792294

400039

重庆市石桥铺渝州路33号

精密成形工程/Journal Journal of Netshape Forming Engineering北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊宗旨：展示国内精密成形工程专业研究前沿成就，追踪国内外成形制造技术新工艺、新趋势，推进我国精密成形工程专业好中快进，科学发展，为我国制造业跨越发展提供服务。报道内容：内容覆盖金属材料成形（锻压、铸造、焊接成形等）、非金属材料（高分子材料、陶瓷材料）成形、复合材料成形等制造技术学科领域。本刊原名：《金属成形工艺》
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    基于CEL方法的6005A铝合金搅拌摩擦焊数值模拟研究

    李娅娜解飞飞张生芳
    1-8页
    查看更多>>摘要：目的 研究6005A铝合金搅拌摩擦焊接全过程温度场及焊后残余应力的分布规律.方法 基于耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)方法,应用Johnson-Cook本构模型,并采用质量缩放技术,建立搅拌摩擦焊热力耦合仿真模型,模拟分析6005A铝合金搅拌摩擦焊不同阶段的温度场变化和焊后应力分布情况.通过红外热像仪温度场试验、X射线应力场试验和宏观形貌试验,对数值模型进行验证.结果 在下压与预热停留阶段,温度快速升高至545 ℃,且呈对称分布;在焊接阶段,焊缝区域最高温度为546 ℃,出现在返回侧,返回侧温度略高于前进侧温度,呈不对称分布.焊后残余应力集中在焊缝中心两侧40 mm范围内,垂直于焊缝方向的横向/纵向残余应力分布曲线呈"M"形;残余应力在焊缝两侧呈不对称分布,表现为返回侧残余应力高于前进侧残余应力,其中最大纵向残余应力为-174 MPa,最大横向残余应力为206 MPa,应力最大点均出现在返回侧.待测点实测温度与模拟温度误差不超过5％;待测点实测残余应力与仿真值吻合较好,横/纵向残余应力误差分别为16.3％、16.45％;模拟焊缝与实际焊缝宏观形貌吻合较好.结论 在搅拌摩擦焊过程中,材料流动不充分使返回侧温度略高于前进侧温度,而焊接过程中不均匀的热分布导致焊后残余应力也呈返回侧数值略高于前进侧数值的不对称分布;通过将试验和模拟得出的温度场、应力场、宏观形貌进行对比分析,可知试验与仿真误差较小,数值模型能够反映真实的焊接过程,从而验证了 6005A铝合金CEL数值模型的正确性.

    搅拌摩擦焊6005A铝合金CEL方法温度场残余应力

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    Mg-9Al-xCa合金高温氧化行为研究

    赵信毅张海洋肖遥覃鸿...
    9-16页
    查看更多>>摘要：目的 研究高温下Ca含量对镁合金等温氧化行为的影响,分析Ca元素在氧化过程中的作用机理,为镁合金在高温下的应用提供参考.方法 以Mg-9Al-xCa合金体系为对象,对铸态合金组织进行分析.同时利用自主设计的实验设备在480 ℃下对不同Ca含量镁合金进行了不同时长的等温氧化实验,对氧化增重进行了测量,对合金氧化层进行了表征分析,并利用热力学计算揭示了作用机理.结果 Mg-9Al合金中主要相组成为基体α-Mg相以及晶界处的Mg17Al12相.当添加 Ca元素后,合金主要由α-Mg、晶界处的Mg17Al12相和Al2Ca相组成,其中Al2Ca相与α-Mg形成(α+Al2Ca)共晶.随着Ca含量的增加,合金熔体凝固时生成的Mg17Al12相逐渐减少,组织中(α+Al2Ca)共晶比例不断提高.在氧化200 min后,Mg-9Al合金氧化增重达到32.781 mg/cm2,氧化层形貌形成凸起和凹陷结构,含Ca镁合金氧化增重大幅度降低,Mg-9Al-5.0Ca氧化增重仅为0.046 mg/cm2,不同Ca含量镁合金氧化层形貌表现出差异性.由热力学计算得知,在Ca含量大于0.4％(质量分数)情况下,Ca元素可更容易发生氧化反应生成以CaO为主的氧化层.结论 Ca含量是影响镁合金氧化行为的关键因素,随着Ca含量的增加,镁合金的抗氧化性能逐步提升.

    镁合金高温氧化Ca含量铸态组织热力学

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    低温冷风微量润滑技术对TC6钛合金加工特性的应用研究

    张钊源张维琨张耀武张雪妮...
    17-24页
    查看更多>>摘要：目的 探究机加工中低温冷风微量润滑技术对切削温度、材料塑性变形以及已加工表面质量的影响.方法 针对TC6钛合金进行低温冷风微量润滑切削加工应用试验,对比常温干切削和-27 ℃低温冷风微量润滑切削以及改变加工参数对TC6材料已加工表面缺陷、微观形貌及粗糙度的影响规律,分析低温冷风微量润滑加工应用特点.结果 相较于常温干切削,低温冷风微量润滑切削可以明显降低TC6材料在加工中因热量累积而导致的塑性变形,抑制了切削变形区材料与刀具因内摩擦加剧而导致的咬焊现象,减少了已加工表面黏屑、划痕、凹坑、撕裂、侧流等缺陷,有效提高了加工表面质量,与常温干切削加工相比,低温微量润滑切削的表面粗糙度值降低了 19％;在加工参数为变量的切削中,提高进给量使已加工表面粗糙度值增加了 49％,进给量对已加工表面质量的影响最大;提高背吃刀量使已加工表面粗糙度值增加了 43％,背吃刀量对表面质量的影响次之;切削速度对表面质量的影响最小,但背吃刀量和切削速度的增加易使工艺系统产生振动,造成不稳定切削现象.结论 将低温冷风微量润滑技术应用在TC6材料的加工上对提高加工质量、满足低碳工业的需求具有一定的帮助.

    TC6钛合金低温冷风微量润滑加工表面质量粗糙度车削参数

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    高强钢电子束倾斜焊接的热源模型及温度场仿真研究

    高月华彭立昌刘其鹏熊志皓...
    25-32页
    查看更多>>摘要：目的 提出一种电子束倾斜焊接的面、体复合热源模型,并探讨电子束倾斜角度对焊接温度场的影响.方法 考虑到电子束能量为高斯型分布,基于焊件厚度方向上各层的最大功率密度相等原则,构建了椭圆高斯分布的面热源和椭圆高斯分布的倾斜圆台体热源模型.通过推导建立了焊接工艺相同条件下电子束倾斜焊接热源模型与电子束垂直焊接热源模型的关系,进而通过垂直焊接实验间接获得倾斜热源参数.在校核电子束垂直焊接热源模型的基础上对高强钢板的电子束倾斜焊接进行了深入研究.结果 与工艺参数相同的条件下的垂直焊接相比,当倾角增大到30°时,钉形熔池下部向前倾斜的程度增加,熔池最高温度升高约5.6％,熔深减小约17.14％,熔池长度增加约11.11％,熔池前方最大温度梯度减小约7.2％,熔池后方上部温度梯度变化不大,下部的温度梯度升高约12.6％.结论 随着电子束倾斜角度的增加,熔池最高温度升高,熔池长度增加,深度明显减小,使焊件厚度方向的温度梯度增大.熔池前方最大温度梯度减小,熔池后方下部的温度梯度升高.

    电子束倾斜焊接热源模型温度场椭圆高斯分布数值模拟

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    TA11钛合金本构及铣削表面质量预测研究

    侍中楼杨湘杰
    33-42页
    查看更多>>摘要：目的 探明不同铣削参数对TA11钛合金铣削表面质量的影响规律,建立基于铣削参量的表面粗糙度预测模型,实现TA11钛合金铣削表面质量的预测.方法 通过TA11钛合金在不同应变速率下的室温拉伸实验,构建TA11钛合金相关的JC本构模型,并基于此建立铣削过程的有限元模型,通过与实验对比验证有限元模拟的准确性;通过正交实验设计结合单因素分析法,阐明不同铣削参数组合下的TA11钛合金表面粗糙度演化规律;最后基于多元线性回归法,建立基于铣削参量的表面粗糙度预测模型.结果 分别建立了可真实反映TA11钛合金不同应变速率下应力-应变行为和损伤行为的JC本构模型与损伤模型,预测结果与实验结果吻合度较高;在铣削速度为5 300 r/min、每齿进给量为0.04 mm/z、铣削深度为1 mm、铣削宽度为0.2 mm的实验条件下,铣削过程的有限元模拟结果与实验结果误差为11.83％;所建立的粗糙度预测模型拟合程度R2=0.963、显著性水平P＜0.001,模型拟合度较高,具有统计学意义.结论 所建立的JC本构模型和损伤模型能够较好地描述TA11钛合金在不同应变速率下的变形行为和损伤演化过程,基于此开展的铣削过程有限元模拟可反映铣削参量对TA11钛合金表面粗糙度的影响规律;所建立的表面粗糙度预测模型可为TA11钛合金铣削工艺方案的制订提供一定的工程指导.

    TA11钛合金表面粗糙度JC本构模型有限元模拟正交实验预测模型

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    大截面变化率铝合金异形管整体液力成形工艺设计与优化

    陈明刘鑫徐勇解文龙...
    43-50页
    查看更多>>摘要：目的 针对某大截面变化率空心构件成形难的问题,采用液力成形的方法进行成形并对其生产工艺进行优化.方法 首先针对目标零件,通过压扁截面处对称及圆截面处对称2种不同的对称方式设计了A型结构和B型结构,通过有限元模拟对比了同一加载路径下2种不同结构的成形特点,选取了成形效果较好的A型结构进行成形工艺研究,建立了 A型结构的成形分区图,继而根据成形分区图进行了正交试验设计.结果 在同一种加载路径下,A型结构成形的目标零件最大减薄率明显小于B型结构成形的目标零件最大减薄率,且在成形过程中,B型结构压扁特征处易出现褶皱或起皱趋势,而A型结构压扁特征处壁厚分布更加均匀,A型结构成形效果优于B型结构成形效果.优化后的工艺参数如下:压制压力为2 MPa、初始压力为7 MPa、成形压力为15 MPa、轴向进给为13 mm,成形零件最大减薄率为15.9％.结论 经成形分区图指导设计的正交成形试验结果均符合设计要求,成形分区图的设立对成形试验的设计具有指导作用;采用优化后的工艺参数获得了较好的试验效果,可为工业生产提供指导.

    大截面变化率管材液力成形结构设计正交试验工艺优化

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    镁合金壁板压弯成形曲率半径及回弹分析

    宋健王忠堂梁海成柳泉...
    51-59页
    查看更多>>摘要：目的 对镁合金壁板变曲率压弯成形的回弹进行研究,分析壁板曲率半径和回弹量的变化规律,并建立壁板压弯成形几何模型,确定了材料性能参数、压弯成形工艺方案及成形工艺参数.方法 采用数值模拟和实验的研究方法,在压下高度为3、5、7mm、成形温度为260 ℃条件下进行了筋高比为4∶3和5∶2的网格式壁板变曲率压弯实验.结果 分析了实验过程中的等效应力分布规律,随着压下高度的增大,等效应力最大值增大,当压下高度为5 mm和7 mm时,最大等效应力超过壁板在260 ℃、压下速度为1 mm/s条件下的抗拉强度.随着筋高比逐渐增大,最大等效应力增大.分析了压弯成形工艺参数对镁合金壁板压弯成形回弹量的影响规律,随着压下高度的增大,壁板回弹量增大.随着筋高比的增大,壁板回弹量减小.当壁板所受最大等效应力小于抗拉强度时,筋高比为4∶3壁板的回弹率为45％,筋高比为5∶2壁板的回弹率为30％,回弹率与压下高度无关,保持定值,当最大等效应力超过抗拉强度时,回弹率逐渐降低.分析了镁合金壁板曲率半径与压下高度之间的关系,随着压下高度的增大,壁板曲率半径减小.结论 壁板回弹量模拟值与实验值吻合较好,最大相对误差为6.91％.壁板曲率半径模拟结果与实验结果相吻合,最大相对误差为4.21％.材料性能参数如下:泊松比为0.35,摩擦因数为0.3,质量密度为1.77×10-9 kg/mm3,当成形温度为260 ℃时,弹性模量为29.6 GPa.2种壁板变曲率压弯最佳工艺方案为温度260 ℃,压下高度依次为 3、5、7 mm.

    AZ31镁合金壁板曲率半径回弹量

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    保压压力对7075铝合金后续时效行为的影响

    陈文轩李兵徐飞越张红霞...
    60-67页
    查看更多>>摘要：目的 探究温热成形中保压压力对7075高强铝合金后续时效行为的影响,结合铝合金固溶处理的特点,采用平板压淬实验来模拟实际热成形过程中的冷却条件.对7075高强铝合金进行不同保压压力的研究,以期得到7075铝合金板材固溶成形后的最佳保压压力参数,以及不同保压压力条件下的时效硬化行为和微观组织演变特征,进而为实际生产中的热成形-淬火一体化工艺提供理论指导和工艺优化参考.方法 首先对7075铝合金板进行固溶处理和平板压淬实验,再进行后续时效处理.通过金相观察、准静态单轴拉伸测试、显微维氏硬度计和扫描电镜等手段研究了不同保压压力对后续时效处理合金力学性能和组织的影响.结果 随着保压压力的升高,晶粒尺寸逐步减小,时效硬化响应显著,峰值硬度呈现逐渐下降的趋势.当保压压力为10 MPa时,经150 ℃/6 h的人工时效后,材料在强度和塑性之间取得了相对平衡,其抗拉强度为580.9 MPa,屈服强度达到538.6 MPa,断后伸长率达到12.2％.能获得这样较为理想的强塑性匹配是由于当保压压力设定为10 MPa时,合金中 η'相数量增多且分布呈现相对弥散,可以阻碍位错运动进而达到强化的效果,但合金塑性会有一定的牺牲.拉伸断口分析结果表明,在保压压力一定时,同一时效制度下的合金韧窝数量随时效时间的延长而减少且深度变浅,材料的塑性下降.结论 保压压力对合金的晶粒尺寸、时效硬化及力学性能有显著影响.特别是在10 MPa保压压力下,合金表现出较好的强度与塑性平衡,为7075铝合金热成形-淬火工艺的优化提供了重要参考,尤其是在保压压力选择方面.

    7075铝合金保压压力时效行为微观组织力学性能

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    挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金组织及热变形行为研究

    高诗情万元元王艳彬刘鹏...
    68-79页
    查看更多>>摘要：目的 对挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金显微组织进行表征,通过镁锂合金单向热压缩实验,研究挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金的热变形行为,建立合金的本构方程及加工图.方法 采用SEM和EBSD等分析测试手段对挤压态合金进行显微组织观察和分析;在Gleeble-3500热模拟实验机上开展单轴热压缩实验,实验条件如下:应变速率为0.001～1 s-1,压缩变形实验温度为200～350 ℃.基于动态材料模型将功率耗散图和失稳图叠加获得热加工图,分析挤压态合金的加工性能随变形温度、速率、应变的变化规律.结果 挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金的主要相为β相,有少量细小的α相均匀分布在β相中.在不同变形条件下,该合金的流变曲线呈现出较为明显的动态再结晶特征,变形温度越低、应变速率越大,峰值应力越大;激活能为98 kJ/mol,应力指数n的值为3.339 0.分析热加工图可知,挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金的成形性能随着应变的增加而增强,当应变为0.1和0.3时,加工图均存在一个失稳区域,这与合金变形不彻底有关;当应变为0.5、0.7、0.9时,不存在失稳区域,合金表现出优异的成形性能.结论 综合考虑挤压态Mg-Li-Al-Y-Zr-Gd-Nd合金实际加工条件,其合理加工区间为变形温度250～350 ℃,应变速率0.01～1 s-1.

    镁锂合金热压缩显微组织本构方程加工图

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    喷丸介质对7050-T7451铝合金表面完整性的影响

    杨辉贾保国马乐张贤杰...
    80-86页
    查看更多>>摘要：目的 研究相同喷丸强度下,不同喷丸介质对7050-T7451铝合金表面形貌及表面粗糙度的影响.方法 在喷丸强度为0.2 mmA和0.3 mmA条件下,使用铸钢丸ASH230和陶瓷丸AZB425对7050-T7451铝合金进行表面喷丸处理,使用扫描电子显微镜、粗糙度仪、X射线残余应力测试仪等研究了喷丸介质对表面形貌、表面粗糙度、残余应力场的影响.结果 当喷丸强度为0.2 mmA和0.3 mmA时,铸钢丸试样的弹痕直径分别为198.3µm和230.8 μm,大于陶瓷丸试样的弹痕直径.铸钢丸试样的表面粗糙度分别为4.84 µm和6.24 µm,比陶瓷丸试样的分别高29.5％及23.6％.在相同喷丸强度下,陶瓷丸试样的表面微观应变高于铸钢丸试样的.在残余应力方面,铸钢丸试样在0.2 mmA和0.3 mmA强度下的表面残余压应力分别为-175.5 MPa和-221.5 MPa,显著小于陶瓷丸试样的-280.4 MPa和-335.6 MPa.但铸钢丸试样的残余压应力层深度分别为255.8 μm和278.9μm,大于陶瓷丸试样的.结论 在相同喷丸强度下,相比于铸钢丸试样,陶瓷丸试样表面弹痕直径更小,粗糙度更低,但表面和最大残余压应力较大.使用陶瓷丸进行喷丸处理会得到更好的表面质量.

    气动喷丸喷丸介质表面形貌表面粗糙度残余应力

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