双相钢板成形界面压力数值仿真及对板料表面损伤影响

借助于有限元软件建立弯曲过程接触界面压力的仿真计算模型,并用于计算双相钢与模具接触界面的压力.结果表明,在整个冲压行程中,板料上界面的压力分布可分为瞬态阶段和稳态阶段.在瞬态阶段,板料上界面压力的分布不连续并存在2个明显的峰值,其界面压力峰值显著高于稳态阶段;在稳态阶段,板料上界面压力的分布均匀连续,分为高压力区和低压力区,板料刚流入凹模圆角处的界面压力大于流出凹模圆角处的界面压力.钢板强度和成形压边力影响稳态阶段的界面压力和接触区域宽度,且呈现出正比例变化关系,从而对钢板表面的损伤带来不利影响.     

工艺参数对AA5754铝合金温成形回弹的影响

以圆筒拉深件切环实验为基础,采用正交试验设计与数值模拟相结合的方法,对温成形过程中铝合金圆筒拉深件在不同工艺参数下的回弹特性进行研究,建立铝合金温成形的有限元模型.基于正交试验对圆筒拉深件进行数值模拟,研究板料成形初始温度、冲压速度、摩擦系数、压边力、凸模圆角半径、凹模圆角半径及凸凹模间隙对制件回弹的影响,并确立优化工艺参数组合.研究结果表明:从工艺参数对制件回弹影响的显著水平来看,板料成形初始温度最高,增加成形初始温度可显著减小制件回弹;压边力次之,其后依次为凹模圆角半径、凸凹模间隙及摩擦系数,而冲压速度和凸模圆角半径低至几乎可以忽略.     

DP780高强钢板的弯曲凹模圆角曲形优化

针对冲压成形过程中模具磨损及零件表面黏模等问题,以DP780高强度钢板U型弯曲成形为例,采用有限元数值模拟及工艺试验相结合的方法,对弯曲成形模具凹模圆角区域进行磨损区域预测及凹模圆角优化设计。研究结果表明:基于FEM-Archard磨损模型预测的弯曲成形黏模区域与试验结果相吻合;凹模圆角和形状对模具圆角表面磨损深度影响很大,凹模圆角半径越大,磨损深度越小;偏差-椭圆弧比标准圆弧、椭圆弧具有更好的抗成形黏模性能。     

铝钢异种金属钎焊膏的研制及其性能

为实现铝钢异种金属的焊接,研制一种新型锌基钎焊膏,并对该钎焊膏在6063铝板与Q235钢板上的铺展性能、钎焊接头力学性能以及显微组织进行研究.结果表明:随着Al元素质量分数的增加,钎焊膏在铝板与钢板上的铺展面积都不断增大,而且焊接接头中形成的金属间化合物层厚度也不断增大,但超过15%之后,由于金属间化合物层过厚,因此焊接接头力学性能降低.当Al元素质量分数为15%时,焊接接头力学性能最好,剪切强度可以达到96.8 MPa,接头断口处成分主要为Zn、Al、铝铁金属间化合物和锌铁化合物.     

工艺参数对高强度钢冷冲压界面温度影响分析

为探究先进高强度钢冷冲压成形过程中板料-模具界面温度场变化,以DP590钢板U形件冷弯曲过程为研究对象,采用热力耦合有限元静力算法建立弯曲过程的数值仿真模型,完成了板料-凹模圆角区界面温度场数值模拟,分析了相对圆角半径、压边力、拉伸速度和摩擦系数对界面温度峰值的影响.研究表明:随着模具相对圆角半径减小、拉伸速度增大、摩擦系数增大,板料-凹模圆角区界面温度峰值明显增加;压边力对瞬态阶段界面温度峰值没有明显影响,而稳态阶段界面温度峰值随压边力增加而增大,当压边力压实变形板料后其峰值逐渐趋于稳定.     

压边圈随动无铆冲压连接工艺仿真分析及优化

针对平模无铆冲压连接工艺的接头力学性能较低的问题,提出一种利用压边圈移动控制材料流动的压边圈随动无铆冲压连接工艺.利用DEFORM-2D对Al5052板材的压边圈随动无铆冲压连接过程进行数值模拟,分析压边圈压力和压边圈限位位置对接头结构参数和材料流动的影响.然后基于田口试验方法优化冲头直径、冲头圆角半径、冲头速度、压边...     

高强度双相钢板拉弯成形断裂的微观组织形貌分析

引入拉弯比来表征高强度双相钢板在不同凸模圆角半径下的拉弯应力状态,根据不同的拉弯比判定不同的成形断裂模式,在剪切断裂试验平台上进行双相钢板的拉弯试验,并对断裂试样的微观组织形貌进行分析.结果表明:高强度双相钢的剪切断裂属于韧性断裂;凸模圆角半径越小及板料强度越高,板料越容易发生剪切断裂.     

钢板不等温拉深成形的影响因素研究

建立了高温下方盒形件不等温拉深成形的有限元模型.利用正交试验,研究热冲压过程中模具温度对22MnB5钢板的不等温拉深成形能力的影响,并分析零件几何参数对22MnB5钢板的不等温成形能力的影响.结果表明,模具温度越高,22MnB5钢板的成形能力越好;其中凹模温度对成形能力的影响最大,压边圈影响次之,凸模温度影响不大.方盒形件的凸、凹模圆角半径越大,22MnB5钢板在高温下不等温拉深成形能力越好;转角半径越大,转角区域越不易起皱.     

碳纤维复合材料/钢的胶铆连接失效机理和选材方法

为了揭示碳纤维复合材料(CFRP)与钢板连接设计中，母材厚度和强度对接头失效的影响规律，对CFRP层合板与DC05、HC260Y、DP590、DP780、DP1180、PHS1500钢板组成的胶接、铆接和胶铆混合接头进行单向和正向拉伸试验，分析各接头连接强度和失效模式，提出CFRP/钢接头母材厚度比和强度比的推荐范围.结果表明：CFRP/钢接头失效模式由较弱一侧母材强度和刚度决定，在连接设计中，应尽可能使两母材的强度和刚度相近；CFRP零件与相邻钢件厚度比的推荐范围为1.37～1.91,母材极限承载比的推荐范围为0.9～1.52.     

基于破裂失效准则的变压边力理论及其工程应用

基于变压边力成形是提高铝合金、高强度钢板等难成形材料成形性能的有效方式之一,构建了圆杯件最优压边力理论模型.将冲压过程中的拉伸载荷表达为工艺参数和材料参数的方程,应用与拉伸载荷有关的破裂准则求解出压边力,从而得出随不同行程变化的最优压边力曲线.模型考虑了材料各向异性、不同冲压深度下板料在凹模圆角处的弯曲角,确保预测的准确性.最后,采用多点液压变压边力压机对得出的最优压边力曲线进行验证.结果表明,该最优压边力曲线可有效提高铝合金的冲压深度.     

预应力工字型围护桩接头的抗剪性能

预制桩为标准化长度,合理可靠的拼桩接头可促进预制围护桩的推广应用。采用翼缘L型钢板-钢连接板-高强螺栓的接头形式连接预应力混凝土预制工字型桩端,通过剪切试验研究了该接头的剪切破坏模式及抗剪承载能力,并建立有限元模型对接头的剪切破坏过程进行了数值模拟,在试验验证的基础上,采用有限元分析方法研究了混凝土强度、连接钢板强度、预应力混凝土(prestressed concrete,PC)钢棒数量对桩接头抗剪承载力的影响。研究结果表明:考虑塑性损伤的三维精细化数值模拟结果与试验结果吻合较好;随着剪切荷载的增加,接头处顶、底部的连接钢板及顶部PC钢棒先于其他部位屈服;改变混凝土强度和顶部的纵向PC钢棒数量,可显著改变接头的抗剪承载力;而改变连接钢板屈服强度,对承载力影响并不明显。     

异种材料单搭接接头力学性能

为研究异种材料在不同连接方式下的失效特点并促进胶铆接头在工程中的应用普及,本文以碳纤维/铝合金单搭接接头为研究对象,对胶接、铆接和胶铆混合连接接头的静态拉伸力学性能开展了试验研究。研究中以胶粘剂材料和铆钉材料为研究变量,首先对单搭接胶接接头和铆接接头的拉伸力学行为进行讨论,并从中分别选择了两种胶粘剂和铆钉材料进行组合,重点研究了胶铆接头的交互作用,同时也对铆接方向对接头的影响进行了探讨。研究结果表明,从载荷-位移曲线上看,胶接接头呈现脆性的断裂特点,铆接接头呈现韧性的断裂特点,胶铆接头综合了胶接和铆接的断裂特点,且胶粘剂在其过程中先断裂失效。另外,铆接方向对铆接和胶铆接头的力学性能有重要影响;当铆钉从碳板侧插入时,其力学性能会优于铆钉从铝板侧插入制备的连接接头。本研究中,强胶弱铆组合制备的胶铆接头表现出最强的正交互作用,因此其材料的利用率最高。本研究为工程实际中复合材料与金属材料间的连接提供了设计依据和指导方法。     

铝合金/不锈钢冷金属过渡熔-钎焊的接头性能

以ER4043(AlSi5)型焊丝作为填充金属,利用冷金属过渡熔-钎焊技术焊接异种材料6061铝合金与304奥氏体不锈钢,研究了不同焊接速度条件下焊接接头界面化合物层的物相组成及其抗拉强度.结果表明:通过优化焊接工艺参数能够得到连续均匀的焊缝,而且当焊接速度达到420mm/min时,焊缝表面的成形质量最好;在焊接接头的铝/钢界面形成了一定厚度的Fe-Al化合物层,其主要成分为Fe_2Al_5及FeAl_3相;焊接接头的抗拉强度为40 MPa,焊接接头的断裂发生于铝/钢的界面处,断口呈脆性断裂.     

宽凸缘筒形零件的拉深质量控制

为提高冲压成型金属零件的拉深质量,对宽凸缘筒形零件从拉深变形和应力应变角度进行分析,探讨产生起皱及拉裂的影响因素.提出系列质量控制措施,包括严格限制坯料的变形参数、模具增设可调节压料力的压料装置、合理选择凹模和凸模圆角半径、结合多种因素确定凸凹模间隙、选择具有良好力学性能和表面质量优良的材料,以及使模具和坯料表面定期润滑、合理安排热处理工艺.这些措施提高了金属零件的拉深成型质量,满足了设计精度要求.     

搅拌摩擦焊工艺参数对超薄铝合金板/高强钢搭接焊接头组织及性能的影响

采用复合式搅拌头对0.7 mm厚6010铝合金板和2.0 mm厚DP600钢板进行搅拌摩擦搭接焊,在不磨损搅拌头的同时获得了性能优良的焊接接头。研究了不同焊接工艺参数对铝合金/高强钢焊接接头界面结构及力学性能的影响。结果表明,在搅拌针未进入钢板的情况下,顶锻力是搅拌摩擦焊过程中的关键参数,存在一个实现铝合金/高强钢异种材料搅拌摩擦搭接焊的最小顶锻力。在恒定顶锻力5.0 kN,转速1 200 r/min的焊接条件下得到了最佳性能的焊接接头,拉伸强度达到260 MPa,且断裂发生在铝合金母材区。铝合金/高强钢界面存在一层厚2.0 μm的过渡层。     

焊接能量对铝镍超声波焊接接头性能的影响

铝镍作为重要的电极材料,研究其连接机理和接头优化工艺具有良好的应用前景.对1A99铝合金和N4镍合金异种金属进行超声波焊接工艺研究,重点分析焊接能量对接头力学性能、宏观形貌、原子扩散和断裂模式的影响.结果表明:在超声波焊机的高频振动作用下,能实现铝镍异种金属的有效连接.当焊接能量为600 J时,接头的拉伸载荷可达到1 121 N;超声波焊接过程中,铝侧发生软化,而镍侧硬度略微提高;铝侧的压痕深度随能量的提高而增加,当能量达到700 J时,接头沿厚度方向发生变形.扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析表明,在优化的焊接参数下,铝镍界面接合区域存在厚度为5.29μm的过渡层,发生了机械嵌合现象,没有金属间化合物的形成.本研究解决了采用传统熔焊方法导致铝镍异质金属接头脆化的问题,为促进铝镍电极材料的发展奠定理论基础.     

激光-MIG复合热源钢/铝异种金属深熔钎焊

采用激光-MIG(Melt Inert-Gas)电弧复合热源实现了4和6 mm厚的钢/铝异种金属对接接头深熔钎焊,并利用扫描电子显微镜观察力接头界面微观组织特征.通过有限元软件分析电弧熔钎焊、激光熔钎焊、激光-MIG复合深熔钎焊三种焊接方法所获接头温度场,同时分析了激光偏转角度对激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布的影响.结果表明,激光-MIG复合深熔钎焊接头温度分布相较于电弧、激光熔钎焊而言较为均匀,接头下部的温度得到明显的提高,可有效增加液态金属在钢表面的润湿铺展程度,有利于获得较为良好的焊缝成形.在激光-MIG复合深熔钎焊过程中,可以通过调整激光偏转角度提高接头界面下部温度,改善界面温度梯度,有利于生成均匀的金属间化合物层.4 mm厚钢/铝激光-MIG复合深熔钎焊焊接接头有着典型的熔钎焊特征,成型质量良好且无明显缺陷生成.界面层化合物为Fe4Al13和Al8Fe2Si,焊缝由α-Al和Al-Si共晶相组成.激光-MIG复合深熔钎焊可实现6 mm对接接头连接,但界面处存在微裂纹.     

镀锌钢板成形噪声因素试验测量和稳健设计

对镀锌钢板进行了材料实验和盒形件成形实验,分别获得了材料性能、板料初始厚度、压边力和摩擦条件等噪声因素波动的概率分布.采用田口试验设计方法分析了噪声因素对盒形件成形质量的影响规律,在此基础上筛选出对成形质量影响显著的因素.为将产品质量对噪声因素的敏感性降到最低,以凸模圆角半径、润滑条件和压边力为设计变量,以润滑条件、压边力和材料的n值为噪声因素,分别基于数值模拟方法和试验方法对矩形盒件的拉深成形工艺进行了田口稳健优化研究.两种方法得到的优化结果较接近,都降低了噪声因素对成形质量的影响,提高了成形工艺的稳健性.     

42CrMo钢激光冲击诱导残余应力的数值模拟

42Cr Mo钢具有较高的强度和韧性,被广泛应用于装备制造行业。本文以42Cr Mo钢为研究对象,在理论分析的基础上,运用ABAQUS数值模拟的方法,探讨了在相同激光能量(4J)和脉冲宽度(8ns)情况下,不同光斑直径(1mm、2mm、3mm、4mm)对激光冲击强化后残余应力分布的影响。结果表明:光斑直径越小,激光诱导冲击波的峰值压力越大,塑性强化层深度越深,表面的最大Von Mises应力值越大;光斑直径过大或者激光诱导冲击波的峰值压力过大,均会影响残余应力的分布;本文的数值模拟条件下,2mm直径的光斑,激光冲击效果最好,与理论分析结果一致。     

镀锌钢光纤激光搭接焊添加铜粉的试验研究

采用4kW光纤激光器对2片1.2mm厚H220YD镀锌钢板间添加不同质量分数铜粉进行了激光搭接焊.对工艺参数优化后所得到的焊接接头进行了焊缝表面成形、力学性能、断口形貌、成分分布和主要物相等分析.结果表明:添加铜粉质量分数为2.82%时,焊接接头的平均抗拉强度和延伸率分别为382.5MPa和32.5%;添加铜粉质量分数不大于3.46%时,拉伸断裂于母材,属于韧性断裂,而添加铜粉质量分数大于3.46%时,拉伸断裂于焊缝区,属于韧性断裂为主脆性断裂为辅的混合断裂;夹层铜粉的加入,改变了镀锌钢界面的元素分布及物相组成,焊接接头焊缝区域C,Al,Mn,Fe,Zn,Cu元素的混合区宽度较大;当添加铜粉质量分数为2.82%时,Cu元素变化比较稳定,因铜能固溶于锌中形成锌铜固溶体,起到很好的固溶强化作用,故增强了焊缝的强度;当添加铜粉质量分数为8.06%时,Cu元素会向热影响区扩散,易形成Cu5Zn8脆性金属间化合物,使得拉伸易断裂于焊缝区.