中厚板剪擠成形金屬流動(dòng)行為及力學(xué)響應(yīng)研究

在當(dāng)前對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化以及節(jié)能降耗日益迫切的需求下，板料體積成形技術(shù)已成為中厚板成形領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢(shì)?！爸泻癜寮魯D成形金屬流動(dòng)行為及力學(xué)響應(yīng)研究”項(xiàng)目面向中厚板剪擠類(lèi)成形過(guò)程，開(kāi)展了一系列物理實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬及工藝參數(shù)優(yōu)化方面的研究工作，具體包括板料大變形流動(dòng)應(yīng)力曲線的反向分析、中厚板剪擠成形過(guò)程中的損傷演變分析、金屬流動(dòng)規(guī)律等。此外，創(chuàng)新性地開(kāi)展了疊合板擠壓成形工藝的金屬流動(dòng)規(guī)律研究、臺(tái)階式凸模精沖工藝研究等工作。項(xiàng)目共計(jì)發(fā)表論文10篇，其中SCI/EI不重復(fù)收錄7篇，獲得授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)，受理申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng)。另外，培養(yǎng)畢業(yè)碩士研究生4名。具體研究成果簡(jiǎn)述如下： 傳統(tǒng)拉伸試驗(yàn)測(cè)定板料的流動(dòng)應(yīng)力曲線范圍已無(wú)法滿(mǎn)足局部大變形數(shù)值模擬分析的要求。壓縮試驗(yàn)可測(cè)得較大等效應(yīng)變范圍的流動(dòng)應(yīng)力曲線，但由于試樣和工具接觸面上存在摩擦導(dǎo)致鼓形的存在，試樣內(nèi)部的應(yīng)力和應(yīng)變并非均勻分布，由此導(dǎo)致采用傳統(tǒng)均勻變形方式計(jì)算得到的流動(dòng)應(yīng)力曲線精度有限。為此，項(xiàng)目采用小圓柱試樣壓縮試驗(yàn)，借助專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)裝置來(lái)消除試驗(yàn)設(shè)備的柔度，結(jié)合反求優(yōu)化算法可有效求解得到非均勻變形過(guò)程中的流動(dòng)應(yīng)力曲線。該方法所測(cè)得的流動(dòng)應(yīng)力曲線在小變形階段與拉伸試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，但其整體曲線的應(yīng)變范圍要遠(yuǎn)大于拉伸試驗(yàn)的結(jié)果，可有效提高局部大變形成形過(guò)程數(shù)值模擬精度。 針對(duì)由細(xì)觀空穴的形成和聚合所引起裂紋起裂與擴(kuò)展預(yù)測(cè)，項(xiàng)目采用以空穴損傷為內(nèi)變量的體積模量，通過(guò)用戶(hù)定義材料子程序VUMAT引入GTN模型以及同時(shí)考慮空穴形狀與體積變化影響的韌性斷裂準(zhǔn)則來(lái)加以實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，以剪擠成形中的半沖孔工藝為載體，將上述模型應(yīng)用于中厚板半沖孔成形過(guò)程數(shù)值模擬，結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)分析金屬的流動(dòng)規(guī)律和損傷演變過(guò)程，為工藝設(shè)計(jì)提供知識(shí)準(zhǔn)備。 面向大凹模、小凸模的剪擠成形特征，項(xiàng)目在前述成果的基礎(chǔ)上，深入研究并揭示其金屬流動(dòng)規(guī)律、損傷演變和成形特點(diǎn)。該類(lèi)中厚板剪擠成形工藝可通過(guò)壓邊圈和頂桿施加力的作用以改善局部變形區(qū)受力狀態(tài)，用于成形含大端面凸臺(tái)特征的零件。此外，針對(duì)中厚板剪擠成形工藝中常出現(xiàn)的凸模高度不足現(xiàn)象而衍生出來(lái)的一種疊合板擠壓成形工藝，它采用和中厚板剪擠工藝相同的模具結(jié)構(gòu)，添加輔料板來(lái)提升實(shí)際擠出的材料體積，從而促進(jìn)凸臺(tái)高度的提升。針對(duì)傳統(tǒng)齒圈壓邊精沖工藝的中厚板內(nèi)孔全光亮帶沖裁，本項(xiàng)目衍生出一種臺(tái)階式凸模精沖工藝，可滿(mǎn)足性能要求。 2100433B

在當(dāng)前對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化以及節(jié)能降耗日益迫切的需求下，板料體積成形技術(shù)已成為中厚板成形領(lǐng)域的重要發(fā)展趨勢(shì)。本項(xiàng)目旨在開(kāi)展中厚板剪擠過(guò)程中金屬流動(dòng)行為及力學(xué)響應(yīng)研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)定量分析以及帶空穴損傷耦合的成形過(guò)程有限元模擬，深入研究并揭示中厚板剪擠工藝的金屬流動(dòng)規(guī)律、損傷演變和成形特點(diǎn)，為工藝設(shè)計(jì)提供知識(shí)準(zhǔn)備；此外，分析該成形工藝的力學(xué)響應(yīng)，建立工程適用的成形力計(jì)算模型，并探討凸模彈性屈曲對(duì)其抗沖擊性能及凹模彈性變形對(duì)產(chǎn)品尺寸精度的影響規(guī)律，使模具設(shè)計(jì)建立在對(duì)成形參數(shù)的定量描述和分析基礎(chǔ)上，為模具設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。本項(xiàng)目的研究對(duì)提高我國(guó)精沖行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義，為汽車(chē)及裝備制造業(yè)領(lǐng)域零部件的凈成形化及輕量化的工業(yè)應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

《金屬材料成形工藝及控制》為21世紀(jì)全國(guó)高等院校材料類(lèi)創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材。

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如何修復(fù)失效軋輥一直是軋輥制造業(yè)面臨的重大問(wèn)題。目前雖然修復(fù)技術(shù)較多，但普遍存在修復(fù)組織粗大、修復(fù)層厚度較薄以及結(jié)合強(qiáng)度偏低等問(wèn)題。因此，本項(xiàng)目擬采用噴射成形技術(shù)開(kāi)展高釩鋼復(fù)合軋輥修復(fù)實(shí)驗(yàn)研究，充分利用噴射成形快速凝固特點(diǎn)，獲得組織細(xì)小、成分均勻、無(wú)明顯宏觀偏析的修復(fù)組織。首先，開(kāi)展噴射成形工藝設(shè)計(jì)和改進(jìn)優(yōu)化，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)霧化錐和沉積器運(yùn)動(dòng)的有效耦合、改進(jìn)沉積基體預(yù)熱方式等；然后，重點(diǎn)研究修復(fù)層/基體的界面結(jié)合特征，揭示噴射成形工藝與材料組織性能的內(nèi)在聯(lián)系，闡明微觀組織、碳化物特征對(duì)摩擦行為及磨損機(jī)制的影響規(guī)律。最后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)及組織性能結(jié)果，基于有限元模擬，對(duì)真實(shí)工況復(fù)雜環(huán)境下的噴射成形復(fù)合軋輥修復(fù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。為實(shí)現(xiàn)噴射成形復(fù)合軋輥修復(fù)的工程化應(yīng)用奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。