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中国塑性成形技术和装备30年的重大突破与进展

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塑性工程学报 2024年第4期31卷 2-45页

作者：林忠钦黄庆学苑世剑赵国群华林易幼平詹梅李淑慧刘伟王宝雨陈军王涛李宏伟黄亮何祝斌钟掘上海交通大学上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室上海200240 太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室黑龙江哈尔滨150001 山东大学材料科学与工程学院山东济南250061 武汉理工大学汽车工程学院湖北武汉430070 中南大学轻合金研究院湖南长沙410083 西北工业大学材料学院陕西西安710072 北京科技大学机械工程学院北京100083 上海交通大学材料科学与工程学院上海200240 华中科技大学材料科学与工程学院湖北武汉430074 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116023

1994以来的30年,在国家重大需求的强劲牵引下,我国塑性成形技术与装备取得举世瞩目的巨大成就,研制出一大批世界第一的成形装备,实现了三大技术跨越,形成了规模最大的研究队伍,我国塑性成形技术总体水平进入世界先进国家行列,多个单项... 详细信息

1994以来的30年,在国家重大需求的强劲牵引下,我国塑性成形技术与装备取得举世瞩目的巨大成就,研制出一大批世界第一的成形装备,实现了三大技术跨越,形成了规模最大的研究队伍,我国塑性成形技术总体水平进入世界先进国家行列,多个单项技术和装备达到国际领先水平。选择了其中8项最具代表性成果,并介绍其在塑性工程理论和技术上取得的重大突破以及对国家重大装备研制的突出贡献,分析了我国塑性成形技术与国际领先水平的差距。最后对我国塑性成形技术发展将呈现出的“三超两高”五大发展趋势进行了展望。

关键词：金属成形技术装备塑性

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高性能制造专栏序言

机械工程学报 2024年第1期60卷 1-1页

作者：郭东明韩旭苑世剑孙玉文张开富高亮姜潮曹华军顾冬冬周平宋学官大连理工大学河北工业大学哈尔滨工业大学西北工业大学华中科技大学湖南大学重庆大学南京航空航天大学

制造业是立国之本、强国之基。随着科学技术突飞猛进和大国博弈日益加剧,高端装备已经成为全球制造业竞争的焦点。这些高端装备往往以承载、传导、换能、隐身等性能的精准保证为主要制造目标,不仅性能要求高,且往往结构复杂、材料难加... 详细信息

制造业是立国之本、强国之基。随着科学技术突飞猛进和大国博弈日益加剧,高端装备已经成为全球制造业竞争的焦点。这些高端装备往往以承载、传导、换能、隐身等性能的精准保证为主要制造目标,不仅性能要求高,且往往结构复杂、材料难加工、表面完整性或精度要求特别高,制造难度极大。在此背景和挑战下,郭东明院士率先提出了“高性能制造”理念和技术,指出高性能制造是以性能为第一目标.

关键词：全球制造业大国博弈高端装备表面完整性立国之本制造难度科学技术高性能

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复杂异形空心构件协同变载液压成形技术

机械工程学报 2023年第20期59卷 143-153页

作者：崔晓磊贺久强韩聪苑世剑哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室哈尔滨工业大学材料科学与工程学院

管坯液压成形是制造复杂异形空心构件的先进成形技术,对于提升汽车轻量化水平、实现节能减排具有重要意义。针对现有恒压加载液压成形技术存在构件尺寸分散大、废品率高和模具变形严重的难题,发明了基于液体压力-体积协同变载精确成形工... 详细信息

管坯液压成形是制造复杂异形空心构件的先进成形技术,对于提升汽车轻量化水平、实现节能减排具有重要意义。针对现有恒压加载液压成形技术存在构件尺寸分散大、废品率高和模具变形严重的难题,发明了基于液体压力-体积协同变载精确成形工艺,提出通过控制高压液体体积调控模具弹性变形量和构件尺寸精度,尺寸精度比传统压力加载法提高1倍多;提出了合模力随内压全量程可变加载技术,大幅减小模具尺寸,且使模具变形量降到恒定合模力条件下模具变形量的1/3以下;突破双腔内压与多工艺参量协同加载控制技术,实现了双套系统并联成形,生产效率提高近1倍,满足了新能源汽车对高品质、高效率和低成本生产的要求,提升我国汽车关键构件的制造水平。最后,对协同变载液压成形技术的未来研究重点与发展方向进行了展望。

关键词：异形空心构件液压成形压力-体积协同加载可变合模力

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同方期刊数据库

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铝合金超低温双增效应与成形性能

中国有色金属学报 2022年第7期32卷 1845-1854页

作者：刘伟程旺军郝永刚苑世剑哈尔滨工业大学金属精密热加工国防科技重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001

为解决大尺寸铝合金薄壁构件室温成形易开裂、热成形组织性能损伤的难题,基于铝合金超低温变形伸长率和硬化指数提高的“双增效应”,提出了铝合金超低温成形新原理;分析了变形温度、合金种类、热处理状态、晶粒尺寸对铝合金低温力学性... 详细信息

为解决大尺寸铝合金薄壁构件室温成形易开裂、热成形组织性能损伤的难题,基于铝合金超低温变形伸长率和硬化指数提高的“双增效应”,提出了铝合金超低温成形新原理;分析了变形温度、合金种类、热处理状态、晶粒尺寸对铝合金低温力学性能的影响规律,研究了铝合金在超低温下的宏观塑性变形行为,表征了低温变形诱发的滑移行为、微观应变、位错形态和断口形貌,获得了超低温下的极限胀形高度、极限拉深比、极限扩孔率和成形极限图,阐明了超低温复杂应力下铝合金成形性能显著提高的宏微观变形机理。超低温成形新原理为实现铝合金复杂形状构件成形提供了理论依据和新工艺方法。

关键词：铝合金薄壁构件超低温成形双增效应成形性能

预变形对6011铝合金薄壁管高温均匀变形的影响

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锻压技术 2023年第5期48卷 7-15页

作者：杨松郑凯伦苑世剑哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

研究了不同初始预变形量下高强铝合金管的高温均匀变形能力,以模拟实际复杂异形管件热气胀成形中预弯曲与预成形工序对后续气胀工序的影响。利用DIC测试手段,开展了不同初始预变形量下铝合金试样在温度为400和450℃、应变速率为0.01和0.... 详细信息

研究了不同初始预变形量下高强铝合金管的高温均匀变形能力,以模拟实际复杂异形管件热气胀成形中预弯曲与预成形工序对后续气胀工序的影响。利用DIC测试手段,开展了不同初始预变形量下铝合金试样在温度为400和450℃、应变速率为0.01和0.1 s^(-1)的典型热气胀工艺参数条件下的高温拉伸实验。获得的真实应力-真实应变曲线表明:初始预变形量的引入导致材料高温变形过程中发生明显的软化现象,流动应力下降趋势随着初始预变形量的增加而显著增加;利用Spatio-temporal方法对DIC获得的试样应变场进行处理,获得不同条件下的均匀应变值,均匀应变值由无初始预变形量时的0.28下降至初始预变形量为15%时的0.15;相比传统Nakajima方法,本方法能够准确获得厚度突变时刻的应变值,而断裂前时刻的均匀应变水平略低,获得的结果更保守。该研究能够为实际多工步热气胀的预成形提供初始预变形量设计边界,满足热气胀终成形零件的均匀变形要求。

关键词：预变形铝合金薄壁管热气胀均匀变形初始预变形量

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内压支撑下薄壁管弯曲变形力学分析

机械工程学报 2012年第14期48卷 78-83页

作者：胡蓝苑世剑哈尔滨工业大学金属精密热加工国家重点实验室哈尔滨150001

管件内压弯曲又称为管件充液弯曲,具有减小截面畸变,延缓薄壁管内侧失稳起皱,提高弯曲成形极限等优点。支撑内压在其中起到了关键性的作用,对于环向和轴向的应力应变分量具有重要影响。采用塑性理论,对内压和弯矩共同作用下的薄壁管弯... 详细信息

管件内压弯曲又称为管件充液弯曲,具有减小截面畸变,延缓薄壁管内侧失稳起皱,提高弯曲成形极限等优点。支撑内压在其中起到了关键性的作用,对于环向和轴向的应力应变分量具有重要影响。采用塑性理论,对内压和弯矩共同作用下的薄壁管弯曲变形进行理论分析。考虑内压对微元平衡方程的影响,建立一个新的理论分析模型,通过求解非线性方程组,得到薄壁管应力应变的分布规律,定量分析内压对薄壁管应力应变的影响趋势。同时通过将有限元分析得到的应力应变分量的信息,与理论解进行对比发现,理论预测和模拟结果相符合,验证所建立的理论分析模型的可靠性。结果表明,轴向和环向应力随内压升高均大大提高,环向应变随内压升高线性递增,而厚向应变线性减小。

关键词：薄壁管弯曲内压塑性理论有限元分析

2219铝合金差厚球壳梯度超低温拉深成形规律

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锻压技术 2023年第5期48卷 155-161页

作者：凡晓波刘洋邬方兴苑世剑大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001

针对铝合金差厚球壳薄厚过渡区易集中变形而导致开裂的难题,利用超低温条件下铝合金伸长率与硬化指数显著提高的双增效应,提出铝合金差厚球壳梯度超低温拉深成形新方法;通过超低温拉深成形工艺装置,在梯度超低温条件下试制了直径为Φ200... 详细信息

针对铝合金差厚球壳薄厚过渡区易集中变形而导致开裂的难题,利用超低温条件下铝合金伸长率与硬化指数显著提高的双增效应,提出铝合金差厚球壳梯度超低温拉深成形新方法;通过超低温拉深成形工艺装置,在梯度超低温条件下试制了直径为Φ200 mm的2219铝合金差厚球型曲面件;结合数值模拟,分析了差厚球壳梯度超低温拉深成形规律,揭示了薄厚过渡区的变形协调机制。结果表明:超低温下高硬化能力可转移薄厚过渡区的集中变形,并且具有足够的塑性变形能力来承受由厚区约束导致的薄区变形增大;在梯度超低温下,厚薄比为2.0的差厚板的成形性能显著提高,相对常温提高76.4%。梯度超低温成形差厚球壳具有巨大潜力,可为大型差厚薄壁曲面件成形提供新路径。

关键词：铝合金差厚板梯度超低温拉深成形成形性能变形均匀性

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双轴载荷作用下柱壳的塑性屈曲

哈尔滨工业大学学报 2004年第8期36卷 1071-1073页

作者：苑世剑盖秉政哈尔滨工业大学材料科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工业大学航天学院黑龙江哈尔滨150001

采用各向异性刚线性硬化模型研究了柱壳的塑性屈曲问题,当把本构方程的起算点设置在线硬化的起始位置时,本构方程具有线性形式,基此建立了柱壳屈曲的基本方程,并用它求解了四边简支柱壳在双轴载荷作用下的屈曲问题,在弱各项异性情况下... 详细信息

采用各向异性刚线性硬化模型研究了柱壳的塑性屈曲问题,当把本构方程的起算点设置在线硬化的起始位置时,本构方程具有线性形式,基此建立了柱壳屈曲的基本方程,并用它求解了四边简支柱壳在双轴载荷作用下的屈曲问题,在弱各项异性情况下获得了最小屈曲载荷的解析表达式.

关键词：双轴载荷柱壳塑性屈曲各向异性皱纹塑性失稳现象

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差厚管内高压成形变形协调性研究

应用基础与工程科学学报 2009年第3期17卷 477-484页

作者：刘钢初冠南余超苑世剑哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 中汽成都配件有限公司四川成都610504

为了揭示差厚拼焊管内高压成形中,厚管与薄管的长度比和厚度比对变形协调性的影响规律,对不同长度比和厚度比拼焊管坯胀形过程进行了数值模拟研究,并分析了长度比和厚度比与轴向应变分布、减薄率分布的关系.通过拼焊管胀形实验获得了不... 详细信息

为了揭示差厚拼焊管内高压成形中,厚管与薄管的长度比和厚度比对变形协调性的影响规律,对不同长度比和厚度比拼焊管坯胀形过程进行了数值模拟研究,并分析了长度比和厚度比与轴向应变分布、减薄率分布的关系.通过拼焊管胀形实验获得了不同长度比拼焊管坯的胀形结果,对实验件轴向应变分布和变形协调性进行了测试分析.研究表明:变形协调性随差厚拼焊管长度比增大而提高,随厚度比增大而降低.差厚管内高压成形过程中,由于壁厚不同导致薄、厚管变形状态出现明显差异,薄管靠近焊缝区域的轴向拉应变最大,致使该处减薄率明显大于其它部位.变形协调性越好,壁厚均匀性越高.

关键词：差厚拼焊管变形协调性壁厚减薄率内高压成形