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剥肋滚压复合工艺及其设备研究

机械工程学报 2024年第8期60卷 132-142页

作者：蒋飞赵升吨范淑琴王可心陈超西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学西安市智能装备与控制重点实验室西安710049 中南大学轻合金研究院长沙410083

面对我国对建筑钢筋的庞大需求以及钢筋两端高效精密制造出螺纹的要求,迫切需要新的加工工艺和设备来满足。分析各类螺纹滚压工艺原理、特点和工艺参数之间的关系,提出一种钢筋剥肋滚压复合新工艺。基于该工艺设计并研制了对称式剥肋滚... 详细信息

面对我国对建筑钢筋的庞大需求以及钢筋两端高效精密制造出螺纹的要求,迫切需要新的加工工艺和设备来满足。分析各类螺纹滚压工艺原理、特点和工艺参数之间的关系,提出一种钢筋剥肋滚压复合新工艺。基于该工艺设计并研制了对称式剥肋滚压设备,滚压模具相位保持机构和对称机构显著提高了钢筋端头螺纹成形的可靠性和效率。通过静力学分析了主轴变形以及箱体模态。利用有限元分析了滚压过程的塑性变形情况和材料流动规律,发现滚压过程中螺纹成形的等效应变随着模具的进给而增加,在切入段集中在齿廓周围,校正段和成形段均分布在整个螺纹,且坯料芯部没有应力和应变发生。牙侧材料从底部流向顶部导致齿高逐渐变高,且牙底的轴向位移最大。在所研制的设备上开展了剥肋滚压试验,验证了剥肋滚压工艺及其设备的可行性与可靠性,结果表明适当增加钢筋的剥肋直径可消除齿顶拉尖现象,同时精确的模具中心距是保证成形螺纹尺寸精度的重要因素。

关键词：钢筋螺纹滚压滚压设备有限元塑性变形

高强度金属棒料高速与应力集中复合剪切断裂行为

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西安交通大学学报 2024年第8期58卷 145-155页

作者：董渊哲刘柏扬朱成成任芋见赵升吨长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064 西安交通大学机械工程学院西安710049

针对传统剪切工艺不适用于高强度金属棒料高效精密切断的难题,提出了高速与应力集中复合的精密剪切新原理工艺,分析了环形槽几何参数对理论应力集中系数的影响,建立了42CrMo高强度棒料的高速剪切断裂有限元模型,研究了铣削和激光旋切环... 详细信息

针对传统剪切工艺不适用于高强度金属棒料高效精密切断的难题,提出了高速与应力集中复合的精密剪切新原理工艺,分析了环形槽几何参数对理论应力集中系数的影响,建立了42CrMo高强度棒料的高速剪切断裂有限元模型,研究了铣削和激光旋切环形槽对槽根等效应力应变场、应力三轴度、损伤起裂及三维裂纹扩展断裂行为的影响,并通过高速剪切试验,获得了不同环形槽对棒料剪切断面质量的影响规律。研究结果表明:对于表面不带环形槽的棒料,损伤起裂需要较大程度的塑性变形累积,切断后的棒料存在压塌及飞边缺陷;所提工艺方法有效约束了槽根附近材料的塑性变形,提高了高速剪切断面质量,圆度误差由11.2%减少到2.3%~4.7%,平面度误差由1.08 mm降低为0.58~0.65 mm,最大弯曲变形度由1.5 mm降低为0.4~0.5 mm,最大剪切载荷和断裂能量也得到了显著降低;相比铣削环形槽,激光旋切获得的尖角窄槽进一步降低了剪切载荷和断裂能量。新工艺方法可为高强度金属棒料的高效、精密及低能耗剪切行为提供参考。

关键词：精密剪切高强度棒料高速环形槽断裂行为

几何构型对AA5052板材渐进成形过程摩擦特性的影响(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：杨光灿张大伟田冲赵升吨西安交通大学机械工程学院

本工作将表面形貌及其特征参数与塑性应变、接触压强及面积结合，分析了几何构型(包括壁角、板厚、工具半径、平面曲线特征)对AA5052板材增量成形过程摩擦特性的影响。结果表明：当壁角≤40°、0.5mm的薄板、10mm的大工具半径成形时，... 详细信息

本工作将表面形貌及其特征参数与塑性应变、接触压强及面积结合，分析了几何构型(包括壁角、板厚、工具半径、平面曲线特征)对AA5052板材增量成形过程摩擦特性的影响。结果表明：当壁角≤40°、0.5mm的薄板、10mm的大工具半径成形时，表面形貌有利于润滑和支撑，界面发生微犁沟和塑性挤压作用，表现出较小的摩擦系数。当壁角＞40°时，应变粗糙化显著，导致新生表面未及时被润滑。而增加板厚和减小工具半径会增大接触压强。上述作用会触发微切削和粘着作用，甚至发生局部咬死形成韧窝撕裂，表现出更高的摩擦系数。零件的平面曲线特征并不会影响界面的摩擦作用机制。此外，还发现随着成形过程的进行，磨粒磨损加剧，表面形貌向着不利于润滑减摩方向演变。

关键词： AA5052板材渐进板材成形几何构型表面形貌特征摩擦机制

无模无铆连接接头的塑性变形行为及工艺参数研究

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塑性工程学报 2024年第1期31卷 41-49页

作者：欧阳潇秦登林赵升吨陈超中南大学轻合金研究院湖南长沙410083 中南大学极端服役性能精准制造全国重点实验室湖南长沙410083 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

为克服传统无铆连接工艺模具结构复杂、对中要求高等不足,提出了一种新型无模无铆连接工艺,并针对2 mm厚AA5052-H32铝合金板材开展了无模无铆接头塑性变形行为及工艺参数的研究。通过单轴拉伸实验和参数拟合获取了铝合金材料模型,并以... 详细信息

为克服传统无铆连接工艺模具结构复杂、对中要求高等不足,提出了一种新型无模无铆连接工艺,并针对2 mm厚AA5052-H32铝合金板材开展了无模无铆接头塑性变形行为及工艺参数的研究。通过单轴拉伸实验和参数拟合获取了铝合金材料模型,并以此为材料数据建立了无模无铆接头成形过程有限元模型。此外,还分析了成形过程中板料的等效塑性应变、等效应力和材料流动情况,研究了冲头工艺参数对接头塑性变形行为的影响规律。实验与仿真结果表明,所建立的有限元模型具有较好的精度,[JP3]可以有效预测接头的成形过程,接头的颈部厚度、互锁值和凸起高度的预测误差均在10%以内,分别为9.4%、1.8%和0.1%;冲头直径、冲头圆角半径、冲头高度和冲头拔模斜度4种冲头工艺参数对接头的塑性变形行为和最终的接头形状有重要影响。

关键词：无模无铆 AA5052-H32铝合金塑性变形数值模拟

重卡传动轴用高强7075铝合金热流变行为及径向锻造微观组织演变

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西安交通大学学报 2024年第8期58卷 124-135页

作者：张超赵升吨邢轲郑文浩李坤王永飞西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学金属成形技术与重型装备全国重点实验室西安710049

为研究重型卡车轻量化传动轴用高强7075铝合金在径向锻造时的热变形行为,将大直径7075铝合金挤压棒料预热退火后,取样进行了不同变形条件下的等温压缩试验。分别考虑温度与应变速率对应变强化及软化的影响,构建了适用于中大型7075铝合... 详细信息

为研究重型卡车轻量化传动轴用高强7075铝合金在径向锻造时的热变形行为,将大直径7075铝合金挤压棒料预热退火后,取样进行了不同变形条件下的等温压缩试验。分别考虑温度与应变速率对应变强化及软化的影响,构建了适用于中大型7075铝合金传动轴热加工的改进Hansel-Spittel本构模型。根据动态材料模型理论获得了7075铝合金的热加工图,并据此分析了7075铝合金棒料在典型径向锻造工艺中的组织变化。研究结果表明:改进Hansel-Spittel模型能更准确地模拟预热退火态7075铝合金的峰值和稳态流变应力,预测值与试验值的平均相对误差仅为2.71%;7075铝合金在温度为350~450℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)范围内具有较高的热加工稳定性,高温及低应变速率的变形条件有利于材料的微观组织演化;预热退火态7075铝合金棒料在经过截面收缩率为55.6%的径向锻造工艺和T6热处理后,原始板条晶粒转变为细化大转角晶粒组织,抗拉强度提高至651 MPa,延伸率提高至12.5%,综合性能得到显著改善。

关键词：重型卡车轻量化 7075铝合金本构模型热加工图径向锻造微观组织演化

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高强度金属棒料精密剪切分离技术研究进展

塑性工程学报 2024年第5期31卷 1-10页

作者：董渊哲刘柏扬赵升吨朱成成孟德安长安大学工程机械学院陕西西安710064 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 长安大学汽车学院陕西西安710064

金属棒料切断分离的下料工序是大多数机械零件成形制造的第1道工序。传统冲床剪切和带锯锯切的工艺方法由于存在不同程度的切断力大、断面质量差、生产效率低和材料浪费等问题,难以适用于中大直径的高强度金属棒料的高效精密切断。依据... 详细信息

金属棒料切断分离的下料工序是大多数机械零件成形制造的第1道工序。传统冲床剪切和带锯锯切的工艺方法由于存在不同程度的切断力大、断面质量差、生产效率低和材料浪费等问题,难以适用于中大直径的高强度金属棒料的高效精密切断。依据剪切下料的锻压设备类型及加载速度,将处于研究及推广状态的高强度金属棒料的精密剪切分离技术分为低速和高速两类,从工艺原理、设备类型、断面质量以及剪切效率等方面对不同精密剪切分离技术进行了探讨。相比于传统下料技术,高速精密剪切分离技术切断效率及断面精度更高,并提出了该技术进一步的研究方向。

关键词：精密剪切金属棒料高强度断面质量

含V型缺口钛合金圆棒拉伸过程声发射特性研究

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锻压技术 2024年第2期49卷 247-254页

作者：钟斌杨会强轩轩于正洋赵升吨西安科技大学机械工程学院陕西西安710054 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

采用声发射无损检测技术对含环状V型缺口TC4钛合金试样的匀速拉伸过程进行监测,探讨了含不同V型缺口的TC4钛合金试样在拉伸过程中不同变形阶段对钛合金声发射特征参数的影响。结果表明:声发射信号的分布情况与拉伸过程中的每个阶段相对... 详细信息

采用声发射无损检测技术对含环状V型缺口TC4钛合金试样的匀速拉伸过程进行监测,探讨了含不同V型缺口的TC4钛合金试样在拉伸过程中不同变形阶段对钛合金声发射特征参数的影响。结果表明:声发射信号的分布情况与拉伸过程中的每个阶段相对应。在整个拉伸断裂过程中,不同V型缺口试样的幅值信号主要分布在40~70 dB之间,整个塑性变形过程中仅出现少量高幅值信号,而试样在断裂瞬间均出现100 dB的高幅值信号。声发射累积计数和累积能量随着损伤的累积而增加。此外,不同V型缺口的TC4钛合金试样从弹性变形到断裂各阶段的声发射的累积能量和累积计数曲线均有明显的阶段性特征,曲线斜率大小相似,累积计数和累积能量数值大小接近。

关键词： V型缺口 TC4钛合金拉伸声发射特征参数

铁素体不锈钢430连续铸造板坯成形合理工艺参数的研究

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精密成形工程 2024年第7期16卷 239-245页

作者：李新强赵升吨丘铭军杜肖臣范淑琴周士凯西安交通大学机械工程学院西安710049 中国重型机械研究院股份公司西安710018 中南大学轻合金研究院长沙410083

目的以某钢厂板厚为180~220 mm的铁素体不锈钢430连铸板坯为对象,研究合理的板坯连铸工艺参数,以提高不锈钢430连铸坯的等轴晶率,强化铸坯质量。方法通过高温拉伸试验、结晶器凝固冷却温度分析以及电磁搅拌磁感应强度模拟,探讨了液体加... 详细信息

目的以某钢厂板厚为180~220 mm的铁素体不锈钢430连铸板坯为对象,研究合理的板坯连铸工艺参数,以提高不锈钢430连铸坯的等轴晶率,强化铸坯质量。方法通过高温拉伸试验、结晶器凝固冷却温度分析以及电磁搅拌磁感应强度模拟,探讨了液体加热温度、结晶器冷却水参数及电磁搅拌参数等工艺参数对连铸坯质量的影响规律。结果高温拉伸试验结果表明,430不锈钢在不同温度下的应力-应变曲线都是典型的塑性拉伸曲线,当温度超过1000℃后,抗拉强度显著减小;在结晶器宽面水量3400 L/min、窄面水量400 L/min的参数条件下,结晶器宽面及窄面铜板温度均匀,满足铸坯成形要求;在扇形1段第6^(#)和7^(#)辊位并列增加电磁搅拌辊后,430不锈钢铸坯电磁场分布合理且铸坯中心磁感应强度最大,为0.104 T,平均磁感应强度为0.09 T,显著提升了液相穴内钢水的流动性。结论在结晶器宽面水量为3400 L/min、窄面水量为400 L/min条件下,在连铸机扇形1段第6^(#)和7^(#)辊位并列增加电磁搅拌辊后,对430不锈钢进行连续铸造工业试验,铁素体不锈钢430板坯等轴晶率达到62.5%,裂纹发生率降低。

关键词：铁素体不锈钢430 连铸板坯工艺参数铸坯成形等轴晶率

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新型双主轴搅拌摩擦焊设备结构可靠性研究

重型机械 2024年第3期 24-31页

作者：陈政赵升吨王峰马涛张鹏物华能源科技有限公司陕西西安710061 西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 西安科技大学机械工程学院陕西西安710054

为了实现厚板铝合金等轻量化板材的高效高可靠连接,双主轴搅拌摩擦焊技术应运而生,但是目前适用于双主轴搅拌摩擦焊接的设备并不成熟。针对双主轴搅拌摩擦焊技术,设计了一种新型双主轴搅拌摩擦焊设备,利用ANSYS Workbench软件对所设计... 详细信息

为了实现厚板铝合金等轻量化板材的高效高可靠连接,双主轴搅拌摩擦焊技术应运而生,但是目前适用于双主轴搅拌摩擦焊接的设备并不成熟。针对双主轴搅拌摩擦焊技术,设计了一种新型双主轴搅拌摩擦焊设备,利用ANSYS Workbench软件对所设计设备的机身和主轴进行了静力学分析,校核了机身和主轴的刚度与强度,并通过模态分析研究了设备的振动响应特性,验证了设备的结构可靠性。结果表明:在额定工况下,机身最大形变量0.55 mm,主轴安装位置形变量约0.20 mm;主轴最大形变量1.73μm,最大应变1.97×10^(-4),最大应力20.64 MPa。机身以及主轴的强度与刚度均满足双主轴搅拌摩擦焊连接工艺需求。主轴安装位置和丝杠等重要位置最大应力约20 MPa,远小于机身材料的许用应力。机身的1阶固有频率为53.58 Hz,主轴的1阶固有频率为3 387.0 Hz,避开了电机的工作频率,设备工作过程中振动稳定,不会发生共振现象。

关键词：双主轴搅拌摩擦焊塑性连接交流伺服 ANSYS Workbench 静力学分析模态分析

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