- 湛利华;张士宏;
<正>随着制造技术的革新,常规和传统模式正逐渐被非常规和极端制造所取代,催生了新的制造模式——极端制造。发展轻质薄壁构件极端成形制造技术是新一代航空航天飞行器、战略导弹、轨道交通等领域提高运载器件承载能力极限和实现节能减排的重要手段。研究发现,极低和极高应变率能有效降低轻质薄壁构件的残余应力和回弹率,提高材料塑性变形能力,最终实现复杂构件形性一体化精准制造。在2024年中国机械工程学会年会上,“极端应变速率下材料高塑性、低应力的物理机制是什么?”被列为2024年机械工程领域的前沿科学问题。近年来,国际同行已先后在美国和德国多次组织召开“高能率成形技术”系列国际学术会议。
2025年09期 v.32;No.208 1页 [查看摘要][在线阅读][下载 794K] [下载次数：7 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 陈璇;揭庆祥;王抒;李瑞;周川;张丹;肖昂;崔晓辉;湛利华;
介绍了电磁成形工艺的技术特色和难点问题，从材料的宏微观变形角度分析了电磁成形工艺对不同合金微观组织演变的影响规律，研究了材料的宏微观断裂行为并总结了该工艺的增塑机制，探讨了电磁成形工艺对零件回弹的控制能力及内应力振荡衰减的影响。从成形工艺角度，综述了当前不同板管类零件成形的多级多向电磁力调控方案，归纳了现有的电磁复合成形工艺研究现状。电磁成形技术从单一的电磁力成形不断向复合工艺方向发展，成形零件类型向极端尺寸、变截面和多曲率等方面扩展，零件的成形极限和精度均得到了显著提升。电磁成形在应用材料、尺度效应和多工艺耦合等方面的研究还有待进一步完善。
2025年09期 v.32;No.208 2-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 5140K] [下载次数：77 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 周彤旭;王国峰;王家辉;李天民;
激光冲击微成形是一种基于高能脉冲激光诱导等离子体冲击波实现微纳米级塑性变形的先进制造技术。系统综述了激光冲击微成形的原理及装备、尺寸效应、技术应用、最新应用拓展和局限性，并进行了总结与展望。激光冲击微成形的核心装备主要包括高能脉冲激光系统、精密运动控制系统和约束烧蚀系统等，实现高能脉冲对微纳米结构的精准成形。该技术已广泛的在微压印和微拉深等领域展开深入研究，并较为成功地用于微纳结构的制备和生产中。同时，基于该技术开发了以激光冲击微液压成形、激光冲击微气泡成形和激光冲击微铆接成形等新兴的激光冲击微成形技术，促进了激光冲击技术的多元化发展。最后基于该技术现有的发展及相关局限性，对其进行了系统性的总结与展望。
2025年09期 v.32;No.208 18-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 5940K] [下载次数：25 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 张士宏;夏亮亮;徐勇;李昊;朱红亮;解文龙;
探讨了不同轻质合金在各种应变速率下的力学性能变化规律，并确定了二次硬化现象。基于所确定的轻质合金高应变速率增塑及降弹现象，研究了复杂板件冲击液压成形技术，探讨了铝合金、铝锂合金和钛合金在冲击液压成形条件下的塑性增强和降弹规律和机理。通过显微组织观察和表征揭示了塑性增加的微观机理。分析了钛合金在低速钢模弯曲和高应变速率冲击液压成形弯曲下的回弹行为，并结合宏观有限元模拟和微观组织观测揭示了回弹降低的宏微观机理。通过同时提高塑性以控制成形性和减少回弹可以控制形状精度。
2025年09期 v.32;No.208 35-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 3981K] [下载次数：28 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 韩艳彬;杜志浩;张海宝;白颖;崔晓辉;王瀚鹏;揭庆祥;
针对7075-T6高强铝合金在室温下屈服强度高、塑性变形能力差，常规工艺下零件易出现开裂和回弹缺陷的问题，提出了一种电磁驱动内直孔翻边工艺。分析了不同驱动板厚度和放电电压对板料翻边质量的影响，发现随着驱动板厚度的增加，板料贴模精度增加、零件口部破裂被抑制。但过厚驱动板的变形抗力增大，相同电压下零件的贴模性变差。随着放电电压的增加，零件贴模精度逐渐增加。采用驱动板厚度为2 mm和放电电压为8 kV,实现室温下7075-T6铝合金翻边零件的高精度成形。通过ANSYS与ABAQUS软件联合仿真，发现驱动板能够降低翻边件口部的周向拉应力和弹性应变能，有效抑制破裂、回弹缺陷的产生。
2025年09期 v.32;No.208 47-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 2619K] [下载次数：50 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 庞国鑫;张宝;李明浩;祖宇飞;李细锋;付雪松;周文龙;郭俊卿;相楠;陈国清;
研究了3种不同电流路径及结构的电辅助弯曲模具对TA15钛合金V型弯曲成形的影响。结果表明，TA15钛合金室温塑性较差，室温下板材弯曲至146°时，试样便产生裂纹。而采用电流辅助弯曲工艺可实现试样成形区的局部加热(模具置于室温环境),在高温及脉冲电流作用下，可将试样弯曲成形至31°,显著提高试样的成形极限。模具结构、电流路径以及试样的本征性能(热导率和电导率)会显著影响试样内高温区分布的位置及长度。对于钛合金这种电阻大但导热差的金属而言，选用电流从凸模引入模具可有较好的高温区分布及成形结果。
2025年09期 v.32;No.208 55-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 4617K] [下载次数：76 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 隋礼平;张晓宇;杨清波;王国峰;
采用超塑正反胀形工艺对新一代动车组受电弓导流板进行成形，成形板材为国产供货态5083-H111铝合金，基于有限元仿真软件对正反胀形过程的仿真分析，确定反胀成形的胀形程度，通过分析不同应变速率下正胀成形的结果，确定超塑成形的最佳应变速率，并根据仿真结果确定超塑正反胀形工艺的气压加载曲线。在模具设计阶段，根据受电弓导流板的零件特征，在正胀模具中引入加强筋以防止零件变形。结果表明：超塑正反胀形工艺能够实现动车组受电弓导流板的成形，零件成形精度符合技术标准，无明显缺陷，整体壁厚分布均匀，零件满足整体壁厚减薄率≤10%,局部壁厚减薄率≤30%的要求，最大减薄率为29.75%。
2025年09期 v.32;No.208 64-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 2873K] [下载次数：48 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 肖罡;郭鹏程;项忠珂;王震虎;
通过室温高应变速率冲击压缩实验研究了商用半连续铸造7003-T6铝合金的力学性能及显微组织演变规律。结果表明：当应变速率从1600 s~(-1)增至3500 s~(-1)时，合金的流变应力平均增加140 MPa,表现出显著的应变速率敏感性，且高应变速率下变形初期的应变硬化更为显著。随加载应变的增加，原等轴晶粒逐渐转变为沿径向分布的纤维状晶粒，变形均匀性降低，塑性变形的局域化促进了剪切变形带的形核与扩展。剪切变形带首先在试样冲击侧端面边缘形核，然后沿剪切方向朝试样中心扩展，直至贯穿试样形成波浪状剪切变形带。随加载应变的增加，形核位置的剪切变形带与试样端面的夹角逐渐减小，当应变增至0.70时，剪切变形带基本平行于试样径向。增加应变速率可提高变形均匀性，延缓剪切变形带的形核。
2025年09期 v.32;No.208 74-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 3429K] [下载次数：34 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 王兴华;徐俊瑞;赵雨东;
针对镁合金成形性差，应用范围受限的问题，以厚度为1 mm,沿法向(ND)强织构的AZ31镁合金板材为试验对象，用自制夹具固定，沿横向(TD)分别采用准静态/动态两种加载方式进行预压缩变形，利用金相显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射(EBSD)对处理后试样的顶部、中部和底部区域微观组织进行观测，并利用拉伸试验和杯突试验进行力学性能分析。试验结果显示随应变量增大，试样内孪晶密度相应升高，织构强度弱化，表明预压缩可以引入{10-12}拉伸孪晶，促进晶粒由ND向TD发生偏转，试样力学性能和成形性得到提高；与准静态加载相比，动态加载的预压缩试样力学性能和成形性显著提高且均匀。
2025年09期 v.32;No.208 83-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 6653K] [下载次数：75 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 关成龙;池同铭;姚舜铭;林梓莹;王冰;湛利华;
自主设计研发了纤维预应力装置，采用基于光纤布拉格光栅传感器的在线监测平台研究了铺层参数对碳纤维增强复合材料构件固化过程中应变演化的影响规律，并结合构件力学性能测试与微观形貌表征，揭示了预应力对复合材料构件内应变的调控机制。应变在线监测的结果显示，预应力可有效调控复合材料固化过程中的面内应力，且铺层参数对预应力作用下构件固化过程中的面内应变影响显著，其中，[0]_4和[0_2/90_2]铺层的复合材料构件的面内压应变分别提升136%和62%,即预应力对单向铺层构件的面内应变调控效果更优；三点弯曲试验测试结果发现，预应力能通过提高面内压应变水平以增强构件的弯曲模量，[0]_4和[0_2/90_2]铺层下构件的弯曲模量分别提高了16.3%和18.6%;基于金相显微镜的微观形貌表征结果证明，纤维预应力释放后的压应变显著提升了纤维/基体之间的界面结合强度，从而在一定程度上抑制了纤维拔出现象。
2025年09期 v.32;No.208 98-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1831K] [下载次数：92 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 李金钊;管志平;
传统模型从应变速率敏感指数(m值)出发，认为m值是维持超塑性大伸长率、抑制超塑性颈缩发展的关键因素。但仅依赖m值无法解释超塑性的应变离域行为。为了弥补传统理论的不足，提出一种新的基于超塑性晶界粘滑运动的本构模型，并用μ值描述粘滑作用的强度。结合动静耦合建模方法，探究了不同m值和不同粘滑行为在超塑性大变形中的作用，进一步揭示超塑性大变形的力学稳定机制。模拟结果显示，m值是维持超塑性大应变的基础。同时，合适的粘滑行为抑制了颈缩发展，促进了整体变形的稳定性，足够强度的粘滑效应甚至可以实现无颈缩超塑性变形。
2025年09期 v.32;No.208 105-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 2064K] [下载次数：18 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 董东营;张珈宁;蔡肇洲;张旭;李光耀;崔俊佳;
基于压缩量控制采用数值模拟、微观观测与硬度测试的方法研究了放电能量对铜粉压实特性的影响规律。结果表明，随着放电能量的增加，相对致密度分布的均匀性逐渐变差，并且上边缘位置的相对致密度逐渐增大，达到88.33%;粉末颗粒的变形越来越大，6 kJ时粉末颗粒有向中心呈45°方向流动的趋势，7与8 kJ时粉末颗粒的致密方向发生了明显转折，沿转折角的平分方向产生阻滞积压的现象；压坯整体的微观硬度值逐渐增大，上边缘位置的硬度值最大为110.54 HV,6～8 kJ压坯的轴向硬度分布呈下降趋势，7与8 kJ时硬度值在靠近上端面位置平稳波动，验证了粉末颗粒致密转折与阻滞积压会提升压坯的局部硬度；通过断口形貌分析发现粉末颗粒结合越来越紧密，形成高强度的致密块体，断口表面的裂纹逐渐集中，最终压坯在相同体积下趋向在断口表面形成明显的裂纹。
2025年09期 v.32;No.208 116-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 4145K] [下载次数：29 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 易双;赵优;陈泽军;丛福官;张云龙;王强;
利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对SiCp/AA2024复合材料及AA2024基体进行动态压缩实验，研究其在1900～3500 s~(-1)应变率范围内的动态力学响应与损伤机制。结果表明：AA2024基体呈现应变率不敏感性，表现出明显的应变硬化和应变软化。复合材料流动应力与塑性应变随应变速率增加而增大，表现为正应变速率强化，其屈服强度与抗压强度较基体材料分别提高约27%和18%。应变硬化与绝热软化的动态竞争导致复合材料应变硬化率波动下降，并伴随较高的能量吸收。基体材料损伤以孔洞缺陷和析出相破碎为主，并伴有析出相单向流动的挤压痕迹。复合材料的损伤表现为SiC颗粒脱粘、断裂以及颗粒/基体界面剥离。在2900 s~(-1)时，复合材料出现剪切裂纹，呈45°贯穿整个试样。断口处可见绝热升温导致的基体熔化现象，断裂类型为韧-脆混合型。弥散SiC颗粒通过位错强化与细晶强化作用，使复合材料硬度显著提升(峰值236.7 HV),增幅约14%。
2025年09期 v.32;No.208 129-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 2950K] [下载次数：161 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 李成;翟华;朱连伟;刘琼;刘志宏;
不锈钢焊接后会产生较高的残余应力，残余应力的消除与材料的蠕变行为紧密相关。从304奥氏体不锈钢焊接板材中取出试样，在763～783 K时效温度和250～380 MPa应力条件下，采用RWS电子蠕变试验机对焊接试样进行持久蠕变和应力松弛实验，分析了在不同载荷下稳态蠕变速率的变化趋势。采用包含双曲正弦函数的Arrhenius方程，对蠕变数据进行拟合分析，建立了与温度和应力关联的蠕变本构模型，并验证了本构方程的有效性和准确性。基于ABAQUS建立了考虑蠕变本构方程的应力松弛仿真模型，分析了不同载荷下的应力松弛变化趋势。结果表明，依据本构方程计算出的稳态蠕变速率与实验结果的平均误差为3.74%,且应力松弛仿真结果的平均误差为2.65%。
2025年09期 v.32;No.208 140-148页 [查看摘要][在线阅读][下载 2380K] [下载次数：82 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 王贞;葛锐;肖欢;孙益斌;刘宏扬;
利用高速液压式拉伸试验机研究了高应变速率对奥氏体基低密度钢力学性能的影响，应变速率分别选取0.5、5、50和500 s~(-1);采用场发射扫描电镜对试验钢断口形貌、组织及晶粒进行观察，分析了高应变速率下奥氏体基低密度钢力学性能的变化规律及机理。结果表明，拉伸过程中奥氏体基低密度钢以奥氏体变形为主，且变形后奥氏体中出现一定数量的滑移带。随着应变速率的增加，塑性变形段的应变速率敏感指数增加，且材料具备多段硬化能力特性，但加工硬化率随应变速率变化并不明显。当选取的应变速率范围为0.5～50 s~(-1)时，随着应变速率的提升，试验钢的屈服强度及抗拉强度均有所增大；断裂以韧窝断裂为主，并存在类似孔洞串联的孔洞带。随着应变速率的增加，孔洞带的数量有所减少，而周边韧窝深度反而有所增加，使钢的伸长率增加，塑性增强。但当应变速率达到500 s~(-1)时，由于拉伸过程中绝热升温的作用，组织内部应力集中的缓解使钢强度的增加幅度有所降低，但在500 s~(-1)极高应变速率下材料已不能很好地发生塑性变形，组织晶粒在外力作用下尚未发生明显变形即发生了断裂，使断后伸长率有所下降。
2025年09期 v.32;No.208 149-156页 [查看摘要][在线阅读][下载 3201K] [下载次数：33 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]
- 夏琴香;陈凯文;肖刚锋;周昊阳;陈灿;
针对杯形件流动旋压成形时因扩径而影响零件成形精度的问题，基于ABAQUS/explicit平台构建了薄壁杯形件三旋轮流动旋压有限元模型，并通过试验验证了模型的可靠性，探索了各成形阶段材料的流动情况，分析了杯形件三旋轮流动旋压扩径产生的机理，研究了进给比、旋轮成形角和旋轮圆角半径对扩径的影响规律。结果表明：在稳定旋压成形阶段，旋轮下方材料的流动存在一个分流面，将材料切向流动分成了两个相反方向，造成切向拉伸变形，旋轮两侧材料受到旋轮下方材料挤压的影响产生切向压缩变形，当两侧材料的压缩变形小于旋轮下方材料的拉伸变形时产生扩径；在旋压结束阶段，因为未变形段材料减少使刚度下降，毛坯口部发生翘曲现象，导致口部产生扩径。较大的进给比有利于保持稳定旋压成形阶段内径精度，但会导致旋压结束阶段产生较大扩径；增大旋轮成形角或减小旋轮圆角半径对减小稳定旋压成形阶段及旋压结束阶段的扩径均有利。
2025年09期 v.32;No.208 173-179页 [查看摘要][在线阅读][下载 1931K] [下载次数：34 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 王琛;田壮壮;李俊霖;张琪;赵春江;梁建国;
为了探究工艺参数与钛合金管断裂之间的关系，通过高温准静态单轴拉伸实验获得了TC4钛合金在高温状态下应力与应变之间的关系。利用Abaqus有限元软件建立了基于Johnson-Cook损伤的滚珠旋压有限元模型，并验证了该模型的有效性。分析了各工艺参数与损伤值之间的关系，揭示了等效塑性应变和应力三轴度对损伤累积的影响。研究结果表明：所建立的有限元模型是有效的，可以用于TC4钛合金管在旋压过程中损伤情况分析。在不同的工艺参数下，外层损伤值大于内层损伤值，即在旋压过程中管外表面是最容易发生断裂的部位，且损伤值随进给率和减薄率的增大而增加，随温度的升高而降低。
2025年09期 v.32;No.208 180-187页 [查看摘要][在线阅读][下载 2102K] [下载次数：44 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 焦永星;董国磊;陈慧琴;朱雪彤;李震龙;杨培祥;
针对大型轴类锻件的锻透问题，以铸态30Cr2Ni4MoV钢为研究对象，采用实验和模拟相结合的方法，进行WHF(宽砧强压锻造法)拔长锻造，研究不同锻比下锻件整个截面的组织细匀化演变，探明制坯过程中铸态粗大组织细化机制，确定材料微观组织趋于稳定的临界变形工艺条件。结果表明：随着变形量增加，动态再结晶体积百分数增加，心部最先发生并逐渐向边部过渡；锻比为1.5时，心部再结晶分数达到75%,边部在20%以下，非常不均匀；锻比增加到2.0时，整个试件内部再结晶分数为90%～100%,随着锻比继续增加变化不大。粗大晶粒细化由再结晶机制引起，锻比2.0时，晶粒已细化到45～55μm。对比试验和模拟结果发现晶粒尺寸基本一致，验证了模拟结果的准确性。
2025年09期 v.32;No.208 188-198页 [查看摘要][在线阅读][下载 2504K] [下载次数：24 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 弓满锋;项豪特;魏栋;李炅;唐壮文;李恒;
利用收缩应变比(CSR)作为描述高强钛管微观织构强度及其对应的宏观各向异性变形行为的指标。采用数值模拟方法建立了扩口、压扁和弯曲成形工艺有限元仿真模型，并通过试验对比验证了该模型的可靠性。仿真和试验结果表明，CSR值对不同成形工艺中的壁厚变化具有显著影响，当CSR值较高时，扩口成形过程中出现顶端壁厚过度减薄的现象，在压扁成形过程中管材左右两侧壁厚明显增加，而在弯曲成形过程中高CSR值有效缓解了管材外侧的壁厚减薄。通过壁厚变化与起主导作用的应力进行对比，避免出现过大的壁厚变化率以及应力，将CSR值调控区间缩短至1.3～2.0。
2025年09期 v.32;No.208 199-209页 [查看摘要][在线阅读][下载 3608K] [下载次数：40 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 李宗芳;柳一鸣;雷呈喜;陈洪月;陈航;
采用有限元模拟方法研究了推进速度对变厚度超高强钢管件感应热辊弯成形温度场、应力应变场、成形精度、微观组织和性能的影响，结果表明：随着推进速度的提高和管件厚度的增加，管件电磁感应加热温度显著下降，600和700 mm·min~(-1)为1.4 mm厚管件的合理推进速度，500和600 mm·min~(-1)为2.2 mm厚管件的合理推进速度；2.2和1.4 mm厚管段分别采用500和700 mm·min~(-1)推进速度的变速热辊弯成形管件比600 mm·min~(-1)等速热辊弯管件具有更优的温度、组织和性能一致性及更高的成形精度；变速热辊弯管件2.2和1.4 mm管段的最高温度分别为1217和1196℃,成形温度差值仅为600 mm·min~(-1)等速热辊弯管件的11.0%,弯曲成形后不同厚度处马氏体组织尺寸和数量基本相同，2.2和1.4 mm处硬度和抗拉强度分别为52.3和54.2 HRC、1674和1690 MPa,差值仅为等速辊弯的19.2%和13.9%;弯曲半径和弯曲角度误差分别比等速热辊弯管件下降33.3%和62.5%。采用变速度热辊弯工艺成功制备出具有优异尺寸精度和组织性能一致性的变厚度梯度性能超高强钢弯管。
2025年09期 v.32;No.208 210-219页 [查看摘要][在线阅读][下载 3148K] [下载次数：18 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ] - 王金仙;周新;
采用0°、45°和90°的路径轧制的方法制备了铜/铝复合板，研究并揭示了轧制路径对铜/铝复合板微观组织和力学性能的影响规律和机理。通过对比不同轧制路径下铜/铝复合板的界面微观结构特征分布及力学性能发现，0°、45°和90°轧制制备的铜/铝复合板的抗拉强度分别为223.5、113.8和179.6 MPa;断后伸长率分别为14.2%、24.6%和25.6%,90°轧制相比0°轧制铜/铝复合板的伸长率提高了80.28%,大大提高了铜/铝复合板的成形性能。这主要是由于轧制路径的改变改善了铜/铝复合板的晶体取向和织构强度，其中90°轧制对织构强度的改善最为明显，由0°的10.54减弱至2.71,大大提高了材料的成形性能。
2025年09期 v.32;No.208 220-226页 [查看摘要][在线阅读][下载 1832K] [下载次数：70 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：0 ]