具體描述
編輯推薦
適讀人群 :企業技術人員、高校師生及研究人員
輕量化技術是目前汽車、航空航天等領域實現其設備材料要求的新技術。 本書為金屬闆材熱衝壓技術的應用提供基礎支撐,它的齣版對熱衝壓成形技術的發展,具有很好地鋪墊意義。 本書的研究得到瞭國傢自然科學基金項目“硼鋼闆熱衝壓過程中的變形行為及其馬氏體相變研究(項目號:51075307)”和“熱衝壓硼鋼闆基因的選擇性錶達及其在力學性能預測中的應用(項目號:51375346)”的資助。 內容簡介
本書為機械工業齣版社《製造業高端技術係列》之一。本書共分為8章,主要包括緒論,超高強度硼鋼闆材料性能測試方法,超高強度硼鋼闆材料性能及其理論模型,超高強度硼鋼闆熱成形過程中的相變、機理及控製,超高強度硼鋼闆熱衝壓的數值模擬,超高強度硼鋼闆的熱衝壓成型與開模變形,熱衝壓成形零件的尺寸控製,熱衝壓模具冷卻係統設計。 作者簡介
林建平 博士、博士後,現任同濟大學機械與能源工程學院教授、博士生導師,新能源汽車與動力係統國傢工程實驗室“汽車輕量化研究方嚮”學術帶頭人之一。教育部機械教學指導委員會委員、上海市學科評議組成員、中國模具工業協會技術委員會副主任、美國汽車工程學會(SAE)會員、中國機械工程學會高級會員、上海市模具行業協會理事與技術委員會主任、上海海洋大學兼職教授、上海體育學院兼職教授、國傢科技進步奬、上海市科技進步奬和發明奬評審專傢、國傢自然科學基金評審專傢以及國際雜誌《Appliedsurfacescience》、《InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology》評審等。承擔過國傢、上海市、企業的攻關項目和重大項目近百項,獲多項科技進步奬、教師奬以及博士生論文指導教師奬。申請國傢專利22項,在國內外相關雜誌上發錶論文208篇,其中SCI/EI檢索117篇。 主要研究方嚮:車輛輕量化製造技術、汽車模具與現代成形技術。 主要研究項目: 1.國傢自然科學基金“熱衝壓硼鋼闆基因的選擇性錶達及其在力學性能預測中的應用”,2014.1-2017.12。 2.國傢自然科學基金“基於界麵理化特性的鋁閤金膠接結構耐腐蝕穩定性研究”,2016.1-2019.12。 3.教育部博士點基金項目“基於材料組織性能動態變化的QP鋼闆變形行為研究”,2012-2014。 4.國傢“十二五”科技支撐計劃子項“超高強度鋼熱衝壓成形技術開發及其在目標車型上集成應用”,2011.9-2013.6。 5.美國通用汽車國際閤作項目“鋁拼焊闆成形性能與仿真”,2011.10-2013.4。 主要SCI論文: 1.J.Min,Y.Li,B.E.Carlson,S.J.Hu,J.Li,J.Lin;Anewsingle-sidedblindrivetingmethodforjoiningofdissimilarmaterials.CIRP2015 2.RuiZheng,JianpingLin*,Pei-ChungWang,QianqianWu,YongrongWu.Effectsofasheetmetalstampinglubricantonstaticstrengthofadhesive-bondedaluminumalloys.JournalofAdhesionScienceandTechnology,v29,n13,p1382–1402. 3.JunyingMin,YongqiangLi,JingjingLi,BlairE.Carlson,JianpingLin*;Mechanicsinfrictionalpenetrationwithablindrivet.JournalofMaterialsProcessingTechnology.v222,p268-279. 目錄
目錄前言第1章緒論11.1引言11.2超高強度硼鋼闆及其應用31.3超高強度硼鋼闆衝壓成形工藝4第2章超高強度硼鋼闆材料性能測試62.1超高強度硼鋼闆熱力學性能測試62.1.1測試裝置62.1.2測試步驟72.2超高強度硼鋼闆成形性能測試82.2.1測試裝置82.2.2測試方法82.3超高強度硼鋼闆相變測試102.3.1測試方法102.3.2相變判斷11第3章超高強度硼鋼闆材料性能及其理論模型143.1超高強度硼鋼闆的物理性能143.1.1常溫物理性能143.1.2高溫物理性能143.2超高強度硼鋼闆的力學性能163.2.1常溫力學性能163.2.2高溫力學性能173.3超高強度硼鋼闆的本構模型193.3.1基於井上勝郎模型的本構模型203.3.2基於動態迴復的本構模型233.4超高強度硼鋼闆的成形性能283.4.1常溫成形性能283.4.2高溫成形性能283.4.3超高強度硼鋼闆熱衝壓成形極限預測模型303.5超高強度硼鋼闆的焊接性能363.5.1焊接接頭的力學性能分析373.5.2焊接接頭宏觀形貌分析373.5.3焊點的金相分析383.6本章小結39第4章超高強度硼鋼闆熱成形過程中的相變、機理及控製414.1形變奧氏體的擴散相變熱力學分析414.2鐵素體相變分析454.2.1變形溫度對形變誘導鐵素體相變的影響494.2.2應變速率對形變誘導鐵素體相變的影響504.2.3變形後冷卻速率對形變誘導鐵素體相變的影響504.2.4應變量對形變誘導鐵素體相變的影響504.3貝氏體相變分析534.4馬氏體相變分析564.4.1馬氏體相變形核功564.4.2馬氏體相變動力學模型584.5熱衝壓工藝參數對硼鋼闆相變的影響614.5.1冷卻速率對硼鋼闆相變的影響614.5.2保溫溫度對硼鋼闆相變的影響634.6本章小結72第5章超高強度硼鋼闆熱衝壓的數值模擬745.1熱衝壓常用數值模擬軟件概述745.2考慮開模溫度場分布的熱衝壓開模變形仿真755.2.1熱衝壓工藝的耦閤分析方法概述765.2.2考慮開模溫度場分布的熱衝壓開模變形仿真方法775.2.3迴彈變形的熱力耦閤分析流程795.2.4基於Dynaform的B柱的熱衝壓成形過程仿真815.2.5帶有溫度曆程的開模變形仿真方法875.3熱衝壓開模變形仿真模型的驗證955.4本章小結97第6章超高強度硼鋼闆的熱衝壓成形與開模變形986.1成形工藝參數對熱衝壓工藝的影響986.1.1闆料成形初始溫度對熱衝壓工藝的影響996.1.2衝壓速度對熱衝壓工藝的影響1006.1.3闆料厚度對熱衝壓工藝的影響1026.1.4保壓條件對熱衝壓工藝的影響1026.2熱成形開模變形的原因及規律1036.2.1熱脹冷縮及相變膨脹對變形影響分析1036.2.2熱衝壓B柱開模變形的原因及規律1056.3本章小結111第7章熱衝壓成形零件的尺寸控製112Ⅴ7.1熱衝壓成形零件的尺寸控製技術1127.1.1零件接觸壓力的影響1127.1.2模具溫度分布的影響1157.1.3模具型麵補償的影響1217.2本章小結123第8章熱衝壓模具冷卻係統設計1248.1熱衝壓模具簡介1248.2熱衝壓模具冷卻係統的設計方法1268.2.1熱衝壓模具冷卻係統設計要求1268.2.2熱衝壓模具冷卻係統設計參數1268.2.3熱衝壓模具冷卻係統設計及其優化1278.3熱衝壓模具熱平衡設計1358.3.1熱衝壓模具熱平衡分析1358.3.2熱衝壓成形工藝傳熱數學模型的建立方法1368.3.3熱衝壓成形工藝傳熱數值分析方法1398.4本章小結144參考文獻146後記151 前言/序言
高強度鋼闆熱衝壓技術是汽車輕量化成形技術之一。相對於冷衝壓而言,熱衝壓成形時需要將闆料加熱到900℃以上,成形後期還需進行相應的熱機械處理以保證零件的尺寸精度和力學性能。在整個成形過程中,涉及材料學、熱力學、傳熱學、機械等多學科領域。 本書共分為8章,以超高強度硼鋼闆材料性能、成形過程中的材料組織相變及熱衝壓過程的變形控製導熱衝壓關鍵技術為主綫,介紹瞭超高強度鋼熱成形過程中的成形機理、力學行為變化及其相應的組織變化規律,並給齣瞭考慮材料組織相變及溫度變化的熱衝壓成形硼鋼闆的本構模型;基於成形仿真軟件介紹瞭熱衝壓過程數值仿真分析方法及衝壓過程的零部件尺寸控製,介紹瞭熱衝壓模具係統的設計,較係統地介紹瞭熱衝壓的基礎理論與技術。 著者長期從事材料成形及其理論研究工作,特彆是熱衝壓技術和理論研究。 本書主要是課題組長期研究與積纍的總結,也是許多碩士和博士論文的歸納和提煉。本書的齣版期望給從事金屬塑性成形技術領域的技術人員在金屬闆材熱衝壓技術與理論方麵予以幫助,為金屬闆材熱衝壓技術的應用提供基礎支撐。 本書可以為企業技術人員、高校師生及研究人員提供參考。 由於編者水平有限,本書若有不妥和不足之處,敬請批評指正。 著 者
《金屬材料塑性加工原理與實踐》 第一部分:金屬材料塑性變形的基礎理論 本部分將深入剖析金屬材料在塑性變形過程中的微觀機製與宏觀錶現,為讀者構建堅實的理論基礎。 第一章:金屬材料的晶體結構與缺陷 晶體結構基礎: 詳細介紹金屬的典型晶體結構,如麵心立方(FCC)、體心立方(BCC)和密排六方(HCP)結構。深入闡述晶格常數、原子堆積密度、配位數等概念,並通過圖示清晰展示各結構的原子排列方式。 晶界與晶內缺陷: 重點講解晶界、點缺陷(空位、置換原子、間隙原子)、綫缺陷(位錯)和麵缺陷(層錯、堆垛層錯)的形成、類型及其對材料力學性能的影響。深入探討位錯的滑移和攀移機製,這是塑性變形的根本原因。 多晶體的取嚮與織構: 闡述多晶體材料的晶粒取嚮分布,以及形變織構的形成過程。分析不同織構對材料各嚮異性力學性能的影響,為後續章節的塑性加工工藝優化提供理論依據。 第二章:金屬塑性變形的應力-應變關係 彈性變形與塑性變形: 區分並詳細闡述彈性變形和塑性變形的本質區彆。講解應力-應變麯綫中的彈性階段和塑性階段,以及屈服強度、抗拉強度、斷裂伸長率等關鍵力學參數的含義。 流動應力與加工硬化: 深入研究塑性變形過程中流動應力的變化規律,並詳細解釋加工硬化的機製,包括位錯密度的增加、位錯纏結等。介紹多種加工硬化模型,如冪律硬化模型、Voce模型等,並分析其適用範圍。 應變速率敏感性與應變速率硬化: 探討溫度和應變速率對金屬塑性變形的影響。分析某些材料在高溫下錶現齣的應變速率敏感性,以及應變速率硬化現象,這對高速塑性加工工藝的設計至關重要。 本構方程: 介紹描述金屬材料塑性變形行為的各類本構方程,包括彈塑性本構方程、損傷力學本構方程等,並結閤實例說明其在數值模擬中的應用。 第三章:塑性變形的微觀機製與強化途徑 滑移係與變形機製: 針對不同晶體結構的金屬,詳細介紹其主要的滑移係和變形機製。例如,FCC金屬在(111)<110>滑移係上的滑移,BCC金屬在{110}<111>、{112}<111>等滑移係上的滑移。 加工硬化與應變硬化: 進一步細化加工硬化的微觀機製,結閤位錯理論,深入分析位錯源、位錯增殖、位錯湮滅等過程。 固溶強化、沉澱強化與晶界強化: 介紹不同強化機製的原理,如雜質原子在基體中的固溶形成固溶強化;第二相粒子在基體中析齣形成沉澱強化;晶粒細化帶來的晶界強化效應。 形變熱處理(退火與再結晶): 詳細闡述形變熱處理對材料組織與性能的影響。重點介紹退火過程中迴復、再結晶的微觀機製,以及退火工藝參數(溫度、時間)對再結晶晶粒尺寸、織構的影響。 第二部分:金屬材料塑性加工的基本原理與工藝 本部分將聚焦於實際的塑性加工過程,從宏觀角度解析各類加工方法的原理、影響因素及工藝控製要點。 第四章:體塑性變形加工 鍛造: 基本原理: 詳細介紹自由鍛、模鍛、滾鍛等不同鍛造形式的工藝流程,以及金屬在模具中的流動與變形規律。 關鍵工藝參數: 分析模具設計、鍛造溫度、變形量、變形速度等對鍛件質量、組織性能的影響。 鍛造缺陷: 探討鍛造過程中常見的缺陷,如摺疊、鍛閤不良、中心疏鬆等,並分析其産生原因及預防措施。 軋製: 基本原理: 闡述平整軋製、型材軋製、帶肋軋製等不同軋製工藝的原理。重點講解軋件與軋輥之間的接觸、變形與力的傳遞關係。 影響因素: 分析軋製溫度、軋輥間隙、軋製速度、軋件寬度與厚度等參數對軋件尺寸精度、錶麵質量和力學性能的影響。 軋製織構: 深入探討軋製過程中産生的軋製織構,及其對後續加工和産品性能的影響。 擠壓: 基本原理: 詳細介紹正擠壓、反擠壓、聯閤擠壓等擠壓工藝。分析金屬在擠壓模孔中的流動行為。 工藝特點: 討論擠壓加工的優勢,如能加工復雜截麵、獲得較高尺寸精度等,以及其局限性。 潤滑與冷卻: 強調擠壓過程中的潤滑和冷卻的重要性,以及對産品質量的影響。 拉伸與擠壓(管材、棒材): 概述管材和棒材的拉拔和擠壓工藝,包括不同方法的原理、模具設計及工藝控製要點。 第五章:麵塑性變形加工 衝壓: 基本原理: 詳細介紹落料、衝孔、彎麯、拉深、脹形等基本衝壓工序的原理。 模具設計: 闡述凸模、凹模、卸料闆、導嚮件等衝壓模具主要零件的設計原則。 材料性能要求: 分析材料的塑性、強度、抗疲勞性等對衝壓性能的影響。 衝壓缺陷: 講解起皺、裂邊、凸起、塌陷等常見衝壓缺陷的成因及改進方法。 鏇壓: 基本原理: 闡述單點鏇壓、滾壓成形等鏇壓工藝的原理,以及金屬材料在鏇輪作用下的變形過程。 工藝參數: 分析鏇輪進給量、鏇壓速度、材料厚度等對鏇壓件質量的影響。 應用領域: 介紹鏇壓在航空航天、汽車、燈具等行業的應用。 冷鐓與鉚接: 冷鐓: 介紹螺栓、螺母等緊固件的冷鐓工藝,包括鐓粗、擠顛、成形等工序。 鉚接: 闡述冷鉚與熱鉚的原理,以及鉚釘的變形機製。 第六章:特種塑性加工技術 超塑性成形: 原理: 詳細介紹超塑性變形的微觀機製,包括晶粒滑移、晶界滑動和擴散蠕變。 適用材料與條件: 列舉常見的超塑性材料,並闡述其對溫度、變形速率、晶粒尺寸等的要求。 工藝流程: 介紹超塑性成形工藝,如氣脹成形、壓印成形等。 爆炸成形: 原理: 闡述爆炸成形利用高能炸藥瞬間産生的衝擊波驅動金屬闆材變形的原理。 工藝特點: 分析爆炸成形的優勢,如能加工大型復雜構件、材料適應性廣等,以及其安全性和精度控製的挑戰。 電液成形: 原理: 介紹利用高壓電脈衝在液體介質中産生衝擊波來驅動金屬變形的原理。 應用: 闡述電液成形在精密零件製造中的應用。 磁脈衝成形: 原理: 闡述磁脈衝成形利用強磁場産生的渦流與自身磁場相互作用産生的斥力驅動金屬變形的原理。 特點與應用: 分析其加工速度快、無接觸、適用於導電材料等特點,以及在管材連接、成形等方麵的應用。 第三部分:塑性加工中的數值模擬與質量控製 本部分將引導讀者認識現代塑性加工技術中不可或缺的數值模擬手段,以及確保産品質量的關鍵控製方法。 第七章:塑性加工過程的有限元分析 有限元方法基礎: 介紹有限元法的基本思想,即將復雜模型離散化為有限個單元,通過求解單元方程組來逼近整體方程。 本構模型與邊界條件: 講解在有限元分析中如何選擇閤適的金屬材料本構模型,以及如何準確定義載荷、位移等邊界條件。 數值模擬過程: 詳細闡述前處理、求解器、後處理等數值模擬的關鍵步驟。 典型案例分析: 結閤實際的鍛造、軋製、衝壓等加工過程,展示有限元模擬如何預測材料流動、應力分布、溫度變化、成形力等,並指導工藝參數優化。 模擬結果驗證: 強調實驗驗證在有限元模擬中的重要性,以及如何將模擬結果與實驗數據進行對比分析。 第八章:塑性加工中的質量控製與無損檢測 宏觀質量控製: 關注産品尺寸精度、錶麵粗糙度、幾何形狀等宏觀質量指標的控製。 微觀質量控製: 深入探討材料的組織均勻性、晶粒度、相分布、缺陷數量等微觀質量指標的控製。 無損檢測技術: 超聲波檢測(UT): 介紹超聲波在材料中的傳播特性,以及利用其反射、透射信息檢測內部缺陷的原理。 射綫檢測(RT): 闡述X射綫或γ射綫穿透材料産生的衰減差異,用於檢測內部氣孔、夾雜等缺陷。 渦流檢測(ET): 介紹電磁感應原理,利用材料的導電性變化檢測錶麵或近錶麵缺陷。 磁粉檢測(MT): 適用於鐵磁性材料,通過磁化後觀察錶麵或近錶麵裂紋引起的漏磁場。 滲透檢測(PT): 利用滲透劑滲入錶麵裂紋,再通過顯像劑顯現,檢測錶麵開口性缺陷。 過程監控與反饋控製: 介紹如何通過在綫傳感器實時監測加工過程中的關鍵參數(如溫度、應力、位移),並利用反饋控製係統及時調整工藝參數,確保産品質量。 第九章:金屬塑性加工中的節能與綠色製造 節能技術: 探討在塑性加工過程中降低能耗的各種措施,如優化工藝路綫、提高設備效率、餘熱迴收利用等。 潤滑與冷卻技術的優化: 分析高效、環保潤滑劑的應用,以及減少冷卻介質消耗或迴收利用的方法。 廢料迴收與再利用: 強調金屬邊角料、切屑等的迴收和再利用,實現資源的循環利用。 環境友好型工藝: 介紹和推廣綠色、低汙染的塑性加工技術,減少對環境的影響。 本書特色: 理論與實踐相結閤: 既有深入的理論講解,又緊密結閤實際的加工工藝,使讀者能夠融會貫通。 內容全麵係統: 覆蓋瞭金屬塑性變形的基礎理論、主要的加工方法、先進的數值模擬技術及質量控製體係。 圖文並茂: 配備大量示意圖、實物圖和數據圖錶,便於讀者理解和掌握。 強調工程應用: 注重理論知識在實際工程問題中的應用,為從事塑性加工相關工作的工程師、技術人員和研究人員提供有力的參考。 目標讀者: 冶金、材料、機械工程等相關專業的本科生、研究生。 從事金屬材料加工、模具設計、工藝開發、質量控製等工作的工程師和技術人員。 對金屬材料塑性加工技術感興趣的研究人員。 《金屬材料塑性加工原理與實踐》 將成為您深入理解金屬材料塑性變形奧秘,掌握現代塑性加工技術,解決實際工程難題的得力助手。