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1. 高强钢热冲压结构件三维激光切割回弹规律及精度补偿方法

李守港, 刘鹏, 刘祥, 胡志力,

中国机械工程 2022, 33 (22): 2741-2747. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.012

摘要（746）

PDF （7408KB）（109）

为了减小高强钢车身结构件三维激光切割过程中回弹缺陷对切割精度的影响，将热冲压后的高强钢车身构件应用于三维激光切割，研究其回弹特性。以某车型的高强钢车身结构件A柱为研究对象，利用有限元仿真软件AUTOFORM与ABAQUS分别建立了热冲压和激光切割有限元模型，通过数值模拟得到回弹值分布图，揭示了车身结构件在切割后轮廓的回弹规律。根据基于回弹预测的直接补偿方法对轮廓进行补偿以确定最佳切割轮廓，对A柱冲压半成品进行切割试验验证，试验结果表明，所提补偿方法能够将轮廓误差控制在公差范围内，轮廓误差减小约28.5%，型面回弹减小约38.3%，验证了该补偿方法的有效性。

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2. 金属薄壁筒体对轮旋压技术进展及应用探析

张立军, 杨宁, 李志顺, 陶继绍, 徐嘉怡, 李帆, 赵升吨,

中国机械工程 2023, 34 (02): 226-237. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.013

摘要（439）

PDF （10288KB）（79）

对轮旋压是成形大型高强金属薄壁筒体的关键技术。分别从塑变机理、成形精度影响与控制、组织演变与缺陷、对轮旋压设备等四方面概述了金属薄壁筒体对轮旋压技术的最新研究进展，指出时变非线性特点导致塑性流动控制困难是对轮旋压技术工程化应用的瓶颈。剖析了对轮旋压技术难点，分析探讨了其发展趋势，揭示出多源混动的对轮主动强力柔性旋压工艺对超高强金属、大尺寸薄壁筒体精密旋压成形的借鉴意义。

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3. 集装箱大梁熔化极气体保护电弧焊的焊缝跟踪系统

高佳篷, 洪波, 贾爱亭, 李湘文, 屈原缘

中国机械工程 2023, 34 (02): 238-244,251. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.014

摘要（428）

PDF （13543KB）（101）

集装箱大梁自动焊接过程中，工件表面的反射不均匀、弧光、飞溅和烟尘等因素容易造成焊缝偏差识别不准确或难以稳定识别，因此设计了一种用于集装箱大梁熔化极气体保护电弧焊的焊缝跟踪系统。基于低成本结构光视觉传感器建立了高鲁棒的焊缝特征提取模型，该模型采用激光条纹的直线斜率对随机采样一致性算法的随机采样过程进行优化，以在复杂环境下实现模型对焊缝特征的稳定提取。不均匀强反射工件表面的焊接试验结果表明：焊接参数300 A、29 V、1 m/min下，Y向、Z向的平均检测误差分别为0.22 mm和0.19 mm，实现了稳定高精度的焊缝跟踪。

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4. 7075铝板弹性模量退化行为研究及回弹预测

杨卓云, 樊博成, 李萧逸, 张子路, 董国疆,

中国机械工程 2022, 33 (18): 2241-2248. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.011

摘要（421）

PDF （8087KB）（109）

金属板材的弹性模量随塑性变形发生衰退，这一现象对板材成形中的回弹预测影响巨大。为研究7075高强铝板的弹性模量衰退规律，采用传统的循环加载试验进行弹性模量测试，同时借助DIC应变测量系统设计弯曲卸载试验进行测试。试验结果表明：弹性模量随塑性变形发生明显退化且衰退规律受材料变形所处的应力状态影响。将两种试验所得衰退规律用于C形梁成形过程中的有限元回弹仿真，仿真与试验的对比结果表明：弯曲卸载试验所得弹性模量衰退规律对C形梁回弹分析的结果明显优于循环加载试验所得规律的结果，四个回弹角的预测精度分别提高了42%、7%、40%和200%。

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5. 薄壁扇形筋板挤压成形开裂抑制及翻转展宽策略

胡福泰,

中国机械工程 2022, 33 (14): 1734-1740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.012

摘要（411）

PDF （5371KB）（107）

通过对大高厚比扇形筋板挤压成形机理进行数值模拟和物理实验，明确了扇形筋板局部变形不协调和角部应力集中是筋板角部产生开裂的主要原因。提出采用应力转移法在筋板成形初期提前预制局部切口，有效改变筋板内部拉应力分布形态，使筋板与侧壁的连接处拉应力由原有的120 MPa降低到50 MPa甚至更低。实验与模拟分析证明，预制切口可释放筋板自身变形约束，使筋板变形以切口为中心分界，左侧部分筋板向左侧面内弯曲，右侧部分筋板向右侧面内弯曲。得出在小拉应力作用下依靠筋板的面内弯曲可大幅度增加筋板长度的结论。

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6. 易解理氧化镓晶体微尺度力学行为试验研究

徐亚萌, 周海, 张杰群, 任相璞, 张春伟

中国机械工程 2022, 33 (18): 2234-2240. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.010

摘要（406）

PDF （7097KB）（86）

为了探寻单晶氧化镓晶体超精密加工的易切削方向以及临界切削深度，将单晶氧化镓晶体(100)晶面和(010)晶面等角度划分成24等份，对每个方向上用Berkovich金刚石压头进行纳米压痕试验、用Cube金刚石压头进行纳米压痕和划痕试验。试验结果表明，在(100)晶面120°方向上脆塑转变临界切深最大，为623 nm左右，此时脆塑转变临界载荷为29.4 mN；在(010)晶面105°方向上脆塑转变临界切深最大，为686 nm左右，此时脆塑转变临界载荷为20.0 mN。氧化镓晶体存在强烈的各向异性，其中(010)面各向异性较为强烈。对比硬度、弹性模量、断裂韧度和相对脆塑转变临界切深随方向的变化趋势，结合各方向的划痕试验结果可以看出，氧化镓晶体(010)面为易加工晶面，105°方向为易加工方向。

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7. SPFC440钢/5052铝自冲铆接头与胶铆复合接头腐蚀性能对比

黄志超, 胡兆骁, 刘帅红, 蔺永诚, 姜玉强, 周泽杰

中国机械工程 2022, 33 (11): 1345-1352. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.011

摘要（397）

PDF （11718KB）（230）

为研究SPFC440钢与5052铝合金自冲铆接头的腐蚀性能，分别制备了自冲铆接和胶铆复合两种接头。通过对不同腐蚀时长下的两种接头试样进行疲劳性能测试，分析了粘胶剂对铆接接头腐蚀疲劳性能的影响，并对疲劳断口、裂纹扩展进行SEM和EDS检测。结果表明：粘胶剂的存在不仅提高了接头强度，还保护了金属界面，减小了电偶腐蚀的影响；随着腐蚀时间的增长，复合接头的最大静载荷值不断减小，自冲铆接接头最大静载荷先增大后减小；复合接头的拉伸失效模式与自冲铆接接头的失效形式相似；自冲铆接接头的疲劳裂纹主要集中在下板料的铆钉周围，复合接头主要为下基板的断裂；铆钉与下板相互接触区域以及两板间接触面出现了严重微动磨损。

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8. 超大型环件径轴向轧制过程稳定性与圆度自适应控制方法研究

宁湘锦, 汪小凯, 华林, 韩星会, 张科,

中国机械工程 2022, 33 (11): 1353-1360. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.012

摘要（368）

PDF （9573KB）（64）

超大型环件径轴向轧制过程失稳、失圆等异常状态常导致轧环终止和产品质量波动。提出了轧环过程稳定性和圆度自适应控制方法，从历史数据中归纳人工控制经验知识，建立了基于锥辊转速模糊调节的轧制稳定性控制方法，制定了基于导向力反馈的轧制圆度控制策略。运用ABAQUS有限元软件和子程序二次开发，设计了轧环过程稳定性和圆度自适应控制子程序，建立了16 m超大型环件轧制过程控制有限元模型，仿真分析了锥辊转速模糊调节、导向力反馈以及基于限幅滤波的锥辊转速模糊调节+导向力反馈综合控制下的轧环过程偏移量和圆度误差变化规律，结果表明该方法与常规规划控制相比，环件偏移量减小了48.3%，圆度误差减小了61.8%。

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9. 脉冲电流辅助SUS304极薄带拉伸变形研究

范婉婉, 刘奇, 刘文文, 王涛, 王天翔

中国机械工程 2023, 34 (04): 475-480，489. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.012

摘要（366）

PDF （9478KB）（104）

为了研究脉冲电流对SUS304极薄带拉伸变形的影响，进行了室温拉伸、通电拉伸以及通电空冷拉伸试验，分析了热效应和非热效应对宏观力学性能与微观组织的影响。结果表明，脉冲电流辅助SUS304极薄带拉伸变形过程中热效应和非热效应同时存在，热效应导致材料流变应力减小，非热效应抑制TRIP效应，促进TWIP效应，改变了材料的塑性变形机制；没有高强度马氏体协调塑性变形，导致试样过早发生失稳断裂，其中试样的抗拉强度降低12.2%，断裂延伸率下降44.7%；同时，非热效应使试样在较低温度下发生了回复和再结晶现象；脉冲电流诱导了SUS304极薄带由韧性断裂向韧脆性断裂模式的转变，并且促进了变形织构生成。

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10. 超大型环件径轴向轧制过程偏移机理及自适应模糊控制方法研究

张科, 汪小凯, 华林, 韩星会, 宁湘锦,

中国机械工程 2023, 34 (01): 109-117. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.013

摘要（363）

PDF （8581KB）（114）

超大型环件径轴向轧制过程容易产生偏移，影响环件轧制稳定性和成形质量。为研究环件偏移机理及其控制方法，分析了轴向孔型滑移区中前滑区和后滑区的分布变化规律，建立了理想情况下不产生环件偏移时锥辊旋转运动学条件，获得了滑移区的最优速度匹配系数。此外，从历史轧制数据中归纳人工控制经验后提出了基于锥辊转速自适应模糊调节的环心偏移量控制方法，基于ABAQUS软件和VUAMP子程序开发，建立了集成有环心偏移量模糊控制算法的10 m超大型环件径轴向轧制有限元模型，研究了采用最优速度匹配系数的常规控制和自适应模糊控制下的环心偏移量变化规律。结果表明，自适应模糊控制下的平均环心偏移量相比于常规控制降低了72.4%，仿真结果和试验数据均验证了所提超大型环件轧制过程偏移自适应模糊控制方法的有效性。

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11. 静轴肩摩擦搅拌焊温度场仿真分析与参数优化

张军, 王稳, 王健, 金涛涛, 田志鹏

中国机械工程 2022, 33 (17): 2115-2124. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.013

摘要（362）

PDF （11514KB）（102）

为了解决非刚性支撑条件下传统搅拌头易陷入被焊接板材而导致焊接失败的问题，设计研发了静轴肩焊接结构。通过建立有限元仿真计算模型，并使用热红外成像仪对焊接表面温度进行实时监测，分析不同工艺参数下静轴肩摩擦搅拌焊焊接过程中的温度场变化情况。使用设计研发的静轴肩摩擦搅拌焊进行现场试验并对完成焊接表面无缺陷的焊缝与母材进行拉伸试验对比，检测其焊缝机械强度，并对断口进行微观组织分析。结果表明：在使用静轴肩搅拌头焊接过程中，产热量主要来源于搅拌针轴肩的摩擦生热和搅拌针端部的摩擦生热，搅拌针的侧面摩擦生热和静轴肩的摩擦生热占比较小；对产热量影响较大的是主轴压力和主轴转速，C轴转速对产热量影响不大；在主轴压力为2940～3430 N，主轴转速为1000 r/min，C轴转速为0.05 r/min的工艺参数下，完成焊接的焊缝表面光滑无飞边，内部无沟槽隧道缺陷，焊缝抗拉性能达到母材的71.5%左右；焊缝断口存在分层现象，靠近焊接表面的上层呈脆性断裂特性，下层呈延性断裂特性，与母材相比，焊缝试样的延伸率和抗拉强度均有所降低。

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12. CF/PEEK复合材料自阻电热原位膜混合加热固化方法

陶双全, 郝小忠, 杨子剑, 刘舒霆

中国机械工程 2022, 33 (22): 2748-2754. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.013

摘要（357）

PDF （7279KB）（41）

碳纤维增强聚醚醚酮树脂基(CF/PEEK)复合材料密度小、韧性强、疲劳强度高，且可循环使用，但PEEK树脂熔融温度高(>340 ℃)、熔融黏度大(>1000 Pa·s)、熔融烧蚀工艺温度窗口小，零件固化难度大。提出一种CF/PEEK树脂基复合材料自阻电热原位膜混合加热固化方法，结合有限元仿真，引入组合原位膜自适应地辅助加热制件。有限元仿真和实验研究结果证明了该方法的有效性：加热过程中相较纯自阻电热加热方法，制件温度均匀性提高了75%，结晶度提高了16.2%，实现了CF/PEEK树脂基复合材料的高效、均匀加热固化。

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13. A6061薄壁圆锥管轴向压缩性能的数值分析和理论研究

韦铁平, 周兴洋, 郭金泉, 曾寿金, 叶建华, 杨晓翔

中国机械工程 2022, 33 (14): 1725-1733,1750. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.011

摘要（356）

PDF （7963KB）（81）

采用LS-DYNA软件对锥倾角0°~40°、壁厚1 ~2.5 mm的A6061圆锥管进行轴向压缩仿真，研究锥倾角和壁厚对圆锥管吸能特性和变形规律的影响；基于Mamalis圆锥管瞬时载荷压溃模型，提出大范围锥倾角（15°~40°）瞬时载荷修正公式。研究结果表明：变形模式的临界角为15°,当锥倾角小于等于15°时，变形模式为堆叠模式，当锥倾角大于15°时，变形模式转变为嵌套模式；平均载荷与比吸能均随着锥倾角的增大缓慢减小，而初始峰值载荷则大幅度减小；随着壁厚增大，压溃模式由钻石模式转变为环形对称模式，平均载荷、初始峰值载荷和比吸能均增大。基于仿真结果，采用皮尔逊相关系数分析法修正了Mamalis瞬时载荷公式，修正值与仿真值的最大误差小于10%，通过试验验证了修正公式的准确性。修正公式为揭示大范围锥倾角薄壁管压溃机理提供了理论依据。

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14. 基于变弹性模量的Ti-6Al-4V板材五点弯曲回弹预测

屈聪, 孟智娟, 赵亮, 陈耀, 马立东

中国机械工程 2022, 33 (16): 1991-1999. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.013

摘要（353）

PDF （6351KB）（123）

Ti-6Al-4V钛合金材料在弯曲成形过程中会产生较大的回弹，其弹性模量对回弹影响较大，但以往研究均未考虑材料塑性应变变化过程中弹性模量的变化。以Ti-6Al-4V钛合金为对象，进行了材料的单轴拉伸实验和循环加载卸载实验，以揭示材料各向异性参数及材料弹性模量随塑性应变变化的规律，在此基础上建立了Ti-6Al-4V钛合金变弹性模量数学模型。基于YLD2000-2D屈服准则及变弹性模量和Mises各向同性两种不同的本构模型，对常温下Ti-6Al-4V钛合金板材的五点弯曲过程进行了数值模拟,为了验证数值模拟结果，进行了常温下Ti-6Al-4V板材的五点弯曲实验,结果显示，前者显著提高了Ti-6Al-4V钛合金弯曲回弹预测精度，预测精度相比后者提高了31.18%。

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15. 细粒度金刚石砂轮超精密磨削硅片的表面质量

王紫光, 刘金鑫, 尹剑, 周平, 沙智华, 康仁科

中国机械工程 2023, 34 (02): 245-251. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.02.015

摘要（352）

PDF （11656KB）（123）

为实现硅片高质量表面的超精密磨削，研究了5000目、8000目和30 000目金刚石砂轮磨削硅片的表面质量。利用数学模型预测了硅片磨削表面的粗糙度Ra并对预测结果进行了试验验证，分析了硅片磨削表面的形貌特征；通过磨床主轴电机的电流变化对比分析了5000目、8000目和30 000目砂轮磨削过程中的磨削力变化趋势。研究结果表明：8000目砂轮磨削后的单晶硅表面粗糙度Ra小于10 nm，亚表面损伤深度小于150 nm，磨削过程中的磨削力稳定，磨削质量优于5000目砂轮，磨削过程的稳定性优于30 000目砂轮。

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16. 双级微结构对柔性压力传感器性能的提升

周丹砚, 黄汉雄, 罗杜宇

中国机械工程 2023, 34 (06): 720-726. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.011

摘要（346）

PDF （5109KB）（225）

以2种不同的模板设计方案，采用注射压缩成型制备单级和双级微柱阵列的热塑性聚氨酯柔性薄片，经裁剪、喷金后得到微结构柔性传感基片。将单级和双级微结构柔性传感基片分别与平整柔性传感基片面对面封装成柔性压力传感器1和传感器2。模拟结果表明，受压后微柱顶面上边缘区域接触应力较大。单级和双级微柱受压后纵截面分别呈“碗”和“花苞”状结构；双级微柱在较小压力作用下即可发生形变，且其受压后与平整传感基片的接触形变和接触面积较大。因此，相比传感器1，传感器2具有较高灵敏度（0.53 kPa-1，0~1 kPa）、较短响应时间/松弛时间（100 ms/80 ms）和较低检测限（约58 Pa）。微柱较高的耐压性使传感器 2具有较宽的检测范围（0.058～600 kPa），能在4000次的循环压缩/释放测试（峰值压力约500 kPa）中保持较稳定的压阻响应。传感器 2可准确检测人体脉搏、发声和运动，表明其具有应用于智能可穿戴领域的潜能。

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17. 连铸轻压下过程极限压下量及工艺参数分析

秦勤, 王文智, 张升, 臧勇

中国机械工程 2022, 33 (16): 1972-1982. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.011

摘要（345）

PDF （7322KB）（75）

针对连铸铸坯在各个扇形段中坯壳厚度、温度场分布变化剧烈的特点，系统地研究铸坯在不同压下区间内极限压下量的变化规律。以A36钢连铸坯为研究对象，建立包括铸坯、铸辊以及它们之间多体接触的三维热力耦合模型，在保证工艺质量的前提下对铸坯的极限压下量、压下区间和分配进行系统研究。结果表明，A36钢铸坯从弧形段第一区段到水平段第十区段全过程的极限压下量范围是3.87~6.96 mm，在凝固末端适宜的压下区段为第8～10段，并且在这些压下区域内压下量均匀分配比较适宜。

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18. TA2/Q235B复合板去应力退火过程板形翘曲的机制及影响因素

王瑞, 赵志敏, 黄晶, 刘鑫, 冀相云, 苏春建

中国机械工程 2023, 34 (10): 1230-1240. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.013

摘要（343）

PDF （11513KB）（76）

为探究TA2/Q235B复合板去应力退火过程板形翘曲的机制及影响因素，进行Gleeble热模拟实验，获得了TA2、Q235B材料在不同工况下的真实应力与应变。采用数值方法确定了TA2和Q235B的JC本构模型参数，并结合温度、外载荷等边界条件建立了去应力退火的有限元仿真模型，采用热处理实验验证了所建立模型的准确性。结果表明一定的张力载荷可改善应变分布状态，但过大的张力载荷会导致残余应变局部集中，复合比与总厚度均会影响应力分布进而影响应变状态。

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19. 基于熵权综合评价法的动力电池壳首道次拉深成形参数优化

任振宝, 曹春平

中国机械工程 2022, 33 (13): 1622-1628. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.13.013

摘要（342）

PDF （4030KB）（113）

针对某动力电池壳首道次拉深成形过程中的起皱、破裂、厚度不均匀和模具接触力大的问题，提出了一种基于熵权的综合评价法对其进行多目标工艺参数优化来提高首道次成形质量。选取压边力、凹模圆角半径、凸模圆角半径、模具间隙、摩擦因数为影响因素，以最大减薄率、最大增厚率、最大凸模接触力、最大厚度差为评价指标，进行正交试验仿真。在此基础上应用熵值法和综合评价法，获得了最优的工艺参数组合，提高了动力电池壳首道次成形质量。

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20. 数字化挤压梯度砂型性能及补压距离研究

姜二彪, 单忠德, 程光, 杨浩秦

中国机械工程 2023, 34 (01): 118-125. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.014

摘要（331）

PDF （9058KB）（78）

作为一种新的无模铸造成形工艺，挤压切削一体化成形技术突破常规铸型制造方法，给梯度砂型的制备提供了新思路。在梯度砂型成形过程中，对砂型型面层的补压会引起其强度、透气性能及型面层厚度的变化，进而影响铸件性能。针对该问题，从强度、透气性和切削力等方面对不同型腔深度的梯度砂型型面层进行了研究。结果发现，对于相同型腔深度砂型，补压位移对砂型型面层性能影响很大，当补压位移在2~12 mm范围内时，补压位移越大，则砂型型面层强度越高，透气性越小，切削力越大。综合考虑砂型型面层透气性、强度和切削力，得到了不同型腔深度砂型的最优补压距离，并通过ZL114A铝合金浇注试验验证了梯度砂型的优越性。

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21. 碳纤维增强复合材料水导激光加工实验研究

郑志龙, 赵玉刚, 刘谦, 王珂, 周海安, 宋壮, 代迪, 张夏骏雨

中国机械工程 2023, 34 (03): 344-351. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.011

摘要（331）

PDF （18542KB）（135）

为了研究水导激光加工关键工艺参数对碳纤维增强复合材料（CFRP）沟槽截面形貌与热影响区的影响，利用水导激光加工设备设计单因素实验探究了激光功率、水射流压力、进给速度及激光重复频率四个关键工艺参数对沟槽截面形貌以及热影响区的影响规律,分析了沟槽截面形貌和热影响区形成机理。实验结果表明：激光功率对沟槽烧蚀深度和热影响区的影响最大，水射流压力对沟槽烧蚀宽度的影响最大，进给速度和激光重复频率对沟槽烧蚀深度和宽度的影响不大，对热影响区有较大影响。此外，发现沟槽截面去除区呈V字形，热影响区呈锯齿形状。通过单因素方法分析得到了较好的沟槽截面形貌，其沟槽截面烧蚀深度为772.8 μm，烧蚀宽度为897.7 μm，铺设方向为90°的碳纤维层热影响区为326.5 μm，铺设方向为0°的碳纤维层热影响区为102.4 μm。

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22. SiC陶瓷旋转超声振动套磨制孔有限元仿真及实验研究

董香龙, 郑雷, 宋春阳, 吕冬明, 徐苏柏, 韦文东, 秦鹏

中国机械工程 2022, 33 (17): 2107-2114. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.012

摘要（327）

PDF （12622KB）（92）

为解决SiC陶瓷加工时容易出现崩边、裂纹等问题，结合仿真与实验对其进行旋转超声振动套磨制孔技术研究。根据SiC陶瓷宏观力学本构模型，建立SiC陶瓷制孔仿真有限元模型并进行加工过程仿真分析，相比常规制孔，超声振动制孔的仿真轴向力最大可减小26.1%。常规加工和超声振动加工的对比实验研究表明，旋转超声振动加工可减小轴向力达32.9%，可大幅减少陶瓷材料脆性断裂，显著改善孔壁表面质量。有限元仿真与实验研究所得的轴向力在超声振动下最大相差7.5%，常规条件下两者最大相差14%，验证了有限元模型的正确性。仿真和实验研究结果表明：超声振动加工可显著减小轴向力和刀具磨损、提高刀具耐用度、改善制孔质量、降低加工成本。

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23. 氮化碳基陶瓷刀具材料的制备与力学性能研究

张岩, 黄传真, 刘含莲

中国机械工程 2023, 34 (03): 352-358，368. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.012

摘要（322）

PDF （8573KB）（103）

采用热压烧结工艺，以Ti(C, N)为添加相，以Mo、Ni和Co为金属相，成功制备了氮化碳(C3N4)基陶瓷刀具材料，测量了其断裂韧度、抗弯强度和维氏硬度，分析了其微观组织。结果表明，在烧结温度为1600 ℃、保温时间为45 min和烧结压力为32 MPa的工艺条件下，Ti(C, N)质量分数为35%、Ni-Co质量分数为8%的C3N4基陶瓷刀具材料力学性能最优。合适的Ti(C, N)含量能细化C3N4晶粒、提高烧结密度、改善力学性能，合适的Ni-Co含量能使微观组织细小均匀。

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24. 铝褶皱夹层板的抗低速冲击性能

杨晶晶, 李成, 铁瑛

中国机械工程 2022, 33 (13): 1629-1637. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.13.014

摘要（319）

PDF （12294KB）（80）

通过有限元方法对比研究了两种常见提高铝褶皱夹层板抗冲击特性的方法。增大面板厚度和芯层壁厚均可提高夹层板的抗冲击性能，而增大芯层壁厚可使结构的吸能特性和吸能效率更优。在实际应用中，夹层板受到的外来冲击是随机的，因此对夹层板不同角度冲击的损伤进行了仿真分析。发现随着冲击角度的增大，夹层板损伤减轻，褶皱芯层的损伤程度逐渐小于上面板，夹层板总体吸能降低。

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25. 考虑磁场区影响的电控永磁压边方法

史锐, 秦泗吉, 潘自给, 陈浩东, 李学洋

中国机械工程 2023, 34 (01): 102-108. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.01.012

摘要（319）

PDF （7747KB）（81）

电控永磁压边方法具有独立加载、传动链短、节能、易于控制等优点。针对铁磁性板材成形，提出了一种新的成形区和磁场区重合的电控永磁压边方法。以圆筒形件的拉深成形为例，采用新设计的压边装置对不同压边力加载条件下的结构变形进行了磁力耦合有限元模拟，分析了板坯磁性对磁场和压边力分布的影响。由分析结果可知，新设计的压边力加载装置的刚度明显提高，新压边方法具有更好的压边效果，模具结构更紧凑。根据模拟和理论分析结果设计制作了拉深试验装置。实验结果表明，将成形区和磁场区重合的电控永磁压边方法是完全可行的。

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26. 高筋薄板构件多自由度摆动辗压成形规律与工艺研究

陈仲宝, 韩星会, 庄武豪, 胡亚雄, 陈铭章,

中国机械工程 2023, 34 (04): 464-474. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.011

摘要（314）

PDF （12416KB）（104）

高筋薄板构件多自由度摆动辗压成形过程中金属流动十分复杂，导致高筋薄板构件筋高分布十分不均匀。根据双偏心套型摆动辗压机运动原理，探究摆动模做圆轨迹和螺旋线轨迹运动时摆动模与坯料的接触模式演化规律，提出了接触区形状数学计算方法。采用有限元模拟仿真技术揭示摆动模做圆轨迹和螺旋线轨迹运动时高筋薄板构件摆动辗压成形金属流动规律以及高筋生长规律，阐明摆动模运动、接触区变化、金属流动和高筋生长之间的关联关系。在此基础上，开展高筋薄板构件摆动辗压成形工艺试验，实现高筋薄板构件摆动辗压成形。研究结果表明，相比圆轨迹运动，摆动模做螺旋线轨迹运动能够减弱金属径向和切向流动，增强金属轴向流动能力，从而有效提高高筋薄板构件摆动碾压成形过程中金属轴向流动的均匀性，获得筋高分布均匀的高筋薄板构件。

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27. 晶体已加工表面频率特征对亚表层温度场的影响

束梓豪, 庞启龙, 况良杰

中国机械工程 2022, 33 (16): 1983-1991. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.012

摘要（304）

PDF （5762KB）（99）

为了更加准确地分析表面形貌对KH2PO4(KDP)晶体元件激光损伤和使用性能的影响，通过功率谱密度和连续小波变换对KDP晶体已加工表面存在的实际频率特征进行提取和重构。利用波动光学理论分析经入射波长1.064 μm、功率20 MW/μm2的激光束照射1 ns后，表面频率特征对KDP晶体亚表层光场及温度场的影响。结果表明，当表面频率特征的波长越接近入射光波长1.064 μm，KDP晶体亚表层的光场畸变现象越严重，会造成局部聚焦，温度越高；当波长超过20 μm时，在振幅不变的情况下，最高温度随着波长的增加基本不变。通过切削实验获得的KDP晶体已加工表面上明显存在的波长分别为14 μm、50 μm和140 μm，对KDP晶体亚表层造成的温升分别为56 K、22 K和12 K。当波长相同时，KDP晶体的最高温度与表面频率幅值成线性关系。随着表面频率波长的增加，温度最高点的位置向KDP晶体内部延伸。

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28. 挖补修理平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧向压缩渐进失效机理

王轩, 马瑞云, 周春苹

中国机械工程 2023, 34 (06): 727-738. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.012

摘要（291）

PDF （24233KB）（79）

针对单侧面板挖补、单侧面板加芯子挖补、双侧面板加芯子挖补3种修理方式，采用一维阶梯挖补模型代替三维模型研究挖补修理平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧向压缩渐进失效机理。建立能够模拟蜂窝壁损伤演化的有限元模型，利用内聚力模型模拟胶层损伤。试验和仿真结果表明，完好件和各种挖补方式试验件的破坏模式均为向非修补面板内凹的屈曲变形；各种挖补方式的侧压强度恢复率均在75%以上，大小排序为：单侧面板挖补、双侧面板加芯子挖补、单侧面板加芯子挖补；完好件和各种挖补方式试验件均未出现面板损伤，均出现蜂窝壁横向损伤和剪切损伤，且横向损伤均先出现，均在与发生大变形的蜂窝芯格相连的胶层处出现应力集中；蜂窝壁纵向损伤仅出现在单侧面板挖补件上，胶层损伤只出现在双侧面板加芯子挖补件上；芯子蜂窝壁损伤均发生在靠近替芯的母体芯材上。

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29. PTFE材料正交切削切屑成形特性研究

倪敬, 孙静波, 何利华, 崔智, 薛飞

中国机械工程 2022, 33 (22): 2733-2740. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.011

摘要（288）

PDF （11525KB）（34）

为了研究PTFE材料在切削过程中的成屑机理，设计了单因素正交切削实验以及准静态力学实验。首先，基于剪切平面理论和断裂理论，以切削速度、切削厚度为变量，提出了PTFE材料的连续切屑及切屑毛边成形机理;然后通过分析毛边高度和间距，探究切削参数对毛边形态的影响规律;最后，利用分形理论对切削力稳定性进行分析，揭示了毛边数量、出现频率与切削力稳定性的关系。结果表明，PTFE连续切屑的产生是因为切削过程中材料真实压缩应变未超过断裂屈服应变，毛边的产生则是因为切屑边缘片层状结构处裂纹的形核与扩展。此外，切削参数会影响毛边生成，在切削速度100 mm/min、切削厚度0.3 mm工况下，切屑毛边数量最少、出现频率最小，切削力最稳定。研究结果可为PTFE材料切削过程毛边抑制和表面加工质量优化提供参考。

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30. 真空灭弧室主屏蔽罩的固体颗粒介质成形工艺

曹秒艳, 胡晗, 李小钊, 宋鹏飞, 隋宽鹏, 付敏,

中国机械工程 2023, 34 (08): 1000-1006. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.015

摘要（280）

PDF （6034KB）（116）

针对真空灭弧室主屏蔽罩截面形状复杂造成的难成形问题，提出了主屏蔽罩的固体颗粒介质成形（SGMF）工艺。基于ABAQUS有限元软件建立了主屏蔽罩的有限元-离散元耦合分析模型，研究了成形路径、摩擦因数、填料高度对主屏蔽罩成形的影响，确定了主屏蔽罩的合理成形工艺参数，设计并制造了主屏蔽罩SGMF模具。试验验证了有限元-离散元耦合模型的准确性，并基于模拟的合理参数获得了主屏蔽罩零件。

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31. 基于深度学习的汽车梁类件冲压回弹研究

聂昕, 谭天, 申丹凤

中国机械工程 2023, 34 (07): 838-846. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.010

摘要（278）

PDF （6054KB）（162）

提出了基于深度学习的汽车梁类零件回弹预测方法。基于二维回弹理论，将三维梁类零件离散为若干截面，采用双平面投影法和图像二值化方法，将梁类零件的截面曲线转换为神经网络模型可识别的双通道图像数据。基于拉丁超立方采样法对影响梁结构零件的冲压工艺参数及板料材料参数变量进行采样，通过CAE回弹仿真得到后续深度学习网络的训练样本。为研究梁结构在不同几何截面、材料参数、工艺参数作用下的回弹问题，采用基于LeNet-5、AlexNet、NiN的卷积神经网络模型作为几何截面识别模型，同时使用全连接神经网络模型耦合材料参数和工艺参数的方法，得到该梁类零件回弹算法模型。以某汽车梁类结构零件作为研究对象，基于高斯混合聚类将回弹样本分为小回弹、中等回弹、大回弹三个类型。将各类回弹样本分别通过回弹算法模型进行验证，结果表明，基于AlexNet的模型准确度最高，同时算法鲁棒性相较于其他两种也更强，更适合梁类件的回弹预测。

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32. 轻质铝合金轮毂分级淬火形性调控策略

池慧, 燕猛, 项鹏飞, 徐正琦, 安子军, 黄华贵,

中国机械工程 2023, 34 (10): 1214-1219,1229. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.011

摘要（248）

PDF （9521KB）（116）

为实现轻质铝合金轮毂的热处理变形精准调控，提出了喷淋+入水的新型分级区域淬火新工艺，通过搭建铝合金轮毂分级热处理试验平台及设计轮毂端面变形检测装置，对轻质铝合金轮毂热处理变形特性进行了详细分析。研究结果表明，轮毂内/外轮缘端面变形特性受轮毂结构刚度的影响，内轮缘变形呈现与外轮缘随动的变形特征；受轮毂换热不均匀、内部组织缺陷等影响，整体变形呈现一定的随机特性。在喷淋+入水的新型分级区域淬火新工艺下，轮毂典型监测点力学性能、硬度指标满足国标要求，轮毂外轮缘端面变形最大减幅达41.5%，新工艺可有效改善轻质铝合金轮毂的热处理轮毂端面变形情况。

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33. 辊弯成形力影响因素作用的机理分析

韩飞, 李冲

中国机械工程 2023, 34 (08): 993-999,1006. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.08.014

摘要（235）

PDF （6968KB）（187）

为研究成形力影响因素，根据定半径成形法建立了6道次辊弯成形的仿真模型。通过实验测量了不同板材每道次的成形力和同一板材变形后弯角区相同位置的硬度，分析了立边长度、加工硬化、板厚对成形力的影响。结果表明，成形力随板宽的增加有不显著的增大趋势；成形力与板厚的平方近似成正比；成形力与弯角区硬度呈现相同的变化规律。

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34. 电场驱动喷射沉积微3D打印高分辨率氮化铝陶瓷基电路

于志浩, 张广明, 李红珂, 段培开, 于尊, 台玉平, 李汶海, 许权, 赵佳伟, 兰红波

中国机械工程 2023, 34 (11): 1353-1363. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.11.011

摘要（230）

PDF （27598KB）（55）

现有技术在高分辨率高密度电路的低成本批量化制造上仍然面临巨大挑战，无法满足陶瓷基电路对高频、高速、高密度集成的要求。提出了一种结合牺牲层的电场驱动喷射沉积微3D打印高分辨率氮化铝陶瓷基电路的新方法,该方法利用牺牲层克服了因陶瓷表面粗糙导致的射流不稳定问题，并借助牺牲层表面疏水特性进一步缩小线宽，实现了高分辨率电路的制造。实验研究了打印参数（电压、气压、打印高度、打印速度）、牺牲层以及烧结工艺对打印银线线宽和形貌的影响并优化了工艺参数。最后，使用含银量70%（质量分数）的导电银浆结合优化的工艺参数，在氮化铝基材表面实现了多种复杂电路图案制造，包括线宽/线距为2/3的高密度高分辨率电路图案以及目前已报道的最小线宽为8.1 μm的导电银线。研究结果表明，结合牺牲层的电场驱动喷射沉积微尺度3D打印氮化铝陶瓷基电路新方法可为小型化、高功率陶瓷基集成电路低成本批量化制造提供有效途径。

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35. 镀锌量对低合金钢/5052铝合金感应静压焊接头微观组织与力学性能的影响

高恺, 李坤, 顾红历,

中国机械工程 2023, 34 (10): 1220-1229. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.012

摘要（222）

PDF （11566KB）（96）

运用感应静压焊接技术制备了三种不同镀锌量低合金钢与铝合金的搭接接头，研究不同镀锌量对感应静压焊接头界面连接状态、微观组织形貌以及力学性能的影响规律。结果表明，三种不同镀锌量搭接接头连接界面较平直，连接质量良好。接头中间界面区由靠近钢侧的Fe2Al5和靠近铝侧的FeAl3组成。对比三种不同镀锌量接头微观组织发现，Zn元素能改善钢铝界面初始润湿机制，强化低合金钢与铝合金之间的连接效果，提高搭接接头力学性能。当使用镀锌量为140 g/m2的低合金钢板进行焊接时，在焊趾位置发现了明显的富锌区缺陷，导致接头剪切性能急剧下降。低合金钢板与铝合金的搭接接头的剪切性能随着镀锌量的增加呈现出先提高后降低的趋势，挑选厚度适中的镀锌层对提高接头力学性能具有重要意义。

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36. 重卡桥壳D形横截面预成形管坯轴向环向补料液压胀形研究

张家旗, 王连东, 宋希亮, 张岩松, 赵正跃

中国机械工程 2023, 34 (07): 847-858. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.011

摘要（206）

PDF （12616KB）（75）

在大尺寸重卡桥壳胀压成形试验中，近似回转体预成形管坯充液压制成形后的桥壳管件，中部桥包壁厚减薄率大、后盖存在开裂。为此，设计了D形横截面的预成形管坯及轴向环向补料液压胀形工艺，分析了轴向补料、轴向环向补料阶段的应力状态及变形特征，推导出不同变形区的塑性变形条件以及中间横截面典型特征点环向应力的表达式。针对某载荷10 t重卡桥壳，进行了D形截面管坯液压胀形有限元模拟，揭示了各变形区的正应力、剪应力的变化规律以及金属沿环向的流动规律。进行了重卡桥壳胀压成形生产试验，成功制备出D形截面预成形管坯，成形性良好，金属环向流动量及壁厚分布与模拟结果吻合，壁厚相对减薄率明显降低；充液压制成形后的桥壳管件，中部桥包部分壁厚增加，消除了后盖开裂隐患，而且切除的附件前盖减少15.64%。

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37. 高强钢Q960E对接接头残余应力与焊接变形的数值模拟

骆文泽, 成慧梅, 刘红艳, 王义峰, 叶延洪, 邓德安

中国机械工程 2023, 34 (17): 2095-2105,2141. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.009

摘要（198）

PDF （10205KB）（122）

利用等强匹配焊丝和混合气体保护焊方法制备了Q960E低合金高强钢的多层多道对焊接头。采用实验法测量了焊接温度循环、焊接变形以及焊接残余应力，同时观察了焊接接头的微观组织，并测量了硬度分布。基于焊接接头的组织特征，以SYSWELD软件为平台，开发了考虑“热-组织-应力”多物理场耦合的热-弹-塑性有限元计算方法。重点考虑了热影响区的固态相变材料模型，采用JMAK方程描述加热阶段的奥氏体化过程，采用K-M关系模拟冷却阶段的马氏体相变过程，同时基于Leblond模型考虑了冷却过程中的相变诱导塑性。数值模拟结果与实验测量结果的对比表明，有限元模型得到的残余应力分布和焊接变形与实测数据吻合较好，同时数值模拟结果还证明了固态相变对Q960E钢对接接头热影响区的残余应力分布与大小均有显著的影响。

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38. 变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命分析方法

曹蕾蕾, 康凡军, 郭城臣, 宋绪丁, 吕文彻

中国机械工程 2023, 34 (13): 1605-0610,1627. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.13.010

摘要（182）

PDF （5864KB）（129）

重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点，其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷，焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估，基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳寿命分析方法，即建立含有焊缝细节的中间轴焊接结构有限元模型，求解得到焊缝危险点处的结构应力分量时间历程，并在结构应力平面上合成载荷路径，求得非比例加载路径的等效应力范围，最后结合主S-N曲线确定焊接结构的疲劳寿命。采用该方法分别对中间轴焊接结构的焊根、焊趾部位进行疲劳寿命分析并与疲劳台架试验结果进行对比，结果表明：分析得到的疲劳破坏位置和寿命值与疲劳台架试验结果均有良好的一致性，且焊根与焊趾寿命分析结果间的差异与已有文献多轴疲劳试验数据相一致，说明采用多轴结构应力法对变速箱中间轴焊接结构的疲劳寿命评估是可靠的。

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39. 高钢级管道焊缝材料应力应变本构关系确定方法

张东, 刘啸奔, 孔天威, 杨悦, 武学健, 吴锴, 张宏

中国机械工程 2023, 34 (17): 2106-2114. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.17.010

摘要（172）

PDF （6547KB）（87）

高钢级管道环焊缝作为油气管道关键薄弱环节一直受到工程界与科研界的关注，它作为一种典型的焊接结构具有明显的非均质性，这会导致环焊缝材料轴向力学性能无法准确测试，严重影响管道环焊缝安全评价的准确性。基于MATLAB-PYTHON-ABAQUS联合仿真提出了一种高钢级管道焊缝区材料应力应变本构关系优化反演方法。开展了4组不同缺口尺寸的单轴拉伸试验，得到了各试样的载荷位移曲线；利用贝叶斯正则化反向传播（BRBP）神经网络与灰狼优化算法（GWO）得到了焊缝区材料真实应力应变本构关系，并通过试验数据充分验证了本构关系的准确性，结果表明相对误差小于1%。所提出的反演思路同样适用于均质金属材料大应变范围应力应变曲线的测定。该反演方法的提出可为高钢级管道环焊缝安全评价提供准确的应力应变本构关系及强度匹配关系，进一步保障了油气管道的安全运行。

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40. 不同弯曲方法对辊弯成形回弹的影响研究

韩飞, 孙玮隆, 张若青

中国机械工程 2023, 34 (19): 2353-2361. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.19.010

摘要（172）

PDF （14189KB）（107）

为研究辊弯成形过程中不同弯曲方法对回弹的影响，采用试验与有限元仿真相结合的方法分析了不同弯曲方法、圆角半径、板材厚度对回弹的影响；对不同弯曲方法下辊弯成形过程中的应力应变分布情况进行分析，揭示了不同弯曲方法下辊弯成形的回弹机理。研究结果表明：根据不同弯曲方法（定半径法及定长度法）的工艺原理，各道次圆角半径与弯曲段弧长的设计差异是影响两者应力-应变分布以及回弹量不同的主要因素；定半径法回弹量随道次数的增加而增大，增幅也随之增大；定长度法回弹量随道次数的增加变化不明显，且幅值大于定半径法的幅值；在两种弯曲方法下，回弹量均出现随圆角半径增大而增大、板材厚度增大而减小的趋势。

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