剪切工藝的案例
哈工大《JMST》：鈦合金剪切旋壓的工藝設計及組織性能演變
由于初生件中存在大量粗大且轉變不充分的B2相，導致Ti2AlNb合金在高溫(>900℃)下的熱加工性能較差，難以實現不經道次間熱處理的連續多道次剪切旋壓工藝。為了提高Ti2AlNb合金多道次旋壓工藝的可旋性，在多道次剪切旋壓過程中，應采用960℃/2h+850℃/12h的H3方案作為道次間熱處理工藝
。本文為Ti2AlNb合金軸對稱空心件的熱成形和應用提供了有效指導。（文：破風）
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加工沖壓件過程中的工作原理
機械式壓力機工作往復頻率快，速度高，效率高，但產生的力較小，一般用于小型沖壓設備，或者沖孔、剪切工藝，液壓機能產生的力比較大，但速度較慢，一般用于拉伸、成型生產，也用于大型零件的沖壓和剪切；
粘塑性自洽模型(VPSC)在復合工藝中的應用
關鍵詞：晶體塑性 VPSC織構模擬 復合工藝
本期將繼續介紹粘塑性自洽模型(VPSC)在金屬變形過程的應用。VPSC適用于各種金屬材料(如鋁合金、鋼材、鎂合金)，各種加載方式(如單向拉伸、單向壓縮、剪切、平面應變、雙向拉伸等)下的宏觀力學性能和微觀結構演化模擬，也可以針對多相金屬(如雙相鋼等)。在結合有限元軟件后，可擴展VPSC模型的模擬范圍，如扭轉、等通道擠壓及壓剪工藝等。本期將VPSC與宏觀有限元結合，以BCC材料作為研究材料，利用有限元獲取了復合工藝下的邊界條件，分別研究了單向壓縮工藝和復合工藝下的織構演化，對比了不同工藝下產生的織構區別。
圖1為建立的有限元模型及VPSC計算過程，有限元采用abaqus軟件構建，施加以壓縮及復合工藝的邊界條件后進行模擬。
(a) 有限元計算 (b) VPSC計算
圖1 模擬過程
圖2為初始材料的取向，可以看到取向呈現明顯的隨機分布。當在壓縮條件下時，材料中逐漸出現取向聚集，在應變為0.5時出現明顯的<100>//X和<111>//X的絲織構，如圖3所示。在復合工藝下，合金中的織構較為復雜，呈現弱的絲織構和明顯的剪切織構，且隨應變的增加，剪切織構越為顯著，壓縮織構明顯減弱，如圖4所示。
圖1 初始材料的織構
(a) 應變為0.3 (b) 應變為0.5
圖3 壓縮工藝下的織構
(a) 應變為0.3 (b) 應變為0.5
圖4 壓縮+剪切工藝下的織構
從圖5中可以看到，不同工藝下的相對滑移激活完全不同，在單相壓縮工藝下，(101)[1-1-1]處于有利激活位置，而復合工藝下的(101)[11-1]處于最大概率的相對激活位置。
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第五、工藝不當造成的損壞：
1)、長期使用高背壓溶膠，加快塑化三小件的磨損。該情況一般出現在使用色粉的場合，由于色粉難分散，所以就采用加大背壓的辦法。
2)、對于黏度高的塑料，溶膠時采用快速溶膠，使螺桿產生應力疲勞;
3)、對于高溫塑料，特別是添加玻璃纖維的塑料，也不得采用高速溶膠方法。
第六、化學腐蝕作用：
被腐蝕的金屬材料是鐵成分。常見的腐蝕性塑料有：阻燃塑料、酸性塑料、PVC塑料等。螺桿、熔膠筒和法蘭被腐蝕后，表面產生一些凹坑，表面粗糙，使注塑機工作時熔料的流動阻力大。
一些材料容易附著在表面，造成分解炭化。腐蝕嚴重者使螺桿與熔膠筒間隙變大，漏流增大，使注塑效率降低。
不論是阻燃塑料還是酸性膠，塑料在高溫下加工時都會分解出酸性氣體，塑料熔體都很容易炭化并粘住金屬。所以，一方面塑化組件應選用不銹鋼或表面鍍鉻方案;另方面在生產加工中應盡量使用低背壓，低溫和低剪切工藝，減少塑料的降解;
第三方面，由于以上塑料的熱敏感性，溫度過高或受熱時間過長都容易造成塑料分解降解和炭化，所以生產過程中應避免和減少人為無故停機。如需要停機，應先降低溫度，關好料閘，將溶膠筒中的熔料做完后，轉用PP料或PS料清洗溶膠筒后才能停機。
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展開 
寧波大學王宗寶教授課題組：低溫剪切流場中乙基支鏈對雙峰聚乙烯串晶形成的影響研究
前期工作在高溫剪切（139 ℃）過程中，shish晶體平均長度隨著剪切時間快速下降，說明更長的分子鏈更早形成shish晶體，短一些的分子鏈晚些形成shish晶體，也間接說明了更長的分子鏈伸直后更穩定，不易回復，因此與coil-stretch轉變機理相符合，而本文的低溫剪切結果中shish長度隨結晶進行可以繼續增加，這與拉伸網絡形成機理相符合。綜合分析已有研究結果表明，通過剪切工藝條件的改變可以調控shish晶體的形成機理，高溫剪切條件得到的結果更符合coil-stretch轉變機理，低溫剪切條件得到的結果更符合拉伸網絡機理，說明通過剪切條件能實現雙峰聚乙烯shish晶體形成的調控。
王宗寶教授是該論文的第一作者和通訊作者，泰國SCG集團的Wonchalerm Rungswang博士和美國石溪大學的 Benjamin S. Hsiao教授為共同通訊作者。該項工作得到國家自然科學基金(基金號51773101，51973097)的資助。該工作即將于Chinese Journal of Polymer Science出版。
原文鏈接：
http://www.cjps.org/article/doi/10.1007/s10118-021-2568-1?pageType=en
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華南理工大學郭子豪課題組：結晶誘導自組裝獲取極小相分離尺度
北京化工大學孫曉麗教授：聚合物限域和預有序熔體的結晶行為及結構調控
浙江大學趙騫教授等《Adv. Mater.》
展開 技術解析節能型變壓器鐵芯材料
硅鋼片的發展經歷了三個階段，早期的是熱軋硅鋼片，它的含硅量低，損耗高，在二十世紀四十年代左右就出現了冷軋無取向硅鋼片，這種硅鋼片含硅量高，而且損耗低，一推出就得到廣泛的應用，隨著研究的不斷深入，科學界發現鐵的結晶方向容易磁化，1934年美國采用冷軋和高溫熱處理結合的方法使得硅鋼片中的晶體沿著方向有規律的排序，使得它具有優良的磁性，并且逐步向工業化生產，雖然到目前為止硅鋼片的鐵損較大，鐵芯容易飽和，但因為它的生產工藝相對簡單，成本不高，所以現在硅鋼片仍然是電力變壓器比較常見的鐵芯材料。
二、硅鋼片的剪切要求
發電機、變壓器、電動機上用的硅鋼片的毛刺對它的電磁性有影響，硅鋼片的毛刺會影響電磁的特性、電機輸出功率、發電機壽命，疊片的時候毛刺會造成片間搭接短路引起漩渦損耗的增加，同時要降低疊片填充系數，所以要保證剪切后的硅鋼片基本上沒有毛刺。硅鋼片經過沖壓剪裁會產生內應力，導致晶粒變形磁導率下降，比鐵損增加，所以要保證消除內應力，保證原有性。硅鋼片在剪切的范圍內不允許帶有材料的表面有絕緣損傷，片料邊緣不能有損傷，因為會影響鐵芯的質量。剪切以后的硅鋼片必須沒有明顯的波浪，否則硅鋼片會嚴重變形，磁疇結構被破壞，損耗會增加。
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但是利用激光切割還需要解決的問題是掛渣，硅的存在將會導致切割速度的降低和底邊容易形成掛渣現象，因此要考慮切割效率和尺寸精度控制，下面我們就硅鋼片進行激光切割工藝的實驗研究。
3.1實驗方法
激光切割硅鋼片工藝的實施主要目的是解決掛渣問題，達到剪切工藝中產生毛刺的問題，所以實驗針對熔渣形成的原因進行設計。我們根據硅鋼片的特性，激光切割試驗用高壓供氣系統，氣體噴嘴的壓強超過兩千五百千帕，氣流量超過每小時八十立方米，實驗的固定功率在三千瓦，分別用氧氣和純度高的氮氣輔助切割，先固定輔助切割氣體，分別改變切割速度和輸出功率，最后用電子探針監測。
3.2實驗的結果
經過實驗發現，用氧氣輔助切割的時候無論采用什么樣的切割速度和輸出功率都會產生嚴重的掛渣，用高純度氮氣輔助切割的時候，輸出功率相對固定時，隨著切割速度的提升，能夠得到光滑沒有熔渣的切口，切割速度相對固定時，隨著激光輸出功率的增加，也能夠得到光滑沒有熔渣的切口。
展開 基于VPSC模擬FCC金屬等通道轉角擠壓(ECAE)工藝
本文將介紹VPSC模擬FCC金屬等通道轉角擠壓(ECAE)工藝。等通道轉角擠壓是將多晶試樣壓入一個特別設計的模具中以實現大變形量的剪切變形工藝，主要通過變形過程中的近乎純剪切作用,使材料的晶粒得到細化, 從而材料的機械和物理性能得到顯著改善。等通道轉角擠壓是一種有效的制備超細晶材料的方法。
本處粘塑性自洽多晶體塑性模擬的材料初始取向由程序隨機生成，其(100)、(110)和(111)極圖見圖1，可見初始狀態表現為隨機取向，極密度最大值為1.5。變形過程強加100%的剪切應變，步長為0.2，共50步，用4個過程來描述整個等通道轉角擠壓的變形工藝流程，如圖2，在VPSC模擬中，擠出、擠入、模具的流動軸分別為設置為軸1、2、3。
圖1. 初始隨機織構極圖
ECAE通過90o模反復擠壓樣品,在每道工序中，大約100%的剪切應變被施加，其優點是試樣的截面保持不變，這一過程旨在大幅度減小晶粒尺寸，在保證塑性同時提高屈服應力，模擬結果如下：
(a) ECAE1
(b) 90°CW
(c) 90°CW
(d) ECAE2
圖2 等通道轉角擠壓過程織構模擬結果
從模擬結果可以看到，經過等通道轉角擠壓后的FCC金屬產生了明顯的擇優取向-變形織構，其最大強度為5.5。
最后,有VPSC培訓等相關需求歡迎聯系我們.
VPSC培訓
公眾號:320科技工作室
展開 【論文介紹】一種細化AZ31鎂合金的固液兩相區復合擠壓工藝
等通道轉角擠壓能在幾乎不改變試樣截面尺寸和形狀的情況下實現材料的組織細化和性能提升，具有工藝流程短，耗能少等優點。針對以上情況，基于“縮短流程，工藝耦合”的想法，將傳統等通道轉角工藝與半固態成形技術相結合，設計開發出一套新型半固態擠壓剪切復合成形工藝，從而達到高效，經濟的制備組織細小均勻鎂合金的目的。
主要創新點
提出全新的半固態擠壓剪切復合成形工藝，獲得了晶粒細化、織構弱化、組織均勻化的AZ31鎂合金擠壓組織，為探究鎂合金材料的加工工藝和改善相應組織性能提供了新思路。
通過有限元數值模擬及實驗研究，制定了合理的工藝參數和成形方案，并探究了半固態復合成形工藝擠壓過程的組織演變規律。
展開 鋼材為什么斷裂？
馬氏體鋼斷裂
碳或其它元素加入鋼中可延遲奧氏體轉變成鐵素體和珠光體或貝氏體，同時奧氏體化后如果冷卻速度足夠快，通過剪切工藝奧氏體會變成馬氏體而不需進行原子擴散。
理想的馬氏體斷裂應具有以下特征：
◆ 因為轉變溫度很低（200℃或更低），四面體鐵素體或針狀馬氏體非常細。
◆ 因為通過剪切發生轉變，奧氏體中的碳原子來不及擴散出晶體，使鐵素體中的碳原子飽和從而使馬氏體晶粒拉長導致晶格膨脹。
◆ 發生馬氏體轉變要超過一定的溫度范圍，因為初始生成的馬氏體片給以后的奧氏體轉變成馬氏體增加阻力。所以，轉變后的結構是馬氏體和殘余奧氏體的混合結構。
為了保證鋼的性能穩定，必須進行回火。高碳（0.3%以上）馬氏體，在以下范圍內回火約1h，經歷以下三個階段。
1）溫度達到約100℃時，馬氏體某些過飽和碳沉淀并形成非常細小的ε-碳化物顆粒，分散于馬氏體中而降低碳含量。
2）溫度在100～300℃之間，任何殘余奧氏體都可能轉變成貝氏體和ε-碳化物。
3）在第3階段回火中，大約200℃起取決于碳含量和合金成分。當回火溫度升至共析溫度，碳化物沉淀變粗同時Rp0.2降低。
7. 中強度鋼斷裂
中強度鋼（620MPa<Rp0.2<1240MPa），除了消除應力提高沖擊韌性之外，回火還有以下兩種作用：第一，轉變殘余奧氏體。殘留奧氏體將在低溫約30℃轉變成韌性針狀下貝氏體。在較高的溫度如600℃，殘余奧氏體會轉變成脆性的珠光體。因此，鋼在550～600℃進行第一次回火，在300℃進行第二次回火，以避免形成脆性珠光體，稱這種回火制度為“二次回火”。
展開 基于Dynaform的小彎梁成形分析
鈑金件成形過程與材料性能、工件形狀、壓邊力、凹凸模間隙及沖壓速度等許多因素有關，對于普通的折彎、彎曲、沖裁和剪切等沖壓工藝，鈑金件的坯料尺寸可以通過理論展開等方法得出，但對于復雜曲面零件，板料的毛坯尺寸難以通過經驗及理論計算得出，往往需要多次反復試驗最終確定，造成材料浪費的同時生產周期較長。
隨著計算機有限元模擬軟件的發展，板料塑性成形有限元模擬技術在鈑金加工中得到了廣泛應用。傳統鈑金沖壓成形中容易出現拉裂、起皺及回彈等缺陷，影響產品質量；Dynaform軟件可以進行鈑金件的坯料尺寸計算及排樣，預測成形過程中可能出現的缺陷，優化沖壓模具和工藝設計，有效地縮短新產品生產周期，提高沖壓成形質量。
本文對軌道客車新產品中小彎梁進行數值模擬，分析零件成形工藝，通過Dynaform軟件BSE模塊對零件進行坯料尺寸計算，按展開尺寸進行下料壓型，小彎梁成形后滿足使用要求。
一、零件工藝性分析
某軌道客車新產品中車頂小彎梁結構如圖1所示，截面為帽型且存在兩個直徑11mm的圓孔，材料為Q310NQL2\TB/T1979-2014，板厚2mm。為保證組裝焊接精度要求，小彎梁成形后A面與樣板間隙應＜0.5mm，小彎梁兩端頭B面與樣板間隙＜1mm，翼面上翹下垂≤1mm。直徑11mm拉鉚孔不得出現嚴重變形而影響鉚螺母組裝。
圖1 小彎梁
對零件分析后，為保證小彎梁成形尺寸，需按展開尺寸切割后一次沖壓成形，兩個直徑11mm的拉鉚孔在壓型前激光切割，一次成形保證該單件的加工效率。加工工藝為：激光切割→壓型。
展開 
技術研究 | 不同批次塑料原料質量不穩定？教你一招解決！
另外，通過高壓毛細管流變儀獲得合格原料在不同溫度下的粘度曲線、臨界剪切速率等數據，并根據黏度隨溫度、壓力和剪切速率的變化，合理調整加工加工溫度和剪切速率等條件，從而制定科學的加工工藝，協助改善產品質量和外觀、提高加工速度、增加產量。
2. 試驗分析
圖1：不同批次原料同一溫度粘度曲線
圖2：合格原料不同溫度下的粘度曲線
由圖1可以看到在高剪切速率下，兩批次產品的表觀粘度比較接近，但隨剪切速率下降粘度差異增大，表現在加工性能上就會有所區別；二者粘度曲線的斜率不同，推斷原料的分子量或分子量分布產生了變化，建議客戶驗證原料配方是否相同。
同時，客戶根據圖2的合格原料不同溫度下粘度曲線所提供的信息，還進一步優化了產品的加工溫度、剪切速率等加工工藝，有效提升了產品的良品率。
展開 如何控制注塑產品的色差？
5、減少注塑工藝調整時的影響
非色差原因需調整注塑工藝參數時，盡可能不改變注塑溫度、背壓、注塑周期及色母加入量，調整同時還需觀察工藝參數改變對色澤的影響，如發現色差應及時調整。
盡可能避免使用高注射速度、高背壓等引起強剪切作用的注塑工藝，防止因局部過熱或熱分解等因素造成的色差。嚴格控制料筒各加熱段溫度，特別是噴嘴和緊靠噴嘴的加熱部分。
6、掌握料筒溫度、色母量對產品顏色變化的影響
在進行色差調整前還必須知道產品顏色隨溫度、色母量變化的趨勢。不同色母隨生產的溫度或色母量的改變，其產品顏色變化規律是不同的。可通過試色過程來確定其變化規律。
除非已知道這種色母顏色的變化規律，否則不可能很快地調好色差，尤其是在采用新色母生產的調色時。
展開 汽車用橡膠密封條性能要求，及拉伸強度測試誤差案例分析
試樣的制作，這個最影響拉伸強度大小了，選擇不同的加工工藝（注塑或模壓）制作的試樣偶都不同。這次再從試樣質量波動的角度來談一下，為什么會造成這個結果？
（國高材分析測試中心壓片機）
4.1 熱塑性彈性體成型需要一定的溫度下，進行剪切流動，從而充滿型腔，冷卻成型，注塑工藝剪切力最大，流動最迅速，材料之間也進行了充分的混合，而模壓工藝成型，材料受到的剪切非常薄弱，流動也僅限于局部，材料之間沒有進行充分的融合。
4.2 由于橡膠加工和熱塑性彈性體的加工不同點，所以，一般是推薦使用注塑成型工藝來制作熱塑性彈性體的測試試樣。熱塑性彈性體模壓加工由于缺乏剪切流動，導致試樣塑化的差異性很大，所以并不能確保每次試樣是制作的完全一樣。尤其是當熱塑性彈性體材料流動性比較差的情況下，差異更明顯。我們對TPV進行了不同溫度下注塑試樣測試結果的對比，也對不同流動性的TPV進行了相同注塑溫度下注塑試樣的測試結果對比，基本得出如下結論：
a. 注塑溫度高的情況下，TPV的拉伸強度更好，并且試片不同區域截取的拉伸試樣所測得的結果波動變小；
b. TPV流動性好的情況下，則試片不同區域截取的拉伸試樣所測得的結果波動變小。
這說明，對于熱塑性彈性體加工充分的塑化是非常必要的，而模壓則提供不了充分的塑化，只能寄希望于熱塑性彈性體的流動性足夠好，或者模壓溫度盡可能的高，或者模壓的料子盡可能多放點，讓其產生溢料。
4.3 最后造成波動的原因，可能是模壓熱塑性彈性體試樣，加熱時間以及冷卻時間，如果這部分時間長達幾十分鐘，那么勢必造成熱塑性彈性體分子降解，表觀可以發現微微發黃，拉伸強度也可能下降。
從上面敘述，模壓制作熱塑性彈性體試樣，不可控的地方太多，塑化質量不知道、成型時間不確定，由此造成的拉伸強度測試結果波動大，也很好理解。
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（國高材分析測試中心壓片機）
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a. 注塑溫度高的情況下，TPV的拉伸強度更好，并且試片不同區域截取的拉伸試樣所測得的結果波動變小；
b. TPV流動性好的情況下，則試片不同區域截取的拉伸試樣所測得的結果波動變小。
這說明，對于熱塑性彈性體加工充分的塑化是非常必要的，而模壓則提供不了充分的塑化，只能寄希望于熱塑性彈性體的流動性足夠好，或者模壓溫度盡可能的高，或者模壓的料子盡可能多放點，讓其產生溢料。
4.3 最后造成波動的原因，可能是模壓熱塑性彈性體試樣，加熱時間以及冷卻時間，如果這部分時間長達幾十分鐘，那么勢必造成熱塑性彈性體分子降解，表觀可以發現微微發黃，拉伸強度也可能下降。
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