LY12超塑性成形有限元分析
2A12铝合金锻件成形的有限元模拟
2A12铝合金锻件成形的有限元模拟彭柳锋;郭道强;魏玉勇;徐成龙;段柏华;林高用【摘要】Three sets of forging molds were designed for 2A12 aluminum alloy forgings. Numerical simulation of the forging processes of 2A12 aluminum alloy in the molds was performed based on DEFORM-3D software. Results showed that the large-taper transition mold significantly reduced the forming load and made the forging streamline distribute more reasonably, compared with the small-taper mold. A proper increase in the diameter of the lower die hole can reduce the forging force and the wear of die hole. The engineering test that was carried out using a preferred mold successfully yielded a qualified forged products, verifying the reliability of numerical simulation.%针对2A12铝合金锻件,设计了3组锻造成形模具,基于DEFORM-3D软件,对2A12铝合金在3组模具中的成形过程进行了数值模拟.结果表明,相比于小锥度模具,大锥度过渡的模具结构可以显著降低成形载荷,并使锻件流线分布更合理;适当增大下端模孔孔径,可进一步降低成形载荷,减少模孔磨损.采用优选的模具进行工程试验,顺利试制出合格锻件,验证了数值模拟的可靠性.【期刊名称】《矿冶工程》【年(卷),期】2017(037)005【总页数】6页(P99-104)【关键词】2A12铝合金;模锻;有限元模拟【作者】彭柳锋;郭道强;魏玉勇;徐成龙;段柏华;林高用【作者单位】中南大学材料科学与工程学院有色金属材料科学与工程教育部重点实验室,湖南长沙 410083;郴州市强旺新金属材料有限公司,湖南郴州423000;中南大学材料科学与工程学院有色金属材料科学与工程教育部重点实验室,湖南长沙 410083;郴州市强旺新金属材料有限公司,湖南郴州423000;中南大学材料科学与工程学院有色金属材料科学与工程教育部重点实验室,湖南长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院有色金属材料科学与工程教育部重点实验室,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TG316随着计算机技术的迅猛发展及数值计算方法的日益进步，有限元数值模拟技术在工程实践分析和设计中的应用日益广泛［1－4］。
弹塑性问题有限元分析
专硕-
1
材料的弹塑性行为实验
2
材料塑性行为的屈服准则
3
材料塑性行为的流动法则
4
材料塑性行为的强化准则
5
材料塑性行为的模型
研究弹塑性问题的关键在于物理方程的处理。下面主要讨论小 变形情形下的弹塑性问题。
1、材料的弹塑性行为实验
典型的材料性能实验曲线是通过标准试样的单向拉伸与压缩获 得的，如下图所示
但不发生新的塑性流动
4、塑性强化准则 该准则用来描述屈服面是如何改变的，以确定后续屈服面的新 状态，一般可以有几种模型： 等向强化模型 随动强化模型 混合强化模型 5、材料塑性行为的模型 基于以上准则，在根据各种材料的应力应变曲线、经过归纳和 分类给出以下几种典型的描述材料弹塑性行为的模型 （1）、双线性Bauschinger随动强化 （2）、多线性Bauschinger随动强化 （3）、双线性等向强化 （4）、多线性等向强化 （5）、非等向强化 （6）、Drucker-Prager模型 所谓Bauschinger效应为反向屈服点到卸载点的数值为 2 yd 。
I1 1 2 3
I2 1 2 2 3 31(2)
I3 1 2 3
基于主应力空间，由等倾面组成的八面体的平面上的正应力和剪应力具有
一些特殊的性质。
设某一点的应力状态为 ij ，其中三个主应力为 1、 2、 3 ，并且1＞ 2＞ 3
如果坐标轴与主方向重合，则应力不变量如式（2）
其中 yd 为临界屈服剪应力，将由实验来确定，一般通过单拉实
验获得，由于单拉实验获得的是临界屈服拉应力 yd ，所以通过
以下关系来换算：
如果定义等效应力为
eq
3 2
y
落料冲孔翻遍复合模设计讲解
模具设计课程设计说明书班级： 05010903姓名：常剑学号： 2009301233指导老师：蒋建军康永刚时间： 2012年10月1目录第一章概论 (3)第二章工件工艺性分析及方案确定 (8)第三章排样计算等 (11)第四章冲裁力及压力中心计算 (14)第五章主要工作部分尺寸计算 (16)第六章凸模、凹模及凸凹模的结构设计及校核 (19)第七章主要零部件设计 (24)2第一章概论1.1引言日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。
模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。
因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。
随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展，冲压加工技术的应用愈来愈广泛，模具成形已成为当代工业生产的重要手段。
1.2冲压模地位及我国冲压技术1.2.1冲压模相关介绍冷冲压:是在常温下利用冲模在压力机上对材料施加压力，使其产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。
冲压可分为五个基本工序：冲裁、弯曲、拉深、成形和立体压制。
冲压模具:在冷冲压加工中，将材料（金属或非金属）加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冷冲压模具（俗称冷冲模）。
冲压模按照工序组合分为三类：单工序模、复合模和级进模。
复合模与单工序模相比减少了冲压工艺，其结构紧凑，面积较小；冲出的制件精度高，工件表面较平直，特别是孔与制件的外形同步精度容易保证；适于冲薄料，可充分利用短料和边角余料；适合大批量生产，生产率高，所以得到广泛应用，但模具结构复杂，制造困难。
冲压模具是冲压生产必不可少的工艺装备，是技术密集型产品。
冲压件的质量、生产效率以及生产成本等，与模具设计和制造有直接关系。
模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
挤压模具资料
铝挤压模具资料(Ce-TZP)-Al2O3陶瓷热挤压模的研制“亮带”挤压铸造铝活塞的特殊缺陷100MN双动铝挤压机配置及技术特点分析100MN油压双动铝型材挤压生产线105mm破甲弹球墨铸铁头螺挤压铸造机理的研究125型摩托车铝合金车轮的液态挤压成型1984年我国工程塑料的进展2003年《轻合金加工技术》总目次2004年我国工程塑料加工技术进展2005:中国大铝挤压机年2005年《模具技术》目次2091铝锂合金管材挤压态组织240活塞铝裙等温挤压工艺条件的选用及特点2A70铝合金挤压型材生产工艺研究3Cr2W 8V钢铝热挤压模强韧化处理3Cr2W8C铝合金液压挤压模具的热处理3Cr2W8V钢强韧化处理研究3Cr2W8V钢制模具的热处理与强化方法及应用3Cr2W8V铝合金热挤压模具气体氮碳共渗处理4Cr5MoSiV1钢低温淬火试验及应用4Cr5MoSiV1钢挤压模具真空热处理工艺研究4Cr5MoSiV1钢挤压模具真空热处理工艺研究4Cr5MoSiV1钢模具离子碳氮氧硫硼五元共渗工艺4Cr5MoSiV1钢热挤压模复合热处理工艺6063铝合金实现快速挤压的探讨6063铝合金型材挤压“堵模”的成因及其对策6063铝型材挤压工艺的优化6082合金船用铝型材的生产工艺研究6O63铝合金型材挤压技巧7005铝合金齿轮泵体型材挤压过程模拟75MN“短行程”单动卧式铝挤压机A1_2O_3／A356复合材料的凝固组织与机械性能Al_2O_3 短纤维增强 ZA27 合金复合材料制备工艺Al_2O_3／Al－Si合金复合材料中硅相形貌观察Al_2O_3和C短纤维混杂增强铝基复合材料高温耐磨性能的研究Al-Mg-Si系铝合金型材表面暗斑成因分析Al-Ti-B线材连续铸挤的研究ANSYS二次开发在铝型材挤压中的应用AZ31B变形镁合金压力成形AZ31B镁合金挤压工艺研究C_(sf)/Al复合材料管的制备与性能C~+和Ti~+注入铝型材热挤压模表面改性研究CAD/CAM系统在挤压模具设计与制造中的应用CONFORM包覆机工模具调整提高铝包钢丝结合力Conform的扩展挤压及多孔管生产Conform机在生产多孔扁铝管产品上的应用CONFORM连续挤压变形过程的实验研究与数值模拟CONFORM连续挤压的模具Conform连续挤压内螺纹铝管工艺研究Conform连续挤压内螺旋翅片管模具研究CONFORM连续挤压生产线超高压(63MPa)液压系统分析与改进Conform连续挤压原理与铜线挤压加工的影响因素CVD技术在模具上的应用ECAP等径角挤压变形参数的研究ECAP工艺细化铁基形状记忆合金研究ECAP挤压L2纯铝的微观组织演化规律ECAP条件下纯铝的应变行为模拟研究ECAP细晶机制及对纯铝显微组织和力学性能的影响H13钢模具的表面强化技术H13钢热挤压模具自保护膏剂稀土硼碳氮共渗的应用研究H13钢散热器挤压模具失效分析H13铝型材挤压模具早期开裂失效分析H13模具钢的热加工工艺研究H13热挤压模具的开裂原因分析H13热挤压模具型腔变形原因分析及改进措施H13热作模具钢的表面热处理HPb59—1黄铜热挤压工艺及模具H形型材挤压模具的设计K87火车窗铝型材尺寸偏差的控制KBE技术在铝型材挤压模具设计中的应用LD31挤压型材缺陷和工艺优化LD8铝屑重熔—150活塞挤压铸造工艺LY12法兰盘液态模锻锻件及模具设计LY12法兰盘整体加压挤压铸造工艺试验LY12硬铝支架冷挤压工艺及模具设计Ni－Al系金属间化合物基复合材料的研究进展Ⅰ制备方法NiTi合金等径弯角挤压工艺及晶粒细化P/M制备SiC_p/Al复合材料的研究现状PAMOCVD工艺研究及在铝型材挤压模上的应用PCVD模具强化技术应用研究PLC在铝型材挤压机上的应用PSA氮气用于铝挤压保护SiC_p/A1复合材料挤压成形的实验研究SiC_P/Al复合材料搅拌熔炼—液态模锻成型工艺研究SiC_w／Al－Li－Cu－Mg－Zr复合材料压铸工艺的研究SiC_w/Al复合材料热挤压模具设计及其对挤压棒材组织和性能的影响SiC_W/LD2复合材料管材的包覆挤压SiC_w和纳米SiC_p混杂增强铝基复合材料的制备与评价SiCw／Al－Li复合材料热挤压变形及其对组织和性能的影响SiC颗粒增强铝基复合材料的挤压铸造工艺研究SiC颗粒增强铝基复合材料的热挤压工艺研究UGⅡ软件在铝型材挤压分流组合模具设计中的应用WCML-2热作模具钢的研究ZL201曲面薄壁件挤压铸造工艺及模具设计ZnAl_(22)的超塑成形及其装备阿尔福姆合金有限公司在挤压新工艺方面的成就半固态成形的工艺概况与模具材料选用半固态挤压SiC_p/2024复合材料的组织性能研究及缺陷分析半固态挤压变形体传热有限元模型及动态仿真半固态加工技术在机车车辆制造业中的应用前景半固态金属流变成形模具失效与选材半固态扩展挤压A2017合金过程中金属流动的有限元分析半固态模锻及其工业应用前景展望包装废弃物综合治理研究(续完)扁挤压筒的挤压力及应力场的光弹性分析扁挤压筒设计变断面铝型材挤压模平磨胎具的改进变断面型材模具加工工艺的改进变形铝合金均匀化热处理的应用现状与研究进展变形铝合金可挤压性的分析与评价变形铝合金可挤压性的分析与评价表面镀铝及附着碳化硅微粒的高模碳纤维与铝的压铸复合特性表面强化技术与模具寿命冰箱后板成形模设计并行工程在铝型材产品开发中的应用研究玻璃钢拉挤模具设计薄壁铝型材挤压成形的一种有效模拟方法薄壁铝型材挤压有限体积分步模拟薄壁门窗型材挤压的有限体积分步模拟薄壁小铝管盘拉过程游动芯头稳定性的实验研究不连续碳纤维增强ZA-12合金基复合材料的制备工艺不同方式等通道转角挤压纯铝微结构分析不同路径等通道转角挤压镁合金的结构与力学性能不同压力下挤压铸造铝铜合金的组织与性能不锈钢棘轮的温热挤压模具材料加工·制造工程·冷压成形采用H13横向模块提高挤压模具寿命采用挤压铸造新工艺生产柴油机铝活塞试验采用径向挤压方法使废铝颗粒再生成材的试验研究侧向挤压陶瓷型芯模具设计与型芯质量评估超A级尺寸精度铝油堵的成形工艺超大型材生产经验超高分子量聚乙烯的成型技术现状及研究进展(Ⅱ)超高强铝合金强韧化的发展过程及方向超宽型材模具的几种设计方法超声振动压力加工的现状与展望超塑技术在模具制造中的应用超塑性挤压在金属塑性成形中的应用超塑性挤压在金属塑性成形中的应用超塑性锌铝共晶合金成形工艺的研究超塑性在压力加工中的应用超塑性增强合金及其注塑模具热挤压的应用探讨车辆铝合金大型材模具的设计与制造工艺研究车身覆盖件冲压成形动态仿真的研究进展衬套冷技工艺及模具尺寸驱动图元在挤压模具中的应用冲裁过程和冲裁间隙冲裁挤压成型模纯铝等径角挤技术(Ⅰ)——显微组织演化纯铝等径角挤技术(Ⅱ)——变形行为模拟纯铝和LY12铝合金微塑性成形性能评价试验研究纯铝铸件JB—1并沟线夹的挤压铸造工艺打火机壳挤压模具及工艺大壁厚铝型材分流模的设计大变形零件温挤压凹模型孔设计技巧大尺寸多层喷射沉积6066Al/SiC_p/Gr复合材料管坯的制备大间隙冲裁对模具寿命的影响大口径弹尾部零件挤压铸造工艺的研究大宽厚比薄壁异型材挤压多工艺参数优化研究大型工业铝合金型材的挤压生产工艺与关键技术(续)大型铝合金散热器挤压型材的模具设计大型双鼓形铝轮毂精密锻模设计与改进大悬臂半空心铝型材模具设计大悬臂挤压模变形机理分析大悬臂铝型材挤压模的设计与强度校核带翼内凸筋D形铝管连续挤压生产工艺的研究带翼内凸筋D形铝管连续挤压生产工艺的研究氮化硼粉末静电喷涂技术在铝型材挤压生产上的应用德国洪塞尔铝业公司44MM挤压机等截面侧挤压技术及其实验模具设计等截面通道角形挤压对高纯铝微观组织及力学性能的影响等径角挤压法制备超细晶的研究现状等径角挤压法制备块体超细晶材料的研究现状及展望等径角挤压模具对超细晶材料显微组织的影响等径角轧制AZ31镁合金板材的组织与性能等径通道挤压中晶粒细化影响因素的研究进展等径弯曲通道变形力的研究等离子体表面改性技术及其在模具中的应用等通道弯角多道次挤压工艺累积变形均匀性研究等通道弯角挤压变形机理模拟与工艺参数优化等通道转角挤压(ECAP)工艺的研究现状等通道转角挤压纯铝的组织结构等通道转角挤压对L2工业纯铝力学性能的影响等通道转角挤压对纯铝L2阻尼性能的影响等通道转角挤压工艺有限元分析等通道转角挤压过程有限元模拟等通道转角挤压铝硅合金组织的研究等通道转角挤压模具挤压力计算等通道转角挤压实验模具设计等温热反挤压工艺参数对SiCp/LY12复合材料超塑性的影响等效应变量对等径角挤压的2A12铝合金力学性能的影响低碳马氏体在模具中的应用低体积分数SiC_W/Al复合材料的制备低温渗硼提高模具的使用寿命地铁车辆铝型材用特种挤压模具制造技术分析地铁车辆用边梁型材GDX-14模具的设计地铁特宽空心型材模具设计与挤压工艺研究地铁型材模具的探讨地铁用铝合金型材挤压模具设计第八讲空心铝型材挤压模具优化设计(2)第二讲铝型材挤压模具的材料选择第二届全国液态模锻(挤压铸造)学术交流会论文摘要第九讲民用建筑铝型材挤压模具优化设计第六讲实心铝型材挤压模具优化设计(2)第七讲空心铝型材挤压模具优化设计(1)第三讲铝型材挤压模结构要素与设计原则第十讲工业铝型材模具优化设计(1)第十一讲工业铝型材模具优化设计(2)第四讲铝型材挤压模具的种类及组装形式第五讲挤压垫优化设计第五讲实心铝型材挤压摸具优化设计(1)第一讲挤压筒的优化设计（1）第一讲铝型材挤压模具概论电锤钻双键槽冷挤压成型新工艺电动机连接端盖拉伸精整模设计电加工技术在模具上的应用电解磨料喷射抛光工艺的试验研究电缆连续挤压包覆产品缺陷的分析电缆连续挤压包覆技术及设备电缆铝护套连续挤压包覆模具的设计电缆铝护套连续挤压包覆型腔设计的均压判定准则短碳纤维增强铝基复合材料的半固态加工短碳纤维增强铝基复合材料的挤压浸渗工艺短纤维氧化铝/铝复合材料液态浸渗后直接挤压的试验研究锻压模具的润滑对4Cr5MoSiV1热挤压模具钢加工工艺的研究对挤压模工作带的设计、加工、修正的研究对我国铝材挤压加工发展之管见对向式间接液态金属模锻对中国铝挤压工业若干问题的探讨对中国铝挤压工业若干问题的探讨多孔管、棒挤压模加工工艺的改进多坯料挤压及在铝/铝合金复合材料成形中的应用多腔室模具加热曲线及控制发射器用大型散热器挤压模设计反向挤压技术及挤压设备反向挤压模具设计探讨反向挤压时的挤压力变化规律反应烧结氮化硅陶瓷模具材料的研究非对称空心铝型材模具设计的重要原则非牛顿特性下冷挤压流体动力润滑模型的建立分流挤压镁合金管材工艺研究分流模挤压紫铜电脑散热片实验研究分流模在挤压生产中的应用分流组合模挤压的有限元模拟与模具设计评价粉末冶金法制造SiCp/LY12复合材料及SiCp/LY12复合材料超塑性研究粉末冶金制备颗粒增强5052铝基复合材料的压力加工工艺研究风机生产模具及工艺装备造价的对比研究氟塑料加工复杂断面空心型材挤压模具的制作技术复杂盒形零件挤压金属非均匀流动控制研究复杂铝型材挤压成形有限体积仿真改进重载铝活塞的技术改善挤压性能,提高6063合金挤压速度钢铝层叠复合材料固态复合技术及应用钢铝复合导电轨制造技术的探讨高表面质量铝管冷挤成形及挤光工艺高纯铝等通道转角挤压引起的微观组织变化高光洁度大铝管冷挤成形及挤光工艺高精度铝合金挤压型材生产的新发展高铝青铜Cu-14%Al-X合金的气孔及消除方法高铝锌基合金ZA27液态模锻工艺参数研究高铝锌基合金挤压铸造的组织和性能的研究高铝锌基合金直齿圆锥齿轮的挤压铸造工艺高强超高精度7A04超硬铝合金导轨型材的研制高强度铝及铝－锂合金大型壁板和型材的生产高强韧冷作模具钢——LD钢的性能和应用高热强性热作模具钢的开发研制及模具寿命的提高高热强性热作模具钢的研制开发及模具寿命的提高高速锤热挤压增压器涡轮叶片高速列车用大型挤压铝型材工业铝型材挤压模具的设计工艺参数对铝型材挤压变形规律的影响工艺润滑材料的发展评述骨架表面改性对SiC/Al复合材料性能的影响关于挤压变形规律理论研究方法的一些探讨管材挤压工艺分析及实验研究管子钳铝合金钳柄体液态挤压工艺及模具罐用铝材的研究现状及存在的问题分析光塑性在连续挤压成形研究中的若干关键技术广东铝型材热挤压模具渗氮技术的发展广东热处理表面工程与市场经济广东省几家模具企业发展的启示硅酸铝短纤维增强铝硅合金复合材料热处理组织的研究硅线石/2024液态挤压成形件的摩擦学特性硅线石颗粒／LY12搅融混合后半固态挤压成形件组织与性能研究硅线石颗粒／铝搅融混合半固态挤压成材的试验研究硅线石颗粒与铝液混融后挤压下流动凝固的塑性变形特征轨道车辆大型铝合金型材模具的设计与制造技术轨道车辆用大型铝合金型材的开发评估及挤压工艺特点国内外挤压铸造技术发展概况国内外模具发展概况国外冲压与模具技术动向国外反应注塑成型技术的进展国外铝和铝合金挤压模具的发展国外铝挤压技术及其装备的进展国外铝加工技木新进展国外模具技术发展动态国外钛工业发展概况和加工工艺新发展(续)过共晶铝硅合金半固态挤压铸造近终成形技术研究过共晶铝硅合金活塞的挤压铸造过共晶铝合金汽缸体的挤压铸造航空用DQ3137型材舌型挤压模具的改进合理大间隙冲裁模的应用黑色压铸用铜合金模具材料活塞用碳纤维铝基复合材料的制备方案研究基于BP神经网络的铝型材挤压模具优化设计基于BP网络和遗传算法的铝型材挤压模工作带优化模型基于BP遗传算法的铝型材挤压模具优化设计基于UG平台构建三维铝型材挤压模具CAD系统基于VB6.0的轻合金带筋壁板挤压模具CAD系统开发基于多变性设计的回转体零件挤压模具结构智能设计方法研究基于多重优化设计的铝型材挤压工作带模型基于流函数法的铝型材挤压导流模合理设计基于热力耦合的热挤压模具结构参数优化设计基于数值模拟的铝型材挤压变形规律的研究(Ⅱ)基于数值模拟的铝型材挤压变形规律的研究(I)基于有限元分析的铝合金等温挤压工艺设计基于有限元技术的大型6061无缝管挤压温度变化规律研究基于有限元模拟的型材挤压专家系统基于知识的铝型材挤压模具集成设计系统极限变形程度下纯铝反挤压变形力的研究几种多腔工业铝型材挤压模具的设计几种具有优良性能的模具钢几种铝型材挤压模具的改良设计几种铝型材挤压模具的优化设计挤出吹塑模具设计挤出模损坏原因分析及改进办法挤压不锈钢用高铝青铜合金模具材料挤压成形技术在接插件端子模具设计中的应用挤压锭铸造新方法——气滑铸造挤压分流模CAD关键技术的研究挤压分流组合模的设计挤压工模具材料及其热处理与表面处理现状挤压工艺和模具对成品率的影响及措施挤压珩磨在模具研磨工艺上的应用挤压珩磨在模具制造中的应用挤压加工润滑剂的应用挤压加工新技术挤压浸渗法制备C_(sf)/Al复合材料的组织与性能挤压铝合金型材时牵引力的计算挤压铝型材表面“停止痕”缺陷的成因与对策挤压铝型材产品开发计算机辅助设计系统挤压铝型材出现“咬痕”的原因及预防措施挤压铝型材的悬臂模具设计挤压铝型材断面难度系数的探讨挤压模的寿命及提高实例挤压模具CAD应用程序开发技术挤压模具氮化工艺控制挤压模具电火花加工空刀新工艺挤压模具气体软氮化及废气处理新工艺挤压模具软氮化工艺实践挤压模具设计技术挤压模具设计综合数据库系统挤压模具使用寿命的主要影响因素挤压模具使用寿命影响因素的分析挤压模具早期失效起因与处理挤压模具制造工艺分析挤压模孔优化的CAD研究挤压渗流铸造泡沫铝合金的工艺因素探讨挤压式铝管外导体物理发泡射频同轴电缆的设计制造及铝管缺陷分析挤压筒锁紧面大帽的起因分析挤压温度对高硅铝合金材料组织与性能的影响挤压型材内腔加强筋的超声波探伤挤压硬铝时工艺条件对制品强度和粗晶环厚度的影响挤压铸件优质化技术进展挤压铸造CF／Al复合材料的工艺研究挤压铸造SiC_w/L3复合材料的热挤压挤压铸造SiC_w/L3复合材料液-固两相区包覆挤压挤压铸造代替锻铝的试验挤压铸造的应用与模具材料挤压铸造对过共晶铝硅合金活塞各部位含硅量分布的影响挤压铸造法制备(SiC/A1)/A1复合材料挤压铸造法制备可变形SiC_P/Al复合材料的组织与性能挤压铸造工艺参数对Al_2O_(3f)/Al-4.5%Cu复合材料凝固方式与组织的影响挤压铸造工艺参数对柱塞式大高径比ZA27合金铸件力学性能的影响挤压铸造技术的发展及应用挤压铸造铝合金车轮模具的结构与排气挤压铸造铝合金的材料研究挤压铸造铝基复合材料凝固偏析研究挤压铸造模具材料的选用及热处理挤压铸造模具三维运动仿真介绍挤压铸造模温对C/Mg复合材料组织和性能的影响挤压铸造硼酸铝晶须增强Al基复合材料浸渗过程理论分析挤压铸造汽车空压机铝连杆的试验研究挤压铸造汽车空压机铝连杆的研制与应用挤压铸造汽车制动主缸的研究与应用挤压铸造—烧结反应制备Al_2O_3/Ti_xAl_y复合材料新工艺挤压铸造碳纤维增强A356金属基复合材料凝固过程的研究挤压铸造条件下铝基复合材料铸造流动性研究挤压铸造条件下铝基复合材料铸造流动性研究挤压铸造无缩孔判据在有色金属中的验证挤压铸造用模具材料的选用技术改造推动了模具专业化发展加工过程对渗氮铝挤压模性能的影响加工制造过程对铝挤压模具寿命的影响加磷处理过共晶铝硅合金的挤压铸造夹头冷挤模设计间接挤压铸造模具编码系统研究减轻铝型材表面光泽条纹的措施检阅水平、交流技术、沟通渠道的一次盛会——参观“全国模具及模具加工机械展销会” 简易模具的制作及其应用(连载)——[Ⅰ]简易模具的基础知识角铝型材挤压过程的数值模拟接合型复合材料的成形界面对纤维增强铝硅合金复合材料耐磨性的影响金属表面的电火花强化法金属材料半固态挤压工艺的有限元分析金属材料的等通道转角挤压研究进展金属反向挤压技术的发展与应用前景金属复合线材成形工艺的研究开发概况金属挤压成形理论与技术发展的现状与趋势(1)金属挤压成形理论与技术发展的现状与趋势(2)金属挤压成形理论与技术发展的现状与趋势(3)金属连续铸挤包覆成型技术金属塑性成形模具的灵敏度分析金属微成形技术及其研究进展近代铝合金反向挤压技术近期国内液态模锻技术的一些研究进展九十年代模具技术的发展动向矩形钼管加工工艺研究具有较大舌比的半空心铝型材模具的设计聚苯乙烯泡沫塑料模的制造均匀流场在铝合金冷挤压中的应用(英文)颗粒增强金属基复合材料挤压性能的研究颗粒增强铝基复合材料的制备及应用颗粒增强铸造铝合金内燃机活塞材料的研究空调压缩机外壳的液态挤压成形空心铝铆钉冷挤压工艺及其模具的研究空心铝型材挤压成形过程的有限元数值模拟空心铝型材挤压过程计算机仿真系统空心铝型材挤压时金属流动的计算机辅助(CAD)分析空心型材分流组合挤压CAD/CAE模型的建立空心型材挤压模具模芯变形的有限元分析快速成型与快速模具制造技术快速模具制造技术的应用研究快速凝固/粉末冶金制备高硅铝合金材料的组织与力学性能快速凝固SiC_p/LY12复合材料的制造工艺和性能快速凝固高硅铝合金粉末的热挤压过程快速凝固过共晶铝硅合金材料的研究进展快速凝固铝锂合金粉末特性对其挤压村组织和性能的影响宽断面美格铝型材模具的设计宽截面铝型材挤压导流模应用研究宽展挤压模具正交试验研究扩音器话筒接头冷挤压模具设计冷冲模设计参考资料(三)冷挤工艺在圆形连接器中的应用冷挤铝手柄工艺及模具冷挤压凹模受力分析冷挤压锻铝的润滑剂冷挤压机载荷与缓冲参数关系的试验研究冷挤压技术的发展及模具冷挤压流体动力润滑模型的建立冷挤压散热片模具及工艺冷挤压通孔凹模受力分析与横向开裂冷挤压柱塞加工离子注入工模具材料表面改性及其展望力学分析在挤压模具调整方面的应用利用废旧模具生产优质电渣熔铸模具钢锭的新技术连续包覆(CONCLAD)模具优化的模拟实验连续变断面挤压成形方法的研究*连续变断面挤压工艺的开发连续挤压/包覆模具型腔CAD系统开发连续挤压D97多孔扁管组织性能的研究连续挤压包覆CATV同轴电缆芯线防灼伤系统研究连续挤压包覆技术在铝包钢丝生产上的应用连续挤压成形过程的计算机仿真连续挤压带翼内凸筋D型铝管模具研究连续挤压多通道铝扁管用硬质合金模具的研制连续挤压法介绍连续挤压工模具负载的计算机模拟连续挤压和连续包覆技术的理论研究与工程实践连续挤压铝管典型缺陷的原因分析及预防措施连续挤压模具的选材连续挤压模具型腔汇合室几何参数优化设计连续扩展挤压成形常见缺陷分析与预防连续铸挤成形技术的发展及应用连续铸挤成型技术及其发展连续铸挤生产铝管的力能计算与分析连续铸挤生产铝管的研究两种粒径颗粒混合增强铝基复合材料的导热性能流变法铸造石墨铝挤压铸造工艺参数的正交试验研究。
弯管成型截面畸变的有限元分析
文章编号：2095-6835（2023）24-0006-05弯管成型截面畸变的有限元分析＊谌宏1，2（1.江苏科技大学苏州理工学院，江苏苏州215600；2.张家港江苏科技大学产业技术研究院，江苏苏州215600）摘要：针对弯管成型截面畸变的问题，基于ABAQUS有限元分析软件，建立了21-6-9高强度不锈钢管弯曲的有限元模型。
研究了相对弯曲半径、相对壁厚、弹性模量、屈服强度关于弯管成型截面畸变的显著性规律及经验公式。
研究结果表明，根据正交试验设计判断出，显著性强弱为相对弯曲半径＞相对壁厚＞屈服强度＞弹性模量；为降低弯管成型截面畸变率，可以选用相对弯曲半径较大的工艺组合；根据回归分析结果，得出成型参数关于弯管成型截面畸变率的经验公式，并校核验证了大概适用范围，该公式可以预测非大半径弯管成型截面畸变的情况，完善后可应用于实际生产。
关键词：管材弯曲；成型参数；截面畸变；有限元模拟中图分类号：TG386.3文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.24.002作为现代弹塑性加工工艺代表之一的管材加工工艺，其管材弯曲加工是其重要的组成部分，管材部件的轻量化、强韧化、高效、低耗等特点显著，被广泛应用于汽车制造、航空航天、输油管道等高新技术领域。
管材弯曲过程是一个非线性多重复杂的物理过程，在弯曲过程中容易出现成型截面畸变、起皱、壁厚减薄等各种质量缺陷，亦会发生回弹等多种问题。
因此，针对成型截面畸变问题开展几何非线性的模拟分析，了解其成型机理因素的显著性，判断最优弯曲方案，预测最大成型截面畸变，合理规避不合格的缺陷管材具有重大意义。
在管材弯曲成型系列研究中，国内外学者针对横截面变形现象开展了各种各样的研究。
王光祥等[1]通过实验的方法研究了弯曲中心角对截面畸变的影响，发现弯曲中心角是影响截面畸变的重要因素，椭圆率随弯曲中心角增大而增大，可以根据这个结论进行预测；JIANG等[2]主要研究了不同数控弯曲模组下的强度TA18管，其弯曲模、刮水模、夹紧模、压力模的合理选用可以提高截面质量；鄂大辛等[3]在平面应力和三向应力状态假设下，得出横截面短轴变化与壁厚的关系式；王刘安等[4]通过6061-T6铝合金管单向拉伸试验数据，对异形弯管进行有限元模拟，得出芯棒与管壁间隙大于1mm时，管材畸变减小，否则畸变严重的结论；何花卉等[5]在管材弯曲变形试验的基础上，进行有限元分析，指出长、短轴变化率比椭圆率更能形象反映界面形状变化，且短轴变化率更加明显，认为弯曲部分变形有向后段直管部分扩散的趋势；方军等[6]通过有限元软件建立不锈钢管材绕弯成型的弹塑性模型，分析了几何和材料参数对截面畸变的影响规律；宋飞飞等[7]利用有限元软件模拟Ti35合金管材绕弯过程，研究了芯棒伸出量、弯曲角度、压块相对助推速度、相对弯曲半径对它的影响规律；官强等[8]通过ABAQUS有限元软件模拟分析了圆管弯曲成型，提出将最大截面畸变率提高20%，应用实际加工判断截面质量的可行性；陈国清等[9]基于MSC.MARC有限元软件建立了推弯成型有限元模型，得出大弯曲半径推弯时，良好的润滑条件有利于获得更好的成型质量的结论；梁闯等[10]通过ABAQUS/Explicit平台，建立了TA18高强钛管数控弯曲成型过程三维有限元模型，研究得出较好的间隙水平是0.1mm的结论；刘芷丽等[11]基于ABAQUS有限元软件，建立圆管压扁-压弯连续成型的有限元模型，分析了圆管的受力方式；陈钱等[12]通过Dynaform有限元软件建立了高强度薄壁管材有限元模型，得出芯棒与管材间隙关于截面畸变率的影响规律；ZHAO等[13]通过ABAQUS/Explicit程序建立了钢管的三维有限元模型，通过实验验证了其可靠性，发现最大横截面畸变的位置几乎随模与管间隙的变化而变化；YAN等[14]基于有限元方法建立了一种起皱能量预测模型的成型极限搜索算法，并依次研究了芯棒球厚度等参数对管材起皱的影响；苏海波等[15]利用有限元方法对管材弯曲成型过程进行了数值模拟，得出了弯角外侧平均壁厚与相对弯曲半径间的关系。
弹塑性力学与有限元：塑性理论
式中，h 为记录塑性加载历史的参数
称为加载函数
从拉伸曲线可以看出，应力与应变之间 不再是单值对应关系，与加载历史有关
。因此塑性力学问题应该是从某一已知
的初始状态（可以是弹性状态）开始， b
C
随加载过程用应力增量与应变增量之间
B
的关系，逐步将每个时刻的各增量叠加 起来得到物体内的应力与应变分布。
l2 l1
ln
l1 l0
1
2
真实应力-对数应变曲线的确定
1）求出屈服点 s
s
Ps A0
式中 Ps为材料开始屈服时的载荷； A0 为试样原始横截面面积。
2）找出均匀塑性变形阶段各瞬间的真实应力Y和对数应变
? P A
? Є
ln
l l0
ln
l0
l
l0
3）找出断裂时的真实应力 K及其对应的对数应变K
均匀塑性变形 弹性
失稳破裂
金属材料单轴加载时的应力与应变特征：
b
C
（1）加载开始后，当
B
应力小于A点的应力 值时，应力与应变呈
s A’ p A
线性关系。材料处于
线弹性变形阶段。A
点的应力称为比列极 O
E
限。在此阶段卸载，
p e
变形沿OA线返回。
f
F
应力在A~A’之间，
应力与应变关系不
b
C
再为线性关系。变
ps
A’ A
简单应力状态下的加载准则可以写成
加载 卸载
d 0
d
0
此式也适用于 0 的压缩情况。有了这一
准则，我们可以把简单的拉伸试件在塑性阶 段的应力—应变关系归纳为
O
E
2.8塑性理论及有限元
应变速度
单位时间的应变
应变速度（1/s）
1 1 ij [ (dui ) (du j )] dt 2 x j xi dt 1 1 [ (ui dt ) (u j dt )] 2 x j xi dt 1 ui u j [ ] 2 x j xi
则Tresca屈服条件为：
ma x K
物理意义：材料处于塑性状态时，其最大剪
应力是一不变的定值。该定值只取决于材料 在变形条件下的性质，而与应力状态无关。
思考：
式(2-37) 中的三个式子： σ1- σ2 =±2K; σ2- σ3 =±2K; σ3- σ1 =±2K; 是否同时满足Tresca屈服条件？为什么？
d ij
(du) d x x ( d ) d y y ( d ) d z z
d xy d yz d yz d xy d zx d xz
1 (du) (d ) 2 y x 1 (d ) (d ) 2 z y 1 (d ) (du) 2 x z
三类真实应力-应变曲线
P
式中
加载瞬间载荷； 同一瞬间试样横断面积。
A0
l l0
A0 AK 100 Є ln ln ln l0 l0 F ln(1 )
金属塑性变形真实应力-对数应变曲 线的确定
1）求出屈服点 s
试件变形达到其弹性极限后，如果继续加载， 将发生不可恢复的变形，称为塑性变形。
P
Pe
e
金属的塑性
对超过弹性极限载荷的金属金属试件卸载， 卸载曲线近似于弹性曲线。
基于有限元分析软件的注塑模具刚度和强度分析
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２ ０ １ ３年 第 ２ ５ 卷 第 ４期
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Ｍ ＯＤＥＲＮ ＰＬＡＳ ＴＩ ＣＳ ＰＲｏＣＥＳＳ Ｉ
基 于 有 限 元 分 析 软 件 的 注 塑 模 具 刚 度 和 强 度 分 析
ｍｉ ｎｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｎ， ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｓ ｉ ｆ ｆ ｎｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎｇ ｔ ｈ ｉ ｓ ｒ ｅ ｇ ａ ｒ ｄ ｅ ｄ ａ ｓ ａ ｉ ｎｐｕ ｔ ｃ ｏｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ， ａ ｎｄ
ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｏ ｌ ｄ ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｏ ｆ Ａｎ ｓ ｙ ｓ ｗｏ ｒ ｋ —
注塑模 具是 一种 高技术 含量 、 高经验 附加值 的成 型装备 。在 注塑 模具 行业 ， 运 用计 算机 辅 助
工程 （ Ｃ Ａ Ｅ ） 技术取得 了许 多研究成 果＿ １ ］ ， 对模具
腔 ３ Ｄ 几 何 模 型 导 入 有 限 元 分 析 软 件 Ａｎ ｓ ｙ ｓ Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ中 ， 选 取其 所用 的材 料 为模 具 钢 ， 材 料 参数 ： 弹性模 量 ２ ． ２ ×１ ０ ＭＰ ａ ， 柏松 比 ０ ． ２ ５ ， 密度 ７ ． ８ ×１ ０ ｇ ／ ｍｍ。 ， 许 用 应用 ３ ０ ０ ＭＰ ａ 。采
Ｇｅ ｎ ｇ Ｔｉ ｅ Ｔｕ Ｗｅ ｉ ｑ ｉ ｎ ｇ Ｙａ ｎ Ｌ ｉ ｑ ｕ ｎ Ｌｖ Ｊ ｕ ｎ ｚ ｈ ｉ
（ Ｃｏ ｌ ｌ ａ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ。
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1, 而超塑性变形时, 应变速率敏感性指数 m 值介于 0. 4~ 0.
9 之间。因此, 金属超塑性变形 时的塑 性流动 近似于牛 顿粘
性流动, 变形可分解为弹性和粘塑性两部分:
i=j
e ij
+
vp ij
(1)
式中,
ij 为总的应变率;
e ij
为弹性应变率;
vp ij
为粘塑性
应变率
材料发生超塑性流动时, 其应力大小与应变、应变速率、变形
LY12 是一种应用较为 广泛 的航 空 铝合 金材 料, 国内 很 多学者对它的超塑性性能进行了研究, 文献[ 3] 研究了工业 供 应态的 LY12 铝合金棒材在 未经超 塑性预 处理 时的超 塑性: 变形 温 度 为 480 , 应 变 速 率 为 3. 3 10- 4 s- 1, 延 伸 率 达 313% 。这表明 LY12 具有较好的超塑性能。
[ 摘要] 基于 LY12 铝合金超塑性材料属性建立 了弹- 粘塑 性本构模 型。利用 该本构模 型并 结合最大等效应变速率控制压力变化 算法对 LY12 铝合金板超塑性圆杯 成形进行数值模拟, 得到圆 杯变形过程中的应力应变分布、板料厚度变化及所需 成形时间。根 据模拟获 得的优 化压力时 间曲 线对圆杯进行超塑性气压胀形加载实 验, 制件厚度分布与模拟结果非常接近。
由于超塑性气压胀形变形量大, 为避免网格畸变而导 致 仿真失效, 对板料的初始网格划分如图 2 所 示。 2. 3 压力控制及优化
由于超塑性成形不但要控制成形温度, 而且应当尽可 能 保证成形速率控制在超塑性应变速率范围内, 这样才能获 得 表面质量好, 厚度分布比较均匀的制件。而等效应变速率 的 控制, 主要是通过控制气压变化来实现的。因此在数值模 型 中必须建立优化的压力时间曲线, 使得成形模拟的结果对 实 际工艺具有更直接的指导性。
14
金属成形工艺 METAL FORMING T ECHNOLOGY Vol. 21 . 6 2003
LY12 超塑性成形有限元分析
王丽娟1, 周天瑞1, 王高潮2, 包忠诩1, 肖贡强1, 熊洪淼2 ( 1. 南昌大学机电工程学院 , 江西 南昌 330029; 2. 南昌航空工业学院, 江西 南昌 330034 )
[ 关键词] 超塑性成形; 本构关系; 有限元 中图分类号: TG386 文献标识码: B 文章编号: 1000- 8446( 2003) 06- 0014- 03
The Finite Element Analysis of LY12 Superplasticity Forming
WANG Li - j uan1 , ZHOU Tian- rui1 , WANG Gao- chao2, BAO Zhong- xu1 , XIAO Gong- qiang1, XIONG Hong- miao2 ( 1. Nanchang University, Nanchang 330029, China;
本模型中通过计算 跟踪每一 时间步 各单 元的等 效应 变 速率, 获取最大 等效应变速 率值, 再与 给定的 最佳应 变速 率 相比较, 然后通 过调整压力 值, 使得最 大等效 应变速 率值 与 最佳应变速率值维持 在一定 容差范 围内。图 2 为圆 杯模 拟 成形的压力- 时间曲线。
3 结果与讨论
超塑性成形技术可以用来锻造涡轮叶片以及吹塑厚、薄 板类零件。有限元方 法可以 预测超 塑成形 过程中 的形 状变 化和扩散连接发展情况, 预测零件厚度最终分布和优 化压力 - 时间曲线。1984 年 Argyris & St. Doltsinis[ 2] 发表了一篇运用 有限元方法模拟超塑性成形过程的文章, 揭开了超塑 性成形
能的限制, 人们 广泛采用基 于薄膜 理论的 薄膜 单元, 即不 考 虑弯曲效应, 通过减少每个节点的自由度数来减少计算机 的 计算工作量。其优点是计算效率高, 但是在一些中厚度板 超 塑性成形有限元模拟时, 弯曲效应是不能忽略的。而基于 连 续介质力学的 实体 单元, 虽 然能 够模 拟弯 曲 效应 和剪 切 效 应, 但用于板料 成形模拟分 析时, 由于 实体单 元沿板 壳厚 度 方向的尺寸要远小于其它两个方向的尺寸, 相应其刚度系 数 也比其它两个方向的刚度系数大得多, 容易出现病态的刚 度 矩阵从而影响 求解精 度。因此, 文 中采 用四 节点 Mindlin 壳 单元, 为了更好地模拟厚度变化, 在厚向取 9 个积分点。
图 3 时间为 213s 时的等效应力分布
图 5 坯料变形各阶段厚度分布
[参 考 文 献] [ 1] S Hori, M Tokzane, et al. . Superplasti city in A dvanced Mat erials( IC
SAM - 91) [ M ] . JSRS, Osaka, Japan, 1991. [ 2] Argyris, J H St Doltsinis, J. A primer on superplast icit y in natural for
收稿日期: 2003- 08- 11 基金项目: 江西省材料科学与工程研究中心资助项目( ZX200301016) 作者简介: 王丽娟( 1971- ) , 女, 博士研究生, 主要研究方向为金属超塑性成形工艺及超塑性成形数值模拟。
王丽娟等 LY12 超塑性成形有限元分 析
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1 材料本构模型
一般金属在常温下, 应变速 率敏感性 指数 m 值 小于 0.
(6)
式中,
D eijkl为弹性矩阵;
B
e ij
kl
为
Deij
kl的
逆。将流动模
型式(
3)
导
入式( 6) 中即可得到弹粘塑性本构模型。
2 有限元分析
超塑性板料气压胀形过程是一材料非线性、几何 非线性 和接触非线 性问题, 为 了获得 可靠的 仿真结 果, 除 了建 立精 确的本构关系来描述材料的变形性质外, 在建立有限 元模型 时, 还必须综合考虑单元属性、网格离散、接触算法等 众多影 响因素。 2. 1 几何模型和材料常数
490 , 变形速率为 10- 4/ s 时获得的材料常 数。 表 1 LY12 铝合金材料常数[4]
材料常数 E
K
m
n
71GPa 0. 28 631 0. 51
0. 08
图 1 毛坯初始网格
2. 2 单元分析与网格优化 超塑性板料成形数值模拟常用的单元类型有 膜单元、壳
单元和连续体单元。 在薄板超塑性有限元模拟分析的早期, 受计算机硬件 功
2. NanChang Institute of Aeronautical Engineering, Nanchang 330034, China) Abstract: The paper established a elastic- viscoplastic constitutive modeling which was based on LY12 al loy superplastic material properties. T he model that combined the arithmetic which using the max equivalent strain rate to control the change of pressure was used to simulate the cup forming of LY12 alloy. From the finite element analyses of LY12 alloy superplasticity forming, we obtained the stress- strain distribution and thickness evolution across processing and forming time of the cup. According to the optimization pressure- time curve, we carried through a cup superplastic forming experimentation. The experimental result of the thickness distribution of the cup was close to the numerical results. Key words: superplastic forming; constitutive; the finite element method
LY12 铝合金圆杯 超塑性 气压 胀形 几 何模 型为: 毛 坯直 径为 180mm, 板厚 为 2mm, 圆杯 直 径 为 140mm, 杯 深 50mm。 根据对称性, 取一半毛坯作为研究对象。
LY12 铝合金在超 塑性状 态下, 材料 流动 近似 于非 牛顿 粘性流: = k m n 。 表 1 是 LY12 铝 合 金 在 变 形 温 度 为
即进入第 2 阶段 有模约束胀形阶段, 此阶段摩擦 条件对 制件厚度的 分布、贴模 速度及 成形载 荷具有 重要影 响, 本阶 段接触摩擦采用 库仑摩擦 定律: u = 0. 3, 圆角最终充 满时间 为 786s。
由于坯料的四周被固定受到夹持而变形困难, 中 间部分 接近自由胀形, 变形容易, 因而中间材料变薄厉害, 厚 度分布 如图 5 所示。变形进入 第二阶 段后其 中心 点首先 与模 具接 触, 并从中心向周边扩 散, 而 板料与 侧壁接 触的发 生要 晚于 中心点与模 具的接触, 由于摩 擦阻力 的原因, 先接 触部 分变 形困难, 相对尺寸要厚, 而最 后填充 的圆角 部分变 薄要 厉害 些, 容易形成局部颈缩, 厚度分布如图 5 所示。