金屬粉末溫壓成形的力學(xué)建模和數(shù)值模擬.pdf

1、粉末冶金成形技術(shù)作為一種應(yīng)用廣泛的精密成形技術(shù)，具有少無切削加工、材料利用率高、制造過程清潔高效、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，并可用于制造形狀復(fù)雜和難加工的產(chǎn)品，因此對粉末冶金成形領(lǐng)域新工藝新技術(shù)的研究備受國內(nèi)外工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的關(guān)注。在粉末冶金成形流程中，壓制工序的技術(shù)水平直接影響著最終成形零件的品質(zhì)。在理論分析和實(shí)驗基礎(chǔ)上建立的數(shù)學(xué)模型，有助于了解粉末壓制過程的致密化機(jī)理，預(yù)測金屬粉末冶金材料壓制過程中的變形，為制定合理的壓制工藝、優(yōu)化模具的設(shè)

2、計、改進(jìn)和創(chuàng)立粉體成形新工藝提供理論指導(dǎo)?！　”菊撐闹饕芯苛私饘俜勰貕哼^程的力學(xué)建模理論和數(shù)值模擬方法。在現(xiàn)有粉末壓制研究方法和理論基礎(chǔ)上，對金屬粉末在溫壓過程中的流動應(yīng)力、彈性模量、泊松比以及摩擦等參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗研究和理論探討，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)中三維復(fù)雜零件的溫壓數(shù)值模擬。主要研究內(nèi)容如下：　　首先，本文概述了粉末體成形的研究方法和進(jìn)展，介紹了常見的金屬粉末材料力學(xué)模型、溫壓致密化機(jī)理研究概況和數(shù)值模擬技術(shù)。

3、在此基礎(chǔ)上，本文闡述了金屬粉末溫壓建模和模擬工作的未來發(fā)展方向，提出了本文的主要目標(biāo)。　　在分析和總結(jié)已有模型的基礎(chǔ)上，本文選擇了具有堅實(shí)理論基礎(chǔ)的橢球型力學(xué)模型作為主要研究對象，推導(dǎo)了此類模型的熱彈塑性增量本構(gòu)關(guān)系的通式，得到了適于粉末成形數(shù)值模擬的大變形UL法的有限元列式，建立了該本構(gòu)關(guān)系的積分算法格式以及實(shí)現(xiàn)模擬所必需的一系列算法和公式。在MSC.Marc軟件平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)了用戶接口模塊，實(shí)現(xiàn)了上述的通式和算法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了大位

4、移、大變形條件下的溫壓過程三維數(shù)值模擬?！　》治隽朔勰椥阅Ａ亢筒此杀入S相對密度變化的規(guī)律，得到了溫壓情況下相對應(yīng)的修正彈性參數(shù)函數(shù)。通過點(diǎn)測法測量了粉末壓坯不同高度處的側(cè)壓力，進(jìn)而得到了粉末溫壓過程中粉末與模具側(cè)壁的摩擦力和摩擦系數(shù)，為溫壓數(shù)值模擬提供了依據(jù)?！　⊥ㄟ^單向壓縮溫壓實(shí)驗所得到的相對密度與流動應(yīng)力的關(guān)系，擬合得到了符合鐵基粉末材料溫壓過程的流動應(yīng)力模型?！　∮懻摿薖ark、Doraivelu、Kuhn和Lee等人提出

5、的不同流動應(yīng)力模型以及本文新模型對模擬結(jié)果的影響。與實(shí)驗值的對比顯示，采用本文新模型計算得到的密度分布和載荷行程曲線與實(shí)驗測量結(jié)果吻合較好。通過對主應(yīng)力空間中應(yīng)力張量不變量之問的比值變化分析了橢球型力學(xué)模型理論誤差?！　貕簩?shí)驗和數(shù)值模擬所得至的粉末密度分布表明，壓坯在軸線上的密度分布呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，與模壁處的密度分布趨勢相差較大。本文通過對圓柱體壓坯扇形塊的受力分析，導(dǎo)出了壓坯徑向截面上結(jié)點(diǎn)的軸向應(yīng)力計算式，分析了影響軸向應(yīng)