铁基粉末高速压制的数值模拟分析

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粉末冶金技术是一项节能节材、环保、效率高、成本低的先进零部件制造技术。随着航空航天、船舶、汽车等工业技术水平的进步,对粉末冶金零件的性能要求也越来越高。高速压制成形技术具有致密性高、成本低、密度分布均匀、且有较低的脱模压力和弹性后效等诸多优点而成为近几年来研究的重点。依靠传统的实验法来对高速压制过程进行研究显得耗时、费力且效果不是很好。而利用基于连续体的有限元法和基于离散体的离散元法对粉末压制进行模拟时,因其忽略了粉末的颗粒性和变形性而导致求解精度较低。本文采用基于离散体的有限元法对粉末高速压制进行数值模拟分析,试图从微观的角度去探究压制过程中颗粒的变形规律和压坯致密化机理。本文首先介绍了粉末高速压制技术的发展历程以及国内外学者的研究现状,并结合粉末冶金产品的实际生产需要,提出了本课题的主要研究内容。介绍了弹塑性有限元法在粉末高速压制成形过程中的运用和几个比较经典的压制方程。利用研制的摩擦系数测量装置得到了不同配方材料的摩擦系数变化情况以及不同压力下摩擦系数的变化曲线,为下一步的数值分析提供了准确的模拟参数。根据粉末压制特性建立二维颗粒模型,利用有限元Marc软件探讨了压制速度、重锤质量以及界面摩擦对压制过程中粉末颗粒的密度、变形、弹性后效和运动规律的影响;分析了压制过程中典型颗粒的运动情况、受力状态以及变形特点,建立了单个颗粒行为与粉末集合体宏观行为的联系;并对粉末高速压制和传统静态压制条件下粉末成形特性进行了对比分析,得到在相同的平均压制力下采用粉末高速压制可以达到更高的密度、更好的密度均匀性,可压制出具有更大高径比的零件制品。课题研究成果对于改善粉末压制工艺,优化粉末高速压制工艺技术参数,具有很好的理论指导作用与工程实用价值。
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