粉末锻造的热模拟实验研究及其有限元分析

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粉末锻造(P/F)是当今粉末冶金机械零件行业中采用的主要成形加工工艺。它是用刚性模具或冷等静压成形技术将原料粉末压制成型得到预成形坯,然后经过或不经过低温预烧结或最终烧结,最终用热锻或冷锻方法改变其形状的同时,使材料达到了致密化程度。论文运用理论研究、热模拟实验、有限元数值模拟等相结合的方法,系统地研究了粉末锻造(热锻)成形规律、致密化机制。论文通过热模拟实验得出的数据绘制出了铁基粉末冶金烧结材料在高温条件下塑性变形的流变应力应变曲线,并推导出了该材料的本构关系模型,通过建立起来的材料模型,运用DEFORM-3D有限元软件,对粉末烧结材料热镦粗和闭式模锻的成形过程进行了数值模拟,分析了在闭式模锻过程中,不同初始相对密度、不同锻造速度、不同摩擦因子等对粉末锻造成形规律和致密机制的影响规律。论文所得到的研究结论对于拓展和深化粉末冶金材料精密塑性成形理论,促进粉末锻造精密塑性成形技术的应用和计算机模拟优化技术的发展具有重要意义。主要研究内容如下:(1)使用热模拟试验机,对铁基粉末冶金烧结材料做大量的热压缩实验,获得所需要的流变应力数据,研究变形温度在950℃~1050℃、变形速率为0.01s-1~1s-1的条件下,铁基粉末冶金烧结材料的热压缩流变应力应变曲线以及变形前后微观组织的演变规律;(2)研究了变形温度和变形速率这两种变形工艺参数对铁基粉末冶金烧结材料的流变应力影响规律,并且建立了该材料的在高温条件下的流变应力本构关系模型;(3)通过所建立材料的本构关系模型,用有限元软件DEFORM-3D做数值模拟分析,研究了粉末锻造成形过程中温度场、应力应变场、负载,相对密度变化情况,以及在此基础上进一步研究了不同的工艺参数(锻造速度、初始相对密度、摩擦因子)对粉末烧结坯在闭式模锻过程的影响规律,观察在整个锻造过程中等效应力变化云图、等效应变变化云图、相对密度等值线图随时间的变化规律,以及整个成形过程中的负载变化规律.
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