数值模拟在陶瓷粉末材料冷等静压过程中的应用

为了解释陶瓷粉末件低密度缺陷的形成原因，借助有限元分析软件MSC.MARC对陶瓷粉末件的冷等静压（CIP）形成过程进行了有限元数值模拟，从数值计算的角度给出了成形过程中粉体的应变分布、密度分布规律，并提出了改善陶瓷粉末体件低密度现象的对策，研究结果表明：在CIP成形过程中芯棒顶端倒角处变形受到抑制，等效应变最大，相对密度最小，出现变形不均匀现象；粉末构件的几何形状、尺寸、模具形状对低密度区域的形成有较大影响。     

传动轴万向节叉精密成形研究与试验

采用三维有限元法对万向节叉锻件热挤压成形过程进行了数值模拟仿真分析.针对其成形过程中出现的缺陷进行模具优化设计.生产实践表明,改进后的模具结构从根本上解决了改进前出现的充不满及形状尺寸不能满足要求的问题,并且提高了材料利用率,延长了模具寿命,降低了工人劳动强度,同时工件获得较高的尺寸和形状精度,较好的纤维流向和机械性能.     

带径向扭曲叶片转子精密塑性成形技术的研究

设计了一套带有组合凹模的等温闭塞式成形试验模具，利用模拟试验方法研究了模具形状、坯料形状和成形力等对金属变性流动规律的影响。研究结果表明；采用等温成形和闭塞式成形复合技术可以整体精密成形带径向扭曲叶片的转子锻件；利用组合凹模结构能够解决转子锻后的顺利脱模问题，等温变形条件使薄而长的铝合金叶片的成形性大大提高，而锥底凸模和分流原理可以有效地降低模压力和提高金属充填模腔能力，所成形的锻件的叶片部分接近零件的形状和尺寸，金属的流线方向完全沿零件的几何外形分布，可以有效地提高构件的强度。     

内接头锻件成形工艺分析与模具设计

提出了采用预成形和正反挤成形生产内接头新工艺,通过有限元模拟和分析确定了合理的预制坯形状和尺寸,设计了内接头预成形和正反挤成形模具。     

粉末微注射成形ZrO_2微结构表面质量控制

采用粉末微注射成形技术制得了二氧化锆陶瓷微结构件,注射成形最小微结构尺寸为Φ300μm×250μm.分析了微注射成形工艺参数、模具抽真空及硅模具对微结构表面质量的影响.实验结果表明在模具温度和注射压力较低时,相同工艺参数下随着微型腔尺寸的减小微结构顶端的表面平整度逐渐下降,提高模具温度和注射压力以及注射前对模具进行抽真空可以改善微结构表面平整度.另外,注射前的模具抽真空有助于减少微结构的表面气孔.亚微米陶瓷超细粉的使用明显改善了烧结后微结构的表面质量,其表面粗糙度值由烧结前的0.33μm降低为约0.28μm.     

永磁铁氧体注射成形材料发展状况

粉末注射成形技术（PIM）已经逐渐成为当今热门的粉末冶金成形技术之一,由于其成型尺寸精度高,能制造出具有最终形状的零部件,是一种近终成形技术。把PIM技术应用于永磁材料领域,可以制造出具有复杂形状、尺寸精度高、组织均匀和性能稳定的永磁复合材料器件。     

冲压件成形仿真及其预成形模具方案设计

目的预测高强度钢板的冲压成形性。方法对使用高强度材料的左前地板2号横梁进行了数字仿真模拟,设计了一种提高板料抗破裂性能的带氮气弹簧的预成形模具。先根据仿真结果,在采用调整工艺参数的常规手段未果的情况下,分析了破裂原因,再根据成形模拟软件的使用要求,对氮气弹簧的技术特性进行了处理,保证能代入成形软件。结果再次成形模拟证明,采用氮气弹簧的预成形模具,能改善模具受力状态,使成形件不致破裂。结论预成形模具结构有助于改善特定形状冲压件的成形性。     

微细特征模压成形实验研究与数值模拟

采用微孔模具,改变润滑条件和微孔尺寸,通过万能试验机对不同厚度的纯铜试件进行了微细特征模压成形的实验研究,同时对成形过程进行了数值模拟,分析并给出了微细特征模压成形时的主要变形区域以及成形力的变化特点.实验和模拟结果表明:微细特征尺寸越大,润滑状态越好,成形越容易;适当的坯料厚度可以降低成形的难度;微细特征成形在坯料较...     

高分子材料在选择性激光烧结中的应用——(Ⅱ)材料特性对成形的影响

结合高分子材料的选择性激光烧结(SLS)机理,研究了材料特性对SLS成形的影响,结果表明,表面张力是决定高分子材料烧结速率的重要因素,但不是造成高分子材料之间烧结速率存在差别的主要因素;粉末粒径越小,烧结速率越大,SLS成形件的表面光洁度、精度越高;粉末粒径分布会影响粉床密度;球形粉末成形件的形状精度、铺粉效果好于不规则粉末;材料黏度越小,烧结速率越大;材料本体强度越大,成形件强度越高;非晶态聚合物成形件的致密度低于晶态聚合物,而尺寸精度高于晶态聚合物。为SLS用高分子材料的选择与制备提供理论依据。     

粉末钛合金热等静压近净成形技术及发展现状

粉末钛合金热等静压(HIP)近净成形技术作为一种理想的钛合金构件制备工艺之一,可以通过整体近净成形产品来提高材料利用率,降低钛合金产品的生产成本和生产周期,因此越来越受到武器装备等军工领域的关注。自该工艺出现以来,材料学者从原材料粉末的制备、包套设计、近净成形过程到材料的后处理都做了系统的研究,以了解该工艺的技术原理和材料性能影响因素,进而获得更高性能的产品,并进一步降低生产成本。研究表明,原材料粉末和包套设计是影响粉末钛合金近净成形产品质量和成本最重要的两个因素。球形度高、流动性好的钛合金粉末具有好的填充性和高的松装密度,能增加产品的成形精度。与此同时,作为控制粉末冶金制品中组织结构、孔洞和杂质元素的关键因素,高质量钛合金粉末的使用还可以获得力学性能更加优异的产品,但此种粉末的价格较高,增加了粉末冶金的生产成本,所以高质量、低成本钛合金粉末的制备是钛合金粉末冶金未来发展的重要方向之一。包套作为钛合金HIP近净成形技术的主要成本构成之一,合适的材料选择和结构设计既可以提高产品的成形精度又可以改善产品的表面质量,而通过计算机仿真模拟技术来设计包套和模拟近净成形过程,可以进一步提高成形精度和降低构件的研发成本,因此计算机仿真模拟是钛合金HIP近净成形未来发展的重点。通过选择合适的原材料粉末、设计合理的成形包套以及精确控制的成形过程,目前HIP近净成形获得的钛合金构件显示出与锻件相当的力学性能,而成本相对铸锻件节约了1/3以上。近年来,粉末钛合金热等静压近净成形技术在国外的航空航天等军工领域都已经得到了广泛的应用,并显现出理想的减重和降低成本的效果;国内则主要以航天领域的应用为主,而对其疲劳性能的质疑是限制其在国内航空领域广泛应用的主要原因。本文对粉末钛合金HIP近净成形技术进行了全面综述,对工艺过程中的影响因素,粉末致密化过程、力学性能及其影响因素等分别进行了阐述,同时介绍了计算机仿真模拟技术在粉末钛合金HIP近净成形技术上的应用。最后对该技术在国内外的应用情况进行了简要总结,并展望了该技术未来的发展趋势。     

FEM Simulation der Prozessschritte Pulverpressen/Sintern

FEM‐Simulation of the sequence Powder Pressing/Sintering The optimisation of powder forming processes is currently based on trial‐and‐error methods. Numerical simulation is a promising tool for reducing production times and costs. Particularly, the Finite Element Method (FEM) is a powerful tool for the simulation of metal forming processes. Within the scope of this work the simulation of powder die compaction for magnesium alloys was formulated by means of an elliptical yield criterion since this theory takes into account the compressibility of porous bodies by plastic deformation. The sintering process was modelled by using constitutive equations which are derived from a time‐dependent creep‐potential. Both models were implemented in a general purpose FEM‐code. In order to demonstrate the capability and numerical stability of the integration algorithms some powder metallurgical processes were simulated. The numerical simulation of the PM sequence die compaction/sintering allows the prediction of the workpiece's quality and the identification of the optimal process parameters. The implemented models enable the computation of the relative density distribution and the prediction of the shape distortion of the green during sintering. Furthermore, The possibility of the sintering process with non‐isothermal conditions and its influence on the shape distortion is demonstrated in this paper.     

覆膜金属粉末激光烧结过程温度场的数值模拟

目的 对覆膜金属粉末变长线扫描激光地过程的温度场进行研究。方法 对激光源的加热特性。粉末材料的热物性参数及激光烧结动态过程是行研究分析。建立温度场数学模型,应用限元方法进行计算。结果与结论 温度场的数值计算结果与实验测量结果基本吻合。利用模场计算结果可以进行工艺参数优化。     

Numerical shape optimization of cold forging tools by means of FEM/BEM simulation

The procedure of a numerical shape optimization of the cold forging tool geometry allows for a reduction and a homogenization of tool load stresses. This procedure considers the workpiece-tool-machine interaction by means of the FEM/BEM coupling. The coupling requires modifications to insure accurate integration in TOSCA software for further shape optimization. The resulting distribution of the nodal displacements and changes of tool geometry are discussed and analyzed. Additionally, the numerical validation of the results by means of mechanical simulation of the optimized geometry with the extended FEM/BEM model is given. The equivalent stresses distribution at the end of lateral extrusion in the tool and in workpiece is presented. The numerical shape optimization leads to the maximum equivalent stress value reduction on the press shoulder on 856 MPa, corresponding to a percentage decrease of 24.3 % in comparison with the initial geometry. The approach for the compensation of load induced workpiece deviations, involving the described optimization procedure, is presented as well.     

Comprehensive numerical modelling of the hot isostatic pressing of Ti-6Al-4V powder: From filling to consolidation

Hot Isostatic Pressing (HIP) is a manufacturing process for production of near-net-shape components, where models based on Finite Element Method (FEM) are generally used for reducing the expensive experimental trials for canister design. Researches up to date implement in the simulation a uniform powder relative density distribution prior HIPping. However, it has been experimentally observed that the powder distribution is inhomogeneous after filling, leading to a non-uniform tool shrinkage. In this study a comprehensive numerical model for HIPping of Ti-6Al-4V powder is developed to improve model prediction by simulating powder filling and pre-consolidation by means of a two-dimensional Discrete Element Method (DEM). Particles’ dimension has been scaled up in order to reduce the computational cost of the analysis. An analytical model has been developed to calculate the relative density distribution from powder particle distribution provided by DEM, which is then passed in information to a three-dimensional FEM implementing the Abouaf and co-workers model for simulating powder densification during HIPping. Results obtained implementing the initial relative density distribution calculated from DEM are compared with those obtained considering a uniform relative density distribution over the powder domain (classic approach) at the beginning of the analysis. Experimental work has been carried out for validating the DEM (filling) and FEM (HIP) model. Comparison between experimental and numerical results shows the ability of the DEM model to represent the powder flow during filling and pre-consolidation, providing also a reliable values of the relative density distribution. It also highlights that taking into account the non-uniform powder distribution inside the canister prior HIP is vital to improve numerical results and produce near-net-shape components.     

板结构-声场耦合分析的有限元-径向插值/有限元法

为提高板结构-声场耦合分析的计算精度,将有限元-径向点插值法(Finite Element-Radial Point Interpolation,FE-RPIM)推广到板结构-声场耦合问题的结构域分析中,推导了FE-RPIM/FEM法分析板结构-声场耦合问题的计算公式。板结构-声场耦合分析的FE-RPIM/FEM法在流体域中采用标准的有限元插值函数;在结构域中采用有限元-径向点插值法,其形函数由等参单元形函数和径向点插值函数相结合构成,继承了有限元法的单元兼容性和径向点插值法的Kronecker性质,提高了插值精度。以六面体声场-结构耦合模型为研究对象进行分析,结果表明,与板结构-声场耦合问题分析的有限元/有限元法(Finite element method/Finite element method, FEM/FEM)和光滑有限元/有限元法(Smoothed Finite Element Method/Finite Element Method, SFEM/FEM)相比,FE-RPIM/FEM在分析板结构-声场耦合问题时具有更高的精度。     

深冷处理消除铝合金板材残余应力的建模与仿真

介绍了用(热)弹塑有限元技术对铝合金板材深冷处理过程进行建模与仿真的基本原理.基于实验研究探讨了深冷处理数值模拟所需的7075铝合金材料的物性参数.运用ABAQUS6.5有限元软件,对7075铝合金板材深冷处理过程瞬态温度场与应力场进行了数值模拟.数值模拟得到的残余应力值与已发表文献的实验结果比较一致.最后分析了不同厚度铝合金板材的深冷处理应力消除效果.     

汽车外星轮亚热精锻成形工艺研究

提出汽车外星轮的亚热精锻成形工艺,与传统热锻工艺比较,具有简化工艺、节约能源的优点。并采用数值模拟方法,对汽车外星轮的亚热控制精锻工艺进行了深入研究。将通过热模拟实验研究确定的流变应力模型引入到有限元数值模拟软件中,对外星轮亚热精锻成形过程进行模拟,确定了外星轮亚热精锻的最佳工艺参数,获得了较好的效果。     

亚热精密成形过程模具磨损的数值模拟研究

采用数值模拟技术分析了亚热挤压成形阶段坯料及模具上的参量变化。基于修正的磨损模型,将其引入到有限元数值模拟软件中,对亚热挤压过程中模具磨损量的变化情况进行了分析,得到了不同变形阶段的瞬时磨损曲线及一次成形结束时的综合磨损曲线。利用研究结果对模具的磨损寿命进行了预测,与实际情况对比,两者吻合较好。     

复合材料RTM成型工艺固化过程三维数值模拟

复合材料RTM成型工艺固化过程数值模拟本质上是求解瞬态热传导和固化动力学耦合方程。本文中以控制体积技术将来自放热化学反应的非线性热源项处理成节点集中载荷,并采用有限元方法求解。以厚板构件的二维数值模拟与文献中结果比较证明了本文中方法的正确性,并讨论了厚度对温度分布的影响。对带孔圆筒形构件进行了算例研究,结果表明:本文方法在处理涉及复杂形状的问题时也具有良好稳定性与可靠性。