粉末净成形压制工艺优化及三维复杂零件结构设计的数值模拟

基于粉末连续体，运用MSC.Marc有限元软件对粉末净成形压制工艺进行优化，并对减重齿轮的结构设计进行数值模拟。通过与实验数据对比分析，验证了材料模型及仿真模拟的可靠性，在此基础上利用有限元软件研究分析压制方式、压制速度、摩擦系数、压制温度、保压时间等五组因素对压坯密度分布的影响。结果表明，压制方式是最显著的影响因子，采用双向压制、温压成形、低压制速度、小摩擦系数及保压方式的组合压制工艺能有效地改善粉体的密度分布。利用有限元软件对减重齿轮的结构进行优化设计，研究圆环高径比与压坯相对密度的关系，并确定减重孔最佳尺寸。结果表明，采用强制摩擦压制方式代替浮动压制方式，可有效改善孔洞薄壁处密度。此外，结合Workbench有限元软件对减重齿轮进行结构力学模拟仿真，分析薄壁处的受力情况，以满足对齿轮强度的要求。     

热电池粉末压制成形的有限元模拟研究

为提高热电池粉末成形质量,利用MSC.Marc有限元分析软件对热电池粉末成形过程进行模拟,获得粉末压制过程中的变形特征、应力和密度变化规律等数据。结果表明,摩擦是影响粉末成形的重要因素,应力和密度的变化规律相似,多层不同粉末压制成形和单层同种粉末压制成形有相似的特点。     

汽车连杆粉末热锻工艺的数值模拟

连杆作为汽车传动机构，是汽车发动机中的关键零件，需具备较高的力学性能强度和一致性，因此粉末冶金方法制备的连杆坯料需要密度分布均匀。实验利用有限元Deform软件对不同密度的坯料进行数值模拟，确定坯料的相对密度为0.8。在此基础上，再采用正交实验的方式对各热锻工艺参数进行优化，最终确定锻压速度为350 mm/s、模具预热温度为300℃、坯料加热温度为1 130℃、摩擦因数为0.2的最佳工艺组合方案，并通过实验验证最佳工艺组合的可靠性，实现了高性能汽车连杆的制备。     

基于MARC的FC0205铁基粉末压制模拟技术

铁基粉末冶金零件是新能源汽车传动零件重要的批量方式生产的零件。压制工艺是制坯中不可或缺的环节，采用有限元分析方法代替实验，逐步成为零件可制造性分析的重要工具。针对FC0205牌号铁基粉末进行成形与性能实验，分析压制成形的4个阶段，选用MARC软件建立铁基粉末材质模型，提出基于连续体介质的仿真方案，考察边壁摩擦因数、压制速度、进给方向3种工艺因素以及高径比、锥角结构因素对压制品密度影响的分布规律，得出良好的结构是保证压制质量的前提，合理选择工艺因素能改善压制质量的结论，从而为粉末冶金产品提供可制造性参考。     

铝粉末压制过程有限元模拟研究

根据粉末材料的塑性理论及Shima-Oyane屈服准则,利用体积可压缩有限元法,采用MARC有限元分析软件对铝粉的单向压制和双向压制过程进行了数值模拟。得到了粉末材料在压制过程中的变形特征、相对密度分布及粉末质点的流动规律,得到单向压制和双向压制的密度分布图,并对其差异进行了分析。模拟结果对揭示粉末压制过程机理,制订压制工艺都有显著意义。     

工艺参数对铝合金微齿轮热挤压成形的影响

针对7075铝合金微齿轮挤压过程中出现的微尺度效应问题,将退火后的7075铝合金进行等温微压缩试验,获得材料的真实应力应变曲线,导入DEFORM软件,并模拟微挤压成形过程。定义挤出端凸度来评定微挤压件的成形性能,挤出端凸度越小,则成形性越好。设计正交试验,研究入模角、坯料直径、挤压温度、挤压速度和摩擦因数等对微齿轮热挤压成形过程中最大成形载荷和成形性能的影响规律。分析结果表明:坯料直径对最大成形载荷和挤出端凸度的影响均最大;挤压速度对成形载荷的影响较大,挤压温度的影响次之;挤压温度对挤出端凸度的影响较大,挤压速度的影响次之;入模角和摩擦因数对成形载荷和挤出端凸度影响均较小。通过优化工艺参数模拟挤压得到质量良好的微齿轮。     

钼粉末温压扭成形致密化行为模拟研究

以高径比为0.33的钼粉末坯料作为研究对象,运用MSC.Marc有限元仿真软件,采用热—机耦合分析方法,对其温压和温压扭成形过程进行了模拟,获得了两种工艺在不同摩擦条件下的粉坯相对密度分布及粉末径向流动规律,验证了有限元模型的可靠性。结果表明:两种成形中靠近侧壁的粉末相对密度分布规律相同;摩擦系数较小时,压扭工艺对温压粉坯相对密度分布改善不大;随着摩擦系数增大,温压扭成形粉坯致密性和相对密度分布均匀性提高;温压扭成形端面粉末距中心越远,径向位移越大,侧壁粉末距上模越近,径向位移越小。     

几种润滑剂对温压工艺的影响

温压工艺的技术关键之一是润滑剂 ,其主要作用是减小压制过程中粉末颗粒与模壁之间及粉末颗粒之间的摩擦 ,增大有效压力 ,从而使压坯密度相对于传统压制工艺明显提高。不同润滑剂的润滑效果不同 ,最佳压制温度也有差异。本文选用 3种不同的润滑剂 ,在不同温度、压力条件下采用温压技术制备铁基粉末冶金材料 ,研究了压坯密度的变化规律和它的力学性能 ,探讨了润滑剂对温压工艺的影响     

基于有限元仿真分析高速压实粉末时模壁摩擦因数对压制效果的影响

为研究粉末在高速压实下模壁摩擦因数的影响,分别选择Cu、Fe作为压制粉末,在MARC中建立微观的粉末模型,视冲头为刚体以计算得到的加载速度模拟压制粉末体。通过设定不同的边界摩擦因素,发现与传统静力压制相比,电磁脉冲高速压制时并非模壁的摩擦因数越小,压制件的密度越均匀,当速度超过60 m/s时,由于应力波叠加的作用,使得摩擦因数小于一定值以后,铜粉压坯在压制中期从下端先开始压实,最终导致粉末坯体的密度由下往上递减。分析发现当金属粉末颗粒密度大于4 g/cm3,同时应变敏感性指数C小于0.09时会出现最佳摩擦因数使得压制的毛坯密度均匀性最好,同时最佳摩擦因数在4~9 g/cm3密度范围内与密度成正比,在0.005~0.01的应变敏感性指数范围内与应变敏感性指数成反比。     

装粉方式对钛粉压制成形影响的数值模拟

用MSC.Marc软件模拟了在3种不同装粉方式下钛粉压制成形过程中粉末的流动情况以及压坯的密度分布规律。研究结果表明:装粉方式对粉末压制过程及压坯密度具有较大的影响,与平式装粉方式相比,采用凸式装粉,试样的烧结坯密度提高6％,孔隙分布的均匀性得到相应的改善。     

工艺参数对高铟高锡银基钎料粉末电磁压制成形的影响

根据离散元相关理论, 利用EDEM软件对高铟高锡银基钎料粉末电磁压制过程进行仿真模拟, 探究工艺参数对Ag–Cu–Sn–In系钎料压制过程中的影响规律, 分析钎料粉末的致密化行为, 并研究Sn元素和In元素对钎料粉末相对密度的影响; 在不同电压和电容条件下, 对Ag–19.5Cu–15In–15Sn钎料粉末压制过程进行了仿真模拟, 分析不同放电参数对压坯相对密度的影响; 最后通过压制设备制备钎料压坯, 对仿真结果进行验证。结果表明, 在相同压制力下, In质量分数越高, 获得的压坯相对密度越大; 在电容相同的情况下, 电压越大压坯的相对密度越大, 但增幅逐渐减缓; 在电压相同的情况下, 电容越大压坯的相对密度越大, 但增幅大致不变。实验验证结果表明, 仿真误差小于8%, 钎料电磁压制离散元仿真模型具有一定的参考价值。     

粉末冶金温压的致密化机理

通过对铁粉的动态压制曲线、脱模力曲线、 X射线衍射、摩擦和润滑的研究, 揭示了温压的致密化机理： 温压成形过程可分为3个阶段, 在初期阶段, 粉末的颗粒重排过程占主导地位, 颗粒重排份额与冷压相比提高15%～31%; 而在后期, 温压致密化以塑性变形为主, 铁粉塑性变形程度的改善又为粉末颗粒的二次重排起了协调作用, 使铁粉获得最大程度的颗粒填充密度; 其间, 温压润滑剂对致密化起了重要作用, 它降低了摩擦因数, 改善了粉末和模壁、粉末和粉末之间的润滑条件, 有效地降低了粉末成形的摩擦阻力, 有利于粉末致密化的顺利进行.     

Investigation of warm compaction and sintering behaviour of aluminium alloys

Abstract

The effects of warm compaction on the green density and sintering behaviour of aluminium alloys were investigated. Particular attention is paid to prealloyed powders, i.e. eutectic and hypereutectic Al-Si alloys, regarding their potential applications in the automotive industry. The effects of chemical composition, alloying method, compacting temperature and the amount of powder lubricant were studied. The compaction behaviour was examined by an instrumented die enabling simultaneous measurement of density, die wall friction coefficient, the triaxial stresses acting on the powder during the course of compaction and ejection pressure. The sintering behaviour was studied via dilatometeric analysis as well as normal batch sintering. The results show that warm compaction could be a promising way to increase the green density of aluminium alloys, especially prealloyed powders, and to decreased imensional instability during sintering. Moreover, it reduces the sliding friction coefficient and the ejection force during the powder shaping process. This paper presents the significant advantages and drawbacks of using the warm compaction process for commercial PM aluminium alloys.     

铁基多孔烧结材料锻造镦粗成形致密的特性研究

通过对铁基多孔预成形坯粉末锻造成形致密实验,研究了在不同初始相对密度、不同高径比、不同摩擦条件下的粉末锻造成形致密规律,得到了粉末锻造成形断裂极限应变迹线和成形极限工艺参数,为预成形坯和模具的优化设计提供了大量实验数据.     

Investigation of iron powder friction on tungsten carbide tool wall

Abstract

In the powder shaping process, friction is often considered as one of the main limiting factors since it can be the cause of bad green density distributions as well as ejection defects. Therefore, knowledge of this is important for better controlling the compaction stage. This paper makes an attempt to bring out the different process parameters (density, normal stress, sliding velocity, temperature, and displacement) which influence the friction between a standard iron powder and a tool in tungsten carbide. With this view, a sliding piece device has been built and is described. Several tests have been performed; from the results emerge a decrease of the friction coefficient with increasing density or normal stress, conversely the velocity increases the friction while temperature has no significant role. In this work, particular attention is given to the amplitude of the displacement showing that it can highly affect friction and wear of green parts. An attempt is made at explaining the observed phenomena and results are correlated with an analytical expression.     

粉末锻造齿轮材料的组织与性能研究

粉末锻造(粉锻)技术结合了粉末冶金技术和精密锻造技术的优点,对烧结的预压件进行一次锻打即可生产出精度高、力学性能强的近净成形产品。本文选择一款齿轮材料(Q61),通过压制、脱脂、烧结工艺获得标准块预压件,然后进行闭模热锻获得致密的标准块。对标准块进行物理性能(密度、硬度、拉伸性能、疲劳性能等)测试和微观组织表征。结果表明,获得的Q61粉锻标准块基本完全致密,密度为7.87 g·cm^-3;空冷硬度约为HRC 25.3,淬火硬度约为HRC 62.1,空冷态较低的硬度为零件后续机加工、整形提供了保证,后续淬火获得的高硬度可节省渗碳工序;标准块抗拉强度达到1052.8 MPa,可与常用齿轮钢性能媲美。本文采用粉锻技术,成功制备出高质量行星直齿轮,其齿部高频淬火后硬度与渗碳齿轮的硬度相当。该工作为粉末锻造技术在我国工业界的发展提供了有益的探索。     

不预烧结粉末高速钢坯热锻工艺

本文研究了不预烧粉末高速钢坯热锻工艺,其中包括切屑的净化、涡旋法制粉中保护气氛的净化、高纯氩气保护正压退火、压制预成形坯和闭模锻造等。通过对不预烧和预烧锻坯质量的对比,可以看出,前者的相对密度比后者高0.73%,氧含量低1722ppm,锻坯的冲击值高11%,抗弯强度高8.5%,刀具寿命高29%,生产成本低30%。通过对两种工艺方法的全面分析,肯定了不预烧坯锻造工艺的先进性和经济性。     

基于数值模拟的粉末冶金TiAl合金叶片模锻工艺研究

采用Deform-3D有限元软件对粉末冶金Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W(摩尔分数,%)合金叶片的模锻工艺进行数值模拟研究,分析预热温度和上模速度对TiAl合金叶片锻件的等效应变场和等效应力场分布以及上模载荷的影响。结果表明,随预热温度升高和上模速度减小,叶片锻件的等效应变场和等效应力场分布更均匀,有利于提高叶片组织的均匀性。随着模锻过程的进行,由于TiAl合金加工硬化以及锻坯与模具间的摩擦增大,导致上模载荷不断增大,而预热温度升高和上模速度减小均使上模载荷显著降低。粉末冶金TiAl合金叶片模锻变形的最佳工艺参数为预热温度1200℃、上模速度0.5 mm/s。