金属粉末零件压制过程有限元模拟的研究

论述粉末压制过程的建模理论，建立屈服准则中静水应力影响因子与粉末压坯密度之间的动态关系式。在此基础上，运用有限元方法对回转类粉末压制零件进行计算机模拟，结果印证理论分析，并与实验结果相符。     

粉末金属压制过程数值模拟建模方法

介绍了建立描述粉末金属压制过程数学模型的难点 ,详细论述了目前三种主要的建模方法 ,分析、比较了各种方法的优劣 ,并对建模问题进行了展望     

不同压制工艺对粉末冶金制品性能影响的有限元模拟

利用MSC/MARC有限元分析软件对金属粉末压制过程进行模拟分析.采用基于更新拉格朗日方法的热-力耦合分析不同工艺条件(温度、摩擦条件和压制方式等)对压坯性能的影响规律,同时对压制过程中的力学特征(压制力、脱模力、侧压力和应力分布等)进行分析.结果显示,摩擦条件是影响压坯密度大小及分布的关键因素,通过采用双向压制方法可以有效地改善单向压制压坯密度分布不均、差值较大的现象.温度的提高有利于提高粉末颗粒的塑性变形能力,但效果不明显.另外,由于温度影响润滑剂润滑性能,因此在制定压制工艺时需考虑温度对压坯性能的影响.此外温度的提高、摩擦的降低均有利于降低压制力,提高压坯密度均匀性,改善压坯应力集中现象.     

粉末高速压制成形件密度影响因素分析

成形坯件的密度大小及其均匀性是影响粉末高速压制成品力学性能的重要参数。利用Drucker-Prager Cap模型和瞬态显式动力学有限元方法,得到了压制过程中粉末的密度变化和分布规律;量化分析了边壁摩擦因数、高径比、单位质量能量、初始松装密度对密度大小和均匀性的影响,采用正交试验方法研究了这些因素的敏感性。得到的主要结论包括：密度分布不均主要集中于压坯上下端面边缘处,且其密度差随着压制过程的进行不断增大,压坯越靠近边壁的部分,其密度不均匀性越明显;单位质量能量是影响密度的主要因素,改善边壁润滑条件、高径比和初始松装密度并不能有效提高压坯密度;边壁摩擦因数和单位质量能量对密度均匀性影响最大;密度随着单位质量能量的增大而不断提高,当单位质量能量达到临界值后平均密度不再上升,但是密度均匀性不断改善。     

低电压电磁压制PZT粉末致密度的试验研究

将电磁成形技术用于粉末材料致密度研究中,以PZT粉末为研究对象,对其进行低电压电磁压制成形。分析了线圈匝数和放大器锥角等因素对压坯和制品致密度的影响。试验结果表明:增加放电线圈匝数能够提高陶瓷坯体和制品的致密度;当放大器锥角为45°时,陶瓷粉末的压制密度和烧结密度最大。低电压电磁压制成形方法比静力压制成形方法更能细化制品组织并提高某些压电性能。     

三角形摩擦块粉末压制模拟分析

三角形摩擦块在压制过程中出现裂纹、掉角等缺陷,严重影响压坯的使用性能。采用MSCMarc软件对三角形铜基粉末冶金摩擦块的压制过程进行有限元模拟分析,研究压制方式、摩擦因数、保压时间等参数对摩擦块的应力及相对密度分布的影响。结果表明：与单向压制方式相比,双向压制制备的粉末压坯相对密度较大,密度均匀性好;摩擦因数对摩擦块相对密度和等效应力分布的影响较大,摩擦因数越小,摩擦块密度均匀性越好,等效应力越小且分布越均匀,而保压时间对摩擦块相对密度和等效应力分布的影响较小。对原压制工艺进行改进,提出较为经济实用的压制工艺方案。     

粉末压制成型数值模拟的建模方法综述

重点论述了粉末压制成型数值模拟过程中运用的各种建模方法及其特点,对可能有效解决粉末压制成型数值模拟难题的建模途径进行了展望。     

ABAQUS模拟粉末冲击压制冲模质量数值优化

采用有限元软件模拟金属粉末冲击压制过程时,由于计算量过大,所建立的模型颗粒数远低于实际粉末压制中的颗粒数,造成计算结果偏差过大,需要对冲模质量等相关参数进行优化。优化基于SHPB实验结果,通过ABAQUS对铝粉建立密排球堆积简化模型,有序增加模型横向与纵向颗粒数,确定仿真模型中冲模的质量,进而构建模拟中颗粒数与冲模相对质量之间关系,分别得到横向和纵向颗粒排数与冲模相对质量的关系;确立了粉末微观模拟压制中最常用的密排9堆积模型的冲模相对质量为0.093;通过与铜粉的冲击压实实验结果对比,验证所建立的模型颗粒数与冲模相对质量关系式在其他材料计算中也是适用的。     

压坯高径比对粉末冶金制品性能影响的有限元模拟

利用MSC/MARC有限元分析软件对金属粉末温压过程进行了模拟分析。采用基于更新拉格朗日方法的热—机耦合分析方法分析了不同压坯高径比对压坯性能(相对密度、等效应力)的影响规律。结果显示:在相同的侧压系数下,不同的初始松装高度与压坯直径对压坯相对密度分布影响不大,其分布规律基本一致;随着侧压系数的增大,压坯相对密度分布愈加不均匀,差值越来越大,低密度区域逐渐扩大。对压坯等效应力分布状况进行了研究,结果表明:侧压系数的分布呈X形,与镦粗变形相似,在X形的空心区域等效应力较低,是"摩擦死区",在X形的线区域等效应力较大,是"易变形区";随着侧压系数的增大,摩擦死区逐渐增大,同时随着初始松装高度的增大,压坯等效应力增大。     

粉末成形过程中摩擦行为研究进展

粉末成形过程中的摩擦行为是一个十分复杂的问题,受粉末和模具材料性能、粉末形状大小、模具表面状况、粉末与模具间相对运动速度、润滑剂特性、粉末和模具温度等许多因素的影响.摩擦造成了制品密度低、分布不均匀、模具磨损,影响了制品的性能、尺寸精度及其应用范围.特别是复杂形状、厚度尺寸较大的粉末冶金制品,摩擦的存在极易造成制品的失效.摩擦行为的复杂性使得对其进行准确的测定和表达比较困难,加之这方面的研究不多,造成了进一步研究的困难.综述近几年国外对粉末成形过程摩擦现象的研究进展,着重介绍目前常用的两种摩擦测试和描述方法,即闭模式和剪切板式摩擦测定方法,为进一步研究粉末成形中的摩擦行为、提高制品性能提供参考.     

基于有限变形弹塑性本构方程的金属粉末压制成形力学建模及数值模拟

报告在中国国家自然科学基金重点项目“金属粉末高致密化精密成形系统技术基础及应用”、国家高技术研究发展计划(863计划)“高性能粉末冶金材料温压精密成形技术”和广东省自然科学基金研究团队项目“金属粉末精密成形先进制造系统的理论及应用研究”的共同资助下,所提的基于有限变形弹塑性本构方程的金属粉末压制成形力学建模及数值模拟研究成果。在分析比较椭球面屈服准则和岩土类材料屈服准则的基础上,选择适用于金属粉末材料等可压缩连续体的椭球面屈服准则。     

喷丸强化过程的有限元和离散元模拟

利用有限元法建立喷丸强化过程中单/多颗弹丸连续撞击靶材的数值分析模型,对于单弹丸撞击情况,探讨了弹丸参数(速度和角度)对靶材中残余应力场的影响,对于双弹丸连续撞击情况,探讨了第二颗弹丸速度对靶材中残余应力场的影响;建立了模拟喷丸强化过程的三维离散元模型并进行了数值试验研究,分析了喷丸强化过程的工艺参数(质量流速、初始速度、喷嘴攻角等)对颗粒流中弹丸间相互碰撞的影响;结合有限元和离散元计算结果,提出对喷丸强化工艺参数进行优化控制,提高喷丸强化的加工工艺水平,以实现更好的强化效果.     

基于有限元方法的齿轮接触仿真分析

以齿轮接触为对象,推导了齿轮接触赫兹应力公式.利用ANSYS有限元分析软件对齿轮接触进行了仿真分析,并对有限元分析仿真值与推导公式的计算值进行了比较.结果表明,理论计算值和仿真值非常接近,表明采用ANSYS有限元分析软件分析齿轮表面接触问题是可行的.     

粉末温压成形过程中的力学行为

利用MSC/Marc有限元仿真软件,采用基于更新拉格朗日方法的热-机耦合分析方法,模拟了铁基粉末温压工艺过程,研究了压制成形过程中的力学行为.结果表明:对于圆柱形粉末冶金制品,在获得同等压坯密度的情况下,随着润滑条件的改善,压制力、侧压力、脱模力均有所降低,同时压坯应力分布更加均匀,压坯边角处应力集中现象有所缓解,这对于提高压坯性能特别是力学性能十分有利.     

内圆磨削过程的有限元数值模拟

针对现有磨削零件的热损伤,以圆环内圆磨削为例,基于有限元分析方法,采用命令流方式建立了圆环传热的二维有限元分析模型,对磨削温度场、热变形过程进行了模拟仿真。计算结果得到工件的温度场基本上呈环状分布,周向基本均匀,磨削内圆进入了垫}生状态,磨削内圆时的热变形基本是对称的。分析结果合理可行,为实际切削奠定理论基础。     

基于非线性有限元技术的淬火温度、组织和应力耦合分析

提出了淬火过程温度、组织和应力／应变之间耦合关系的处理方法，开发了淬火工艺有限元模拟软件。建立了适当的有限元模型，模拟了P20钢端部淬火、无内热二维瞬态热传导问题和1080钢棒淬火工艺。利用SVM和Newman定理得到无内热二维瞬态热传导问题的解析结果，对有限元计算的温度场进行了检验；借助于金相和X射线衍射技术，得到组织场、硬度场和应力场的实验数值，利用实验结果对P20钢端部淬火的组织场及力学性能场、1080钢棒淬火工艺的应力场进行了验证。检验结果表明，有限元分析程序得到的模拟结果与理论值或实验结果相吻合。     

基于Deform的切削加工有限元仿真分析

采用有限元软件Deform仿真整个车削加工过程,分析在加工过程中的重要参数因素,进而为实际的车削制定合适的加工参数。模拟结果表明,正常切削时,刀具上的载荷在某一个平衡值附近来回波动,而切削热主要集中在切屑中,及时去除切屑,可以大幅度地降低工件的温度。     

基于ANSYS的拉丝过程有限元仿真研究

为了研究拉丝过程中影响拉拔力的因素,基于有限元软件ANSYS,通过正交试验研究在传统拉丝和超声波拉丝下模具的入口角度、定径带长度、出口角度对拉拔力的影响。结果表明,不管是传统拉丝,还是超声波拉丝,随着模具入口角度的增大,拉拔力先急剧减小,然后趋于稳定,当模具入口角度为13°时拉拔力最小;随着定径带长度的增加,拉拔力也不断增加,当模具定径带长度为0.3 mm时拉拔力最小;出口角度的变化对拉拔力几乎没有影响。加入超声波后,平均拉拔力有明显降低。     

吐珠类烟花自动装配压紧过程有限元建模与仿真

针对吐珠类烟花自动装配过程中的压紧工序建立有限元模型,并进行了数值仿真计算。文中建模过程考虑了吐珠类烟花的结构形状与工艺过程,并考虑了多种不同材料构成的系统的耦合效应,详细给出了有限元的建模方法和模型建立要点。分析了两种不同弹性模量的亮珠在烟花自动装配过程中应力、应变变化情况,对计算得到的数据进行了处理。通过对计算结果的分析指导实际生产,有利于消除压药过程中的质量隐患,降低产品的废品率,提高产品的质量和可靠性。