【摘要】：粉末冶金產(chǎn)品由于其具有獨特的化學(xué)組成、機械性能、物理性能,以及其經(jīng)濟性和環(huán)保性,正被廣泛的應(yīng)用于汽車行業(yè)、金屬行業(yè)、航天事業(yè),以及軍工制造中。傳統(tǒng)的粉末冶金加工工藝都離不開燒結(jié)這一環(huán)節(jié),通過燒結(jié)使得金屬粉末壓坯從由粉末顆粒組成轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�金屬體。但是燒結(jié)過程必然伴隨著粘結(jié)劑的揮發(fā),以及壓坯的熱變形。其中粘結(jié)劑揮發(fā)會影響到壓坯成型的致密性,在壓坯中形成氣孔,而且揮發(fā)出來的氣體也會增加環(huán)境負擔(dān)。故而,對于金屬粉末壓制一次成型工藝的探索就受到越來越多人的重視。金屬粉末高速壓制(HVC),通過沖頭高速的沖擊金屬粉末顆粒來達到壓制目的的一種新型粉末壓制技術(shù)。伴隨著壓制速度的升高,壓制過程中產(chǎn)生的熱量擴散時間就越短,即金屬顆粒之間的接觸面溫度也就越高,這使金屬粉末壓制燒結(jié)一次成型成為了可能。本文致力于研究金屬粉末顆粒在高速壓制下的溫升問題,探索在不同壓制速度下溫升的規(guī)律以及其主導(dǎo)因素。以非線性有限元軟件Marc為分析工具,分別選擇鐵粉、銅粉、Ti6A l4V粉末為分析研究的材料。通過對比用于研究粉末壓制的巴爾申壓制方程、北川公夫方程、黃培云壓制方程以及Johnson-cook本構(gòu)方程,最終選用更適合高速壓制的Johnson-cook本構(gòu)方程。針對在大變形仿真時出現(xiàn)的穿透問題,重新定義了金屬顆粒間的接觸理念,提出接觸容差要小于等于步長位移量的觀點,成功解決了這個問題。建立了整排9和密排9的有限元幾何模型,通過對比計算分析這兩個模型的受力及變形情況,發(fā)現(xiàn)密排9模型跟符合實際。研究了金屬顆粒接觸界面的摩擦模型,對比修正的庫倫摩擦模型以及剪切摩擦模型的優(yōu)缺點,針對金屬粉末高速壓制時顆粒界面摩擦的多變性和不連續(xù)性的特點,提出修正的庫倫摩擦模型更適宜。根據(jù)能量守恒定律,本文主要針對顆粒摩擦做工和塑性變形兩個方面開展溫升的研究,通過數(shù)值仿真分析了三種金屬粉末在不同壓制速度區(qū)間粉末顆粒溫升情況。發(fā)現(xiàn)當(dāng)速度小于5m/s時,由于速度過小摩擦力做功不明顯,這時溫升是以塑性變形為主的。當(dāng)速度在5m/s~60m/s之間,隨著壓制速度的增大,摩擦做功急劇上升,此時摩擦溫升在總體溫升中占比也越來越大。當(dāng)速度超過60m/s,塑性變形的溫升再次占據(jù)了主導(dǎo)因素,其原因是較高的壓制速度導(dǎo)致了近似絕熱壓縮的現(xiàn)象出現(xiàn)。通過金屬材料熱-機耦合本構(gòu)關(guān)系的求解推導(dǎo),得到了在高速壓制下該本構(gòu)中影響溫升的主導(dǎo)參數(shù)為材料的屈服強度。同時通過MARC對材料屈服強度以及與其對應(yīng)的一次成形所需的壓制速度(燒結(jié)壓制速度)的探索發(fā)現(xiàn),要實現(xiàn)壓制燒結(jié)同步完成,金屬顆粒接觸面的溫度應(yīng)該高于該種金屬的熔點。研究結(jié)果表明,燒結(jié)壓制速度隨著材料的屈服強度的升高先是急劇下降,當(dāng)屈服強度超過400MPa后,燒結(jié)壓制速度的變化趨于平緩。同時對比各種材料的計算結(jié)果曲線可知,由于銅粉和鐵粉的屈服強度較低,其燒結(jié)壓制速度在100m/s以上,這一速度一般無法用常規(guī)設(shè)備獲得,故而在傳統(tǒng)粉末冶金制造技術(shù)中很難實現(xiàn)牙花子燒結(jié)的一次成型。材料屈服強度在大于400MPa的金屬粉末則可以采用電磁脈沖高速壓制技術(shù),通過調(diào)節(jié)加載電壓來實現(xiàn)壓制速度的變化,從而實現(xiàn)燒結(jié)壓制一次成形。以上這些研究,為進一步研制金屬粉末高速壓制設(shè)備提供了參考。
【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TF124

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 劉軍;周剛毅;董新龍;;高能率電磁沖擊加載系統(tǒng)等效電路模型[J];輕工機械;2007年06期

2 肖玉玲;;環(huán)境污染問題的根源探討及其對策[J];商場現(xiàn)代化;2008年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 黃建芳;基于MSC.Marc的熱權(quán)函數(shù)法程序系統(tǒng)開發(fā)[D];浙江工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號：2729782