粉末冶金壓坯殘余應力與裂紋損傷研究.pdf

1、粉末冶金作為一種近凈成形制造技術,具有高效、省材、節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)點,故備受工業(yè)界的重視。對于粉末冶金機械零件行業(yè)來說,生產過程中零件壓坯中產生裂紋是一個長期沒有解決的課題。實際上,粉末壓坯的裂紋可能出現(xiàn)在壓制成形和運送階段的各個環(huán)節(jié)。為了避免和防止裂紋產生,除了傳統(tǒng)的經驗方法,將計算機仿真技術引入粉末冶金模具和工藝設計,對粉末冶金零件生產過程中的工藝過程與裂紋缺陷進行分析預測,進而制定合理的工藝方案及參數(shù),是目前最為有效的科學手段。

2、
　　由于粉末成形機理與過程復雜,尚沒有一個公認的數(shù)學模型,對于粉末壓坯裂紋形成的定量分析則更少。為此,本文基于更具應用前景的廣義塑性力學模型研究金屬粉末壓制致密化過程以及壓坯脫模后殘余應力分布規(guī)律,并在此基礎之上對不同生產階段的壓坯裂紋損傷進行研究和預測分析,為優(yōu)化模具和工藝參數(shù),提高粉末冶金產品的質量,提供科學有效的依據(jù)。論文主要研究內容和成果如下:
　　1、建立了適用于本文所用金屬材料成形的密度相關的廣義塑性力學屈服模

3、型,即修正的Drucker-PragerCap屈服模型。結合粉末閉模壓制成形實驗和壓坯強度實驗推導了模型待定參數(shù)的求解公式,以DistaloyAE擴散預合金鐵粉為實驗材料,確定了模型各參數(shù)與相對密度的函數(shù)關系。
　　2、基于所建立的金屬粉末廣義塑性力學模型,利用Abaqus二次開發(fā)技術,實現(xiàn)了金屬粉末成形過程的彈塑性有限元模擬;對比了壓制力曲線和相對密度分布的有限元分析與實驗結果,二者吻合良好,驗證了金屬粉末廣義塑性力學模型的正確

4、性。
　　3、采用X射線衍射技術,對不同壓制壓力(450MPa和600MPa)以及潤滑條件下,ASC100.29和DistaloyAE兩種金屬粉末壓坯表層的殘余應力進行測試,獲得了金屬粉末壓坯殘余應力分布規(guī)律。
　　4、采用所建立的金屬粉末廣義塑性力學模型,對粉末壓坯脫模后殘余應力分布進行了有限元數(shù)值模擬。討論了粉末壓制與脫模過程粉體單元的網格參數(shù)和陰模材料類型對壓坯殘余應力計算結果的影響,并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對有限元模型進行了合

5、理的修正,保證了殘余應力的分析精度,為粉末壓坯裂紋損傷研究奠定了基礎。
　　5、分析了金屬粉末壓制與脫模過程中的裂紋成形機理,結合該環(huán)節(jié)的裂紋損傷特點,基于金屬粉末廣義塑性力學模型導出了粉末壓坯韌性損傷模型,并確定了裂紋損傷閾值。
　　6、基于上述韌性損傷模型,利用Abaqus二次開發(fā)技術,實現(xiàn)了粉末壓制以及壓坯脫模過程裂紋損傷的有限元模擬分析,討論了壓坯幾何形狀、模腔潤滑條件、以及陰模出口脫模角度三種因素對壓坯損傷的影響。

6、
　　7、采用圓弧型加載方式的巴西圓盤實驗方法,結合理論分析、有限元數(shù)值模擬,獲得了ASC100.29和DistaloyAE兩種金屬粉末壓坯的力學性能和損傷斷裂參數(shù),包括壓坯抗拉強度ζt、彈性模量E、斷裂韌度KI和斷裂能量Gf與相對密度的函數(shù)關系,為壓坯損傷與斷裂模擬提供了可靠的數(shù)據(jù)。
　　8、建立了適用于夾持損傷分析的基于斷裂能量的雙線性和指數(shù)型兩種金屬粉末壓坯內聚力損傷模型,通過粉末壓坯巴西圓盤實驗及其有限元數(shù)值模擬,對