用于3D打印的金属粉末颗粒致密度研究

发布时间：2020-08-26 01:09

【摘要】：本文采用离散元法(Discrete Element Method,DEM),通过颗粒流离散元可视化编程软件PFC5.0,对粒径呈正态分布的球体颗粒堆积模型进行数值模拟,分析球体刚度、堆积深度、容器尺寸等颗粒堆积致密度的影响因素,得出不同模型状态下的堆积动态特征和最佳参数,将所得粒径呈正态分布的球体颗粒通过三维振动实验台进行物理实验,得出不同振动条件下的致密度分布规律。旨在实现粒径呈正态分布的金属粉末颗粒的高密度堆积,提高金属3D打印成型件的性能。首先,利用球体堆积理论,结合实际使用的金属粉末颗粒建立球体颗粒堆积模型;其次,通过颗粒流离散元可视化编程软件,对粒径呈正态分布的球体颗粒的堆积致密度进行动态分析,精确的表征颗粒堆积过程中的受力、运动、排列等,通过改变数值模拟的实验参数,对颗粒堆积的影响因素进行对比分析;最后,通过对数值模拟所得金属粉末颗粒进行振动实验,得出不同振动参数下的致密度优化值,对数值模拟的结果进行验证,可得:(1)对均值为0.3mm且方差可变的颗粒体的孔隙率变化曲线进行分析,随着方差的增大,孔隙率呈先减小后增大的变化趋势,与致密度变化趋势相反,当球体颗粒模型为μ=0.3mm,σ=0.2时,堆积密度达到最大值为0.795;(2)对于等径球体,当堆积深度一定时,堆积密度随球体刚度的增加降低,当K≥5e9N/m后趋于稳定,当刚度值K≥9e10N/m时,球体堆积密度保持0.63不再变化;当堆积深度不同时,随着球体颗粒刚度的增加,不同堆积深度的孔隙率差值逐渐缩小并趋近于0;(3)对于粒径呈正态分布的球体颗粒,堆积容器内的颗粒堆积孔隙率大致呈先增加后稳定的趋势,当刚度值K≥5e9N/m时增长趋势较快,颗粒堆积致密度趋于0.346,当刚度值K≥1e10N/m时基本保持稳定,最终趋近于稳定值0.345;(4)对颗粒堆积体施加振动条件时,振动频率与振幅之间存在最佳匹配参数,并且对于致密堆积的颗粒体而言,如果振动频率越大,相应匹配的振幅参数越小。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.73;TB383.3
【图文】：

图 1-1 SLM 工作原理图1-1、1-2 为两种金属粉末，用飞纳台式扫描电镜对比两种粉末的属粉末 A 要优于金属粉末 B。金属粉末 A 基本上为饱满的球状接在一块的。而金属粉末 B 各种形状都有，球状、杆状以及不些粉末颗粒粘在一起，形成所谓的 卫星粉 。

9图 1-2 金属粉末 A 图 1-3 金属粉末 B一般来说，金属粉末的粒度越小，越有利于烧结的顺利进行，因为粒度越小，比表面积越大，烧结的驱动力也就越大。此外，细小的粉末颗粒之间的空隙小，相邻铺粉层之间连接紧密，有利于提高烧结致密化和烧结强度。小颗粒的金属粉末还可以填充到大颗粒的空隙中，能够提高粉末的堆积密度，从而有利于提高打

9图 1-2 金属粉末 A 图 1-3 金属粉末 B一般来说，金属粉末的粒度越小，越有利于烧结的顺利进行，因为粒度越小，比表面积越大，烧结的驱动力也就越大。此外，细小的粉末颗粒之间的空隙小，相邻铺粉层之间连接紧密，有利于提高烧结致密化和烧结强度。小颗粒的金属粉末还可以填充到大颗粒的空隙中，能够提高粉末的堆积密度，从而有利于提高打

【参考文献】

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本文编号：2804452