基于Marc有限元模拟的金属粉末压坯裂纹损伤研究

发布时间：2020-05-16 00:55

【摘要】：粉末冶金是一种集材料制备与零件成形于一体的近净成形先进制造技术,具有节能、省材、高效、尺寸稳定精度高等优点,在材料与零件制造业具有重要的地位,获得了国内外学者的高度重视。但是金属粉末压坯中的裂纹缺陷的存在严重影响了制品性能。国内外学者对压坯产生裂纹的原因进行了研究并分类,但量化计算裂纹的研究还不多见。使用有限元技术,分析预测压坯的裂纹损伤情况,确定合理的成形参数,是解决压坯裂纹损伤的一个有效途径。本文选取修正的粉末屈服准则,根据金属粉末烧结体塑性力学理论,推导出了金属粉末压坯的裂纹损伤模型,该模型表征压坯在应力、应变和相对密度累积作用下的损伤情况。采用铁、铝两种粉末压坯进行单向压缩实验对模型的正确性和材料适应性进行了验证。采用以上的损伤模型,对不同润滑条件、高径比和脱模方式的工艺参数下的金属粉末压坯成形与脱模过程进行二维有限元模拟,以探究各参数对压坯裂纹损伤的影响。研究结果表明:压坯在脱模阶段的损伤要大于压制阶段,并在压坯脱出阴模口部时达到最大值;润滑条件的改善将有利于减轻压坯的裂纹损伤;较小的高径比利于压坯密度的均匀化,裂纹损伤倾向较小;脱模方式也会对压坯的损伤产生影响,顶出式脱模时的损伤值要小于压下式脱模。分析了金属粉末压坯在运送过程中可能产生裂纹的几种情况。采用平台型巴西圆盘实验得到了铜、铁两种金属粉末压坯的力学性能参数,包括弹性模量、抗拉强度和断裂韧度。利用上述参数对圆环形金属粉末压坯的夹持工况进行了分析模拟,确定了最先产生裂纹的部位,获得了该零件的安全夹持力范围。
【图文】：

粉末冶金零件,实物

1图 1.1 粉末冶金零件实物Fig.1.1 Picture of powder metallurgy parts现阶段，粉末冶金制造的零件具有非常广阔的应用前景，不仅传统的诸如铁基和铜基粉末材料在机械工程、电子技术和自动化等相关领域大规模应用，而且先进的粉末冶金材料，比如钛合金和稀土永磁材料等，也已在 IT、生物工程、能源及国防领域广泛涉及。据中国产业信息研究网数据显示：2012 年中国粉末冶

几何形状,粉末压坯,压坯,相应对策

会转移进行下一个工序，由于此时的压坯强度夹持不当都可能会对压坯造成损伤。末压坯的裂纹形成，国内外学者做了大量的研究。国变速器的齿毂、发动机齿形带轮等形状复杂零件在其和相应对策进行了分析。上海交通大学的董林峰和李末成形过程中的分层裂纹现象，并对压坯脱出过程的申小平[16]研究了多台阶件的两种常见缺陷，并针对性余毅[17]采用虚拟裂纹闭合法对 FGH95 标准紧凑拉伸实验结果比较，证实了该方法的准确性。姬成岗[18]针从多个角度分析了产生裂纹的原因及相应对策。国外裂纹的主要原因是由应力应变集中所导致的体积应变别从粉末冶金零件材料成分和几何形状角度出发，总Spitzig[22]研究不同相对密度下的铁粉压坯的损伤和压坯产生裂纹的原因进行了系统的研究，认为裂纹形合之后又开裂两种，，并将裂纹产生的原因进行了图
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF125

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