金属粉末高速压制中坯件致密化过程及影响因素分析
发布时间：2020-12-25 17:56
与传统粉末压制方式相比,粉末高速压制技术有利于显著提高成型压坯的密度大小及其均匀性,因而得到了学术界和工业界的广泛关注。区别于传统准静态加载方式,高速压制属于瞬时冲击过程,粉末状态在极短时间内急剧变化,因而亟待对其致密化过程和影响因素进行深入分析。本文首先利用重锤式高速压机,展开了不同装粉量和冲击高度下的压制实验,发现成型坯件的平均密度随单位质量能量的提高而不断增加,最后趋于稳定。同时压制密度大小随冲击峰值压力的变化关系,仍然较好地符合经典川北公夫和黄培云压制方程。在分析粉末受力特征时发现,侧压系数和传力比在冲击过程中均表现为首先降低、中间平稳、最后上升的变化规律;而粉末与模具内壁的摩擦系数则表现为首先上升、中间平稳、最后下降的变化规律。并且,冲击速度对传力比和摩擦系数具有较大影响。另一方面,利用Drucker-Prager Cap粉末模型及显式动力学有限元方法,实现了对粉末高速压制过程的模拟,得到了密度随时间和空间的变化分布规律。并结合正交试验和方差分析,首先研究了粉末成型密度随工艺参数的变化规律,发现平均密度大小随单位质量能量的变化趋势与实验规律十分吻合,但并不随边壁润滑条件、高径...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
粉末高速压制成形技术原理示意图
颗粒间空隙所占空间更少，从而能够大幅提高压坯的整体密度。高速压制成型后压坯的密度比传统压制要高4%以上，诸多学者以钛粉为压制对象采用高速压制技术可制备出相对密度高达98.5%左右的压坯，图1.2所示为高速压制与传统压制密度对比[22]。高速压制在提高压坯整体密度的同时，其密度均匀性也有着较好的改善。李超杰等[23]在对钛粉进行高速压制实验后发现，与传统压制方式相比，高速压制成型坯件各部分密度数值差异较小，且位于边壁的轴向密度分布更加均匀，因此，高速压制成型过程能够得到密度更加均匀的坯件。（3）弹性后效较低在高速压制过程中，较大冲击载荷使得粉体颗粒间的结合十分紧固，因而在压制后期粉末颗粒弹性变形低于传统压制方式。Bos等[24]在对水雾化铁粉成形圆柱体的对比试验中发现，高速压制的压坯径向弹性后效数值比传统压制方式略低，而王建忠[25]、邓三才等[26]在对高速压制工艺中的铜粉、铁粉等压制对象进行研究后，同样发现了高速压制工艺得到的压坯弹性后效低于传统压制方式。（4）综合力学性能优异产品的综合力学性能与压坯致密化程度有着紧密的关系
行自由落体运动，重锤与上模冲接触后冲击金属粉末从而实现粉体致密化的目的。实验以BL-GSTZ-1型高速压制装置开展，如图2.1所示。该装置主要由重锤、机架、压制模具、电磁吸盘、重锤提升电机和滑轮、安全防护等构成。整体机架由四部分组成：底板、上横梁、立柱、和冲锤导柱。其中，立柱的下部分固定在底板上，上部分与上横梁联接，整体结构呈现“门”字形；立柱两侧安装有标尺刻度，主要是用来为重锤提升高度做参照；出于安全考虑，在机架的中部位置安装有安全搁架，主要作用是在进行模具安装等实验准备时，作为暂时放置冲锤的平台，防止由于钢丝绳的突然断裂或者突然断电导致重锤突然落下，对操作人员带来意外伤害。表2.1为BL-GSTZ-1型重锤式高速压机主要技术参数一览表。
【参考文献】：
期刊论文
[1]离散元法金属粉末高速压制过程中力链特性量化研究[J]. 张炜,周剑,于世伟,张雪洁,刘焜. 机械工程学报. 2018(10)
[2]粉末冶金高速压制致密化机制的研究进展[J]. 杨霞. 粉末冶金工业. 2016(05)
[3]基于DEM的金属颗粒间接触力的影响因素[J]. 胡仙平,刘军,马斌斌. 机械设计与研究. 2015(05)
[4]基于有限元仿真分析高速压实粉末时模壁摩擦因数对压制效果的影响[J]. 吴斌,刘军,杨勇. 粉末冶金技术. 2014(06)
[5]粉末粒径对高速压制Ti-6Al-4V合金性能的影响（英文）[J]. 闫志巧,陈峰,蔡一湘,尹健. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(02)
[6]粉末高速压制成形密度分布的数值模拟及影响因素分析[J]. 郑洲顺,徐丹,雷湘媛,应仁仁,周文,张梦轩. 材料工程. 2012(07)
[7]粉末冶金高速压制成形技术最新研究进展[J]. 马春宇,肖志瑜,李超杰,陈进. 粉末冶金工业. 2012(02)
[8]Simulation of high velocity compaction of powder in a two dimension mould using lattice Boltzmann method[J]. Qiaojie LI 1), Zhoushun ZHENG 1) and Xuanhui QU 2) 1) School of Mathematical Science and Computing Technology, Central South University, Changsha 410083, China 2) School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2012(01)
[9]粉末高速压制成形过程中的应力波分析[J]. 王爽,郑洲顺,周文. 物理学报. 2011(12)
[10]基于离散元法的固体颗粒介质传力特性研究[J]. 曹秒艳,董国疆,赵长财. 机械工程学报. 2011(14)
博士论文
[1]粉末冶金压坯残余应力与裂纹损伤研究[D]. 周蕊.天津大学 2013
硕士论文
[1]钛及钛合金高速压制成形规律及性能的研究[D]. 何杰.华南理工大学 2016
[2]316L不锈钢粉末及铁基合金粉末的高速压制成形研究[D]. 邓三才.华南理工大学 2010
本文编号：2938126
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
粉末高速压制成形技术原理示意图
颗粒间空隙所占空间更少，从而能够大幅提高压坯的整体密度。高速压制成型后压坯的密度比传统压制要高4%以上，诸多学者以钛粉为压制对象采用高速压制技术可制备出相对密度高达98.5%左右的压坯，图1.2所示为高速压制与传统压制密度对比[22]。高速压制在提高压坯整体密度的同时，其密度均匀性也有着较好的改善。李超杰等[23]在对钛粉进行高速压制实验后发现，与传统压制方式相比，高速压制成型坯件各部分密度数值差异较小，且位于边壁的轴向密度分布更加均匀，因此，高速压制成型过程能够得到密度更加均匀的坯件。（3）弹性后效较低在高速压制过程中，较大冲击载荷使得粉体颗粒间的结合十分紧固，因而在压制后期粉末颗粒弹性变形低于传统压制方式。Bos等[24]在对水雾化铁粉成形圆柱体的对比试验中发现，高速压制的压坯径向弹性后效数值比传统压制方式略低，而王建忠[25]、邓三才等[26]在对高速压制工艺中的铜粉、铁粉等压制对象进行研究后，同样发现了高速压制工艺得到的压坯弹性后效低于传统压制方式。（4）综合力学性能优异产品的综合力学性能与压坯致密化程度有着紧密的关系
行自由落体运动，重锤与上模冲接触后冲击金属粉末从而实现粉体致密化的目的。实验以BL-GSTZ-1型高速压制装置开展，如图2.1所示。该装置主要由重锤、机架、压制模具、电磁吸盘、重锤提升电机和滑轮、安全防护等构成。整体机架由四部分组成：底板、上横梁、立柱、和冲锤导柱。其中，立柱的下部分固定在底板上，上部分与上横梁联接，整体结构呈现“门”字形；立柱两侧安装有标尺刻度，主要是用来为重锤提升高度做参照；出于安全考虑，在机架的中部位置安装有安全搁架，主要作用是在进行模具安装等实验准备时，作为暂时放置冲锤的平台，防止由于钢丝绳的突然断裂或者突然断电导致重锤突然落下，对操作人员带来意外伤害。表2.1为BL-GSTZ-1型重锤式高速压机主要技术参数一览表。
【参考文献】：
期刊论文
[1]离散元法金属粉末高速压制过程中力链特性量化研究[J]. 张炜,周剑,于世伟,张雪洁,刘焜. 机械工程学报. 2018(10)
[2]粉末冶金高速压制致密化机制的研究进展[J]. 杨霞. 粉末冶金工业. 2016(05)
[3]基于DEM的金属颗粒间接触力的影响因素[J]. 胡仙平,刘军,马斌斌. 机械设计与研究. 2015(05)
[4]基于有限元仿真分析高速压实粉末时模壁摩擦因数对压制效果的影响[J]. 吴斌,刘军,杨勇. 粉末冶金技术. 2014(06)
[5]粉末粒径对高速压制Ti-6Al-4V合金性能的影响（英文）[J]. 闫志巧,陈峰,蔡一湘,尹健. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013(02)
[6]粉末高速压制成形密度分布的数值模拟及影响因素分析[J]. 郑洲顺,徐丹,雷湘媛,应仁仁,周文,张梦轩. 材料工程. 2012(07)
[7]粉末冶金高速压制成形技术最新研究进展[J]. 马春宇,肖志瑜,李超杰,陈进. 粉末冶金工业. 2012(02)
[8]Simulation of high velocity compaction of powder in a two dimension mould using lattice Boltzmann method[J]. Qiaojie LI 1), Zhoushun ZHENG 1) and Xuanhui QU 2) 1) School of Mathematical Science and Computing Technology, Central South University, Changsha 410083, China 2) School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China. Acta Metallurgica Sinica(English Letters). 2012(01)
[9]粉末高速压制成形过程中的应力波分析[J]. 王爽,郑洲顺,周文. 物理学报. 2011(12)
[10]基于离散元法的固体颗粒介质传力特性研究[J]. 曹秒艳,董国疆,赵长财. 机械工程学报. 2011(14)
博士论文
[1]粉末冶金压坯残余应力与裂纹损伤研究[D]. 周蕊.天津大学 2013
硕士论文
[1]钛及钛合金高速压制成形规律及性能的研究[D]. 何杰.华南理工大学 2016
[2]316L不锈钢粉末及铁基合金粉末的高速压制成形研究[D]. 邓三才.华南理工大学 2010
本文编号：2938126
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