基于离散元法的铁粉模压成形数值仿真研究

发布时间：2021-11-18 10:09

　　传统的钢模压制成形技术是粉末冶金中使用最普遍成形方法，其成形工艺的优良与否直接决定这成形制件能否满足使用要求，但实际生产中由于成形工艺设计不合理导致制品内部密度不均匀而造成制品强度低、裂纹、掉角等缺陷。为了提高粉末制品的各种工艺性能、降低废品率、提高能源利用率，应用计算机仿真技术对粉末模压成形过程进行模拟与研究，以优化成形工艺、缩短工艺设计周期、降低产品成本，并为制备更高性能粉末冶金制品提供参考依据。与传统的有限元仿真不同，基于离散元粉末压制成形的仿真技术可以从细观角度对压制过程中颗粒的流动、变形等特性进行分析并对宏观现象做出解释，本文通过离散单元法采用满足粉末试样粒径分布条件的颗粒生成方法，对粉末离散单元法的单元搜索方法、计算算法、边界条件进行了分析，建立了铁粉三维离散元压制模型；并针对不同工艺条件下，铁粉的成形过程进行模拟仿真；重点分析了压制过程中位于不同位置的粉末颗粒的位移变化以和不同的侧压系数、不同的内外摩擦因子及不同的压制方式对的压坯密度及其分布的影响；并将仿真结果与实验结果进行了比较分析，验证了所建立模型的有效性。最终得出的相关结论，有助于金属粉末模压成形工艺和模具形状的优... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 粉末成形的数值模拟的建模方法
        1.2.1 内蕴时间方法
        1.2.2 广义塑性力学方法
        1.2.3 金属塑性力学方法
        1.2.4 微观力学方法
    1.3 粉末成形技术的国内外研究现状
        1.3.1 粉末压制成形数值仿真在国外的研究现状
        1.3.2 离散元数值模拟的优势
    1.4 本文研究的主要内容
第二章 离散元法的基本理论
    2.1 离散元法概述
    2.2 离散元法的理论模型
        2.2.1 离散元中的基本假设
        2.2.2 离散元法的基本算法
        2.2.3 离散元法的接触模型
    2.3 离散元法的接触判断
    2.4 离散元法的参数选择
    2.5 本章小结
第三章 基于离散元的粉末成形仿真模型的建立
    3.1 离散元仿真软件的介绍
        3.1.1 离散软件 PFC2D/3D
        3.1.2 离散元软件 EDEM
    3.2 压制边界定义
        3.2.1 墙单元边界建立
        3.2.2 球单元边界的建立
    3.3 颗粒集合生成
        3.3.1 颗粒生成的基本方法
        3.3.2 给定孔隙率颗粒集合体的建立
    3.4 离散元缩尺模型的建立与参数校核
        3.4.1 缩尺模型建立
        3.4.2 阻尼系数的校核
    3.5 数据监测与记录
    3.6 本章小结
第四章 铁粉成形压坯密度分布的影响因素分析
    4.1 离散元仿真中测量单元的建立
    4.2 不同压制工艺条件下铁粉压制成形的离散元仿真
        4.2.1 不同侧压系数下压坯成形密度分析
        4.2.2 不同摩擦系数压坯的成形密度分析
        4.2.3 压制方式对压坯密度分布的影响
    4.3 本章小结
第五章 铁粉模压成形实验研究
    5.1 粉末压制成形的基本原理
        5.1.1 粉末的压制过程
        5.1.2 粉末变形与压实
        5.1.3 金属粉末压制时压坯密度的变化规律
        5.1.4 压制力与脱模力的计算
    5.2 实验方案
        5.2.1 试样材料的制备与形状选择
        5.2.2 试样的尺寸
        5.2.3 模具设计
        5.2.4 压制过程
    5.3 密度测量与结果分析
        5.3.1 测量原理
        5.3.2 测量前的准备
        5.3.3 实验测量
        5.3.4 实验结果分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
附录
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]离散元法在磨机设计中的应用[J]. 赵魏,邹声勇,姬建钢,孙伟力,王成伟.  矿山机械. 2013(02)
[2]颗粒筛分过程的三维离散元法模拟[J]. 赵啦啦,刘初升,闫俊霞,蒋小伟,朱艳.  煤炭学报. 2010(02)
[3]振动压实下不规则颗粒细观响应的离散元模拟[J]. 黄宝涛,张敏思,雍军.  公路交通科技. 2009(07)
[4]基于离散元砌块振压成型参数的研究[J]. 路会龙,姚平喜.  砖瓦. 2008(10)
[5]离散元法的应用研究[J]. 颜辉,何昀.  吉林工商学院学报. 2008(03)
[6]粉末冶金压制成形数值模拟研究进展[J]. 焦明华,宋平,解挺,俞建卫,王德广,王永国,尹延国.  金属功能材料. 2007(05)
[7]数值模拟在陶瓷粉末压制成型中的应用[J]. 王次明,杨正方,马红霞.  人工晶体学报. 2007(02)
[8]粉末冶金结构零件材料的密度均匀化设计[J]. 申小平,张裕华,杨德统.  粉末冶金技术. 2006(02)
[9]冲击电流对粉末压坯致密作用的试验[J]. 曹今玮,屠挺生,林大为.  锻压技术. 2006(01)
[10]世界粉末冶金零件工业动态[J]. 韩凤麟.  粉末冶金技术. 2001(04)

博士论文
[1]风筛式清选装置设计理论与方法研究[D]. 李骅.南京农业大学 2012
[2]金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D]. 王德广.合肥工业大学 2010
[3]滑带剪切过程的离散元模拟研究[D]. 吴剑.中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所） 2007

硕士论文
[1]铲式精密播种机的离散元仿真方法研究[D]. 薛宏达.沈阳理工大学 2013
[2]压敏陶瓷材料压制过程的离散元模拟和实验研究[D]. 邹霞.湘潭大学 2011
[3]铁路道床捣固振动特性数值仿真研究[D]. 耿兴利.昆明理工大学 2011
[4]基于离散元技术的球磨机参数优化研究[D]. 李媛华.吉林大学 2009
[5]铁基粉末压制成形数值模拟研究[D]. 宋平.合肥工业大学 2008
[6]粉末压制成形的研究[D]. 汪明波.吉林大学 2007



本文编号：3502709