微注射成形與微波燒結(jié)的實(shí)驗(yàn)和模擬研究.pdf

1、粉末注射成形過程包括四個(gè)階段:混料、注射、脫脂和燒結(jié)。本論文主要對(duì)微注射成形和微波燒結(jié)兩個(gè)工藝過程展開研究:修正和補(bǔ)充了用于模擬注射填充過程的數(shù)值算法;實(shí)現(xiàn)表面張力效應(yīng)的計(jì)算與評(píng)估;以17-4PH不銹鋼粉末成形件為樣品進(jìn)行微波燒結(jié)實(shí)驗(yàn)研究;在微波加熱和熱傳導(dǎo)模擬的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充粉末材料的燒結(jié)致密化模型，實(shí)現(xiàn)了微波燒結(jié)多物理場(chǎng)耦合現(xiàn)象的數(shù)值模擬。
　　為提高注射成形過程數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，本論文修改和補(bǔ)充了用于注射填充過程的全矢量顯

2、式模擬算法。針對(duì)填充流在復(fù)雜形狀模腔中流向失真的問題，本論文采用類似迎風(fēng)法的概念，修正了空氣流動(dòng)速度場(chǎng)對(duì)填料填充的不真實(shí)影響，有效抑制了填充流向的失真現(xiàn)象。建議了補(bǔ)充合理邊界條件的數(shù)值方法，修正不可壓縮流體在填充末段出現(xiàn)的非線性填充延遲現(xiàn)象，并驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　為了拓展研究組內(nèi)自行開發(fā)的有限元模擬軟件，使其適用于模擬微注射成形問題，本論文在原有注射成形模擬算法的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了表面張力計(jì)算和模擬功能。由于沒有針對(duì)有限元法的

3、適當(dāng)算法，本文建議并實(shí)施了一種系統(tǒng)化操作的算法，實(shí)現(xiàn)了填充前沿面曲率的計(jì)算，進(jìn)而求解得到表面張力值。應(yīng)用植入表面張力功能的軟件，模擬了一系列典型的微注射填充算例，結(jié)果表明:在常規(guī)尺寸下的填充模擬，表面張力無顯著作用，但對(duì)毫米級(jí)以下的構(gòu)件，隨著模腔尺寸的減小，表面張力效應(yīng)越來明顯。
　　在微波燒結(jié)方面，通過對(duì)17-4PH不銹鋼粉末材料的實(shí)驗(yàn)研究，本論文得到了與已有報(bào)道不一樣的結(jié)論和新發(fā)現(xiàn)。作者通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)于17-4PH不銹鋼粉末成

4、形件，微波燒結(jié)工藝不僅可以在很大程度上縮短燒結(jié)時(shí)間，降低燒結(jié)溫度，得到致密化程度更高，微觀結(jié)構(gòu)缺陷較少的燒結(jié)成形件;而且成形件的表面維氏硬度值也更高，力學(xué)性能有明顯改善。此外，由于微波燒結(jié)由內(nèi)及外快速加熱的工藝特點(diǎn)，本論文實(shí)驗(yàn)還檢測(cè)到被燒結(jié)材料內(nèi)部存在明顯的機(jī)械性能梯度。
　　微波燒結(jié)是一個(gè)復(fù)雜的多物理場(chǎng)耦合過程，它涉及電磁場(chǎng)，電磁生熱，熱傳遞以及粉末材料的致密化過程?，F(xiàn)有的研究成果大多集中在對(duì)微波加熱過程的研究，其中耦合了電磁場(chǎng)