陶瓷粉末壓制成型過程數值模擬的研究.pdf

1、陶瓷材料具有強度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、耐放射性等一系列優(yōu)點，已廣泛應用于冶金、機械、國防、航天航空等諸多領域。陶瓷粉末干壓成型和冷等靜壓成型是制備陶瓷結構部件的重要方法。干壓法成型主要適用于制備圓形、薄片狀的小部件，由于干壓成型的加壓方向只限于軸向，壓成的坯體結構具有明顯的各向異性。冷等靜壓成型可用于制備大尺寸陶瓷部件，所得坯體致密均勻性較好。目前，一般采用反復試驗的方法來確定陶瓷粉末成型工藝和模具形狀尺寸。隨著現代計算機模擬技術

2、的發(fā)展，通過有限元法數值模擬可以從根本上解決粉末成型工藝設計過于依賴經驗的問題，達到改進產品質量，提高生產效率，降低成本，優(yōu)化模具和工藝設計的目的。 本文主要對陶瓷粉末的干壓成型和濕式等靜壓成型進行數值模擬和應用研究。模擬工作在大型有限元軟件Msc.Marc/Mentat2003中完成。首先，通過對ZrO<,2>陶瓷粉末干壓成型小圓片過程進行了模擬，分析了陶瓷粉料在加壓過程中的密度場、應力場變化、粉末材料的流動情況以及粉料和模壁

3、之間的摩擦對坯體性能的影響，并精確預測了坯體的尺寸。此外，本文重點對濕式等靜壓成型ZrO<,2>陶瓷柱塞過程進行了模擬，分析了陶瓷粉末變形過程中的應力場、應變場和密度場分布，精確預測了坯體的形狀和成型前后的尺寸變化，研究陶瓷粉末在成型過程中的變形規(guī)律以及各工藝參數對成型過程的影響，并進行了模具優(yōu)化設計。 本文分析了干壓成型所得坯體密度缺陷成因；定量分析了粉料和模壁之間的摩擦對坯體密度分布的影響；模擬所得成型坯體的尺寸收縮率為12

4、0﹪，與實驗測得的尺寸收縮率119﹪很接近。 另外，本文對濕式等靜壓成型ZrO<,2>陶瓷柱塞過程進行了模擬，所得坯體密度與實測密度吻合性好；精確預測了坯體的形狀和尺寸，模擬結果和實驗結果的誤差在1﹪之內。并且應用有限元數值模擬方法對濕式等靜壓成型模具進行了優(yōu)化設計，將橡膠塞的外直角面改為球面后，坯體各部分受力更均勻，可得到密度更均一的坯體。同時，分析了橡膠袋的厚度對坯體形狀和尺寸的影響：當橡膠袋的厚度大于2.5mm時，橡膠袋對