粉末冶金壓坯殘余應(yīng)力與裂紋損傷研究.pdf

1、粉末冶金作為一種近凈成形制造技術(shù),具有高效、省材、節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)點,故備受工業(yè)界的重視。對于粉末冶金機械零件行業(yè)來說,生產(chǎn)過程中零件壓坯中產(chǎn)生裂紋是一個長期沒有解決的課題。實際上,粉末壓坯的裂紋可能出現(xiàn)在壓制成形和運送階段的各個環(huán)節(jié)。為了避免和防止裂紋產(chǎn)生,除了傳統(tǒng)的經(jīng)驗方法,將計算機仿真技術(shù)引入粉末冶金模具和工藝設(shè)計,對粉末冶金零件生產(chǎn)過程中的工藝過程與裂紋缺陷進行分析預(yù)測,進而制定合理的工藝方案及參數(shù),是目前最為有效的科學(xué)手段。

2、
　　由于粉末成形機理與過程復(fù)雜,尚沒有一個公認(rèn)的數(shù)學(xué)模型,對于粉末壓坯裂紋形成的定量分析則更少。為此,本文基于更具應(yīng)用前景的廣義塑性力學(xué)模型研究金屬粉末壓制致密化過程以及壓坯脫模后殘余應(yīng)力分布規(guī)律,并在此基礎(chǔ)之上對不同生產(chǎn)階段的壓坯裂紋損傷進行研究和預(yù)測分析,為優(yōu)化模具和工藝參數(shù),提高粉末冶金產(chǎn)品的質(zhì)量,提供科學(xué)有效的依據(jù)。論文主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　1、建立了適用于本文所用金屬材料成形的密度相關(guān)的廣義塑性力學(xué)屈服模

3、型,即修正的Drucker-PragerCap屈服模型。結(jié)合粉末閉模壓制成形實驗和壓坯強度實驗推導(dǎo)了模型待定參數(shù)的求解公式,以DistaloyAE擴散預(yù)合金鐵粉為實驗材料,確定了模型各參數(shù)與相對密度的函數(shù)關(guān)系。
　　2、基于所建立的金屬粉末廣義塑性力學(xué)模型,利用Abaqus二次開發(fā)技術(shù),實現(xiàn)了金屬粉末成形過程的彈塑性有限元模擬;對比了壓制力曲線和相對密度分布的有限元分析與實驗結(jié)果,二者吻合良好,驗證了金屬粉末廣義塑性力學(xué)模型的正確

4、性。
　　3、采用X射線衍射技術(shù),對不同壓制壓力(450MPa和600MPa)以及潤滑條件下,ASC100.29和DistaloyAE兩種金屬粉末壓坯表層的殘余應(yīng)力進行測試,獲得了金屬粉末壓坯殘余應(yīng)力分布規(guī)律。
　　4、采用所建立的金屬粉末廣義塑性力學(xué)模型,對粉末壓坯脫模后殘余應(yīng)力分布進行了有限元數(shù)值模擬。討論了粉末壓制與脫模過程粉體單元的網(wǎng)格參數(shù)和陰模材料類型對壓坯殘余應(yīng)力計算結(jié)果的影響,并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對有限元模型進行了合

5、理的修正,保證了殘余應(yīng)力的分析精度,為粉末壓坯裂紋損傷研究奠定了基礎(chǔ)。
　　5、分析了金屬粉末壓制與脫模過程中的裂紋成形機理,結(jié)合該環(huán)節(jié)的裂紋損傷特點,基于金屬粉末廣義塑性力學(xué)模型導(dǎo)出了粉末壓坯韌性損傷模型,并確定了裂紋損傷閾值。
　　6、基于上述韌性損傷模型,利用Abaqus二次開發(fā)技術(shù),實現(xiàn)了粉末壓制以及壓坯脫模過程裂紋損傷的有限元模擬分析,討論了壓坯幾何形狀、模腔潤滑條件、以及陰模出口脫模角度三種因素對壓坯損傷的影響。

6、
　　7、采用圓弧型加載方式的巴西圓盤實驗方法,結(jié)合理論分析、有限元數(shù)值模擬,獲得了ASC100.29和DistaloyAE兩種金屬粉末壓坯的力學(xué)性能和損傷斷裂參數(shù),包括壓坯抗拉強度ζt、彈性模量E、斷裂韌度KI和斷裂能量Gf與相對密度的函數(shù)關(guān)系,為壓坯損傷與斷裂模擬提供了可靠的數(shù)據(jù)。
　　8、建立了適用于夾持損傷分析的基于斷裂能量的雙線性和指數(shù)型兩種金屬粉末壓坯內(nèi)聚力損傷模型,通過粉末壓坯巴西圓盤實驗及其有限元數(shù)值模擬,對