分布情(qíng)況，分析了陶(táo)瓷粉末成形(xíng)件出現密度(du)不均現象的(de)♍原因。研究結(jie)果有助于對(dui)等靜壓工藝(yì)進行優化設(shè)計。
　 　1前(qian)言粉末等靜(jìng)壓成形過程(chéng)是一個非常(chang)複雜的成形(xíng)過程，涉及到(dao)許多過程參(cān)數，例如粉末(mo)材料的各㊙️種(zhong)組元、含量，模(mo)具的種類、形(xing)狀，加工溫度(du)、濕度、壓力♉等(deng)。 在(zài)進行解析時(shi)還要考慮以(yǐ)下多方面因(yīn)素的影響：1）粉末材(cai)料含有一定(ding)孔隙，是一個(gè)非連續體需(xū)要以各個顆(kē)粒之間的變(bian)形以及各顆(ke)粒之間的協(xié)調關系來研(yan)究其整體變(biàn) 形(xíng)，還要考慮粉(fěn)末材料對溫(wēn)度、應變速率(lü)存在敏感性(xing)的特點；2）工件、模具(ju)的複雜形狀(zhuàng)、幾何尺寸；3）摩擦邊(biān)界條件；4）有限變形(xing)等方面的因(yin)素。因此，難于(yú) 用(yòng)理論解析方(fang)法來對粉末(mò)等靜壓成形(xing)過程求解。目(mù)☀️前在實際生(shēng)産應用當中(zhōng)，一般都采用(yong)反複試驗的(de)方🌈法來确定(ding)模具尺寸。這(zhè)種方法不僅(jǐn)不能保證等(děng)靜壓坯料的(de)質量， 而且還存(cún)在着模具設(shè)計周期長、産(chan)品尺寸精度(du)差以及💁密度(dù)不均等問題(ti)，消耗了大量(liàng)的人力、物力(lì)和時間。
　　因此采(cai)用計算機有(you)限元法模拟(nǐ)粉末冶金零(ling)件等靜壓成(cheng)形過程就成(chéng)爲了一種快(kuài)速有效的設(shè)計方法。
　　通過有(yǒu)限元模拟，可(ke)以給出成形(xing)過程中粉末(mo)坯料幾何形(xíng)狀、應力應變(biàn)場、密度分布(bu)等數據，并據(jù)此分析出🈲現(xian)質量缺陷的(de)原因，從而能(néng)及時改進加(jiā)工過程，快速(sù)有效地确定(dìng)模具的zui終理(lǐ)想形狀，達到(dao)提高生産效(xiào)率，降低成本(ben)的目的。
　　本文主(zhu)要對陶瓷粉(fen)末件的冷等(deng)靜壓（CIP）成形過程進(jìn)行分析讨論(lun)。
　　2解析(xi)模型的建立(li)2.1有限(xiàn)元模拟技術(shu)問題本解析(xi)的研究對象(xiang)爲如所示的(de)✔️陶㊙️瓷粉🈲末成(chéng)形件，外層是(shì)橡膠模具、中(zhong)間是陶瓷粉(fěn)末坯料、裏層(ceng)是芯棒。由于(yú)載荷和形狀(zhuang)的對稱性，将(jiāng)陶瓷粉末件(jian)的成形過程(cheng)簡化爲一個(gè)典型的軸對(duì)稱問題。
　 　中部K域頂部(bu)區域芯棒粉(fen)體橡膠模具(jù)陶瓷粉末成(chéng)形件的幾何(hé)‼️模型陶瓷粉(fen)末件的冷等(děng)靜壓（cip）成形過程，具(ju)有幾何非線(xian)性、材料非線(xiàn)性、邊界條件(jiàn)非線性⭐等特(te) 點(diǎn)，因而在此采(cai)用了增量非(fēi)線性有限元(yuan)對非線性㊙️代(dài)數方程組🔅進(jìn)行叠代求解(jiě)以滿足每步(bù)結束時的平(píng)衡方程，叠代(dài)方法采用🤟了(le)全牛頓一拉(lā)夫森法。
　　在幾何(hé)非線性方面(miàn)，從大位移以(yi)及大應變角(jiǎo)度來對陶瓷(ci)粉🌈末🛀件冷等(děng)靜壓成形過(guò)程進行分析(xī)，并采🈲用更新(xīn)的拉格朗日(ri)方法來描述(shu)坐标系。
　 　在邊界(jiè)條件非線性(xing)方面，由于在(zai)加壓變形過(guo)程中🌂粉體與(yǔ)橡膠😍模具的(de)接觸和相互(hu)間的摩擦起(qǐ)着重要作用(yòng)，其接觸約束(shu)通過直接約(yuē)束法來施加(jiā)。同時考慮到(dào)了加載方向(xiàng) 随(suí)結構變化而(er)變化的外力(lì)的影響。2.2材料模型(xíng)粉末材料是(shì)由大量顆粒(lì)構成的，每一(yī)個☔顆粒均✔️可(kě)以視爲*緻密(mì)體其變形行(hang)爲可以用傳(chuan)統的塑性力(li)學來描述📐。但(dan)是 由這些顆粒(lì)所組成的粉(fěn)末材料坯體(ti)含有一定的(de)♉孔隙，是一個(ge)🤩非連續體。這(zhè)種非連續體(tǐ)的變形是一(yī)個非常複雜(zá)的過程，等靜(jing)壓力影響粉(fěn)末材料的屈(qū)服。因此⚽，粉末(mò)材料 的屈服準(zhǔn)則需要考慮(lǜ)如下兩個問(wèn)題：粉末材料(liao)在塑性變形(xing)📱時的體積（密(mì)度）變化；粉末(mo)材料的屈服(fú)應力與相對(duì)密度有關系(xì)，相對密度越(yue)大，變形所需(xū)的🏃應力也越(yue)大。
　 　從八十年代(dài)中期開始，對(duì)粉末材料的(de)屈服準則進(jìn)行📐了一系列(lie)的研究工作(zuo)。尤其是近年(nián)來，随着粉末(mò)成形數值模(mo)拟📞技術的發(fa)展，粉末材料(liào)屈服準則的(de)🌏研究引🏃‍♂️起了(le)人們 的重視。許(xǔ)多學者提出(chu)了如式（1）的粉末材(cai)料成形條件(jiàn)式1靜(jìng)水壓力對粉(fen)體成形的影(yǐng)響，并且均可(kě)以用如下🔱的(de)一個通式♊來(lái)表示，即一YP爲材料(liào)常數，爲相對(duì)密度 的函數；m爲等靜(jìng)壓力；粉末材(cái)料的屈服應(ying)力0S與(yǔ)不可壓縮材(cái)料的屈服應(ying)力00之(zhī)間的關系可(kě)由下式給出(chu)，即在0S中包括粉末(mò)顆粒間的表(biǎo)面摩擦狀态(tai)、粉體的破 壞等(děng)因素的影響(xiǎng)，因此0S随相對密度(dù)的變化而不(bú)斷變化。而03不随相(xiang)對密度而變(bian)化本文研究(jiū)對象爲陶瓷(cí)粉末☎️材料的(de)參數Y卩、n、0與其種(zhǒng)類有關，目前(qián)這些參 數還不(bú)能從理論上(shang)給出，隻能通(tong)過：其中：CH）爲材料常(chang)數，具體取值(zhí)爲陶瓷粉末(mò)成形件CIP成形後頂(dǐng)部相對密度(du)分布的模拟(ni)結果。可以看(kàn)出☂️，芯棒🔞頂部(bù)倒角處 的相對(dui)密度較小，zui小(xiao)值隻有0.661其他區域(yu)的相對密度(du)較大，一般達(da)到0.885.由(yóu)此可見，通過(guo)有限元模拟(nǐ)可以清楚地(dì)了解到相對(duì)密度📞的分布(bu)情況，從而 發現(xian)産生密度缺(quē)陷的原因。
　　陶瓷(ci)粉末成形件(jiàn)頂部相對密(mi)度分布3.2陶瓷粉末(mo)流動情況所(suo)示爲成形過(guò)程中陶瓷粉(fěn)末顆粒❌流動(dong)情況。由于陶(táo)瓷粉末坯料(liào)帶 傾斜端面，在(zai)壓制時壓制(zhì)方向與傾斜(xié)端面不垂直(zhi)，從而使粉🔞體(ti)顆粒産生側(cè)向移動，并引(yǐn)發剪應力作(zuo)用，因此形成(chéng)低密度區域(yù)。從所示的頂(dǐng)部粉體顆粒(li)流動情況可(kě)以發 現，在頂部(bu)A區、B區部位(wei)粉體顆粒的(de)流動緩慢，且(qie)相鄰顆粒之(zhi)間的流動不(bu)協💁調，其位移(yí)行程有明顯(xian)差異，相鄰顆(kē)粒之間的變(biàn)形不一緻、不(bú)💃🏻協調💃🏻，存在明(ming)顯的難變形(xíng) 區(qu)域，變形受到(dao)阻礙作用，從(cóng)而産生了低(di)密度現象。其(qí)原因主要在(zai)于模具形狀(zhuàng)的影響，即變(biàn)形區對粉體(tǐ)的變形🧑🏽‍🤝‍🧑🏻與流(liú)❗動有阻礙作(zuò)用。
　　3.3相(xiang)對密度變化(huà)規律爲成形(xing)過程中陶瓷(ci)粉末件密度(dù)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻變化情況，其(qi)中，頂部節點(dian)和中部節點(diǎn)的位置分别(bie)位于所👣示的(de)頂部低密度(dù)區域和中部(bu)正常密度區(qu)域。
　　從中可以看(kan)出，模具形狀(zhuang)對陶瓷粉末(mo)成形件的壓(yā)密效果有極(ji)大影響。
　 　中部節(jie)點位于粉末(mo)成形件中部(bù)，變形時受模(mo)具形狀影響(xiǎng)較小💛，因而變(bian)形均勻，緻密(mi)效果良好，相(xiàng)對密💘度從0.45增至0.88.頂部節(jiē)點位于頂部(bu)芯棒倒角處(chù)低 密度區域，變(bian)形時受模具(ju)形狀影響較(jiao)大，因而變形(xing)不均勻，緻💋密(mi)🌈效果較差，密(mì)度僅從0.45增加到0.66左右。并(bìng)且，從圖中可(kě)以看出，頂部(bù)低密度區域(yù)處的粉 體在成(chéng)形過程初期(qi)的緻密行爲(wèi)良好，比位于(yu)中部💃🏻的粉體(ti)更易于變形(xing)，但在成形過(guò)程中間密度(du)反而開始降(jiang)低，從0.70下降到0.66左右。
　　在成形(xing)過 程初期粉體(tǐ)處于疏松狀(zhuang)态，各部分均(jun1)容易發生變(bian)形。并且位☂️于(yu)産品頂部的(de)粉體顆粒此(ci)時處于較佳(jiā)的三向壓應(ying)力狀态，比位(wei)于中部的粉(fěn)體更易于變(biàn)形，因而緻密(mì)效果更 佳。但在(zai)成形過程中(zhōng)期，由于受芯(xīn)棒形狀的影(ying)響，與型芯相(xiàng)接觸部位的(de)變形受阻，因(yīn)而壓密效果(guo)變差，同時由(yóu)于在頂部低(di)🤩密度🔴區域外(wài)圍的粉體顆(ke)粒仍繼續運(yùn)動變形， 并繼續(xù)壓密，因此就(jiù)在兩者之間(jiān)産生滑動，出(chū)現“搓揉”現象(xiàng)，從而造成該(gāi)部位密度持(chi)續下降，形成(cheng)了一🚶個低密(mì)度區域。
　　從以上(shàng)分析可以清(qing)晰地看出， 陶瓷(cí)粉末件的幾(jǐ)何形狀尺寸(cun)、模具形狀對(duì)密度分布有(yǒu)很大影📐響，該(gāi)陶瓷粉末成(cheng)形件的長寬(kuan)比大，尺寸變(biàn)🌈化大，壓制時(shi)易⛱️出現局部(bu)區域應力集(jí)中現象❌，變形(xíng)不易進行， 從而(er)出現低密度(dù)區域。同時，由(yóu)于粉末件坯(pī)料帶傾斜端(duan)面，在壓制成(cheng)形時壓制方(fāng)向與傾斜端(duān)面不垂直，使(shǐ)得粉體顆粒(li)産🧑🏽‍🤝‍🧑🏻生側向移(yí)動，從而造成(chéng)低密度區域(yu)的形成。本 研究(jiū)有助于對模(mo)具形狀提出(chu)改進方案，以(yi)提高陶瓷粉(fěn)🔴末成形件的(de)使用壽命。
　　4結論通(tong)過模拟發現(xiàn)芯棒頂部倒(dǎo)角處粉末材(cai)料的😍相對🌈密(mì)度zui小爲0.661，其他區域(yu)的相對密度(dù)較大，達到0.885.說明陶(táo)瓷粉末件的(de)幾何形狀尺(chi)寸、模具形狀(zhuang)對低密度區(qū)域的形成有(yǒu)極大影響。
　　由于(yú)陶瓷粉末坯(pī)料帶傾斜端(duan)面，在壓制成(cheng)形時壓制方(fāng)向與傾㊙️斜端(duān)面不垂直，易(yi)出現局部區(qu)域應力㊙️集中(zhōng)現象，變形不(bu)易📞進行，從而(ér)使粉體顆粒(lì)産生側向移(yí)動，并引發剪(jian)應力作用，因(yin)此形成低密(mì)度區域。