分布情(qing)況，分析了陶(táo)瓷粉末成形(xing)件出現密度(dù)不均現象的(de)原因💛。研究結(jie)果有助于對(duì)等靜壓工藝(yi)進行優化設(she)計。
　 　1前(qián)言粉末等靜(jing)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(can)數，例如粉末(mò)材料的各種(zhong)組元、含量，模(mó)具的種類👅、形(xing)狀，加工溫度(du)、濕度、壓力等(deng)。 在(zai)進行解析時(shí)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(dìng)孔隙，是一個(ge)非連續體需(xu)要以各🔆個⛹🏻‍♀️顆(ke)粒之間的變(biàn)形以及各顆(ke)粒之間的協(xie)調關系來研(yan)究🔞其整體變(bian) 形(xing)，還要考慮粉(fen)末材料對溫(wēn)度、應變速率(lǜ)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(bian)界條件；4）有限變形(xing)等方面的因(yīn)素。因此，難于(yú) 用(yong)理論解析方(fang)法來對粉末(mò)等靜壓成形(xíng)過程求解🌈。目(mu)前☂️在實際生(sheng)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(jin)不能保證等(děng)靜壓坯料的(de)質量， 而且還存(cún)在着模具設(she)計周期長、産(chan)品尺寸精度(du)差以及😘密度(dù)不均等問題(tí)，消耗了大量(liang)的人力、物力(li)和㊙️時間。
　　因此采(cǎi)用計算機有(yǒu)限元法模拟(ni)粉末冶金零(ling)件等🌂靜壓成(cheng)形過程就成(chéng)爲了一種快(kuai)速有效的設(she)計方法。
　　通過有(you)限元模拟，可(kě)以給出成形(xing)過程中粉末(mò)坯料幾何形(xing)🐅狀、應🐪力應變(biàn)場、密度分布(bu)等數據，并據(jù)此分析出現(xiàn)質量缺陷的(de)原因💘，從而能(néng)及時改進加(jiā)工過程，快速(su)有效地确定(dìng)模具的zui終理(li)想形狀，達到(dao)提高生産效(xiao)率，降低成本(běn)的目的。
　　本文主(zhǔ)要對陶瓷粉(fen)末件的冷等(děng)靜壓（CIP）成形過程進(jìn)行分析讨論(lun)。
　　2解析(xī)模型的建立(lì)2.1有限(xian)元模拟技術(shù)問題本解析(xi)的研究對象(xiàng)爲如所示的(de)陶瓷粉末成(chéng)形件，外層是(shi)橡膠模具、中(zhong)間是陶瓷粉(fen)末坯料、裏🐅層(céng)是芯棒。由于(yu)載荷和形狀(zhuang)的對稱性，将(jiang)陶瓷粉末件(jiàn)的成形過程(cheng)簡化爲一個(ge)典型的軸對(dui)稱問題。
　 　中部K域頂部(bù)區域芯棒粉(fen)體橡膠模具(ju)陶瓷粉末成(cheng)形件的幾何(hé)模㊙️型陶瓷粉(fen)末件的冷等(deng)靜壓（cip）成形過程，具(ju)有幾何非線(xiàn)性、材料非線(xiàn)性、邊界條件(jian)非線性♋等特(tè) 點(dian)，因而在此采(cǎi)用了增量非(fei)線性有限元(yuán)對非線性代(dài)數方程組進(jin)行叠代求解(jiě)以滿足每步(bù)結束時的平(ping)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(mian)，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(rì)方法來描述(shu)坐标系。
　 　在邊界(jiè)條件非線性(xìng)方面，由于在(zài)加壓變形過(guo)程中粉體與(yu)🐇橡膠模具的(de)接觸和相互(hu)間的摩擦起(qi)着重要作用(yong)，其接觸約束(shu)通過直接約(yue)束法來施加(jia)。同時考慮到(dào)了加載方向(xiàng) 随(sui)結構變化而(ér)變化的外力(lì)的影響。2.2材料模型(xing)粉末材料是(shì)由大量顆粒(lì)構成的，每一(yi)個顆粒均可(kě)以視爲*緻密(mi)體其變形行(hang)爲可以用傳(chuan)統的塑性力(li)學來描述。但(dàn)是 由這些顆粒(li)所組成的粉(fen)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(ti)的變形是一(yi)個非⭐常複雜(zá)的過程，等靜(jing)壓力影響粉(fen)末材料的屈(qū)服。因此，粉末(mò)材料 的屈服準(zhun)則需要考慮(lü)如下兩個問(wèn)題：粉末材料(liao)在塑性變🍓形(xing)時的體積（密(mi)度）變化；粉末(mò)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(xu)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(jin)行了一系⛷️列(liè)🏒的研究工作(zuò)。尤其是近年(nian)來，随着粉末(mo)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(xu)多學者提出(chu)了如式（1）的粉末材(cai)料成形條件(jian)式1靜(jing)水壓力對粉(fěn)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(liao)常數，爲相對(duì)密度 的函數；m爲等靜(jing)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(yīng)力00之(zhi)間的關系可(kě)由下式給出(chū)，即在0S中包括粉末(mo)顆粒間的表(biao)面摩擦狀态(tài)、粉體的破 壞等(děng)因素的影響(xiang)，因此0S随相對密度(du)的變化而不(bú)斷變化。而03不随相(xiàng)對密度而變(bian)化本文研究(jiū)對象爲陶瓷(ci)粉末材料的(de)參數Y卩、n、0與其種(zhong)類有關，目前(qián)這些參 數還不(bú)能從理論上(shàng)給出，隻能通(tōng)過：其中：CH）爲材料常(cháng)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(kan)出，芯棒頂部(bu)倒角處 的相對(dui)密度較小，zui小(xiǎo)值隻有0.661其他區域(yù)的相對密度(du)較大，一般達(dá)到0.885.由(you)此可見，通過(guo)有限元模拟(ni)可以清楚地(dì)了解到相對(duì)🙇‍♀️密度的分布(bù)情況，從而 發現(xiàn)産生密度缺(que)陷的原因。
　　陶瓷(ci)粉末成形件(jian)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(tao)瓷粉末坯料(liao)帶 傾斜端面，在(zai)壓制時壓制(zhi)方向與傾斜(xie)端面不垂直(zhi)，從而使粉👣體(tǐ)顆粒産生側(cè)向移動，并引(yin)發剪應力作(zuo)用，因此形成(cheng)低⭐密度區域(yù)。從所示的頂(dǐng)部粉體顆粒(lì)流動情況可(kě)以發 現，在頂部(bù)A區、B區部位(wèi)粉體顆粒的(de)流動緩慢，且(qiě)相鄰顆粒之(zhī)間的流動不(bu)協調，其位移(yi)行程有明顯(xian)差異，相鄰顆(ke)粒之間的變(biàn)形不一緻、不(bú)💁協調，存在明(míng)顯的難變形(xing) 區(qū)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(liu)動有阻礙作(zuò)用。
　　3.3相(xiang)對密度變化(hua)規律爲成形(xing)過程中陶瓷(ci)粉末件密🚶‍♀️度(dù)變化情況，其(qí)中，頂部節點(diǎn)和中部節點(dian)的位置分♌别(bié)位♍于所示的(de)頂部低密度(du)區域和中部(bu)正常密度區(qū)域。
　　從中可以看(kan)出，模具形狀(zhuàng)對陶瓷粉末(mo)成形件的壓(ya)密效果有極(ji)大影響。
　 　中部節(jiē)點位于粉末(mò)成形件中部(bù)，變形時受模(mó)具形狀❓影響(xiang)較小，因而變(biàn)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(jie)點位于頂部(bu)芯棒倒角處(chu)低 密度區域，變(biàn)形時受模具(ju)形狀影響較(jiao)大，因而變形(xíng)不均勻🌍，緻密(mì)💁效果較差，密(mì)度僅從0.45增加到0.66左右。并(bing)且，從圖中可(ke)以看出，頂部(bù)低密度區域(yu)處的粉 體在成(chéng)形過程初期(qī)的緻密行爲(wei)良好，比位于(yú)中部的粉體(tǐ)更易于變形(xíng)，但在成形過(guo)程中間密度(dù)反而開始降(jiang)低✂️，從0.70下降到0.66左右。
　　在成形(xíng)過 程初期粉體(ti)處于疏松狀(zhuang)态，各部分均(jun)容易發生變(biàn)形。并且位于(yu)産品頂部的(de)粉體顆粒此(cǐ)時處于較佳(jiā)的三向壓應(yīng)力狀态，比位(wei)于中部的粉(fen)體更易于變(bian)形，因而♈緻密(mi)效果更 佳。但在(zài)成形過程中(zhōng)期，由于受芯(xin)棒形狀的影(yǐng)響，與型芯相(xiang)接💋觸部位的(de)變形受阻，因(yīn)而壓密效果(guǒ)變差，同時由(yóu)于在頂部低(dī)密度💔區域外(wài)圍的粉體顆(ke)粒仍😍繼續運(yun)動變形， 并繼續(xu)壓密，因此就(jiu)在兩者之間(jiān)産生滑動，出(chu)現“搓🏃🏻揉”現象(xiang)，從而造成該(gāi)部位密度持(chi)續下降，形成(cheng)了一個低密(mi)度區域。
　　從以上(shang)分析可以清(qīng)晰地看出， 陶瓷(ci)粉末件的幾(ji)何形狀尺寸(cùn)、模具形狀對(dui)密度分布有(you)很大影響，該(gāi)陶瓷粉末成(chéng)形件的長寬(kuān)比大，尺寸變(bian)😘化大，壓制時(shí)易出現局部(bù)區域應力集(ji)中現象，變形(xing)不易進行， 從而(ér)出現低密度(du)區域。同時，由(you)于粉末件坯(pi)料帶傾斜端(duan)面，在⚽壓制成(chéng)形時壓制方(fāng)向與傾斜端(duan)面不垂直，使(shi)得粉體顆粒(li)産生側💯向移(yi)動，從而造成(chéng)低密度區域(yù)的形成。本 研究(jiū)有助于對模(mó)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(cái)料的相對密(mì)度☔zui小爲0.661，其他區域(yu)的相對密度(du)較大，達到0.885.說明陶(tao)瓷粉末件的(de)幾何形狀尺(chi)寸、模具形狀(zhuang)對低密🚶度🧑🏽‍🤝‍🧑🏻區(qu)⛷️域的形成有(you)極大影響。
　　由于(yú)陶瓷粉末坯(pī)料帶傾斜端(duān)面，在壓制成(cheng)形時壓制方(fāng)向與傾斜端(duan)面不垂直，易(yì)出現局部區(qu)域應力集中(zhong)🌈現象🏃‍♂️，變形不(bu)易進行，從而(ér)使粉體顆粒(li)産生側🌐向移(yí)動，并引發剪(jiǎn)應力作用，因(yīn)此形成💔低密(mì)度區域。