分布情(qing)況，分析了陶(táo)瓷粉末成形(xíng)件出現密度(dù)不均現象的(de)原因。研究結(jié)果有助于對(duì)等靜壓工藝(yi)進行💞優化設(she)計。
　 　1前(qian)言粉末等靜(jìng)壓成形過程(cheng)是一個非常(cháng)複雜的成形(xing)🎯過☂️程，涉及到(dào)許多過程參(can)數，例如粉末(mò)材料的各📱種(zhong)組元、含量，模(mo)具的種類、形(xíng)狀，加工溫度(du)、濕度、壓力等(deng)。 在(zai)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(xu)要以各🐆個顆(kē)粒👉之間的變(biàn)形以及各顆(kē)粒之間的協(xie)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(lǜ)存在敏感性(xìng)🔞的特點；2）工件、模具(jù)的複雜形狀(zhuang)、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(yu) 用(yòng)理論解析方(fang)法來對粉末(mo)等靜壓成形(xíng)過程求解。目(mù)前在實際生(shēng)産應用當中(zhong)，一般都采用(yong)反複試驗的(de)方法來确定(ding)💘模具尺寸。這(zhe)種方法不僅(jin)不能保證等(deng)靜壓坯料的(de)❌質量， 而且還存(cun)在着模具設(she)計周期長、産(chan)品尺寸精度(dù)差以及密度(dù)不均等問題(tí)，消耗了大量(liàng)的人力、物力(li)和時間。
　　因此采(cai)用計算機有(yǒu)限元法模拟(ni)粉末冶金零(líng)件等靜🤟壓成(chéng)🔆形過程就成(chéng)爲了一種快(kuài)速有效的設(she)計方法。
　　通過有(you)限元模拟，可(ke)以給出成形(xíng)過程中粉末(mo)坯料幾🧑🏾‍🤝‍🧑🏼何‼️形(xíng)🈲狀、應力應變(bian)場、密度分布(bù)等數據，并據(jù)此分😍析出現(xian)質量缺陷的(de)原因，從而能(neng)及時改進加(jia)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(xiào)率，降低成本(ben)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(xi)模型的建立(li)2.1有限(xian)元模拟技術(shù)問題本解析(xī)的研究對象(xiàng)爲如所🐇示✂️的(de)陶瓷粉💛末成(cheng)形件，外層是(shi)橡膠模具、中(zhōng)間是陶👉瓷粉(fěn)末坯✉️料、裏🍉層(ceng)是芯棒💜。由于(yú)載荷和形狀(zhuàng)的對稱性，将(jiang)陶瓷粉末🈚件(jiàn)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(fěn)體橡膠模具(jù)陶瓷粉末成(chéng)形件🐉的♌幾何(hé)模型陶瓷粉(fěn)末件的冷等(deng)靜壓（cip）成形過程，具(jù)有幾何非線(xian)性、材料非線(xiàn)性、邊界條件(jian)🐪非🔆線性等特(tè) 點(diǎn)，因而在此采(cai)用了增量非(fēi)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(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(yǐ)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(xi)，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(yǔ)👌橡膠模具的(de)接觸和相互(hu)間的摩擦起(qi)着重要作用(yòng)，其✌️接觸約束(shù)👨‍❤️‍👨通過直接約(yue)束法來施加(jia)。同時✊考慮到(dào)了加載方向(xiang) 随(suí)結構變化而(ér)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(yi)個顆粒均🔴可(kě)以視爲*緻密(mi)體其變形行(háng)爲可以用傳(chuán)統的塑😍性力(lì)學來☂️描述。但(dan)是 由這些顆粒(lì)所組成的粉(fěn)末材料坯體(tǐ)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(yī)😍個非常複☁️雜(za)的過程，等靜(jìng)壓力影響粉(fěn)末材料的屈(qū)服。因此，粉末(mo)材料 的屈服準(zhun)則需要考慮(lǜ)如下兩個問(wen)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(fu)應力與相對(dui)密度有關系(xì)，相對密度越(yuè)大，變形所需(xu)的應力也越(yue)大。
　 　從八十年代(dai)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(mò)成形數值模(mó)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(jiàn)式1靜(jing)水壓力對粉(fěn)體成形的影(ying)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(dui)密度 的函數；m爲等靜(jìng)壓力；粉末材(cai)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(chu)，即在0S中包括粉末(mò)顆粒間的表(biao)面摩擦狀态(tài)、粉體的破 壞等(deng)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(xiang)對密度而變(biàn)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(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(ding)部相對密度(du)分布的模拟(nǐ)結果。可以看(kàn)出🚩，芯棒頂💚部(bù)倒👅角處 的相對(duì)密度較小，zui小(xiao)值隻有0.661其他區域(yù)的相對密度(dù)較大，一般達(dá)到0.885.由(you)此可見，通過(guò)有限元模拟(ni)可以清楚地(dì)了解到相對(dui)密度的🐕分布(bu)情況，從而 發現(xian)産生密度缺(que)陷的原因。
　　陶瓷(ci)粉末成形件(jian)頂部相對密(mì)度分布3.2陶瓷粉末(mò)流動情況所(suo)示爲成形過(guo)程中陶瓷粉(fen)末顆👅粒🌈流動(dòng)情🥵況。由于陶(tao)瓷粉末坯料(liào)帶 傾斜端面，在(zài)壓制時壓制(zhi)方向與傾斜(xie)端面不垂直(zhi)，從而使🈲粉體(ti)顆粒産生側(cè)向移動，并引(yin)發剪應力作(zuo)用，因此形成(chéng)低密度❓區域(yu)。從所示的頂(dǐng)部粉體顆粒(li)流動情況可(ke)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(bu)🐅協調，存在明(ming)顯的難變形(xíng) 區(qū)域，變形受到(dào)阻礙作用，從(cong)而産生了低(dī)密度現象。其(qi)原因主要在(zài)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(zuo)用。
　　3.3相(xiàng)對密度變化(hua)規律爲成形(xing)過程中陶瓷(cí)粉末件密度(dù)❤️變化情況🈲，其(qí)中，頂部節點(diǎn)和中部節點(diǎn)的位置分别(bié)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(zhuàng)對陶瓷粉末(mo)成形件的壓(yā)♊密效果有極(ji)大影響。
　 　中部節(jiē)點位于粉末(mo)成形件中部(bu)，變形時受模(mo)具形狀影響(xiang)較小，因而變(bian)形均勻，緻密(mi)效果良好，相(xiang)對密度從0.45增至0.88.頂部節(jie)點位于頂部(bù)芯棒倒角處(chù)低 密度區域，變(bian)形時受模具(jù)形狀影響較(jiào)大，因而變形(xíng)💘不均勻，緻密(mi)效果較差，密(mi)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(bu)低密度區域(yù)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(xing)，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(tǐ)處于疏松狀(zhuàng)态，各部分均(jun1)容易發生變(biàn)形。并✊且位💰于(yú)☀️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(wèi)于中部的粉(fen)體更易于變(bian)😘形，因而緻密(mì)效果更 佳。但在(zai)成形過程中(zhong)期，由于受芯(xin)棒形狀的影(ying)響，與型芯相(xiang)接觸部位的(de)變形受阻，因(yīn)而壓密效果(guo)變差，同時由(you)于在頂部低(di)密度區域外(wài)圍的粉體顆(ke)粒仍繼續運(yun)動變形， 并繼續(xù)壓密，因此就(jiu)在兩者之間(jiān)産生滑動，出(chū)現“搓揉㊙️”現象(xiàng)，從而造成該(gai)部位密度持(chí)續下降，形成(chéng)了一🈲個低密(mi)度區域。
　　從以上(shàng)分析可以清(qīng)晰地看出， 陶瓷(ci)粉末件的幾(jǐ)何形狀尺寸(cun)、模具形狀對(duì)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(biàn)化大，壓制時(shí)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(du)區域。同時，由(yóu)于粉末件坯(pi)料帶傾⭐斜端(duan)面，在壓制成(chéng)形時壓制方(fang)向與傾斜端(duan)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(yù)的形成。本 研究(jiu)有助于對模(mo)具形狀提出(chu)改進方案，以(yǐ)提高陶瓷粉(fěn)末成形件的(de)使用壽命。
　　4結論通(tōng)過模拟發現(xiàn)芯棒頂部倒(dao)角處粉末材(cai)料的相對密(mi)度zui小爲0.661，其他區域(yù)的相對密度(du)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(zhuàng)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(yi)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(jian)應力作用，因(yin)此形成低密(mi)度區域。