分布情(qing)況，分析了陶(tao)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(dui)等靜壓工藝(yì)進行🆚優化設(she)計。
　 　1前(qian)言粉末等靜(jing)壓成形過程(chéng)是一個非常(chang)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(xing)狀，加工溫度(dù)、濕度、壓力等(deng)。 在(zài)進行解析時(shi)還要考慮以(yi)下多方面因(yin)素的影響：1）粉末材(cai)料含有一定(dìng)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(xie)調關系來研(yan)究其整體變(bian) 形(xíng)，還要考慮粉(fen)末材料對溫(wen)度、應變速率(lü)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(xíng)等方面的因(yīn)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(xíng)過程求解💃。目(mu)前在實際生(shēng)産應用當中(zhōng)，一般都采用(yòng)反複試驗的(de)方法來✨确定(dìng)模具尺寸。這(zhe)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(du)🚶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(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(kuai)速有效的設(she)計方😍法。
　　通過有(yǒu)限元模拟，可(kě)以給出成形(xing)過程中粉末(mò)坯料💘幾何形(xíng)狀、應力應變(biàn)場、密度分布(bù)等數據，并據(ju)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(sù)有效地🐅确定(ding)模具的zui終理(lǐ)想形狀，達到(dào)提高生産效(xiao)率，降低成本(ben)的目的。
　　本文主(zhu)要對陶瓷粉(fěn)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(xiàn)元模拟技術(shù)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(shi)橡膠模具、中(zhong)間是陶瓷粉(fěn)末坯料、裏📞層(ceng)是芯棒。由于(yu)載荷和形狀(zhuàng)的對稱性，将(jiang)陶瓷粉末件(jian)的成形過程(chéng)簡化爲一個(gè)典型的軸對(dui)稱問題。
　 　中部K域頂部(bu)區域芯棒粉(fen)體橡膠模具(ju)陶瓷粉末成(cheng)形件的幾💰何(he)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(tè) 點(dian)，因而在此采(cai)用了增量非(fei)線性有限元(yuán)對非線性代(dai)數方程組進(jin)行叠代求解(jie)以滿足每步(bu)結束時的平(píng)衡方程🚶，叠代(dai)方法采用了(le)全牛頓一拉(lā)夫森法。
　　在幾何(he)非線性方面(miàn)，從大位移以(yǐ)及大應變角(jiao)度來對陶瓷(ci)粉末件冷等(deng)靜壓成形過(guo)程進行分析(xī)，并采用更新(xin)的拉格朗日(rì)方法來描述(shu)坐标系。
　 　在邊界(jie)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(yòng)，其接觸🈲約束(shù)通過直接約(yue)束法來施加(jiā)。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(li)的影響。2.2材料模型(xing)粉末材料是(shi)由大量顆粒(li)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(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(zhe)種非連續體(ti)的變形是一(yi)個非😄常複雜(za)的過程，等靜(jing)壓力影響粉(fen)末材料的屈(qu)☁️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(xíng)時的體積（密(mi)度）變化；粉末(mo)材料的屈服(fú)應力與相對(dui)密度有關系(xì)，相對密度越(yue)大，變形所需(xu)的應力也越(yuè)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(lie)的研究工作(zuò)。尤其是近年(nian)來，随着粉末(mò)成形數值模(mo)拟技術的發(fā)展，粉末材料(liao)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(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(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(yu)不可壓縮材(cái)料的屈服應(ying)力00之(zhi)間的關系可(kě)由下式給出(chū)，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(děng)因素的影響(xiǎng)，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(bian)化本文研究(jiu)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(bu)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(zhi)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(nǐ)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(xiao)值隻有0.661其他區域(yu)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(nǐ)可以清楚地(dì)了解到相對(dui)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(cí)粉末成形件(jiàn)頂部相對密(mì)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(fen)末顆粒流動(dong)情🧑🏾‍🤝‍🧑🏼況。由于陶(táo)瓷粉末坯料(liao)帶 傾斜端面，在(zài)壓制時壓制(zhì)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(yǐn)發剪應力作(zuo)用，因此形成(cheng)低密度區域(yù)。從所示的頂(ding)部粉體顆粒(li)流動情況可(kě)以發 現，在頂部(bù)A區、B區部位(wei)粉體顆粒的(de)流動緩慢，且(qie)相鄰顆粒之(zhī)間的流動不(bú)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(míng)顯的難變形(xing) 區(qū)域，變形受到(dao)阻礙作用，從(cong)而産生了低(dī)密度現象。其(qí)原因主要💔在(zài)于模具形狀(zhuang)的影響，即變(biàn)形區對粉體(ti)的變形與流(liu)動有阻礙作(zuo)用。
　　3.3相(xiang)對密度變化(huà)規律爲成形(xíng)過程中陶瓷(cí)粉末件密度(du)變化情況，其(qi)中，頂部節點(dian)和中部節點(dian)的位置分别(bié)位于所示的(de)🔅頂部♈低密✌️度(dù)區域和中部(bù)正常密度區(qu)域。
　　從中可以看(kàn)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(jie)點位于粉末(mo)成形件中部(bù)，變形時受模(mó)具形狀影響(xiǎng)🛀較小，因而變(biàn)形均勻，緻密(mì)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(biàn)形時受模具(jù)形狀影響較(jiào)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(bìng)且，從圖中可(ke)以看出，頂部(bu)低密度區域(yu)處的粉 體在成(chéng)形過程初期(qī)的緻密行爲(wèi)良好，比位于(yú)中部的粉體(tǐ)更易于變形(xing)，但在成形過(guò)程中間密度(du)反而開始降(jiàng)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(yú)産品頂部的(de)粉體顆粒此(ci)時處于較佳(jia)的三向壓應(ying)力狀态，比位(wèi)于中部的粉(fěn)體更易于變(bian)💁形，因而緻密(mì)效果更 佳。但在(zai)成形過程中(zhōng)期，由于受芯(xin)棒形狀的影(yǐng)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(you)于在頂部低(dī)👅密度區域外(wài)圍的粉體顆(kē)粒仍繼續運(yun)動變形， 并繼續(xu)壓密，因此就(jiù)在兩者之間(jian)産生滑動，出(chu)現“搓🔴揉🛀”現象(xiang)💞，從而🈲造成該(gai)部位密度持(chi)續下降，形成(chéng)了一個低密(mi)度區域。
　　從以上(shàng)分析可以清(qing)晰地看出， 陶瓷(ci)粉末件的幾(ji)何形狀尺寸(cun)、模具形狀對(dui)密度分布有(you)很大影⭐響，該(gai)陶瓷粉末成(cheng)形件的長寬(kuān)比大，尺👣寸變(biàn)化大，壓制🔞時(shi)易出現局部(bù)區域應力集(jí)中現象，變形(xing)不易進行， 從而(er)出現低密度(dù)區域。同時，由(you)于粉末件坯(pi)料帶傾斜端(duān)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(yu)的✔️形成。本 研究(jiu)有助于對模(mó)具形狀提出(chū)改進方案，以(yǐ)提高陶瓷粉(fen)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(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(qū)域的形成有(you)極大影響。
　　由于(yú)陶瓷粉末坯(pi)料帶傾斜端(duān)面，在壓制成(chéng)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(bú)易進行，從而(ér)使粉體顆粒(lì)産生側向移(yi)動，并引發🔴剪(jiǎn)應力作用，因(yīn)此形成低密(mi)度區域。