不銹鋼粉末熱等靜壓成形模擬與包套設(shè)計(jì)研究.pdf

1、與傳統(tǒng)機(jī)械壓力成形技術(shù)相比較，熱等靜壓技術(shù)成形的產(chǎn)品性能均勻、致密性高，為生產(chǎn)耐酸、耐磨損、耐高溫等的機(jī)械構(gòu)件提供了新的途徑。本文采用有限元模擬方法對不銹鋼粉末熱等靜壓成形過程的致密規(guī)律及其包套設(shè)計(jì)等展開研究。
　　本文采用Shima屈服準(zhǔn)則描述不銹鋼粉末材料本構(gòu)關(guān)系和Von-Mises屈服準(zhǔn)則描述包套材料本構(gòu)關(guān)系，利用Marc有限元軟件中的熱機(jī)耦合模型對圓柱體粉末熱等靜壓成形過程進(jìn)行了建模，分析確定了數(shù)值模擬模型中不銹鋼粉末的參

2、數(shù)。對多組不同溫度和壓力下的等靜壓成形過程進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果表明，粉末體的平均相對密度隨著保溫溫度的增加及保壓壓力的增加而增加。結(jié)合實(shí)際熱等靜壓設(shè)備的條件和材料特性，對上述熱等靜壓成形過程的工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得到最佳工藝參數(shù)為溫度1050℃和壓力140MPa。在最佳工藝條件下，圓柱體樣件的相對密度最高達(dá)到0.9878。密度分布的結(jié)果表明，在壓力和溫度的共同作用下，粉末體和包套整體發(fā)生不均勻收縮，包套頂端中心部分軸向收縮最大，包套中間

3、部分徑向收縮最大，棱角處整體收縮最小。包套材料的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接影響了熱等靜壓成形過程的實(shí)現(xiàn)，因此要選擇合適的包套材料和設(shè)計(jì)合理的包套結(jié)構(gòu)是十分重要的。根據(jù)包套厚度的取值范圍，設(shè)計(jì)了1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm不同的包套厚度，包套的材料為304不銹鋼。在最佳保壓壓力140MPa和保溫溫度1050℃條件下，對粉末體熱等靜壓成形過程進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果表明在不同包套厚度下，粉末體的收縮量都小于13.0％。此

4、外，模擬中發(fā)現(xiàn)包套棱角處應(yīng)盡量避免直角而設(shè)計(jì)成圓角，可降低包套的抗變形能力，能夠促使包套徑向均勻收縮，提高粉末體的相對密度及其均勻分布。根據(jù)對簡單柱狀樣件模擬后獲得的理想的工藝條件和包套結(jié)構(gòu)，結(jié)合整體葉盤的形狀特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了整體葉盤的包套結(jié)構(gòu)。與簡單柱狀樣件不同，整體葉盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是葉片比較薄，包套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中添加了剛性型芯鑲塊，以保證葉片的形狀。模擬結(jié)果表明由于型芯鑲塊的添加和特殊位置邊界條件的設(shè)置，整體葉盤收縮不均勻，但仍保持線性收

5、縮，未發(fā)生畸變，葉片仍能保持原來的形狀，方便后期的機(jī)械加工。在型芯鑲塊附近，鑲塊阻礙了粉末體的收縮，使鑲塊附近粉末體相對密度較低。雖然有些部位相對密度已經(jīng)達(dá)到100％，但是相對密度分布不均勻，粉末體的收縮未達(dá)到理想的尺寸，需要進(jìn)一步修改包套結(jié)構(gòu)以提高粉末體的相對密度分布的均勻性。本文從簡單柱狀件到整體葉盤復(fù)雜件，實(shí)現(xiàn)了從工藝條件與包套結(jié)構(gòu)對不銹鋼粉末熱等靜壓成形過程的數(shù)值模擬，并對其致密規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的分析，為復(fù)雜零件的熱等靜壓生產(chǎn)中工