陶瓷擠壓模具的結構優(yōu)化設計及制造基礎研究.pdf

1、本文針對陶瓷模具材料很脆、承拉能力差,從提高陶瓷模具的使用壽命防止出現(xiàn)早期縱向和橫向裂紋出發(fā),以陶瓷凹模不受拉應力、外層鋼圈正好屈服為目標函數,對陶瓷-鋼組合凹模的的理論計算做了進一步的推導,并采用了有限元分析軟件對陶瓷凹模進行了數值模擬,在此基礎上通過熱壓燒結制備了陶瓷凹模。
　　 基于彈性力學的厚壁筒理論,對組合凹模切向正應力和過盈量的理論計算做了進一步的推導。研究發(fā)現(xiàn)先前的計算方法在推導不考慮接觸預緊力陶瓷凹模的切向正應力

2、時,忽略了陶瓷與鋼材料間彈性模量與泊松比的差別,最終先前的計算方法提高了組合凹模的預緊力和陶瓷內壁的壓應力；以三層組合凹模為例,研究了有限元數值模擬與正交試驗相結合進行模具尺寸設計的方法。將正交試驗的最優(yōu)值代入理論公式,將數值模擬結果與理論解進行了對比,結果表明理論公式較好的表示了陶瓷-鋼組合凹模的受力情況。
　　 選取納微米復合陶瓷模具材料ZrO2/TiB2/Al2O3,以有限元分析軟件ANSYS10.0的靜態(tài)結構分析為基礎,

3、利用正交試驗優(yōu)化了兩層和三層預緊組合凹模所對應的陶瓷凹模半徑和外層鋼圈的半徑及其過盈量。在靜態(tài)分析的基礎上,利用有限元分析軟件ANSYS/LS_DYNA對冷擠壓組合凹模進行了摩擦熱應力分析,發(fā)現(xiàn)隨著摩擦系數的增加,陶瓷凹模所受到的側壓力和拉應力不斷增加；對組合凹模進行了瞬態(tài)熱分析,發(fā)現(xiàn)隨著擠壓溫度的升高,組合凹模中陶瓷凹模所受到最大拉應力逐漸增大。研究表明適當的減小擠壓溫度有利于陶瓷凹模的使用壽命。對熱擠壓的過程進行了研究,發(fā)現(xiàn)陶瓷凹模

4、的工作區(qū)域具有較高的溫度梯度,熱膨脹量大,而陶瓷凹模的非工作區(qū)域熱膨脹量小,導致陶瓷凹模的兩側非工作區(qū)域存在較高的拉應力。
　　 對復雜型腔的陶瓷組合凹模進行了有限元模擬分析,以陶瓷凹模不受拉應力為目標,為了進一步消除冷擠壓組合凹模的軸向拉應力,將陶瓷凹模進行軸向分割。研究發(fā)現(xiàn)與退料間隙的結構優(yōu)化相比,此時陶瓷凹模受到的最大拉應力減少了一半。最后,對熱擠壓時擠壓組合凹模的入模角度和過盈量進行了優(yōu)化。
　　 對陶瓷凹模的制