金屬和陶瓷粉末燒結(jié)工藝的試驗(yàn)、建模和數(shù)值模擬.pdf

1、燒結(jié)是粉末注射成形(PIM)的重要工藝步驟之一．預(yù)測(cè)燒結(jié)后最終產(chǎn)品的收縮以及力學(xué)性能對(duì)于注射成形模具以及工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)十分重要。本論文工作主要研究燒結(jié)過程的建、參數(shù)標(biāo)定以及數(shù)值模擬。相關(guān)試驗(yàn)研究工作針對(duì)316L不銹鋼和氧化鋁粉末注射成形零件進(jìn)行。 本研究中采用基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的宏觀燒結(jié)模型。在使用的熱彈粘塑性本構(gòu)關(guān)系中，剪切粘度模量和體積粘度模量的通過粘性-彈性類比分析和擴(kuò)散蠕變模型確定。采用經(jīng)驗(yàn)公式確定燒結(jié)模型中燒結(jié)應(yīng)力和晶粒

2、長(zhǎng)大參數(shù)。為了獲得準(zhǔn)確的數(shù)值模擬結(jié)果，燒結(jié)模型中的參數(shù)通過試驗(yàn)標(biāo)定。對(duì)于316L不銹鋼粉末注射成形零件，致密化過程十分迅速且發(fā)生在很窄的溫度區(qū)間。參數(shù)標(biāo)定針對(duì)燒結(jié)的三個(gè)階段分別進(jìn)行。燒結(jié)過程中重力作用下的燒結(jié)試驗(yàn)用于標(biāo)定粘度模量。在此基礎(chǔ)之上，膨脹計(jì)中的燒結(jié)試驗(yàn)用于測(cè)量試驗(yàn)在燒結(jié)過程中的實(shí)時(shí)收縮率。該結(jié)果用于標(biāo)定燒結(jié)應(yīng)力表達(dá)式中的材料參數(shù)。對(duì)于氧化鋁粉末注射成形產(chǎn)品，燒結(jié)致密化的過程相對(duì)比較緩慢，而發(fā)生在較寬的溫度區(qū)間。采用膨脹計(jì)試驗(yàn)測(cè)

3、得的實(shí)時(shí)收縮率和收縮速率曲線，針對(duì)整個(gè)燒結(jié)過程標(biāo)定燒結(jié)模型中的參數(shù)。通過與相應(yīng)參考資料比較，本研究標(biāo)定得到的兩種材料在燒結(jié)過程中的粘度和燒結(jié)應(yīng)力結(jié)果合理。 基于所述的燒結(jié)模型和標(biāo)定得到的模型參數(shù)，采用有限元方法實(shí)施數(shù)值模擬。本研究中基于實(shí)驗(yàn)室在Matkb平臺(tái)上開發(fā)的數(shù)值模擬程序和商用有限元軟件實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程的數(shù)值模擬。燒結(jié)模擬中引入了注射成形坯件的初始非均勻密度分布因素。該效應(yīng)是由于注射過程中粉末與粘結(jié)劑間的分離現(xiàn)象造成。通過實(shí)驗(yàn)