陶瓷粉末壓制成型過(guò)程數(shù)值模擬的研究.pdf

1、陶瓷材料具有強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、耐放射性等一系列優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、國(guó)防、航天航空等諸多領(lǐng)域。陶瓷粉末干壓成型和冷等靜壓成型是制備陶瓷結(jié)構(gòu)部件的重要方法。干壓法成型主要適用于制備圓形、薄片狀的小部件，由于干壓成型的加壓方向只限于軸向，壓成的坯體結(jié)構(gòu)具有明顯的各向異性。冷等靜壓成型可用于制備大尺寸陶瓷部件，所得坯體致密均勻性較好。目前，一般采用反復(fù)試驗(yàn)的方法來(lái)確定陶瓷粉末成型工藝和模具形狀尺寸。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)

2、的發(fā)展，通過(guò)有限元法數(shù)值模擬可以從根本上解決粉末成型工藝設(shè)計(jì)過(guò)于依賴經(jīng)驗(yàn)的問(wèn)題，達(dá)到改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低成本，優(yōu)化模具和工藝設(shè)計(jì)的目的。 本文主要對(duì)陶瓷粉末的干壓成型和濕式等靜壓成型進(jìn)行數(shù)值模擬和應(yīng)用研究。模擬工作在大型有限元軟件Msc.Marc/Mentat2003中完成。首先，通過(guò)對(duì)ZrO<,2>陶瓷粉末干壓成型小圓片過(guò)程進(jìn)行了模擬，分析了陶瓷粉料在加壓過(guò)程中的密度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)變化、粉末材料的流動(dòng)情況以及粉料和模壁

3、之間的摩擦對(duì)坯體性能的影響，并精確預(yù)測(cè)了坯體的尺寸。此外，本文重點(diǎn)對(duì)濕式等靜壓成型ZrO<,2>陶瓷柱塞過(guò)程進(jìn)行了模擬，分析了陶瓷粉末變形過(guò)程中的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和密度場(chǎng)分布，精確預(yù)測(cè)了坯體的形狀和成型前后的尺寸變化，研究陶瓷粉末在成型過(guò)程中的變形規(guī)律以及各工藝參數(shù)對(duì)成型過(guò)程的影響，并進(jìn)行了模具優(yōu)化設(shè)計(jì)。 本文分析了干壓成型所得坯體密度缺陷成因；定量分析了粉料和模壁之間的摩擦對(duì)坯體密度分布的影響；模擬所得成型坯體的尺寸收縮率為12

4、0﹪，與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的尺寸收縮率119﹪很接近。 另外，本文對(duì)濕式等靜壓成型ZrO<,2>陶瓷柱塞過(guò)程進(jìn)行了模擬，所得坯體密度與實(shí)測(cè)密度吻合性好；精確預(yù)測(cè)了坯體的形狀和尺寸，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差在1﹪之內(nèi)。并且應(yīng)用有限元數(shù)值模擬方法對(duì)濕式等靜壓成型模具進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，將橡膠塞的外直角面改為球面后，坯體各部分受力更均勻，可得到密度更均一的坯體。同時(shí)，分析了橡膠袋的厚度對(duì)坯體形狀和尺寸的影響：當(dāng)橡膠袋的厚度大于2.5mm時(shí)，橡膠袋對(duì)