多台阶状粉末压坯的压缩成型过程的分析法
【技术领域】
[0001] 本发明与多台阶状粉末压坯的压缩成型过程的分析法有关。
【背景技术】
[0002] 要想制造出高品质的粉末冶金部品，不仅是形状，如何达到密度均匀且没有裂纹， 也是最重要的课题。然而一般在粉末压坯的模具成型中，由于作用于凹模和压坯之间的摩 擦，要保持高度方向的密度均匀是极其困难的。尤其是所要的成型品越是多台阶状，就越需 要控制多个凹模及冲头的动作，制造工艺变得复杂。具体地说，像这种厚度方向的台阶较多 的多台阶状的成型，为了使成型品各部分的密度均匀，在将原料粉充填到模具中后，在进行 正式加压之前要让粉末移动（传送）。为了将复杂的形状尽可能地生产成近净型，确定这个 传送形状就成为了重要的关键技术。但是现在这种制造方法尚未确立，很大程度上只能单 单依靠制造现场的"尝试&错误"的经验法则。
[0003] 近年，有学者在研宄试图通过基于有限元法的电脑分析来解决这个问题，但至今 仍未确立实用性的分析方法。利用网格将连续体离散化的有限元法，必须要有连接网格要 素之间的数据，因而使得复杂形状的模型数据生成变得极其困难。另外，多台阶成型过程中 局部性网格的位置关系会产生很大变化，可能会导致网格崩溃无法计算。再加要考虑到压 缩成型过程中的热处理的影响，计算相当复杂，因此历来的有限元分析法，对于多台阶形状 粉末压坯的压缩成型过程的分析从原理上来说是不适用的。
[0004] 在对多台阶状粉末压坯的压缩成型过程进行分析时，需要有克服了以上所有问题 的分析体系。
[0005] 用粒子取代了网格对连续体进行离散化，将粒子作为计算要素的粒子法，是一种 根据粒子间定义好的相互作用力计算其运动、将连续体的举动表达出来的无网格分析手 法。粒子的相邻关系不固定，因此可以对从大规模的变形开始直到破坏为止的非线性的变 形过程从原理上进行计算。
[0006] 适用于从初期阶段的粉体粒子间存在相对较大空隙的状态开始，随着压缩成型的 进展，直到成为粉体粒子间没有空隙的连续体为止的一系列的粉末压坯的压缩成型过程的 分析。并且还考虑了压缩成型过程中热处理的影响，使粉末压坯的压缩成型过程的分析精 度更高。
【发明内容】
[0007] 本发明是以实现多台阶状的粉末压坯的压缩成型品的密度均一化为目的的多台 阶状粉末压坯的压缩成型过程的分析法。（要求书中第1条）
[0008] 将多台阶状粉末压坯通过粒子进行离散化，作为粒子间的属性赋予决定其宏观特 性的粒子间相互作用力函数的参数，根据需要进行操作计算。（要求书中第2条）
[0009] 为了计算因温度变化而变化的多台阶状粉末压坯的成型过程，作为粒子的属性赋 予温度，粒子间相互作用力函数，作为考虑了材料的温度依存性的定义进行计算。（要求书 中第3条）。
[0010] 上述
【发明内容】
包括要求中1、2、3条所述的计算的程序及其记录媒体（要求书中第 4条
【附图说明】
[0011] 图1、有关多台阶状粉末压坯的压缩成型工艺、多台阶粉末压坯的压缩成型的分析 法的流程图
[0012] 图2、粒子间相互作用的范围
[0013] 图3、2个粒子间的热传递机制
[0014] 图4、粒子间相互作用力函数
【具体实施方式】
[0015] 下面根据附图对本发明的最佳实施形态进行说明。
[0016] 图1为有关多台阶粉末压坯的压缩成型工艺、多台阶粉末压坯的压缩成型的分析 法的流程图。多台阶粉末压坯的压缩成型工艺由以下几部分组成：将粉末材料充填到模具、 使粉末移动（传送）、加压。本发明所涉及的以多台阶粉末压坯的压缩成型品的密度均一化 为目的的分析法，是根据粉末移动后的传送形状的CAD模型和模具初期配置CAD模型来直 接制作粒子模型，以由粒子间相互作用模型定义好的仿真模型为基本的压缩成型仿真。仿 真模型将粉末的流动分析及影响其流动的热分析（粉体模具间发生的摩擦热以及热的传 递、传导）作为主要的构成要素，它是这些要素耦合后的模型。多台阶状的压缩成型品内部 的密度以及是否有裂纹，会因传送形状以及使用多个凹模、冲头的加压方法而产生很大差 异。使用本手法的压缩成型仿真，旨在通过将压缩成型过程根据物理性要素用粒子进行模 型化，确定制造无裂纹、密度均匀的压缩成型品的最佳条件，为高品质的粉末冶金部品的制 造方法作贡献。下面就图2、图3、图4中使用粒子的压缩成型仿真的计算方法进行说明。
[0017] 图2表示的是粒子间的相互作用力的范围。就着眼粒子Pa来说，以其自己为中心， 与存在于半径rn以内的空间中的粒子（相邻粒子）之间会产生相互作用力。另一方面，与 粒子间距离大于4的粒子Ptl之间则不产生相互作用力。所有的粒子都按每个计算间隔At 自动探查相邻粒子。也就是说粒子的相邻关系是依存于粒子间距离动态变化的，因此能够 应付大规模的流动及变形。
[0018] 图3为2个粒子间的热传递机制。相邻的2个粒子（高温粒子it低温粒子j) 间的流入或流出热量（Q)，可以用温度差（AT)、热传递率（a)、接触面积（S)来表示（算式 1)。粒子i(或粒子j)的温度上升率（或下降率）AT，可以通过粒子的比热（c)和质量（m) 来计算（算式2)。
【主权项】
1. 以实现多台阶状粉末压坯的压缩成型品的密度均一化为目的的多台阶状粉末压坯 压缩成型过程的分析法。
2. 上述要求书第1条中所述的分析，是将多台阶状粉末压坯通过粒子进行离散化，作 为粒子间的属性赋予决定其宏观特性的粒子间相互作用力函数的参数，根据需要进行操作 计算。
3. 为了计算因温度变化而变化的多台阶状粉末压坯的成型过程，将影响上述要求书第 2条中所述的粒子间相互作用力的温度作为粒子间相互作用力函数的参数来赋予粒子间的 属性，计算材料的温度依存性。
4. 具备进行上述第1、2、3条所述的计算的程序及其记录媒体。
【专利摘要】在粉末冶金方面，如何达到密度均匀且没有裂纹等缺陷是制造上的最重要课题。一般在粉末压坯的模具成型中，由于作用于凹模与压坯之间的摩擦，很难保持高度方向的密度均匀。尤其是所要的成型体越是多台阶形状，就越需要控制多个凹模、冲头的动作，制造工艺变得复杂。现实中为了实现多台阶状粉末压坯的密度均匀化，很大程度上只是依靠制造现场的“尝试&错误”的经验法则。本发明是以多台阶状粉末压坯的压缩成型品的密度均一化为目的的多台阶粉末压坯的压缩成型过程的解析法。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104765909
【申请号】CN201510118058
【发明人】王建定, 朱明
【申请人】常州霍思金信息技术有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月18日