分布情況，分(fen)析了陶瓷粉末(mò)成形件出現密(mì)度不均現象的(de)原因。研究結果(guo)有助于對等靜(jing)壓工藝進行優(yōu)化設計。
　 　1前(qián)言粉末等靜壓(ya)成形過程是一(yī)個非常複雜的(de)成📐形♋過程，涉及(ji)到許多過程參(cān)數，例如粉末材(cai)料的各🔞種組⛹🏻‍♀️元(yuán)、含量，模具的種(zhong)類、形狀，加工溫(wēn)度、濕度、壓力等(děng)。 在進(jìn)行解析時還要(yao)考慮以下多方(fang)面因素的影響(xiang)：1）粉末材料(liao)含有一定孔隙(xi)，是一個非連續(xu)體需要以各個(gè)顆粒之間的變(bian)形以及各顆粒(li)之間的協調關(guan)系來研究其整(zheng)✏️體變 形，還要考慮粉(fen)末材料對溫度(dù)、應變速率存在(zai)敏感性的特🌏點(dian)；2）工件、模具(jù)的複雜形狀、幾(ji)何尺寸；3）摩(mó)擦邊界條件；4）有限變形等(deng)方面的因素。因(yin)此，難于 用理論解析(xi)方法來對粉末(mo)等靜壓成形過(guo)程求解。目前在(zai)實際生産應用(yong)當中，一般都采(cǎi)用反複試驗的(de)方法來确定模(mó)具尺寸🏃🏻‍♂️。這種方(fāng)法不僅不能保(bao)證等靜壓坯料(liao)的質量， 而且還存在(zai)着模具設計周(zhōu)期長、産品尺寸(cun)精度差以及密(mì)度㊙️不📱均等問題(tí)，消耗了大量的(de)人力、物力和時(shí)間。
　　因(yīn)此采用計算機(jī)有限元法模拟(ni)粉末冶金零件(jiàn)等靜⛹🏻‍♀️壓🌈成形過(guo)程就成爲了一(yi)種快速有效的(de)設計方法。
　　通過有限(xian)元模拟，可以給(gei)出成形過程中(zhōng)粉末坯料幾💃🏻何(hé)🙇‍♀️形狀、應力應變(bian)場、密度分布等(děng)數據，并據此分(fèn)🌍析出現質量缺(quē)🈲陷的原因，從而(er)能及時改進加(jiā)工過程，快速有(yǒu)效地确定模✌️具(jù)的zui終理想形狀(zhuàng)，達到提高🌈生産(chǎn)效率，降低成本(běn)的目的。
　　本文主要對(dui)陶瓷粉末件的(de)冷等靜壓（CIP）成形過程進行(hang)分析讨論。
　　2解析模型的建(jiàn)立2.1有限元(yuán)模拟技術問題(tí)本解析的研究(jiū)對象爲如所示(shì)的🎯陶瓷粉末成(cheng)形件，外層是橡(xiàng)膠模具、中間是(shì)陶瓷粉末坯料(liao)、裏層是芯棒。由(yóu)于載荷和形狀(zhuang)的對稱性，将陶(táo)瓷粉末件的成(cheng)形過程🏃🏻簡化爲(wèi)🐇一個典型的軸(zhóu)對稱問題。
　 　中部K域頂部區域芯(xin)棒粉體橡膠模(mo)具陶瓷粉末成(cheng)形件的幾何模(mó)型陶瓷粉末件(jian)的冷等靜壓（cip）成形過程，具(jù)有幾何非線性(xìng)、材料非線性、邊(bian)界條件非線性(xìng)等特 點，因而在此采(cai)用了增量非線(xiàn)性有限元對非(fēi)線性代數方程(cheng)組進行叠代求(qiu)解以滿足每步(bu)結束時的平衡(heng)方程✌️，叠代方法(fa)采用🔞了全牛頓(dùn)一拉夫森法。
　　在幾何(he)非線性方面，從(cong)大位移以及大(da)應變角度來對(dui)陶瓷粉末件冷(lěng)等靜壓成形過(guò)程進行分析，并(bing)采用更新的拉(lā)格朗日方法來(lai)描述坐标系。
　 　在邊界(jie)條件非線性方(fang)面，由于在加壓(yā)變形過程中粉(fen)體🈲與橡膠模具(jù)的接觸和相互(hu)間的摩擦起着(zhe)重要作用，其接(jie)觸約束通過直(zhí)接約束法來施(shi)加。同時🚶考慮到(dao)了加載🌈方向 随結構(gou)變化而變化的(de)外力的影響。2.2材料模型粉(fen)末材料是由大(da)量顆粒構成的(de)，每一個顆🐪粒均(jun1)可🌈以視爲*緻密(mi)體其變形行爲(wèi)可以用傳統的(de)塑性力學來描(miáo)述。但是 由這些顆粒(lì)所組成的粉末(mò)材料坯體含有(yǒu)一定的孔隙，是(shi)一個非連續體(ti)。這種非連續體(ti)的變形是一個(ge)非常複☂️雜的過(guò)程㊙️，等靜壓力影(yǐng)響粉末材料的(de)屈服。因此💘，粉末(mo)材料 的屈服準則需(xū)要考慮如下兩(liang)個問題：粉末材(cái)料在🥵塑❓性變📧形(xing)時的體積（密度(dù)）變化；粉末材料(liao)的屈服應力與(yu)相對密度有關(guān)🈲系，相對密度越(yuè)大，變形所需的(de)應力也越大。
　 　從八十(shi)年代中期開始(shi)，對粉末材料的(de)屈服準則進行(hang)💃了一系列的研(yan)究工作。尤其是(shi)近年來，随着粉(fěn)末成形⛹🏻‍♀️數值模(mo)拟技術🧑🏾‍🤝‍🧑🏼的發展(zhan)，粉末材料屈服(fú)準則的🧑🏾‍🤝‍🧑🏼研究引(yǐn)起了人們 的重視。許(xu)多學者提出了(le)如式（1）的粉(fen)末材料成形條(tiao)件式1靜水(shui)壓力對粉體成(cheng)形的影響，并且(qiě)均可以用如下(xià)的一個通式來(lai)表示，即一YP爲材料常數，爲(wèi)相對密度 的函數；m爲等靜壓力(li)；粉末材料的屈(qu)服應力0S與(yu)不可壓縮材料(liao)的屈服應力00之間的關系(xì)可由下式給出(chu)，即在0S中包(bao)括粉末顆粒間(jian)的表面摩擦狀(zhuang)态、粉體的破 壞等因(yin)素的影響，因此(ci)0S随相對密(mi)度的變化而不(bú)斷變化。而03不随相對密度(dù)而變化本文研(yan)究對象爲陶瓷(ci)粉末材✌️料的參(can)數Y卩、n、0與其種類(lei)有關，目前這些(xiē)參 數(shù)還不能從理論(lùn)上給出，隻能通(tōng)過：其中：CH）爲(wèi)材料常數，具體(tǐ)取值爲陶瓷粉(fěn)末成形件CIP成形後頂部相(xiang)對密度分布的(de)模拟結果。可以(yǐ)看出，芯🐪棒頂部(bu)倒角處 的相對密度(dù)較小，zui小值隻有(yǒu)0.661其他區域(yu)的相對密度較(jiao)大，一般達到0.885.由此可見，通(tōng)過有限元模拟(ni)可以清楚地了(le)解到相對密度(dù)的分布情況，從(cong)而 發(fā)現産生密度缺(quē)陷的原因。
　　陶瓷粉末(mò)成形件頂部相(xiàng)對密度分布3.2陶瓷粉末流(liu)動情況所示爲(wei)成形過程中陶(tao)瓷粉末🏒顆粒流(liú)動情況。由于陶(táo)瓷粉末坯料帶(dai) 傾斜(xie)端面，在壓制時(shí)壓制方向與傾(qing)斜端面不垂直(zhí)，從而使粉體顆(ke)粒産生側向移(yí)動，并引發剪應(yīng)力作用，因此形(xing)成低密度區域(yù)🔴。從所示的頂部(bù)粉體顆粒流動(dòng)情況可以發 現，在頂(dǐng)部A區、B區部位粉體顆(kē)粒的流動緩慢(man)，且相鄰顆粒之(zhī)間的流動不協(xie)🔴調，其位移行程(chéng)有明顯差異，相(xiàng)鄰顆粒之間的(de)變形不一緻、不(bú)🥰協調，存在明顯(xian)的難變形 區域，變形(xíng)受到阻礙作用(yong)，從而産生了低(dī)密度現象。其原(yuán)因主要📐在于模(mo)具形狀的影響(xiǎng)，即變形區對粉(fen)體的變形⚽與流(liú)動有阻礙作用(yòng)。
　　3.3相對密度(dù)變化規律爲成(chéng)形過程中陶瓷(cí)粉末件密度變(bian)化情況，其中，頂(dǐng)部節點和中部(bu)節點的位置分(fen)别位于所示的(de)頂部低密度區(qu)域和中部正常(chang)密度區域。
　　從中可以(yi)看出，模具形狀(zhuang)對陶瓷粉末成(chéng)形件的壓密效(xiao)果有極大影響(xiǎng)。
　 　中部(bu)節點位于粉末(mo)成形件中部，變(biàn)形時受模具形(xíng)💛狀🐉影響較小，因(yīn)而變形均勻，緻(zhì)密效果良好，相(xiang)對密度從0.45增至0.88.頂部(bù)節點位于頂部(bu)芯棒倒角處低(di) 密度(du)區域，變形時受(shòu)模具形狀影響(xiǎng)較大，因而變形(xíng)👣不均勻，緻✍️密💁效(xiào)果較差，密度僅(jin)從0.45增加到(dào)0.66左右。并且(qiě)，從圖中可以看(kan)出，頂部低密度(dù)區域處的粉 體在成(chéng)形過程初期的(de)緻密行爲良好(hǎo)，比位于中部的(de)粉體更易💃🏻于變(biàn)形，但在成形過(guo)程中間密度反(fan)而💘開始降低，從(cóng)0.70下降到0.66左右。
　　在成形過 程初期(qī)粉體處于疏松(sōng)狀态，各部分均(jun)容易發生變形(xíng)。并🐇且位于産品(pin)頂部的粉體顆(ke)粒此時處于較(jiào)佳的三向壓✌️應(ying)力狀态，比位于(yu)中部的粉體更(gèng)易于變形，因而(ér)🏃‍♂️緻密效果更 佳。但在(zài)成形過程中期(qī)，由于受芯棒形(xíng)狀的影響，與✌️型(xíng)芯相🛀🏻接觸部位(wèi)的變形受阻，因(yīn)而壓密效果變(bian)差，同時由于在(zài)頂🧡部低密度區(qu)域外圍的粉體(ti)顆粒仍✍️繼續運(yun)動變形， 并繼續壓密(mì)，因此就在兩者(zhe)之間産生滑動(dòng)，出現“搓揉”現象(xiàng)，從而造成該部(bu)位密度持續下(xià)降，形成了一個(gè)低密度區域。
　　從以上(shang)分析可以清晰(xī)地看出， 陶瓷粉末件(jiàn)的幾何形狀尺(chi)寸、模具形狀對(dui)密度分布有很(hěn)大♈影響，該陶瓷(cí)粉末成形件的(de)長寬比大，尺寸(cun)變化大，壓制時(shí)易😘出現局部區(qū)域應力集中現(xiàn)象⛱️，變形不易進(jìn)行， 從(cong)而出現低密度(du)區域。同時，由于(yu)粉末件坯料帶(dai)傾斜端面💰，在壓(ya)制成形時壓制(zhi)方向與傾斜端(duan)面不垂直，使得(de)粉體顆粒産生(shēng)側🐅向移動，從而(er)造成低密度區(qu)域的😄形成。本 研究有(you)助于對模具形(xing)狀提出改進方(fāng)案，以提高陶瓷(ci)粉末成形件的(de)使用壽命。
　　4結論通過模拟(ni)發現芯棒頂部(bu)倒角處粉末材(cái)料的相對密度(dù)💋zui小爲0.661，其他(ta)區域的相對密(mi)度較大，達到0.885.說明陶瓷粉(fen)末件的幾何形(xíng)狀尺寸、模具形(xing)狀對低密度📱區(qu)☀️域的形成有極(ji)大影響。
　　由于陶瓷粉(fen)末坯料帶傾斜(xie)端面，在壓制成(chéng)形時壓制方向(xiang)與傾斜端面不(bu)垂直，易出現局(jú)部區域應力集(ji)中現象，變形不(bú)易🤩進行，從而使(shǐ)粉體顆粒産生(shēng)側🌈向移動，并引(yǐn)發剪應力作用(yong)，因此形成低密(mi)度區域。