分布情況，分析了陶(táo)瓷粉(fěn)末成形件出現密度不均現象(xiàng)的原因。研究結果(guǒ)有助于對等靜壓(yā)工藝進行優化設(shè)計。
　 　1前言粉末等(děng)靜(jìng)壓成形過程是一個非常複雜(zá)的成形過程，涉及到許多過程參數，例如粉末材料的(de)各種組元、含量，模具的種類、形狀，加工(gōng)溫度、濕(shī)度、壓力等。 在進行(háng)解析時還要考慮(lǜ)以下多方面因素的(de)影響：1）粉末材料含有一定孔隙，是一(yī)個(gè)非連續體需要以各個顆(kē)粒之間的變形以及(jí)各顆粒之間(jiān)的協調關系來研究其(qí)整體變 形，還要考慮(lǜ)粉末材料對溫度、應變速率(lǜ)存在敏感(gǎn)性的特點；2）工件、模具的複雜形狀、幾何尺寸；3）摩擦邊界條件(jiàn)；4）有限變形等方面的因素。因此，難于(yú) 用理論解析方法來對粉末等靜壓成形(xíng)過程求解。目前在實際生産應用(yòng)當中，一般都(dōu)采用反複試驗的方法來确定模具尺寸。這(zhè)種方法不(bú)僅不能保證等靜壓坯(pī)料的質量， 而且還存(cún)在着模具(jù)設計周(zhōu)期長、産品尺(chǐ)寸精度差以及密度(dù)不(bú)均等問題，消耗了大量的人力、物力和時間。
　　因此采用計算機有限元法模拟粉末冶金零件等靜壓成形(xíng)過程就成(chéng)爲了一種快速有效的設計方法。
　　通過有(yǒu)限元(yuán)模拟，可以給出(chū)成形(xíng)過程中粉末坯料幾何形(xíng)狀、應力應變場、密度分布等數據，并(bìng)據此分析(xī)出現質量缺陷的原因，從而能(néng)及時改進加工過程(chéng)，快速有效地确定模(mó)具的zui終理想形狀，達到(dào)提高生(shēng)産效率，降低(dī)成本的目的。
　　本文(wén)主要對陶瓷粉(fěn)末件(jiàn)的冷等靜(jìng)壓（CIP）成形過程進(jìn)行分析讨論。
　　2解(jiě)析模型的(de)建立2.1有限元模拟技(jì)術問題本解析的研(yán)究對象爲如所示的陶瓷粉末(mò)成形件，外層是橡膠模具、中間(jiān)是陶瓷粉末坯(pī)料(liào)、裏層是芯棒。由于載(zǎi)荷和形(xíng)狀的對稱性，将(jiāng)陶瓷粉末件的成形過程簡化爲一個(gè)典(diǎn)型的軸對稱問題。
　 　中部K域頂部區域芯(xīn)棒粉體橡膠模具(jù)陶瓷粉末成形件的幾何(hé)模型陶瓷粉末件的冷等靜壓(yā)（cip）成形過程，具有幾何非線性、材(cái)料非線性、邊界條件非線性等特 點，因而在(zài)此采用了(le)增量非(fēi)線性有限元對非線性代數方程組進行叠代求解以滿足每(měi)步結束時(shí)的平衡方程，叠代方法采用(yòng)了全牛(niú)頓一拉夫(fū)森法。
　　在幾何非線性方面(miàn)，從(cóng)大位移以及大應變角(jiǎo)度來(lái)對陶瓷粉末(mò)件(jiàn)冷等(děng)靜壓成形過程進行分析，并采用更新的(de)拉格朗日方法來描述(shù)坐标系。
　 　在邊界條件非線性(xìng)方面，由于在加(jiā)壓變形過(guò)程中(zhōng)粉體與橡膠模(mó)具的接觸和相互間的摩擦起着重(zhòng)要作(zuò)用，其接觸約束(shù)通過直接約束法來(lái)施加。同(tóng)時考慮到了(le)加載方向 随結構變化而變化的(de)外力(lì)的影響。2.2材料模型粉末材料是由大量顆粒構成的，每一個(gè)顆粒均可以視爲*緻密體其變形行(háng)爲可以用傳統的塑性力學來(lái)描述。但是 由這些顆粒所組成的粉末材料坯體含(hán)有一定的(de)孔隙，是一個非連續(xù)體。這種非連(lián)續體的變形是一(yī)個非常複雜的過程，等靜壓力(lì)影響粉末材料的屈(qū)服。因(yīn)此，粉末(mò)材料 的屈服準則(zé)需要考慮如下兩(liǎng)個問題：粉末材料(liào)在塑性變形時的體積（密(mì)度）變化；粉末材料的屈服應(yīng)力與相對密度有關系，相對密度(dù)越(yuè)大，變形所需的應(yīng)力也越大。
　 　從八十年代中期開始，對粉末材(cái)料的屈服準則進(jìn)行了一系(xì)列的研究工作(zuò)。尤其是近年(nián)來，随着粉末成形數值模拟技(jì)術的發展，粉末材料屈服準則的(de)研究(jiū)引起了人們 的重視(shì)。許多學者提出了如式（1）的粉末材料成形條件式(shì)1靜(jìng)水壓力對粉體成形的影(yǐng)響，并且均可以用如下的(de)一個(gè)通式(shì)來表示，即一YP爲材料(liào)常數，爲相對密度 的函數；m爲等靜壓力；粉末材料的(de)屈服(fú)應力0S與不可壓縮材(cái)料的屈服應(yīng)力00之間的關系可(kě)由下式給出，即在0S中包括粉末顆粒間的表面摩擦狀态、粉體的破 壞等因素的影響，因此0S随相對密度的變化而不斷(duàn)變化。而03不随相對密度而變化本文(wén)研究對象爲陶瓷粉末材料的參數Y卩、n、0與其種類有關，目前這(zhè)些參 數還不能從理(lǐ)論上給出，隻能通過(guò)：其中：CH）爲材料常數，具體取值爲陶瓷粉末(mò)成形件CIP成形後頂部相對密度分布的模拟結果。可以看出(chū)，芯棒頂部倒角處 的(de)相對密度較小，zui小值隻(zhī)有(yǒu)0.661其他區(qū)域的相對密度較大(dà)，一般達到0.885.由此(cǐ)可見，通過(guò)有限元模拟可以清楚地(dì)了解到相(xiàng)對密(mì)度的分布情況，從而 發現産生密度(dù)缺陷的原因。
　　陶瓷粉(fěn)末成形件頂(dǐng)部相對密度分布3.2陶瓷粉末(mò)流動情況所示(shì)爲成形過程中陶瓷粉末顆粒流動(dòng)情況。由于(yú)陶瓷粉末坯料帶 傾(qīng)斜端面，在(zài)壓制時壓制方向與(yǔ)傾斜端面不垂(chuí)直，從而使粉體顆粒産生側向移動，并(bìng)引發剪應力作用，因此形成低密度區域。從所示的頂(dǐng)部粉體顆粒流動情況可以發 現，在頂部A區、B區部位粉體(tǐ)顆粒的(de)流動緩慢，且(qiě)相鄰顆粒(lì)之間(jiān)的流動不協調，其位移行程有明顯(xiǎn)差異，相鄰顆粒之間的變形不一緻、不協調，存在明顯的難變形 區(qū)域(yù)，變形受到阻礙作用，從而産生了低密度現象。其(qí)原因主要在于(yú)模具形狀的影響，即變形區對粉體(tǐ)的變(biàn)形與流動有阻礙作用。
　　3.3相對密度變化規(guī)律爲成形過程中陶(táo)瓷粉末件密度(dù)變化情況，其中，頂部節(jiē)點和中(zhōng)部節點的位置分别(bié)位于所示的頂部低密度(dù)區域和中部正常密度區域(yù)。
　　從中可以看出，模具形狀對陶瓷粉末成形件的壓密效果有極大影響。
　 　中(zhōng)部節(jiē)點位于粉末成(chéng)形件中部(bù)，變形時受模具形狀影響較小，因而變形均勻，緻密效果良好(hǎo)，相對密度從0.45增至0.88.頂部節點位于頂部芯棒倒角處低(dī) 密度區域，變形時受模具形狀影響較(jiào)大(dà)，因而變形不均(jun1)勻，緻密效(xiào)果較差，密度僅從0.45增加到0.66左右。并(bìng)且，從圖中可以看出，頂部低密度區域處的粉 體在成形過程初期的緻密(mì)行爲良好(hǎo)，比位于(yú)中部的粉(fěn)體更易于(yú)變(biàn)形，但(dàn)在成形過程中間(jiān)密度(dù)反而開始降低，從0.70下降到0.66左右。
　　在成形過 程初期粉體處于疏松狀态，各部分(fèn)均容易發生變形(xíng)。并且(qiě)位于産品頂(dǐng)部的粉體顆粒此時處于較佳的三向壓應力狀态，比位(wèi)于中(zhōng)部的粉體更易于變形，因而緻密效(xiào)果更 佳。但在成形過程中期，由于(yú)受芯棒形狀的影響，與(yǔ)型芯相接觸部位的變形受阻，因而壓密(mì)效果(guǒ)變差，同時由于在頂部低密度區域外圍的粉體顆粒仍繼(jì)續運動變形， 并繼續壓密，因此(cǐ)就在兩者之(zhī)間産生滑動，出現(xiàn)“搓揉”現(xiàn)象，從而造(zào)成該部位密度持續(xù)下降，形成(chéng)了一個低密度區域(yù)。
　　從以上分(fèn)析可以清晰地看出， 陶瓷(cí)粉末(mò)件的幾(jǐ)何形狀尺寸、模(mó)具形狀對密度分布有很大影響，該陶(táo)瓷(cí)粉末成形件的長寬比大，尺(chǐ)寸變化大，壓制時易出現局部區域應力集中現象(xiàng)，變形不易進行， 從而出現低密度區域。同時，由于粉末件坯料帶傾斜端(duān)面，在(zài)壓制成形時壓制方向與傾斜端面不垂直，使(shǐ)得粉(fěn)體顆(kē)粒(lì)産(chǎn)生側向移動，從而造成低(dī)密度區域的形成。本 研究有助于對模具(jù)形狀提出改進方案(àn)，以提高陶瓷粉末成(chéng)形件的使用壽命。
　　4結論通過模(mó)拟發現芯棒頂部(bù)倒角處粉末材料的相對密(mì)度zui小爲(wèi)0.661，其他區域的相對密度較大，達到(dào)0.885.說明陶瓷(cí)粉末件的幾何形狀尺寸、模具形狀對低密度區域的形成(chéng)有極大影響。
　　由于(yú)陶瓷粉末坯料帶傾斜端(duān)面，在壓制成形時(shí)壓制方(fāng)向與傾斜(xié)端面不垂(chuí)直，易出現局部區域應力集中現象，變形不易進行，從而使粉體顆粒産(chǎn)生側向移動，并引發剪應力作用，因此形成低密度區域。