分布(bù)情況(kuàng)，分析了陶(táo)瓷粉(fěn)末成形(xíng)件出現(xiàn)密度(dù)不均現象(xiàng)的原因。研究結(jié)果有助(zhù)于對等靜壓工(gōng)藝(yì)進行優化設計。
　 　1前言(yán)粉(fěn)末(mò)等靜(jìng)壓成形過(guò)程是(shì)一個(gè)非(fēi)常(cháng)複雜(zá)的成形過程，涉(shè)及到(dào)許多過程(chéng)參數，例(lì)如(rú)粉末(mò)材料(liào)的(de)各種(zhǒng)組(zǔ)元、含量，模(mó)具的種類、形狀，加工(gōng)溫度(dù)、濕度(dù)、壓力等。 在(zài)進行解析時還(hái)要考(kǎo)慮以下多(duō)方面因素的影(yǐng)響：1）粉末材料含(hán)有(yǒu)一定孔(kǒng)隙，是(shì)一個(gè)非連續體(tǐ)需要以各個顆粒(lì)之間的(de)變形以及各顆(kē)粒之間(jiān)的協(xié)調(diào)關系(xì)來(lái)研(yán)究其(qí)整體變(biàn) 形(xíng)，還要考慮粉(fěn)末材料對溫(wēn)度、應變速率存(cún)在敏感(gǎn)性(xìng)的特點；2）工(gōng)件、模(mó)具的(de)複雜形狀(zhuàng)、幾何(hé)尺寸(cùn)；3）摩擦邊界(jiè)條件(jiàn)；4）有(yǒu)限(xiàn)變形(xíng)等方面的因素(sù)。因此(cǐ)，難(nán)于(yú) 用(yòng)理論解(jiě)析方法來對粉(fěn)末等靜壓成形(xíng)過程求解。目(mù)前在實(shí)際生(shēng)産應(yīng)用當中，一般都采用(yòng)反(fǎn)複(fú)試驗的方法來确定(dìng)模具尺寸(cùn)。這種方法不僅(jǐn)不能(néng)保證等(děng)靜(jìng)壓坯(pī)料的質(zhì)量(liàng)， 而且還存(cún)在着模具設計周期長(zhǎng)、産(chǎn)品尺寸精度差以及密度不(bú)均等問(wèn)題，消耗了(le)大量(liàng)的人力、物力(lì)和(hé)時間。
　　因此(cǐ)采(cǎi)用計算(suàn)機有(yǒu)限元法模(mó)拟(nǐ)粉末冶(yě)金零(líng)件等(děng)靜壓成(chéng)形過程(chéng)就(jiù)成爲了(le)一種快(kuài)速有效的設(shè)計方法。
　　通(tōng)過有(yǒu)限元(yuán)模拟，可以(yǐ)給出成形(xíng)過程中粉(fěn)末坯料幾(jǐ)何形狀(zhuàng)、應力應(yīng)變場、密度分布(bù)等數據(jù)，并據此分析(xī)出現(xiàn)質量(liàng)缺陷的(de)原(yuán)因，從(cóng)而能(néng)及時(shí)改進(jìn)加工(gōng)過(guò)程，快速(sù)有效地确定模(mó)具的zui終理想形(xíng)狀，達(dá)到提高生(shēng)産效(xiào)率，降(jiàng)低成(chéng)本的目(mù)的。
　　本文主要(yào)對陶(táo)瓷粉末件(jiàn)的冷等靜壓（cip）成形過程進(jìn)行分(fèn)析(xī)讨論。
　　2解析模型的(de)建立2.1有限(xiàn)元模拟技(jì)術問題本解(jiě)析的研(yán)究對象爲(wèi)如所(suǒ)示的(de)陶瓷粉末(mò)成形件，外(wài)層是(shì)橡膠模具、中間是陶瓷粉末坯料、裏層(céng)是(shì)芯棒(bàng)。由于(yú)載(zǎi)荷和形狀的對(duì)稱性，将(jiāng)陶瓷粉末(mò)件的(de)成形過程(chéng)簡化爲一個(gè)典(diǎn)型的軸對(duì)稱問題。
　 　中部k域頂部(bù)區域(yù)芯棒(bàng)粉(fěn)體(tǐ)橡膠(jiāo)模具陶瓷粉末成形件的(de)幾何(hé)模型陶瓷粉(fěn)末(mò)件的(de)冷等靜壓(yā)（cip）成形(xíng)過程，具(jù)有幾何非線(xiàn)性、材(cái)料非線性(xìng)、邊界條(tiáo)件(jiàn)非線性等特(tè) 點(diǎn)，因而在此采用了(le)增量非(fēi)線性有限(xiàn)元(yuán)對(duì)非線(xiàn)性代(dài)數方(fāng)程組進行叠代求解(jiě)以滿足每(měi)步結束時的平(píng)衡方(fāng)程，叠代方法采用了(le)全牛(niú)頓一(yī)拉夫森法(fǎ)。
　　在幾何非(fēi)線性方面(miàn)，從大位移(yí)以及(jí)大應(yīng)變角度來(lái)對陶瓷粉末件(jiàn)冷等靜壓成形(xíng)過程進行(háng)分析(xī)，并采用更新的(de)拉格朗日方法(fǎ)來描(miáo)述(shù)坐标系(xì)。
　 　在邊界條件(jiàn)非(fēi)線性(xìng)方面，由于在(zài)加(jiā)壓變形過(guò)程中(zhōng)粉體與橡(xiàng)膠模具的(de)接觸(chù)和相(xiàng)互(hù)間的摩擦起(qǐ)着重要作(zuò)用，其接觸約束(shù)通過直接(jiē)約(yuē)束法來施加(jiā)。同時(shí)考慮(lǜ)到了(le)加載方向(xiàng) 随結構變(biàn)化而變化(huà)的外(wài)力(lì)的影響。2.2材料模型(xíng)粉末材料是由(yóu)大量顆(kē)粒(lì)構成(chéng)的，每一個顆粒(lì)均可以視爲*緻(zhì)密(mì)體(tǐ)其變形行(háng)爲可以用傳統(tǒng)的塑性力(lì)學來描述(shù)。但是(shì) 由(yóu)這些顆(kē)粒(lì)所組成的粉(fěn)末材料坯體含(hán)有一定(dìng)的(de)孔隙(xì)，是一(yī)個非連續(xù)體。這種非連續(xù)體(tǐ)的變形是一(yī)個非常(cháng)複雜的過程，等(děng)靜壓力(lì)影響粉(fěn)末材料的屈服。因此，粉(fěn)末材(cái)料 的屈(qū)服準則(zé)需要考慮如下(xià)兩個問(wèn)題(tí)：粉末(mò)材料(liào)在塑(sù)性變(biàn)形時的(de)體積（密(mì)度）變化；粉末材(cái)料的屈服應力(lì)與相(xiàng)對密度有(yǒu)關系(xì)，相(xiàng)對密度越(yuè)大，變(biàn)形所需(xū)的應力也(yě)越大(dà)。
　 　從八(bā)十年代中期開(kāi)始，對粉末材料的屈服(fú)準則進(jìn)行了一系列的研究工作。尤其(qí)是近年來(lái)，随着(zhe)粉末成(chéng)形數值(zhí)模拟技(jì)術的發展，粉末材料屈(qū)服準則的(de)研究引起了(le)人們 的(de)重視。許多學者提出(chū)了如式（1）的(de)粉末材料(liào)成形(xíng)條件(jiàn)式1靜(jìng)水壓力對粉體(tǐ)成形的影(yǐng)響，并(bìng)且均可以用如(rú)下的一個(gè)通式(shì)來(lái)表(biǎo)示，即一yp爲材料常數(shù)，爲相(xiàng)對密度 的函數(shù)；m爲等靜(jìng)壓(yā)力；粉末材料的(de)屈服(fú)應(yīng)力0s與(yǔ)不(bú)可(kě)壓縮材(cái)料的屈服應力(lì)00之間的關(guān)系可(kě)由下式給(gěi)出，即在0s中包括(kuò)粉末(mò)顆粒(lì)間的(de)表(biǎo)面(miàn)摩擦(cā)狀态(tài)、粉(fěn)體的破(pò) 壞等(děng)因素的影響，因(yīn)此0s随相對(duì)密度的變化而不斷(duàn)變化(huà)。而03不随相(xiàng)對密(mì)度而(ér)變化本文(wén)研究對象爲陶瓷粉(fěn)末材料的(de)參數y卩、n、0與其種類有關(guān)，目(mù)前(qián)這(zhè)些參(cān) 數還(hái)不能從理(lǐ)論上給(gěi)出，隻能通過：其中(zhōng)：ch）爲材(cái)料常(cháng)數，具(jù)體取值爲陶瓷(cí)粉末(mò)成形件cip成形後(hòu)頂部(bù)相對(duì)密(mì)度(dù)分布(bù)的模(mó)拟(nǐ)結果。可以看出，芯棒頂(dǐng)部倒角(jiǎo)處 的相對密度較(jiào)小，zui小(xiǎo)值隻(zhī)有0.661其他區(qū)域(yù)的相對密度(dù)較大(dà)，一般達到(dào)0.885.由(yóu)此可見，通過有限元模拟(nǐ)可(kě)以清楚地(dì)了解到(dào)相對密度的(de)分布情況(kuàng)，從而 發現(xiàn)産生密度(dù)缺陷(xiàn)的(de)原因。
　　陶(táo)瓷粉(fěn)末成形件頂部(bù)相對密度分布(bù)3.2陶(táo)瓷粉末(mò)流動情況(kuàng)所示(shì)爲成(chéng)形過(guò)程中(zhōng)陶瓷粉(fěn)末(mò)顆粒(lì)流動情(qíng)況。由于(yú)陶瓷(cí)粉末坯料(liào)帶 傾(qīng)斜端面，在壓制(zhì)時壓制(zhì)方向與傾斜(xié)端面不垂直，從而使粉體(tǐ)顆粒産生側向移動，并引發剪(jiǎn)應力作用(yòng)，因此形成(chéng)低密度區(qū)域。從所(suǒ)示(shì)的頂部粉體顆粒流(liú)動情況可以發(fā) 現，在(zài)頂部a區、b區部位(wèi)粉體(tǐ)顆粒的(de)流(liú)動緩(huǎn)慢，且相(xiàng)鄰顆粒(lì)之間的(de)流動不(bú)協調(diào)，其位移行(háng)程有明(míng)顯差異(yì)，相鄰(lín)顆(kē)粒之間(jiān)的變(biàn)形不(bú)一緻(zhì)、不協(xié)調，存在明(míng)顯的難變形(xíng) 區(qū)域，變(biàn)形受到(dào)阻礙作用，從(cóng)而産生了低密度現(xiàn)象。其(qí)原因主要在于(yú)模具形狀的影(yǐng)響，即變形(xíng)區對(duì)粉體的變形與(yǔ)流動有阻礙作(zuò)用。
　　3.3相對密度變化規(guī)律爲(wèi)成形過(guò)程中陶(táo)瓷粉(fěn)末件(jiàn)密度(dù)變化情(qíng)況(kuàng)，其中(zhōng)，頂部節(jiē)點(diǎn)和中(zhōng)部節點(diǎn)的位置(zhì)分别位于所示的頂部低密度(dù)區域和中部正(zhèng)常密度區域。
　　從中可(kě)以看(kàn)出，模具形(xíng)狀對陶瓷粉末(mò)成形件的壓(yā)密(mì)效果有極(jí)大影響。
　 　中(zhōng)部節點位(wèi)于粉(fěn)末成形件中部(bù)，變形時受模具形狀影(yǐng)響較小(xiǎo)，因而(ér)變形(xíng)均勻，緻密(mì)效果良好(hǎo)，相對密度從0.45增(zēng)至(zhì)0.88.頂(dǐng)部節(jiē)點(diǎn)位(wèi)于頂部芯棒倒角處(chù)低 密度區域，變形時受模具形(xíng)狀影(yǐng)響較大，因而變(biàn)形不均勻，緻密(mì)效果較差，密度僅從0.45增加(jiā)到0.66左(zuǒ)右。并(bìng)且，從圖中(zhōng)可(kě)以(yǐ)看出(chū)，頂部低密(mì)度區域處(chù)的粉(fěn) 體在(zài)成形過程(chéng)初期(qī)的緻密行爲良(liáng)好，比位于(yú)中部(bù)的粉(fěn)體(tǐ)更(gèng)易于(yú)變形(xíng)，但(dàn)在(zài)成形過(guò)程(chéng)中間密度(dù)反而開始(shǐ)降低(dī)，從0.70下(xià)降到(dào)0.66左(zuǒ)右(yòu)。
　　在成形過(guò) 程初(chū)期粉體處于疏松狀态，各(gè)部分(fèn)均容(róng)易發(fā)生變(biàn)形。并且位于(yú)産品頂部的粉體(tǐ)顆粒此(cǐ)時(shí)處于較佳的三向壓(yā)應力(lì)狀态(tài)，比位(wèi)于中(zhōng)部(bù)的粉(fěn)體(tǐ)更易于變(biàn)形，因(yīn)而緻(zhì)密(mì)效果更(gèng) 佳。但在成形過程中(zhōng)期，由于受(shòu)芯棒(bàng)形狀(zhuàng)的影響，與(yǔ)型芯相接觸部(bù)位的(de)變(biàn)形受阻，因而壓密效果(guǒ)變差(chà)，同時由于(yú)在頂部低(dī)密度(dù)區域外(wài)圍的粉(fěn)體顆(kē)粒仍繼續(xù)運動變形， 并繼續壓密，因此就(jiù)在兩者之間産生滑(huá)動，出現“搓揉”現(xiàn)象(xiàng)，從而造(zào)成該部位(wèi)密(mì)度持續(xù)下降，形(xíng)成了一(yī)個低密度區域。
　　從以(yǐ)上分(fèn)析可以清(qīng)晰地看(kàn)出， 陶瓷(cí)粉末件的幾(jǐ)何形狀尺寸、模(mó)具(jù)形狀對密度分布有很大(dà)影響，該陶(táo)瓷粉末成形件的長寬(kuān)比大，尺(chǐ)寸變化(huà)大，壓制時易(yì)出現局部(bù)區域(yù)應(yīng)力(lì)集中現象(xiàng)，變形(xíng)不易(yì)進行(háng)， 從而出現低密(mì)度區域。同時，由(yóu)于粉末件坯料帶傾斜端面，在壓制成形時壓(yā)制方(fāng)向與(yǔ)傾斜端面(miàn)不垂(chuí)直，使(shǐ)得粉體顆粒産(chǎn)生側向移(yí)動，從(cóng)而造(zào)成低(dī)密度(dù)區域(yù)的形成。本(běn) 研究(jiū)有助(zhù)于對模具(jù)形狀(zhuàng)提出改進(jìn)方案，以提(tí)高陶(táo)瓷粉(fěn)末成形件(jiàn)的(de)使用壽(shòu)命。
　　4結(jié)論通過模(mó)拟發現(xiàn)芯(xīn)棒頂部倒(dǎo)角處粉末(mò)材料(liào)的相對密度zui小爲0.661，其他區(qū)域(yù)的相對(duì)密度較大(dà)，達到0.885.說明陶瓷粉末(mò)件(jiàn)的幾何(hé)形狀尺(chǐ)寸(cùn)、模具(jù)形狀(zhuàng)對(duì)低密度(dù)區域的形(xíng)成有(yǒu)極大(dà)影(yǐng)響(xiǎng)。
　　由(yóu)于陶瓷粉末坯(pī)料帶傾斜端面(miàn)，在壓制成形時(shí)壓制方(fāng)向與傾斜端面不垂(chuí)直，易出現(xiàn)局部區域(yù)應力(lì)集中(zhōng)現象(xiàng)，變形(xíng)不(bú)易進(jìn)行，從而(ér)使粉體顆粒(lì)産生側向(xiàng)移(yí)動，并引發剪應力作(zuò)用，因此形(xíng)成低(dī)密度區域。