金属粉末压制中多尺度力学特征不均匀性模拟研究

针对金属粉末压制过程实际研究的复杂性,基于颗粒物质理论及离散元法进行压制过程的数值模拟,特别是结合宏观应力、细观力链及微观接触力各尺度力学特征量化提取分析方法,通过接触力基尼指数与参与指数、力链强度不均匀度参数、局部应力不均匀度参数对不同颗粒、侧壁摩擦因数工况下的多尺度力学特征不均匀性进行量化分析,同时探讨多尺度力学特征空间不均匀分布演化。多尺度模拟研究表明:随压制进行,各尺度力学特征不均匀性均逐渐降低;而随侧壁及颗粒间摩擦因数增加,各尺度力学特征不均匀性逐渐增加。其中在宏观力学尺度上,侧壁、颗粒间摩擦因数对不均匀性影响均较为显著,而在细观、微观力学尺度上,颗粒间摩擦因数较侧壁摩擦因数对不均匀性影响更显著;各尺度力学特征空间分布亦逐渐向均匀化发展且保持各尺度一致对应性。研究对于粉体成形力学的丰富及致密化行为解释,以及压坯致密化程度与成形质量提升具有理论铺垫及实际指导意义。

金属粉末冲击压制过程中冲模质量及颗粒模型的优化分析

在模拟金属粉末冲击压制时,由于模型颗粒数与实际不同,仿真模型的准确度不高。本文引入模型冲模质量与实验冲模质量比值作为当量质量,研究了压制初始速度、横向与纵向颗粒数对当量质量的共同影响。采用ABAQUS软件建立了不同初始速度下的压制模型,利用1st Opt软件拟合出预估模型,通过ABAQUS仿真数据验证了预估模型,取得了当量质量与相对密度之间的关系,并且分别得到了横向与纵向两组模型的初始速度、颗粒数对冲模当量质量的影响关系。利用ABAQUS仿真数据得到的预估模型最终形式为:当冲模初始速度为20 m·s-1时,横向颗粒数为5、纵向颗粒数为6（H5Z6）的颗粒模型的当量质量为1.03,比经典9颗粒模型进行模拟更能接近实际的压制情形。

Simulation of die wall friction's effect on density distribution in metallic powder compaction

A computer simulation procedure for metal powder die compaction was described. Friction behavior of metal powder during cold compaction was simulated by the finite element method. The movement of powder relative to the die wall was taken into consideration by utilizing the shear friction model. Friction between the powder and the rigid die wall leads to inhomogeneous density distribution during the compaction process. The floating die technique and double punch pressing can attain more homogenous compacts than the fixed die technique can do. The results obtained from numerical analysis agree well with the experimental results. Simulation model was built in MSC.Mentat, and MSC.Marc software was used to calculate the powder compaction process.