分布情況，分(fen)析了陶瓷粉末成(chéng)形件出現密度不(bú)均現象的原❄️因。研(yan)究結果有助于對(dui)等靜壓工藝進行(hang)優化♊設計。
　 　1前言(yán)粉末等靜壓成形(xing)過程是一個非常(chang)複雜的成形過程(cheng)🤟，涉及🔞到許多過程(chéng)參數，例如粉末材(cai)料的各種組元、含(hán)量，模📧具的種類、形(xing)狀，加工溫度、濕度(du)、壓力等。 在進行解析時還(hái)要考慮以下多方(fāng)面因素的影響：1）粉末材料含有一(yi)定孔隙，是一個非(fēi)連續體需要以各(ge)個顆粒之間的變(biàn)形以及各顆粒之(zhi)間的協調關系來(lái)研究♻️其整體變 形，還要考(kǎo)慮粉末材料對溫(wēn)度、應變速率存在(zài)敏感性👌的特點；2）工件、模具的複雜(za)形狀、幾何尺寸；3）摩擦邊界條件；4）有限變形等方面(mian)的因素。因此，難于(yu) 用理論(lùn)解析方法來對粉(fen)末等靜壓成形過(guo)程求解。目前在實(shí)際💁生産應用當中(zhōng)，一般都采用反複(fu)試驗的方法來确(què)定模具尺寸。這種(zhǒng)方法不僅不能保(bao)證‼️等靜壓坯料的(de)質量， 而(er)且還存在着模具(jù)設計周期長、産品(pǐn)尺寸精度差♈以🛀🏻及(ji)密🔞度🔆不均等問題(ti)，消耗了大量的人(rén)力、物力和時間。
　　因此采用(yòng)計算機有限元法(fa)模拟粉末冶金零(líng)件等靜壓成形過(guò)程就成爲了一種(zhǒng)快速有效的設計(ji)方法。
　　通(tōng)過有限元模拟，可(ke)以給出成形過程(cheng)中粉末坯料幾何(hé)形🔱狀、應力應變場(chang)、密度分布等數據(ju)，并據此分析出❗現(xiàn)質量缺陷的原因(yīn)📞，從而能及時改進(jìn)加工過程，快速有(yǒu)效地确定模具的(de)zui終理想形狀，達到(dao)提高生産效率🚶，降(jiàng)低成本的目的。
　　本文主要(yào)對陶瓷粉末件的(de)冷等靜壓（CIP）成形(xing)過程進行分析讨(tao)論。
　　2解析模型的(de)建立2.1有限元模(mó)拟技術問題本解(jie)析的研究對象爲(wèi)如所🌈示的陶瓷⭕粉(fěn)末成形件，外層是(shì)橡膠模具、中間是(shi)陶瓷粉末坯料、裏(lǐ)層是‼️芯棒。由于載(zai)荷和形狀的對稱(chēng)性，将陶💔瓷粉末件(jian)的成形過程簡化(hua)爲💯一個典型的軸(zhou)對稱問題。
　 　中部K域頂部(bu)區域芯棒粉體橡(xiàng)膠模具陶瓷粉末(mo)成形件的幾何模(mó)✏️型陶瓷粉末件的(de)冷等靜壓（cip）成形(xíng)過程，具有幾何非(fēi)線性、材料非線性(xìng)、邊界條件非線性(xìng)等特 點(diǎn)，因而在此采用了(le)增量非線性有限(xian)元對非線性🈲代數(shù)方程組🔱進行叠代(dai)求解以滿足每步(bù)結束時的平衡方(fāng)程，叠代方法采用(yòng)了全牛頓一拉夫(fū)森法。
　　在(zài)幾何非線性方面(mian)，從大位移以及大(dà)應變角度來對陶(táo)瓷粉末📧件冷等靜(jing)壓成形過程進行(hang)分析，并采用更新(xīn)的拉格朗日方法(fa)✏️來描述坐标系。
　 　在邊界條(tiao)件非線性方面，由(you)于在加壓變形過(guò)程中粉體與橡膠(jiao)✌️模具的接觸和相(xiang)互間的摩擦起着(zhe)重要作用，其接觸(chù)❓約束通過🥵直接約(yue)束法來施加。同時(shí)考慮到了加載🌈方(fang)向 随結(jié)構變化而變化的(de)外力的影響。2.2材(cái)料模型粉末材料(liao)是由大量顆粒構(gou)成的，每一個☀️顆粒(lì)均可以視爲*緻密(mi)體其變形行爲可(ke)以用傳統💚的塑性(xìng)力🌏學來描述👨‍❤️‍👨。但是(shi) 由這些(xiē)顆粒所組成的粉(fen)末材料坯體含有(yǒu)一定的孔💋隙⛷️，是一(yi)個非連續體。這種(zhong)非連續體的變形(xíng)是一個非👄常複🏃雜(za)的過程，等靜壓力(lì)影響粉末材料的(de)屈服。因此，粉末材(cái)料 的屈(qū)服準則需要考慮(lü)如下兩個問題：粉(fěn)末材料在塑性變(biàn)形時的體積（密度(dù)）變化；粉末材料的(de)屈服應🧑🏾‍🤝‍🧑🏼力與🐇相對(dui)密度㊙️有關系，相對(duì)密度越大，變形所(suo)需的應力也越大(da)。
　 　從八十(shi)年代中期開始，對(dui)粉末材料的屈服(fú)準則進🐕行了🏒一系(xì)🔆列的研究工作。尤(yóu)其是近年來，随着(zhe)粉末成形數值模(mó)拟技術的發展，粉(fen)末材料屈服準則(ze)的研究引起了人(rén)們 的重(zhong)視。許多學者提出(chū)了如式（1）的粉末(mò)材料成形條件式(shi)1靜水壓力對粉(fen)體成形的影響，并(bìng)且均可以用如下(xià)的一個通式來表(biao)示，即一YP爲材料(liao)常數，爲相對密度(dù) 的函數(shù)；m爲等靜壓力；粉(fen)末材料的屈服應(ying)力0S與不可壓縮(suō)材料的屈服應力(lì)00之間的關系可(kě)由下式給出，即在(zài)0S中包括粉末顆(ke)粒間的表面摩擦(cā)狀态、粉體的破 壞等因素(sù)的影響，因此0S随(suí)相對密度的變化(hua)而不斷變化。而03不随相對密度而(ér)變化本文研究對(duì)象爲陶瓷粉末材(cái)料的參數Y卩、n、0與其種類有關(guan)，目前這些參 數還不能從(cóng)理論上給出，隻能(néng)通過：其中：CH）爲材(cai)料常數，具體取值(zhí)爲陶瓷粉末成形(xíng)件CIP成形後頂部(bu)相對密度分布的(de)模拟結果。可以看(kan)出，芯棒💋頂部倒角(jiao)處 的相(xiang)對密度較小，zui小值(zhí)隻有0.661其他區域(yù)的相對密度較大(da)，一般達到0.885.由此(ci)可見，通過有限元(yuan)模拟可以清楚地(di)了解到相對密度(du)⛱️的分🌏布情況，從而(ér) 發現産(chan)生密度缺陷的原(yuan)因。
　　陶瓷(ci)粉末成形件頂部(bù)相對密度分布3.2陶瓷粉末流動情(qíng)況所示爲成形過(guo)程中陶瓷粉末顆(kē)🏃🏻粒流動情況。由于(yú)陶瓷粉末坯料帶(dai) 傾斜端(duan)面，在壓制時壓制(zhi)方向與傾斜端面(mian)不垂直，從👉而使💁粉(fěn)體顆粒産生側向(xiàng)移動，并引發剪應(yīng)力作用，因此形成(cheng)低密度區域💃🏻。從所(suo)示的頂部粉體顆(ke)粒流動情況可以(yi)發 現，在(zài)頂部A區、B區部(bù)位粉體顆粒的流(liú)動緩慢，且相鄰顆(ke)粒之間的流動不(bu)協調💁，其位移行程(chéng)有明顯差異，相鄰(lín)顆粒之間的變形(xíng)不一緻、不協調，存(cún)在明顯的難變形(xing) 區域，變(bian)形受到阻礙作用(yòng)，從而産生了低密(mi)度現象。其原因主(zhu)🈲要在于模具形狀(zhuang)的影響，即變形區(qū)對粉體的🌈變形㊙️與(yǔ)流動有阻礙🆚作用(yòng)。
　　3.3相對密度變化(huà)規律爲成形過程(chéng)中陶瓷粉末件密(mi)☁️度變化情況，其中(zhōng)，頂部節點和中部(bù)節點的位置分别(bié)位于所示的頂部(bù)低密度區域和中(zhōng)部正常密度區域(yu)。
　　從中可(ke)以看出，模具形狀(zhuàng)對陶瓷粉末成形(xing)件的壓密🏃‍♂️效果有(you)極💋大影響。
　 　中部節點位于(yu)粉末成形件中部(bu)，變形時受模具形(xíng)狀影響較小，因而(er)變形均勻，緻密效(xiao)果良好，相對密度(dù)從0.45增至0.88.頂部(bu)節點位于頂部芯(xīn)棒倒角處低 密度區域，變(bian)形時受模具形狀(zhuang)影響較大，因而變(bian)形不均勻🙇‍♀️，緻🚩密效(xiào)果較差，密度僅從(cóng)0.45增加到0.66左右(yòu)。并且，從圖中可以(yi)看出，頂部低密度(du)區域處的粉 體在成形過(guò)程初期的緻密行(hang)爲良好，比位于中(zhong)部的粉體更易于(yu)變形，但在成形過(guo)程中間密度反而(er)開始降低🍓，從0.70下(xia)降到0.66左右。
　　在成形過 程初期粉(fěn)體處于疏松狀态(tai)，各部分均容易發(fa)生變形。并且位🌂于(yú)🔞産品頂部的粉體(tǐ)顆粒此時處于較(jiao)佳的三向壓應力(li)狀态，比位于中部(bu)的粉體更易于變(bian)形，因而緻密效果(guǒ)更 佳。但(dàn)在成形過程中期(qī)，由于受芯棒形狀(zhuàng)的影響，與型芯相(xiang)接觸部位的變形(xing)受阻，因而壓密效(xiao)果變差，同時由于(yu)🈲在頂部低密度區(qū)域外圍的粉體顆(ke)粒仍繼續運🏃‍♀️動變(bian)形， 并繼(jì)續壓密，因此就在(zai)兩者之間産生滑(huá)動，出現“搓揉🏃‍♀️”現象(xiàng)，從而造成該部位(wei)密度持續下降，形(xíng)成了一個低密度(du)區域。
　　從(cóng)以上分析可以清(qīng)晰地看出， 陶瓷粉末件的(de)幾何形狀尺寸、模(mo)具形狀對密度分(fèn)布有很⛷️大影響，該(gai)陶瓷粉末成形件(jian)的長寬比大，尺寸(cun)變化大😍，壓制時易(yì)出現❓局部區域應(yīng)力集中現象🔅，變形(xíng)不🎯易進行， 從而出現低密(mi)度區域。同時，由于(yu)粉末件坯料帶傾(qīng)斜💞端面，在壓🆚制成(chéng)形時壓制方向與(yǔ)傾斜端面不垂直(zhi)，使得粉體顆粒産(chan)生側向移動，從而(ér)造成低密度區域(yu)的👈形成。本 研究有助于對(duì)模具形狀提出改(gai)進方案，以提高陶(táo)瓷粉末✊成形件的(de)使用壽命。
　　4結論(lùn)通過模拟發現芯(xīn)棒頂部倒角處粉(fěn)末材料的相對密(mi)度zui小爲0.661，其他區(qu)域的相對密度較(jiao)大，達到0.885.說明陶(táo)瓷粉末件的幾何(hé)形狀尺寸、模具形(xing)狀對低密☂️度區域(yu)的形成有極大影(yǐng)響。
　　由于(yu)陶瓷粉末坯料帶(dài)傾斜端面，在壓制(zhi)成形時壓制方向(xiang)與傾斜端面不垂(chuí)直，易出現局部區(qū)域應力集中🔞現象(xiàng)，變形不易進行，從(cong)而使粉體顆粒産(chan)生側向移動，并引(yǐn)發剪應力作用，因(yin)此形成低密度區(qū)域。