论文题目: 陶瓷粉末压制成型过程数值模拟的研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料学
作者: 董震
导师: 蔡舒
关键词: 有限元模拟,干压成型,湿式等静压,模具优化
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 陶瓷材料具有强度高、韧性好、耐高温、耐腐蚀、耐放射性等一系列优点,已广泛应用于冶金、机械、国防、航天航空等诸多领域。陶瓷粉末干压成型和冷等静压成型是制备陶瓷结构部件的重要方法。干压法成型主要适用于制备圆形、薄片状的小部件,由于干压成型的加压方向只限于轴向,压成的坯体结构具有明显的各向异性。冷等静压成型可用于制备大尺寸陶瓷部件,所得坯体致密均匀性较好。目前,一般采用反复试验的方法来确定陶瓷粉末成型工艺和模具形状尺寸。随着现代计算机模拟技术的发展,通过有限元法数值模拟可以从根本上解决粉末成型工艺设计过于依赖经验的问题,达到改进产品质量,提高生产效率,降低成本,优化模具和工艺设计的目的。本文主要对陶瓷粉末的干压成型和湿式等静压成型进行数值模拟和应用研究。模拟工作在大型有限元软件Msc.Marc/Mentat 2003中完成。首先,通过对ZrO2陶瓷粉末干压成型小圆片过程进行了模拟,分析了陶瓷粉料在加压过程中的密度场、应力场变化、粉末材料的流动情况以及粉料和模壁之间的摩擦对坯体性能的影响,并精确预测了坯体的尺寸。此外,本文重点对湿式等静压成型ZrO2陶瓷柱塞过程进行了模拟,分析了陶瓷粉末变形过程中的应力场、应变场和密度场分布,精确预测了坯体的形状和成型前后的尺寸变化,研究陶瓷粉末在成型过程中的变形规律以及各工艺参数对成型过程的影响,并进行了模具优化设计。本文分析了干压成型所得坯体密度缺陷成因;定量分析了粉料和模壁之间的摩擦对坯体密度分布的影响;模拟所得成型坯体的尺寸收缩率为120%,与实验测得的尺寸收缩率119%很接近。另外,本文对湿式等静压成型ZrO2陶瓷柱塞过程进行了模拟,所得坯体密度与实测密度吻合性好;精确预测了坯体的形状和尺寸,模拟结果和实验结果的误差在1%之内。并且应用有限元数值模拟方法对湿式等静压成型模具进行了优化设计,将橡胶塞的外直角面改为球面后,坯体各部分受力更均匀,可得到密度更均一的坯体。同时,分析了橡胶袋的厚度对坯体形状和尺寸的影响:当橡胶袋的厚度大于2.5mm时,橡胶袋对坯体形状和尺寸的影响不明显;当橡胶袋的厚度小于2.5mm时,所得坯体变形较大且坯体表面较粗糙。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 前言
1.1 本论文的研究目的
1.2 本论文的研究内容
1.3 本论文的研究方法
第二章 文献综述
2.1 干压成型技术原理
2.1.1 单向加压
2.1.2 双向加压
2.2 冷等静压成型技术原理
2.2.1 湿式等静压
2.2.2 干式等静压
2.3 陶瓷粉末压制成型过程有限元模拟研究进展
2.3.1 干压成型过程有限元模拟
2.3.2 冷等静压成型过程有限元模拟
2.4 有限元法
2.4.1 有限元法发展概况
2.4.2 大变形弹塑性有限元法
2.5 陶瓷粉末压制成型过程有限元模拟的意义
2.6 陶瓷粉末压制成型过程有限元模拟中应注意的问题
2.6.1 粉末材料参数的确定
2.6.2 有限元模拟中所涉及的陶瓷材料模型
2.6.3 陶瓷粉末压制成型过程影响因素分析
2.7 本章小结
第三章 陶瓷粉末材料模型的确立
3.1 陶瓷粉末材料模型基本假设
3.2 陶瓷粉末材料屈服准则
3.3 陶瓷粉末材料的变形和致密化
3.3.1 陶瓷粉末材料的变形特征
3.3.2 陶瓷粉末材料的致密化
3.4 本章小结
第四章 陶瓷粉末干压成型过程有限元模拟
4.1 干压成型物理模型和几何尺寸
4.2 有限元模型的建立
4.2.1 几何模型的确立
4.2.2 材料模型的确立
4.2.3 边界条件确定
4.2.4 接触条件确定
4.2.5 初始条件确定
4.2.6 加载过程确定
4.3 模拟计算结果分析
4.3.1 等效应力分布
4.3.2 相对密度分布
4.3.3 相对密度分布情况的成因分析
4.3.4 粉料与模壁间的摩擦对坯体密度分布的影响
4.3.5 坯体形状和尺寸变化
4.4 本章小结
第五章 陶瓷粉末湿式等静压成型过程有限元模拟
5.1 湿式等静压成型物理模型描述和模具几何尺寸
5.2 有限元模型的建立
5.2.1 分析问题类型
5.2.2 几何模型的确立
5.2.3 材料模型确立
5.2.4 边界条件确定
5.2.5 接触条件确定
5.2.6 初始条件确定
5.2.7 加载过程确定
5.3 模拟结果与分析
5.3.1 湿式等静压成型过程中粉末成型件的变形分析
5.3.2 湿式等静压成型过程中粉末成型件的密度变化规律
5.3.2.1 模拟得出的成型件密度变化情况
5.3.2.2 模拟结果与实验结果的对比
5.3.3 湿式等静压成型过程中粉末成型件应力分析
5.3.3.1 成型过程中等效应力分析
5.3.3.2 成型过程中各方向应力分析
5.3.4 湿式等静压成型过程中粉末成型件应变分析
5.3.5 湿式等静压成型过程中粉末成型件尺寸变化
5.3.5.1 模拟得出的成型件形状和尺寸
5.3.5.2 模拟结果与实验结果的对比
5.3.6 湿式等静压成型过程中粉末颗粒的流动规律
5.3.7 粉料与橡胶塞和芯轴的摩擦对成型坯体密度和尺寸的影响
5.4 本章小结
第六章 陶瓷粉末湿式等静压成型过程模具优化设计
6.1 陶瓷粉末湿式等静压成型过程模具优化设计概论
6.2 针对橡胶塞的模具优化设计
6.2.1 改进模型的几何模型
6.2.2 改进模型后所得坯体的相对密度分布
6.2.3 改进模型后所得坯体的外形尺寸
6.2.4 改进模型后所得坯体的应力、应变分析
6.3 橡胶袋厚度的影响
6.3.1 橡胶袋厚度对坯体密度分布的影响
6.3.2 橡胶袋厚度对坯体形状尺寸的影响
6.4 本章小结
第七章 结论
参考文献
硕士研究生期间发表论文情况
致 谢
发布时间: 2007-04-17
参考文献
- [1].大尺寸薄壁陶瓷缸套等静压成型过程的数值模拟研究[D]. 王次明.天津大学2007
- [2].基于3D打印模具的陶瓷义齿等静压成型研究[D]. 白国栋.西安工业大学2017
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