分布(bu)情況，分(fèn)析了陶(tao)瓷粉末(mò)成形件(jian)出現密(mì)度不均(jun1)現象的(de)🙇🏻原因。研(yan)究結果(guǒ)有助于(yú)對等靜(jing)壓工藝(yi)進行優(yōu)化🚩設計(ji)。
　 　1前(qian)言粉末(mò)等靜壓(ya)成形過(guò)程是一(yi)個非常(cháng)複雜的(de)成形過(guò)🔞程，涉💃及(ji)到許多(duō)過程參(can)數，例如(ru)粉末材(cai)料的各(gè)種組元(yuan)、含量，模(mo)具的種(zhǒng)類、形狀(zhuang)，加工溫(wēn)度、濕度(dù)、壓力等(děng)。 在進(jin)行解析(xi)時還要(yao)考慮以(yi)下多方(fāng)面因素(sù)的影響(xiang)：1）粉(fen)末材料(liào)含有一(yi)定孔隙(xì)，是一個(gè)非連續(xu)體需要(yào)以各個(gè)顆粒之(zhi)間的變(biàn)形以及(jí)各顆粒(li)之間的(de)協調關(guān)系來研(yán)究其整(zhěng)🔴體變 形，還要(yào)考慮粉(fěn)末材料(liào)對溫度(dù)、應變速(su)率存在(zài)敏感性(xing)的🔞特🈚點(dian)；2）工(gōng)件、模具(jù)的複雜(za)形狀、幾(ji)何尺寸(cùn)；3）摩(mó)擦邊界(jiè)條件；4）有限(xian)變形等(deng)方面的(de)因素。因(yīn)此，難于(yu) 用理(li)論解析(xi)方法來(lai)對粉末(mo)等靜壓(ya)成形過(guò)程求解(jiě)。目前🏃‍♂️在(zài)實💯際生(shēng)産應用(yong)當中，一(yī)般都采(cǎi)用反複(fú)試驗的(de)方📧法來(lai)确定模(mo)具尺寸(cun)。這種方(fang)法不僅(jin)不能保(bǎo)證等靜(jing)壓坯料(liào)的質量(liang)， 而且(qie)還存在(zài)着模具(ju)設計周(zhou)期長、産(chǎn)品尺寸(cun)精度差(cha)⚽以及密(mì)度不均(jun)等問題(ti)，消耗了(le)大量的(de)人力、物(wù)力和🌐時(shi)間。
　　因(yin)此采用(yong)計算機(ji)有限元(yuan)法模拟(ni)粉末冶(yě)金零件(jiàn)等靜💘壓(ya)成形過(guo)程就成(cheng)爲了一(yī)種快速(su)有效的(de)設計方(fāng)法。
　　通(tōng)過有限(xiàn)元模拟(nǐ)，可以給(gěi)出成形(xing)過程中(zhōng)粉末坯(pi)料幾何(hé)♻️形狀、應(yīng)力應變(bian)場、密度(du)分布等(děng)數據，并(bìng)據此分(fen)析出現(xiàn)質量缺(que)陷的原(yuán)因🈲，從而(er)能及時(shi)改進加(jiā)工過程(cheng)，快速有(you)效地确(què)定模具(jù)的zui終理(lǐ)想形狀(zhuàng)，達到提(tí)高生産(chan)效率，降(jiàng)低成本(ben)🔱的目的(de)。
　　本文(wen)主要對(duì)陶瓷粉(fen)末件的(de)冷等靜(jing)壓（CIP）成形過(guò)程進行(háng)分析讨(tao)論。
　　2解析模(mo)型的建(jian)立2.1有限元(yuán)模拟技(ji)術問題(ti)本解析(xī)的研究(jiu)對象爲(wèi)如所🈲示(shì)🈚的㊙️陶瓷(cí)粉末成(cheng)形件，外(wài)層是橡(xiang)膠模具(jù)、中間是(shi)陶瓷粉(fen)末坯料(liao)、裏層是(shì)芯棒。由(yóu)于載荷(he)和形狀(zhuàng)的對稱(cheng)性，将陶(táo)瓷粉末(mò)件的成(chéng)形過程(chéng)簡化爲(wei)一個典(dian)型的🈚軸(zhou)對稱問(wèn)題。
　 　中(zhōng)部K域頂部(bu)區域芯(xin)棒粉體(ti)橡膠模(mo)具陶瓷(cí)粉末成(cheng)形件的(de)幾何模(mo)型❓陶瓷(cí)粉末件(jian)的冷等(deng)靜壓（cip）成形(xíng)過程，具(jù)有幾何(hé)非線性(xing)、材料非(fēi)線性、邊(biān)界條件(jian)非線🐕性(xìng)等特 點，因而(ér)在此采(cǎi)用了增(zeng)量非線(xiàn)性有限(xiàn)元對非(fei)線性代(dài)數方程(chéng)組進行(hang)叠代求(qiu)解以滿(man)足每步(bu)結束時(shí)的平衡(heng)方程，叠(dié)代方法(fa)采用⁉️了(le)全牛頓(dun)一拉夫(fū)森法。
　　在幾何(he)非線性(xìng)方面，從(cóng)大位移(yí)以及大(da)應變角(jiao)度來對(dui)陶☁️瓷🛀🏻粉(fěn)末件冷(lěng)等靜壓(ya)成形過(guò)程進行(hang)分析，并(bing)采💁用更(geng)新的拉(lā)格朗日(rì)方法來(lai)描述坐(zuò)标系。
　 　在邊界(jie)條件非(fei)線性方(fāng)面，由于(yu)在加壓(ya)變形過(guo)程中粉(fěn)♈體與橡(xiang)膠模具(ju)的接觸(chu)和相互(hu)間的摩(mo)擦起着(zhe)重要作(zuò)用，其🌈接(jie)觸約束(shu)通過直(zhi)接約束(shù)法來施(shī)加。同時(shí)考慮到(dào)了加載(zǎi)方向 随結構(gòu)變化而(er)變化的(de)外力的(de)影響。2.2材料(liào)模型粉(fěn)末材料(liào)是由大(da)量顆粒(li)構成的(de)，每一個(gè)顆粒均(jun)可以視(shi)爲*緻密(mi)體其變(bian)形行爲(wei)可以用(yong)傳統的(de)塑性力(li)學來描(miáo)述。但是(shi) 由這(zhè)些顆粒(li)所組成(chéng)的粉末(mo)材料坯(pi)體含有(yǒu)一定的(de)孔隙，是(shì)🈲一個🚶‍♀️非(fēi)連續體(ti)。這種非(fēi)連續體(tǐ)的變形(xing)是一個(ge)非常複(fú)雜的過(guò)程，等靜(jing)壓力影(ying)響粉末(mo)材料的(de)屈服。因(yīn)此，粉末(mò)材料 的屈服(fú)準則需(xū)要考慮(lǜ)如下兩(liang)個問題(tí)：粉末材(cai)料在⭕塑(sù)🔞性變✔️形(xíng)時㊙️的體(ti)積（密度(dù)）變化；粉(fěn)末材料(liào)的屈服(fú)應力與(yu)相對密(mi)度有關(guan)🙇‍♀️系，相對(duì)密度越(yue)大，變形(xíng)所需的(de)應力也(ye)越大。
　 　從八十(shí)年代中(zhong)期開始(shi)，對粉末(mò)材料的(de)屈服準(zhun)則進行(hang)了一系(xi)列的研(yán)究工作(zuò)。尤其是(shi)近年來(lái)，随着粉(fen)末⛷️成形(xíng)數值模(mo)拟技術(shu)的發展(zhǎn)，粉末材(cai)料屈服(fu)準則的(de)研究引(yǐn)💘起了人(ren)們 的(de)重視。許(xǔ)多學者(zhe)提出了(le)如式（1）的粉(fěn)末材料(liào)成形條(tiáo)件式1靜水(shui)壓力對(duì)粉體成(chéng)形的影(ying)響，并且(qie)均可以(yǐ)用如下(xià)的一個(ge)通式來(lai)表示，即(ji)一YP爲材料(liào)常數，爲(wèi)相對密(mi)度 的(de)函數；m爲等(děng)靜壓力(lì)；粉末材(cái)料的屈(qu)服應力(li)0S與(yu)不可壓(ya)縮材料(liao)的屈服(fu)應力00之間(jiān)的關系(xì)可由下(xia)式給出(chu)，即在0S中包(bāo)括粉末(mo)顆粒間(jiān)的表面(miàn)摩擦狀(zhuàng)态、粉體(ti)的破 壞等因(yin)素的影(ying)響，因此(cǐ)0S随(sui)相對密(mì)度的變(bian)化而不(bú)斷變化(huà)。而03不随相(xiàng)對密度(dù)而變化(hua)本文研(yan)究對象(xiang)爲陶瓷(ci)粉末材(cái)料的參(can)數Y卩、n、0與(yǔ)其種類(lei)有關，目(mù)前這些(xiē)參 數(shu)還不能(neng)從理論(lun)上給出(chū)，隻能通(tōng)過：其中(zhōng)：CH）爲(wèi)材料常(cháng)數，具體(tǐ)取值爲(wèi)陶瓷粉(fěn)末成形(xíng)件CIP成形後(hou)頂部相(xiang)對密度(dù)分布的(de)模拟結(jié)果。可以(yi)看出，芯(xin)棒頂🔆部(bu)🈲倒角處(chù) 的相(xiang)對密度(dù)較小，zui小(xiao)值隻有(you)0.661其(qi)他區域(yu)的相對(dui)密度較(jiao)大，一般(ban)達到0.885.由此(cǐ)可見，通(tōng)過有限(xiàn)元模拟(ni)可以清(qing)楚地了(le)解到相(xiàng)對密度(dù)的🚩分布(bu)情況，從(cong)而 發(fa)現産生(sheng)密度缺(que)陷的原(yuan)因。
　　陶(tao)瓷粉末(mo)成形件(jiàn)頂部相(xiang)對密度(dù)分布3.2陶瓷(cí)粉末流(liu)動情況(kuàng)所示爲(wèi)成形過(guo)程中陶(tao)瓷粉末(mo)顆粒流(liu)🍓動情✨況(kuàng)。由于陶(táo)瓷粉末(mo)坯料帶(dài) 傾斜(xie)端面，在(zài)壓制時(shí)壓制方(fang)向與傾(qing)斜端面(miàn)不垂直(zhi)，從而使(shǐ)粉🔴體顆(ke)粒産生(shēng)側向移(yi)動，并引(yǐn)發剪應(yīng)力作用(yòng)，因🏃🏻‍♂️此形(xíng)成低密(mi)度區域(yu)♈。從所示(shi)的頂部(bu)粉體顆(ke)粒流動(dong)情況可(ke)以發 現，在頂(dǐng)部A區、B區部位(wei)粉體顆(kē)粒的流(liú)動緩慢(man)，且相鄰(lín)顆粒之(zhi)間的流(liu)動🌍不協(xié)調，其位(wei)移行程(cheng)有明顯(xiǎn)差異，相(xiàng)鄰顆粒(lì)之間的(de)變形不(bú)一緻、不(bú)協調，存(cún)在明顯(xiǎn)的難變(biàn)形 區(qū)域，變形(xíng)受到阻(zu)礙作用(yòng)，從而産(chǎn)生了低(di)密度現(xiàn)象。其原(yuán)🔴因主要(yào)在于模(mo)具形狀(zhuàng)的影響(xiang)，即變形(xing)區對粉(fěn)體的變(biàn)形與流(liu)動有阻(zu)礙💔作用(yòng)。
　　3.3相(xiang)對密度(du)變化規(guī)律爲成(chéng)形過程(chéng)中陶瓷(ci)粉末件(jiàn)密㊙️度🧡變(biàn)化👅情🔞況(kuang)，其中，頂(dǐng)部節點(dian)和中部(bù)節點的(de)位置分(fen)别位于(yu)所示的(de)頂部低(dī)密度區(qū)域和中(zhong)部正常(chang)密度區(qu)域。
　　從(cong)中可以(yi)看出，模(mo)具形狀(zhuang)對陶瓷(ci)粉末成(chéng)形件的(de)壓密效(xiao)果👄有📞極(ji)大影響(xiang)。
　 　中部(bu)節點位(wei)于粉末(mo)成形件(jian)中部，變(bian)形時受(shou)模具形(xíng)狀影響(xiǎng)較小❤️，因(yin)而變形(xíng)均勻，緻(zhì)密效果(guǒ)良好，相(xiang)對密😍度(du)從0.45增至0.88.頂部(bu)節點位(wèi)于頂部(bù)芯棒倒(dao)角處低(dī) 密度(dù)區域，變(bian)形時受(shòu)模具形(xing)狀影響(xiang)較大，因(yin)而變形(xíng)🔴不均勻(yun)，緻密效(xiao)果較差(chà)，密度僅(jin)從0.45增加到(dao)0.66左(zuǒ)右。并且(qiě)，從圖中(zhong)可以看(kàn)出，頂部(bu)低密度(du)區域處(chu)的粉 體在成(chéng)形過程(cheng)初期的(de)緻密行(háng)爲良好(hǎo)，比位于(yu)中部🏃🏻的(de)粉體更(gèng)易于變(bian)形，但在(zai)成形過(guò)程中間(jiān)密度反(fǎn)而開始(shǐ)✍️降低💞，從(cong)0.70下(xia)降到0.66左右(yòu)。
　　在成(cheng)形過 程初期(qī)粉體處(chu)于疏松(sōng)狀态，各(gè)部分均(jun1)容易發(fa)生變☂️形(xíng)。并且位(wèi)于🔅産品(pin)頂部的(de)粉體顆(kē)粒此時(shi)處于較(jiào)佳的三(san)向壓應(yīng)力狀态(tai)，比位于(yu)中部的(de)粉體更(gèng)易于變(bian)形，因而(ér)緻密效(xiào)果更 佳。但在(zài)成形過(guo)程中期(qi)，由于受(shou)芯棒形(xíng)狀的影(yǐng)響，與❤️型(xíng)芯💚相💚接(jie)🍉觸部位(wèi)的變形(xíng)受阻，因(yīn)而壓密(mì)效果變(bian)差，同時(shí)由于在(zài)頂部低(dī)密度區(qu)域外圍(wei)的粉體(ti)顆粒仍(réng)💃🏻繼續運(yun)動變形(xing)， 并繼(ji)續壓密(mi)，因此就(jiu)在兩者(zhě)之間産(chǎn)生滑動(dong)，出現“搓(cuo)揉”現象(xiàng)，從而造(zao)成該部(bù)位密度(dù)持續下(xia)降，形成(chéng)了一個(ge)低✍️密度(dù)區域。
　　從以上(shàng)分析可(kě)以清晰(xī)地看出(chū)， 陶瓷(ci)粉末件(jian)的幾何(he)形狀尺(chi)寸、模具(jù)形狀對(dui)密度分(fèn)布有很(hěn)大😍影響(xiang)，該陶瓷(cí)粉末成(cheng)形件的(de)長寬比(bǐ)大，尺✔️寸(cùn)變化大(dà)，壓制時(shi)易出現(xian)局部區(qū)域應力(li)集中現(xiàn)象，變形(xing)不易進(jìn)行， 從(cóng)而出現(xiàn)低密度(dù)區域。同(tóng)時，由于(yú)粉末件(jiàn)坯料帶(dài)傾斜端(duan)面🈲，在💔壓(yā)制成形(xing)時壓制(zhì)方向與(yǔ)傾斜端(duan)面不垂(chui)直，使得(dé)粉體顆(kē)粒産生(sheng)側向移(yí)動，從而(ér)造成低(dī)密度區(qu)域的🌈形(xing)成。本 研究有(you)助于對(duì)模具形(xing)狀提出(chū)改進方(fang)案，以提(ti)高陶瓷(cí)🛀粉末成(chéng)形件的(de)使用壽(shòu)命。
　　4結論通(tōng)過模拟(nǐ)發現芯(xīn)棒頂部(bù)倒角處(chù)粉末材(cái)料的相(xiàng)對密度(dù)zui小爲0.661，其他(ta)區域的(de)相對密(mi)度較大(da)，達到0.885.說明(míng)陶瓷粉(fen)末件的(de)幾何形(xing)狀尺寸(cùn)、模具形(xíng)狀對低(di)密度⭐區(qū)域㊙️的形(xíng)成有極(ji)大影響(xiǎng)。
　　由于(yú)陶瓷粉(fěn)末坯料(liào)帶傾斜(xie)端面，在(zai)壓制成(cheng)形時壓(yā)制方向(xiang)🆚與傾🔞斜(xie)端面不(bú)垂直，易(yì)出現局(jú)部區域(yù)應力集(jí)中現象(xiang)，變形不(bú)易進行(háng)，從而使(shi)粉體顆(ke)粒産生(sheng)側向移(yi)動☂️，并引(yin)發剪應(yīng)力作用(yòng)，因此形(xing)成低密(mi)度區域(yù)。