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

林立 刘军 周纯 胡海烽

林立, 刘军, 周纯, 胡海烽. 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[J]. 粉末冶金技术, 2018, 36(3): 182-189. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2018.03.004
引用本文: 林立, 刘军, 周纯, 胡海烽. 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[J]. 粉末冶金技术, 2018, 36(3): 182-189. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2018.03.004
LIN Li, LIU Jun, ZHOU Chun, HU Hai-feng. Optimization analysis of die mass and particle model in metal powder impact compaction[J]. Powder Metallurgy Technology, 2018, 36(3): 182-189. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2018.03.004
Citation: LIN Li, LIU Jun, ZHOU Chun, HU Hai-feng. Optimization analysis of die mass and particle model in metal powder impact compaction[J]. Powder Metallurgy Technology, 2018, 36(3): 182-189. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2018.03.004

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

doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2018.03.004
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    通讯作者:

    刘军, E-mail: liujun@nbu.edu.cn

  • 中图分类号: TF122

Optimization analysis of die mass and particle model in metal powder impact compaction

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  • 摘要: 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1stOpt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。
  • 图  1  粉末颗粒微观模型:(a)单颗粒细化网格;(b)横向模型;(c)纵向模型

    Figure  1.  Micro-deformation diagram of numerical simulation model: (a) grids; (b) transverse model; (c) longitudinal model

    图  2  分离式霍普金森压杆系统

    Figure  2.  System of split hopkinson pressure bar

    图  3  压制模拟结果:(a)m1 = 0.1m0;(b)m1 = m0

    Figure  3.  Simulation result of compaction: (a) m1 = 0.1m0; (b) m1 = m0

    图  4  初始速度18 m·s-1横向、纵向模型相对密度与当量质量关系:(a)横向模型;(b)纵向模型

    Figure  4.  Relationship between relative density and relative mass at 18 m·s-1: (a) transverse model; (b) longitudinal model

    图  5  初始速度26 m·s-1时横向模型、纵向模型相对密度与当量质量关系:(a)横向模型;(b)纵向模型

    Figure  5.  Relationship between relative density and relative mass at 26 m·s-1: (a) transverse model; (b) longitudinal model

    图  6  横向模型拟合程度对比

    Figure  6.  Fitting degree of transverse model

    图  7  纵向模型拟合程度对比

    Figure  7.  Fitting degree of longitudinal model

    图  8  横向模型三维预测图

    Figure  8.  Three-dimensional prediction of transverse model

    图  9  纵向模型三维预测图

    Figure  9.  Three-dimensional prediction of longitudinal model

    图  10  横向模型组

    Figure  10.  Transverse model groups

    图  11  纵向模型组

    Figure  11.  Longitudinal model groups

    图  12  预估模型计算值与试验值拟合结果

    Figure  12.  Fitting results of calculation value and experimental value in the prediction model

    图  13  横向颗粒数为5,纵向颗粒数为6(H5Z6)的模型模拟结果

    Figure  13.  Simulation result of H5Z6 particle model as 5 particles in transverse direction and 6 particles in longitudinal direction

    表  1  铝粉物理性能和相关参数

    Table  1.   Physical properties and relative parameters of aluminum powders

    密度/ (kg·m-1) 熔化温度/ ℃ 泊松比 弹性模量/ GPa 屈服强度/ MPa 应变硬化模量/ MPa 应变硬化指数 应变速率敏感指数 温度软化系数
    2770 604 0.33 71.7 337 343 0.41 0.009 1
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    表  2  水平因素正交表

    Table  2.   Orthogonal array of level and factor

    水平 冲模初始速度(因素A)/ (m·s-1) 横向颗粒数(因素B) 纵向颗粒数(因素C)
    水平1 18 3 3
    水平2 20 4 4
    水平3 22 5 5
    水平4 24 6 6
    水平5 26 7 7
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  • 收稿日期:  2017-12-23
  • 刊出日期:  2018-06-27

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