文档介绍：铁基粉末温压成形规律的数值模拟研究
Research on Numerical Simulation of the iron-based
Powder paction Forming Law

作者姓名彭帮国
学位类型学历硕士
学科、专业材料学
研究方向复合材料
导师及职称吴玉程教授

2013 年 04
合肥工业大学
独创性声明
铁基粉末温压成形规律的数值模拟研究
摘要
粉末冶金零部件在机械、汽车、电子、自动化等领域应用时具有低成本、
易成形等优势,其市场前景非常广阔。传统粉末压制制品的相对致密度通常小
于 90%,如何优化粉末冶金零部件的成型工艺,从而获得高致密度的高性能粉
末冶金制品已成为现有粉末冶金行业的研发热点。基于有限分析的数值模拟技
术可以从理论角度对粉末成形致密化过程进行快捷有效、系统的模拟研究,实
现缩短产品研发的周期,降低试生产损耗和新产品开发成本,在实际生产中具
有指导价值。
本论文首先全面概述了铁基粉末冶金零件压制成形工艺原理,总结了数值
模拟分析过程中相关的有限元理论;其次系统地综述了铁基粉末压制成形过程
数值模拟研究现状,讨论了粉末冶金压制成形数值模拟的难点;经过综合对比
分析几种常用有限元分析软件的使用性能,选定了适用于本文模拟研究的分析
软件。
本研究采用温压制备的铁基材料试样,用动态法测量试样的杨氏模量,用
示差法测试热膨胀系数,测得杨氏模量平均值为 GPa,热膨胀系数平均
值为 -05,为温压模拟提供了更为精确的参数定义。
为了系统研究粉末冶金工艺流程中温压成形这一重要工序,本文基于优化
选择后的 MSC. Marc 有限元软件,借助于有限元仿真分析技术,对铁基粉末零
件温压成形过程及结果进行数值模拟分析;在系统分析模拟结果的基础上,探
讨了铁基合金温压粉末在不同温度条件下的流动特征,对粉末温压过程中需要
选取的适用温度范围进行了优化选择;同时分析了粉末和模具温度以及压制力
变化对制品致密度变化的影响规律,得出了最佳温压工艺路线,并进一步讨论
了粉末温压成形致密化机理。
本研究通过数值模拟实现了相应有限元模型的建立,其中接触模型的设置、
模型参数的选取以及最终得出的相关结论,有助于粉末冶金温压制品成形工艺
和模具形状的优化,为提高粉末冶金零部件的质量提供了有价值的理论参考。

关键词:铁基粉末,温压,有限元,数值模拟
Research on Numerical Simulation of the iron-based
Powder paction Forming Law
ABSTRACT
The powder metallurgic (PM) parts are widely used in the fields of mechanics, automobile,
electronics, automation with the advantages of low cost, easy formation. And this makes the
powder metallurgy a promising broad market prospect. Through conventional powder
compaction processes, the relative density of PM parts is generally lower than 90%. The
optimization of the molding process in order to fabricate the PM products with high density
and high mechanical properties has e the focus of PM production. As a rapid,
effective and detailed method, finite element simulation technology is usually adopted to
analyze densification of paction process,which will shorten the period of new
product development and reduce the costs. And this will provide valuable guidance for the
actual ind