粉末高速压制成形密度分布的数值模拟及影响因素分析

方法 ， 方法 在粉 末 的堆积 、 该 流动 和压制 等过 程 的模 拟
双 相 钢 激 光 拼 焊 板 温 成 形 拉 深 性 能 分 析 研 究
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［ ］ 陈炜 ，薛 雷 ，承 善 ，等 ．双 相 钢 激 光 拼 焊 板 温 拉 伸 流 变 应 力 模 型 ６ 研 究 ［］ Ｊ．功 能 材 料 ， ０ ９ ２（０ ：２ ３ ２ ３ ． ２ ０ ，１ ４ ） ０ ４ ０ ７ ［］ ７
ｐｏ ｅ ｓ ｖ ｓ ｏ ｌ ｓ ｉ ｓ ｒ ｔ ａ ｔｃｅ ，ｔ ｅ ｃ ｔ ｃ ｗｄ ｒａ ｉ ｃ ｅ ａ ｔｃｄｉｃ ｅ ｅ ｐ ｒ ｉｌ ｓ ｈ ｏｎ ａ ｔｍｏｄ ｌｏ ｒ ｉｌ ｌ ｗ ｎｄ ｔ ｑｕ ｔｏｎ ｏｆｍ ｏ ｉ ｅ ｆｐａ ｔｃ ｅｆｏ ａ ｈｅ ｅ ａ ｉ ｔｏｎ ｏｆｅ ｃ ａ ｔｃｅ ａ ｅ ｅ ｔ ｂ ｉ ｈ ｄ，ｃ ｓ ｉｕｔｖｅｍ ｏ ｅ ｆｖ ｓ ｏｅａ ｔｃ ｐ ａ ｈ ｐ ｒ ｉｌ ｒ ｓ ａ ｌｓ ｅ ｏｎ ｔｔ ｉ ｄ ｌｏ ｉ ｃ ｌ ｓ ｉ ｏｗｄ ｒｉ ｉ ｅ ｏ ｉｙ ｃ ｍｐａ ｔｏ ｅ ｎ ｈ ｇｈ ｖ ｌ ｃｔ ｏ ｃｉｎ ｄｅ ｃ ｉ ｄ ｂ ｏ ｃ — ｉｐｌ ｃ ｍｅ ｔｉ ｄ ｅ ｎ ｄｅ ａ ｌ ｓ ｒｂｅ ｙ ｆ ｒ ｅ ｄ ｓ ａ ｅ ｎ ｓｄｅ ｕｃ ｄ ｉ ｔ ｉ．Ｂａ ｅ ｎ ｃ ｍｐｕｔｎｇ ｓ ｔ ｒ ｓ ｄ ｏ ｏ ｉ ｏｆｗａ ｅＰＦＣ ｏ ｓ ｒ ｔ ｌ ｆ ｒｄｉｃ ｅ ｅ ｅ—
中产生 一 系列 的复杂现 象 。 目前 国 内外 对粉 末高 速压 制过程 的研 究 多是 将 粉 末 视 为 连 续 体ｌ ， 粉 末 实 ＿ ３ 与 ］ 际 的非 连续 特性 不 符 。离散 单 元 法 （ ｉ ｉｃ Ｅ ｅ ｎ Ｄｓ ｎｔ ｌ ｔ ｍｅ ｔ
１ 模 型 建 立
布 规 律 与实 际压 制 的密 度 分 布 规 律 较 为 一 致 ； 用 数 值 模 拟 结 果 对 影 响压 坯 密 度 分 布 的 摩 擦 因数 、 径 比 、 向压 制 因 利 高 双 素 进 行 了具 体 分 析 。 关 键词 ：高 速 压 制 ； 散 单 元 法 ； Ｆ 压 坯 密 度 分 布 离 Ｐ Ｃ；
ｉ ｐ ｉｄ ｔ ｔ ｙ ｎｇ ｔ ｒ ｃ ｓ ｗ ｄ ｒｄｅ ｉｉ ａ ｉ ｎ ｉ ｉ ｅ ｏ ｉｙ ｃ ｍ ｐ ｃ ｉ ｎ． Ｃｏ ｉ ｒｎｇ ｔ ｓ ａ ｐｌｅ ｏ ｓ ｕｄ ｉ ｈｅ ｐ ｏ ｅ ｓｏｆｐｏ ｅ ｎｓｆｃ ｔｏ ｎ ｈ ｇｈ ｖ ｌ ｃ ｔ ｏ ａ ｔｏ ｎｓｄｅ ｉ ｈｅ
ｗｅ ｌｗｉｈ ｅ ｅ ｉ ｅ ｔ ｎ ｅ ｇｉ ｅ ｒｎｇ ａ ｌｃ ｔｏ ｌ ｔ ｘｐ ｒｍ ｎ ｓ ｉ ｎ ｎ ｅ ｉ ｐｐ ｉａ ｉ ｎ．Ｔｈｅ ｆ ｃ ｏ ｓｗｈｉｈ ａ ｆ ｃ ｈｅ ｄ ｎ ｉｙ ｄ ｓ ｒｂｕ ｉ ｎ ｉ ａ ｔ ｒ ｃ ｆｅ ｔｔ ｅ ｓｔ ｉ ｔｉ ｔｏ ｎ—
建 立 粉 末 高 速 压 制 过 程 颗 粒 接 触 模 型 及 每 个 颗 粒 的 基 本 运 动 方 程 ， 导 了力 与 位 移 表 达 的 粉 末 高 速 压 制 黏 弹 性 本 构 关 推
系 。基 于 Ｐ Ｃ软 件 实 现 了铁 粉 高 速 压 制 过 程 中 粉 末 颗 粒 二 维 流 动情 况 及 压 坯 密 度分 布 的 数 值 模 拟 ， 拟 结 果 的 密 度分 Ｆ 模
Ｈ ＡＲＴＬＥＹ Ｂ，ＯＮＯ ．Ｌａ ｅ ｌ ａ ｌ ｙ ｏ ｕ ｌｐ ａ ｅ ｓ ｅ ｌ ｎ Ｍ ｓ ｒｗｅ ｄ ｂｉ ｔ ｆｄ ａ ｈ ｓ ｔ ｅ ｓ ｉ ｉ
３ 结 论
（） １ 通过 温单 拉 实验 ， 盒形 件温 拉深 数值 模拟 与实 验分 析对 Ｂ ４ ／ ９ Ｄ ３ ０ ５ ０ Ｐ双 相钢 激光 拼 焊板 的温 拉 深性 能进 行 了研究 。通过 实验 分别 得 到 了 Ｂ ４ ／ ９ Ｄ ３ ０ ５ ０ Ｐ双 源自文库相钢 激光 拼 焊板从 室 温到 ５ ０ 的力学 性 能 和 盒形 件 ０℃ 温拉 深 的极 限拉 深高 度 ， 实 际工 程 应 用 提 供 了一 定 为 的参 考价 值 。
（ ） 形 温 度 对 双 相 钢 激 光 拼 焊 板 盒 形 件 极 限 拉 ２成
ｔｉ ｒｄｂａ ｋａ ｐｉ ｔ ｎ Ｃ ／ Ｓ ２Ｏ ｒ ｏ ｇ ｅｓ＆ Ｅｘ ａｌ ｅ ｌｎ ｐ ｌａｉ ｓ［ ］ ／ ＡＥ ０ ２Ｗｏｌ Ｃ ｎ ｒｓ ｏ ｃ ｏ ｄ —
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Ｃｅ ｔ ａ ｏ ｔ ｎ ｖ ｒ ｉｙ， ｈ ｎ ｓ ａ ４ ０ ８ Ｃｈ ｎ ） ｎ ｒ ｌＳ ｕ ｈ Ｕ ｉ ｅ ｓｔ Ｃ ａ ｇ ｈ １ ０ ３， ｉ ａ
摘要： 将研 究 不 连续 体 力 学行 为 的离 散 单 元 法 应 用 于 粉 末 高 速 压 制 致 密 化 过 程 的研 究 ， 粉 末 视 为 黏 弹 性 的离 散 颗 粒 ， 将
粉末 高速 压制 成形 工艺 过 程 如 图 １所 示 ， 模 冲 上 与 粉末 接触 ， 液压 驱动 的锤 头 高速 撞 击 压 模 产生 应 力 波 ， ０ ２ 左 右 的时 间 内对 粉体 进 行 高 能锤 击 ， 其 在 ．ｓ 使
Ｍｅｈ ｄ Ｄ Ｍ） ｔｏ ， Ｅ 是研 究不 连 续 体力 学 行 为 的 一种 数 值
０ — ０ ５． １ １ Ｏ
ＴＵＲＫ Ｆ．ＫＡＣＡＲ ．Ｒｅ ｉ ｗ ｆｗａ ｍ ｏ ｍｉ ｇ ｏ Ｉ ｖｅ ｏ ｒ ｆｒ ｎ ｆ Ｅ ］ Ｔ０Ｒ０Ｓ Ｓ．０Ｚ ８
ａｕ ｎ ｍ—ｍａｎ ｓｕ ｌ ｙ Ｊ ．Ｊｕ ｎ ｌ ｆ ｔｒ ｌＰ ｏ ｅｓｎ ｌｍｉｕ ｇ ｅｉｍ ａｌ ｓＥ］ ｏ ｒａ ｏ ｅｉ ｓ ｒｃｓｉｇ ｏ Ｍａ ａ
（ ｈｏ ｌｏ ａ ｈｅ ａ ｉａ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｃｏ １ Ｓｃ ｏ ｆＭ ｔ ｍ ｔｃ ｌＳｃｅ ｃ ｎ ｍｐｕ ｉ ｇ Ｔｅ ｈｎ ｏ ｙ． ｎｔ ａ ｔｎ ｃ ｏｌ ｇ Ｃｅ ｒ ｌ Ｓｏ ｈ Ｕｎｉ ｅ ｓｔ Ｃｈａ ｓ ａ ４ ０ ３， ｕｔ ｖ ｒ ｉｙ， ｎｇ ｈ １ ０８ Ｃｈｉ ａ； ｈｏ ｌｏ ｓ ｎ ｓ ｎ ２ Ｓｃ ｏ ｆＢｕ ｉ ｅ ｓ，
深高度 的影 响 比较 显著 ， 随着温 度 的上升 ， 焊板 盒形 拼
［］ ｒｎ ｋｎ ｎ ｔｅｍａ ｉｇ ０ １ ２ （） ９ ９ ． Ｊ ．Ｉ ｍａｉｇａ ｄＳｅｌ ｋｎ ，２ ０ ， ８ ２ ：８ ５ ｏ
ｖ ｌ ｃｔ ｏ ａ ｔ ｎ ａ ｅ ｓ ｍｕ ａ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｓｔ ｉ ｔ ｉ ｕ ｉ ｎ ｏ ｕ ｒｃ ｌ ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｓ ｌｓ ｃ ｉ ｃ ｄ ｅｏ ｉｙ ｃ ｍｐ ｃ ｉ ｒ ｉ ｌ ｔ ｄ ｏ ｅ ｄ ｎ ｉｙ ｄ ｓ ｒｂ ｔ ｆ ｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌ ｔ ｅ ｕ ｔ ｏ ｎ ｉ ｅ ｏ ｏ
１ Ｏ
材 料 工 程 ／２ １ 年 ７ ０２ 期
粉 末 高速压 制成 形密 度 分 布 的 数 值 模 拟 及 影 响 因素 分 析
Ｎ ｕ ｅ ｉａ ｍ ｕｌｔｏ ｎ ｎｆｕ ｎｔａ ｃ ｏ ｓＡ ｎａｙｓｓ ｏ ｍ ｒｃ ｌＳｉ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｉ ｌ ｅ ｉｌＦａ ｔ ｒ ｌ ｉ ｆ Ｄｅ ｉｙ Ｄｉｔ ｉ ｔｏ ｎ Ｈ ｉ ｅｏ ｉｙ Ｃｏ ｐａ ｔｏ ｎｓｔ ｓ ｒｂｕ ｉｎ ｉ ｇｈ Ｖ ｌ ｃｔ ｍ ｃｉｎ
郑 洲顺 徐 ，
丹 ， 雷湘 媛 应仁 仁 周 文 张 梦轩 ， ， ，
２中南大 学 商学 院 ，长沙 ４ ０ ８ ） １ ０ ３
（ １中南大 学 数学科 学 与计算 技术 学院 ， 长沙 ４ ０ ８ ； １ ０ ３
ＺＨ ＥＮ Ｇ Ｚｈｏ — ｈ ， ｕ ｓ ｕｎ ＸＵ ｎ ” ， Ｄａ ＬＥＩＸｉ ｎ — ａ ， Ｉ Ｇ ｎ ｒ ｎ ａ ｇ ｙｕ ｎ Ｙ Ｎ Ｒｅ — ｅ ， ＺＨ Ｏ Ｕ ｅ 。 Ｗ ｎ ＺＨ Ａ Ｎ Ｇ ｅ ｇ ｘｕ ｎ Ｍ ｎ— ａ
集 合体 ， 以分 析粉末 高 速 压 制 过程 中微 观 颗 粒 的 运 动 特性、 单个颗 粒行 为 与粉 末 集 合体 宏 观 行 为 的联 系 以
及 致密 化机 理 。
粉末 与模 壁和模 冲 之间 由于存 在 着 摩 擦 ， 压制 过 程 使 中力 的传递 和分 布 发 生 改变 。由 于压 力 分 布不 均 匀 ， 压 坯各个 部 分 的密 度 和 强度 分 布 不 均匀 ， 在压 制 过 程
ｅ ｅ ｔ ｍ ｅ ｈ ｄ， ｔ ｅ ｐ ｏｃ ｓ ｆｔ ｗ ｏ ｄｉ ｅ ｓ ｏ ａ ａ ｔｃ ｅ ｆｏ ａ ｎｓｔ ｓ ｒｂ ｉ ｒｎｇ ｈｉ ｍ ｎ ｔ ｏ ｈ ｒ ｅ ｓ ｏ ｈｅ ｔ — ｍ ｎ ｉ ｎ ｌｐ ｒ ｉ ｌ ｌ ｗ ｎｄ ｄｅ ｉｙ ｄｉｔ ｉ ｕｔｏｎ ｄｕ ｉ ｇｈ
中 图分 类号 ：ＴＧ３ ９ 文献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ 一 ３ １ ２ １ ） ７ ０ １ － ５ ０ ｌ４ ８ （ ０ ２ ０ ０ ００
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｄｉｃ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ ｈｏ ｉｈ ｉ ｓ ｄ ｆ ｒ ｓ ｕｄ ｉ ｅ ｈａ ｉ ａ ｈ ｖ ｏ ｓ ｏ ｓ ｏｎ ｉ ａ ｅ ｓ ｒ ｔ ｌｍ ｎｔｍ ｔ ｄ ｗｈ ｃ Ｓ ｕ ｅ ｏ ｔ ｙ ｎｇ ｍ ｃ ｎ ｃ ｌｂｅ ａ ｉ ｒ ｆｄｉｃ ｔｎｕ ｎｃ
Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ２ ０ ｃ ｎ ｌ ｇ ， ０ ８， ２ ７：１— １ ． ０ ２
Ｅ］ ９
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粉末 高 速压制 技 术 是一 项 低 成 本 、 效率 制 备 高 高
密度粉 末 冶金 零 件 的新 技 术 口 ， ］ 因其 具 有 良好 的性 价 比而备受 关注 。在压 制致 密化 过程 中 ， 粉末 与粉 末 、
中获得 了成功 应用
。本 工作 将离 散 单元 法 应用 于
粉 末高 速压制 致 密化 过 程 的研 究 ， 粉 体 视 为 颗 粒 的 把