DEFORM粉末冶金成形工艺数值模拟技术应用.PDFVIP

DEFORM 粉末冶金成形工艺数值模拟技术应用  安世亚太公司 晏建军 1 前言 金属粉末冶金成形已应用于多种工业机械零部件的成形工艺，包括齿轮、轮 盘、汽车连杆等。粉末冶金成形是将松散的粉末体加工成具有一定尺寸、形状以 及一定密度和强度的坯块。传统的成形方法有模压成形、等静压成形、挤压成形、 轧制成形、注浆成形和热压铸成形等。DEFORM 金属粉末成形技术可实现粉末成 形工艺过程的计算机数值模拟，预测粉末成形缺陷，优化加工工艺参数。 2 粉末冶金成形工艺优势及面临问题 从制作机械零部件方面来看，粉末冶金法制作机械零部件是一种少切削、无 切削工艺，可以大量减少切削加工量而节省机床，节约金属材料，提高劳动生产 率。用金属粉末冶金法制作机械结构零件时，比用其他加工方法的材料利用率高、 能耗低。 粉末成形工艺过程的实现，涉及到工艺参数及模具结构设计等种种因素，粉 末的初始装填密度、压机的锻压速度、压制力等对粉末冶金零件的成形形状、压 实密度分布、成形应力应变等具有难以预测的影响，而成形零件的锻压质量又影 响到产品的机械性能和使用寿命，因此如何更科学更准确地评估压实成形质量， 是汽车齿轮、连杆等金属粉末加工产品的重要方面。DEFORM 塑性成形分析程 度的金属粉末成形功能可预测成形过程中产品可能出现的缺陷、分析成形尺寸精 度、各部位密度分布等现象，优化成形工艺参数，缩短研发周期。 3 DEFORM 粉末冶金成形工艺方案的工业应用 粉末冶金成形工艺模拟软件用于精确预测产品最终形状及机械加工件的密 度分布，DEFORM 数值模拟技术已成为产品及加工工艺设计和优化的有力工具。 在数值模拟计算系统中，可通过快速仿真分析，获得粉末成形模具粉料填充、材 料流动、成形吨位、温度场分布、应力应变、能量及裂纹等信息，同时，该数值 仿真系统可对粉末成形后的产品进行烧结工艺分析，预测烧结后的产品体积变化 及内应力、密度，指导成形模具和工艺参数的优化设计。在粉末冶金成形领域已 获得良好的工业化应用。 3.1 汽车齿轮粉末冶金成形分析 汽车齿轮粉末成形是典型的金属粉末制造产品，其成形模具运动较为复杂， 通常采用多组模具浮动成形，粉末密度受成形方式、成形速度等因素影响较大。 采用 DEFORM 数值仿真技术预测产品最终密度分布、应力应变及成形吨位，如 图1、2 所示。 图1 齿轮粉末锻造过程密度分布云图及各处密度变化时间历程曲线 图2 齿轮粉末锻造环向应力分布云图及成形吨位变化曲线 3.2 粉末冶金成形裂纹分析 某工业机械盘类零部件粉末冶金成形工艺被用于 DEFORM 的数值模拟计算 系统中，该零件粉末锻压成形因其模具运动方式的不同易产生内角处的裂纹，通 过先期的模拟计算，预测该部位密度分布较低，加工损伤系数较大，通过 ShimaOyane 模型计算其存在较大裂纹出现的可能性。 图3 粉末锻造内角处密度分布最低，加工损伤趋势大，易发生裂纹 图4 ShimaOyane 计算模型预测压实裂纹 3.3 汽车连杆粉末成形分析 DEFORM 粉末冶金成形数值仿真用于汽车连杆的粉末压制工艺分析，经过多 次模拟与实验数据对比，成形过程各部分成形尺寸验证了该数值计算系统的精确 性。成形过程中，密度分布可在分析过程进行显示，如图5、图6 所示，浅色表 示85% 的压实致密度，深色表示接近100%的压实致密度。 图5 连杆粉末压实过程密度分布 DEFORM 成形尺寸与实验数据对比 0.8 web thickness ) s height e h c width n i