金属粉末轧制及其计算机模拟

摘要

粉末轧制是粉末冶金成形工艺中制造板、带材最主要的方法之一，适应了当前低耗高效的全球制造业发展主题，克服了传统带材加工工艺设备投入多、能源消耗大、加工成本高等不足之处。目前国内外粉末轧制轧机还没有标准化和定形化，类型多种多样，各研究部门仍在不断探索中。基于有限元方法的数值模拟技术以其独特的优势，为研究粉末轧制过程中的力学性能和材料参数提供了高效灵活的途径，可以引入材料本构模型、摩擦条件、几何模型及边界条件等多种参数，对成形过程中的轧制力和带材相对密度等参数进行预测，能够更准确地研究粉末轧制过程中的力学特性，对工艺的优化及成形设备的研制具有很大的理论及现实意义。
　　 本文在现有的轧机基础上进行必要的机构和控制改进，将原有的二杆控制辊缝大小改装为一杆控制，在方便操作的同时，避免了辊缝的不均匀性，为轧制均匀性能的带材提供了机构基础，便于研究辊缝大小对带材性能的影响。利用变频器进行对轧制速度的控制，实现了轧辊的无极变速，变动范围大，过度振动轻微，能够实现轧制过程中变速，为研究辊速变化对带材的影响提供了可能。
　　 本文进行水雾化铁粉和304L不锈钢粉末轧制实验，将所得带材进行烧结，对各种物理参数进行测量并比较，研究两种粉末材料对轧制参数的敏感程度。将所得水雾化铁粉带材进行试样拉伸实验，测试带材力学性能，将水雾化铁粉带材和相同材料的致密金属进行力学参数对比。
　　 本文分析影响粉末轧制带材的因素，利用自定义粉末材料模型，进行水雾化铁粉轧制三维数值模拟。变换不同参数进行模拟对比，研究不同参数对轧制力及轧制带材相对密度的影响。选用几种影响较大的参数进行变换，进行正交模拟实验，分析不同参数对粉末轧制的先后影响次序，模拟所得结果和实验数据有很好的吻合性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 金属粉末轧制成形工艺历史研究与现状

1.2.1 金属粉末轧制工艺的历史

1.2.2 金属粉末轧制工艺研究现状

1.3 金属粉末轧制工艺及数值模拟简介

1.3.1 粉末轧制法的特点

1.3.2 粉末轧制过程中的变形特性

1.3.3 影响粉末轧制带材性能的主要因素

1.3.4 金属粉末成形过程的数值模拟研究现状

1.3.5 金属粉末轧制数值模拟研究现状

1.4 粉末轧制材料及其应用

1.5 本课题的研究目的和主要内容

1.6 课题来源

第二章 金属粉末轧制工艺原理

2.1 引言

2.2 金属粉末轧制原理

2.2.1 粉末轧制主要变形系数

2.2.2 粉末轧制中的角度参数

2.2.3 粉末轧制时粉末的咬入条件

2.3 金属粉末轧制装置

2.3.1 金属粉末轧制实验装置的特点

2.3.2 金属粉末轧制装置的设计

2.3.3 轧制力采集系统

2.4 本章小结

第三童 金属粉末轧制实验

3.1 引言

3.2 实验目的

3.3 轧制过程

3.3.1 实验参数

3.3.2 带材烧结和性能测量

3.3.3 排水法测量带材密度

3.4 实验结果分析

3.4.1 初始辊缝变化对带材的影响

3.4.2 摩擦系数变化

3.4.3 喂料速度不变

3.5 水雾化铁粉带材力学性能测试

3.5.1 引言

3.5.2 实验目的和实验方法

3.5.3 结果与分析

3.6 本章小结

第四章 金属粉末轧制有限元模拟

4.1 引言

4.2 金属粉末轧制的数值模拟

4.2.1 摩擦条件

4.2.2 计算条件

4.2.3 咬入条件的建立

4.2.4 计算结果及分析

4.3 影响金属粉末轧制的主要工艺因素

4.3.1 压缩率的影响

4.3.2 轧辊转速的影响

4.3.3 摩擦系数的影响

4.3.4 轧辊直径的影响

4.4 各种因素影响大小的综合比较

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢