基于集磁器的脉冲粉末压制的机理研究

摘要

由于粉末冶金产品独特的性能优点，粉末冶金产品已经广泛应用于人们生产、生活的各个领域中。电磁脉冲粉末压制作为一项新兴粉末冶金技术，具有压制能量高、无污染、成本低、效率高、毛坯性能好等优点，越来越受到人们的重视，并展开了相应的研究工作。电磁脉冲粉末压制技术涉及电磁场、温度场、结构场等多种物理场，各项参数多且复杂，单凭实验测试方法，难以完成对压制的研究。另外，由于锥形放大器质量大，导致电磁能能量损耗大，使压制速度大大降低。本文针对，现目前电磁脉冲粉末压制的不足，通过ANSYS有限元二次开发，建立于相应的电路、电磁分析模型，研究集磁器各项参数对驱动板的影响，设计与电磁脉冲粉末压制相配套的集磁器用以控制磁场分布，并优化现有电磁脉冲粉末压制机构。
　　在LRC电路分析的基础上，考虑工件对系统的影响，建立了双回路电路模型，并编写了ANSYS命令流，创建快捷方式。并利用双回路电路模型，研究了电路电感、阻尼比、电容对粉末压制的影响。工件在压制过程中，对系统影响很小，电感和电阻的减小能大幅度的提高电流幅值，提升电压是最行之有效的方法。
　　针对电磁场分析，建立了基于集磁器的电磁脉冲系统2D、3D模型。研究了集磁器高度H，上下半径R1、R2，孔径角β、电流频率f、趋肤深度、缝隙D对集磁器的影响。集磁器高度 H增大将损耗整个系统的电磁能，H的确定和放电频率f、趋肤深度相关。电流频率f越高，集磁器的能量传递效果越好，缝隙D越大，驱动板受力越不均匀，D的确定以电流不击穿空气为准。则孔径角β越大集磁器效率越低，β=45°时，传递效果最佳。
　　利用MSC.MARC对电磁粉末高速下致密的机理进行了探讨，得出粉末致密主要是因为空气绝热在极短时间内，颗粒的大变形、发热、软化热熔致使粉末颗粒固结成形。并利用集磁器对现有粉末压制机构进行了优化，提出了两种结构方案，缩减和去除了锥形放大器，使压制速度分别是以前的压制速度提3倍和33倍。

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1 绪论

1.1课题背景

1.2粉末高致密化技术简介

1.3电磁成形概述

1.4集磁器在电磁成形中的应用

1.5有限元仿真软件的数值模拟研究

1.6本文的主要研究内容

2 电路分析

2.1电磁脉冲压制放电回路分析

2.2驱动板对放电回路的影响

2.3电路参数的优化

2.4本章小结

3 基于集磁器的电磁场模拟及集磁器的研究

3.1基于集磁器的电磁场模拟

3.2集磁器电磁场分析

3.3本章小结

4 高速压制粉末致密机理探讨及电磁粉末压制结构的改进

4.1引言

4.2电磁粉末压制结构的改进

4.3本章小结

5 基于集磁器的金属粉末压制实验及分析

5.1金属粉末原料

5.2实验压制结构工装

5.3磁脉冲压制力测量及粉末密度测量

5.4本章总结

6 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

在学研究成果

致谢