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粉末材料超声压制成形新工艺装置研制与试验研究

作　者: 李祺
导　师: 易幼平
学　校: 中南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 粉末冶金超声压制密度均匀性
分类号: TF124.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着材料科学的发展,粉末冶金技术在新材料和难熔材料的制备、加工、成形中体现出的优势,使其越来越受到人们的重视。粉末冶金制品由于具有一定的孔隙,其强度和韧性与致密金属相比大大降低,因而难以在高负荷条件下使用。因此,如何提高粉末冶金制品的密度,从而提高其物理性能和力学性能成为了粉末冶金行业的研究热点。针对这一问题,本文提出了一种新颖的超声粉末压制成形方法,具体研究内容包括：(1)分析了超声波换能器的阻抗特性,根据换能器工作条件,设计了新颖的超声波换能器保护与预紧力加载方式,研制了超声粉末压制试验装置。通过有限元仿真分析,研究了挤压杆结构尺寸与其固有频率间的变化规律,确定了与超声波换能器谐振频率相匹配的挤压杆结构尺寸。(2)根据超声粉末塑性成形机理和超声减摩效应,对超声粉末压制成形过程进行了有限元仿真,超声压制与常规压制的仿真结果表明,超声振动引起的摩擦系数降低,使粉末压坯的内部的等效应力分布更均匀,减少了粉末压坯脱模时因内应力分布不均产生的压坯破损,降低了压制压力沿压制方向的损耗,提高了粉末压坯的密度和均匀性。(3)以纯铁粉为原料,开展了超声粉末压制试验研究,对比分析了常规压制与超声压制压坯密度随压制压力的变化规律。500-700MPα压制压力条件下,超声压制比常规压制的压坯密度最大提高了0.3g／cm3,压坯轴向的最大密度差由0.76g／cm3降至0.6g/cm3,孔隙度降低4.3%,表明超声粉末压制可有效提高粉末压坯密度与均匀性,降低压制压力沿轴向的损失,可较大程度的改善压坯的质量和力学性能。文中所研究的工艺方法和研制的试验装置可广泛应用于其它粉末冶金材料的压制研究。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-19
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 粉末冶金致密化成形技术  9-13
    1.2.1 钢模压制技术  9-10
    1.2.2 温压技术  10
    1.2.3 流动温压技术  10-11
    1.2.4 模壁润滑技术  11
    1.2.5 等静压技术  11-12
    1.2.6 高速压制技术  12-13
    1.2.7 其它粉末成形技术  13
  1.3 超声波技术及其在塑性加工中的应用  13-18
    1.3.1 功率超声的发展和超声加工技术  14-16
    1.3.2 超声金属塑性加工技术及理论  16-17
    1.3.3 超声金属粉末压制技术  17-18
  1.4 课题来源与内容安排  18-19
第二章超声粉末压制成形试验装置设计和挤压杆模态分析  19-32
  2.1 超声粉末压制成形试验装置设计方案  19-21
    2.1.1 设计方案与设计简图  19-20
    2.1.2 压制模具及挤压杆主要参数选取  20
    2.1.3 超声波换能器及电源选取  20-21
  2.2 超声波换能器阻抗特性分析  21-23
  2.3 换能器预紧方式与预紧力计算  23-25
    2.3.1 预紧方式选取——弹簧预紧  23
    2.3.2 弹簧参数选取与预紧力计算  23-25
  2.4 挤压杆结构设计与分析  25-30
    2.4.1 挤压杆结构设计  25-26
    2.4.2 模态分析基本理论  26
    2.4.3 挤压杆几何建模和有限元建模  26-27
    2.4.4 仿真结果分析  27-30
  2.5 试验装置总体设计  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章超声粉末压制成形过程有限元分析  32-49
  3.1 粉末塑性成形理论与准则  32-34
  3.2 粉末压制过程的有限元建模  34-39
    3.2.1 粉末压制模型  35-36
    3.2.2 材料屈服准则参数确定  36-38
    3.2.3 泊松比参数  38
    3.2.4 弹性模量参数  38-39
    3.2.5 其它参数  39
  3.3 粉末压制过程有限元结果及分析  39-48
    3.3.1 摩擦系数选取  39-41
    3.3.2 不同压力下压坯密度结果分析  41-42
    3.3.3 700MPa下压坯密度结果分析  42-46
    3.3.4 700MPa下压坯等效应力结果分析  46-48
  3.4 本章小结  48-49
第四章超声粉末压制试验研究  49-58
  4.1 试验装置、材料及方法  49-51
    4.1.1 试验装置及材料  49-50
    4.1.2 试验方法  50-51
  4.2 粉末超声压制试验结果分析  51-56
    4.2.1 动态压制曲线  51-52
    4.2.2 压制压力对密度的影响  52-53
    4.2.3 超声压制对压坯均匀性的影响  53-56
    4.2.4 压制时间与装粉量对密度的影响  56
  4.3 本章小结  56-58
第五章结论与展望  58-60
  5.1 结论  58-59
  5.2 展望  59-60
参考文献  60-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间的主要研究成果  68

粉末材料超声压制成形新工艺装置研制与试验研究

内容摘要

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