大尺寸薄壁陶瓷缸套等静压成型过程的数值模拟研究

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1、中文摘要先进结构陶瓷具有强度高、耐高温、耐腐蚀等一系列优点，在复杂的工作条件下表现出优异的性能，现已成为金属制品的有力替代产品，广泛应用于冶金、石油、机械、国防军工、航空航天等领域中。天津大学经多年研究，充分利用氧化锆制品高强度、耐腐蚀等优秀物理性能，成功开发了增韧氧化锆陶瓷缸套。增韧氧化锆陶瓷缸套采用冷等静压成型方法，陶瓷粉末冷等静压成型过程中影响因素多，成型规律复杂。一直以来，在工艺设计方面，一般都是依靠设计者的经验，或采用反复实验的方法来确定，此种方法效率很低。采用有限元模拟可以掌握粉末材料的成型规律，了解

2、各因素的影响作用，可从根本上解决工艺设计过于依靠经验的问题，达到改进产品质量，提高工艺设计效率之目的。本文以增韧氧化锆陶瓷缸套为研究对象，对陶瓷粉末的冷等静压成型过程进行模拟研究，分析粉末成型过程中几何变形规律、粉末流动规律、密度分布规律、应力应变场分布，并对影响粉末成型的工艺参数分析研究。研究发现，成型时靠近芯轴的粉末颗粒率先进入致密化阶段，并且致密化趋势由芯轴向外扩展。模拟所得结果，误差1％左右，与实验结果较为一致。在粉末CIP成型过程中，通过调整卸压时间，发现较低的卸压速度有利于获得较高的坯体密度，双卸压速

3、度卸压方式可以提高成型件相对密度分布均匀性，减小成型件左上角密度梯度区，提高成型件卸压安全性。随着成型压力的增大，坯体的致密化程度提高，并且在成型压力大于200MPa时，成型件弹性回复量减小，卸压更安全，采用稍大于200MPa的成型压力可有利于提高成型件成品率，也便于脱模。使用刚性压盖，对坯体密度整体分布影响较小，成型件端面具有非常规整的几何外形，但成型出的坯体具有“象足’’外观，且此处有密度梯度区的减小，成型效果较好。关键词：陶瓷粉末冷等静压有限元数值模拟ABSTRACTTheadvancedstructura

4、lceramicsshowavarietyofgoodproperties，suchashighstrength，heat—resistance，wear-resistance，erodent-resistanee，whichdisplayexcellentperformanceinseverework—conditions，andchanllengethemetallicproductsusedinthefieldsofmetallurgy,mechanicalengineering，nationaldefen

5、seandaviation．Theentoughnessceramicscylinderliner,inuseofthegoodphysicalpropertiesofZr02，whichofhighstrength，wear-resistance，erodent-resistance，wasdevelopedatTianjinUniversity．TheentoughnesszirconiaceramicscylinderlinerCanbemadebyCIPwithmanyfactorsandcomplexe

6、sforminglaws．ThedrawbackofCIPislowefficiency,andformingdependsontheexperienceofthedesignersandexperiments．Themethodoffiniteelementsimulationallowsmasteringtheforminglawsofpowders，andtheeffectsofvariousfactors，whichisattractivetoimproveformingqualities，anddeve

7、lopmentoftechnical．Theobjectiveofthiswor．kistodisplaysthedeformationrule，flowruleofpowder,densitydistribution．stressandstraindistributionlaWSinCIPofceramicscylinderliner．Theeffectsoftheformingparametersontheformingwerealsostudied．Resultsshowedthatthepowderscl

8、osedtothediewallsdensifiedfirst．Thedensificationregionsextendedtotheouter,withthedifferenceinthegeometricandgreendensityofbelow1％．Asfortheunloading，alowerrateofunloadingehanceddensificati