粉末药型罩旋压相对密度数值模拟及均匀性评价

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caojiangtao007
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随着全球工业化的发展,石油作为现阶段最主要的能源物质而备受重视,在石油开采中广泛使用的聚能射孔技术也成为了研究热点,聚能射流技术同样适用于国防中。药型罩是聚能射流的关键部件,其均匀性优劣直接影响着射流效果。粉末冶金法制备粉末药型罩具有成分配比灵活、穿孔后效大的优点,是现阶段药型罩的主要加工方法。但是,如果压制工艺选择不当,会导致加工的药型罩存在成分及孔隙分布不均匀等缺陷。这些缺陷会使聚能射流偏离轴线,影响穿深效果,严重时可能出现射流过早断裂的现象。本文以粉末药型罩为研究对象,建立了金属粉末药型罩旋压加工的有限元模型,模拟了旋压工艺参数对其相对密度及粉末流动性的影响;定义了面密度的概念,完成了粉末药型罩面密度均匀性的检测。具体研究内容及结果如下:(1)应用有限元分析软件MSC.Marc,在金属塑性力学基础上,建立了金属粉末药型罩连续体有限元模型,分析了不同模壁摩擦系数、不同凹模转速、不同凸模压力对成形后药型罩相对密度的影响,并比较了相同摩擦系数下,旋压和普通压制对成形后相对密度的影响。模拟结果表明:在粉末药型罩旋压加工及普通压制中,相对密度均随着模壁摩擦力的增大而减小,但均匀性均随之得到提高;增加凹模旋转和增大凸模压力可以有利于改善压实效果,而且随着转速的增大,相对密度随之增大,但均匀性降低。(2)在MSC.Marc中建立了金属粉末药型罩多粒子有限元模型,模拟了粉末颗粒的流动规律:相比于普通压制,旋压加工中粉末颗粒的流动性有了明显的改善,这对复合粉末的压制有着重要意义,粉末的流动性随着摩擦系数的增大而减弱。(3)使用JSM-5600LV扫描电子显微镜对试样成分判定,徕卡公司MEF-3金相显微镜采集试样金相,对采集的金相图先用MATLAB进行降噪处理,再用图像分析软件Image-Pro-Plus软件对金相图片进行分析。分析结果表明:轴向孔隙率的模拟与实验结果一致性良好,误差为4.97%,证明了建立模型的可靠性;计算出了由模拟中确定的旋压参数生产的粉末药型罩面密度分布信息,对旋压参数的改进提出了相应的意见。本文采用数值模拟方法揭示了旋压工艺参数对相对密度分布及粉末流动性的影响,提出了一种新的药型罩均匀性评价方法,对指导粉末药型罩生产、提升粉末药型罩旋压加工质量具有重要理论和实践意义。
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