郑洲顺
,
王爽
,
李俏杰
,
刘建康
,
曲选辉
,
杨嵩
,
曹稳
稀有金属材料与工程
将金属粉末注射成形充模过程视为粉末、粘结剂和空气的三相流动过程,给出了金属粉末注射成形充模多相流动的控制方程.根据钳口复杂模腔的铁粉注射成形实际参数确定了充模多相流动控制方程的初边界条件,基于CFX计算流体力学软件对钳口铁粉注射成形充模多相流动过程实现了三维数值模拟.给出了钳口铁粉注射成形充模多相流动中固相粉末的速度流线图,分析了模腔中温度场和压力场分布的瞬态情况,以及模腔中不同位置的温度和压力随时间变化的曲线；分析了钳口铁粉注射成形充模多相流动过程中不同时刻粉末体积分数的分布情况.数值模拟结果可用于分析注射成形过程中产生粉末粘结剂两相分离和成形坯密度分布不均的原因,数值模拟为研究注射成形产品缺陷产生的原因提供了直观分析方法.
关键词:
粉末注射成形
,
多相流
,
控制方程
,
数值模拟
郑洲顺
,
王爽
,
郑珊
,
曲选辉
稀有金属材料与工程
将离散单元法应用于粉末高速压制流动过程研究,以模拟粉体流动的非连续特性.将粉末视为粘弹性的离散颗粒,推导了力与位移表达的粉末高速压制粘弹性本构关系,建立了粉末高速压制成形颗粒流动的离散单元法控制方程;并给出了该模型的动态松弛法求解过程.基于离散单元法求解器PFC软件,对粉末高速压制成形过程颗粒流动情况及密度分布进行了模拟,模拟结果与实验结果较吻合.分析了阻尼系数变化对求解过程的敛散性和压坯密度分布的影响.
关键词:
高速压制成型
,
离散单元法
,
接触力
,
粘弹性模型
郑洲顺
,
徐丹
,
雷湘媛
,
应仁仁
,
周文
,
张梦轩
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2012.07.003
将研究不连续体力学行为的离散单元法应用于粉末高速压制致密化过程的研究,将粉末视为黏弹性的离散颗粒,建立粉末高速压制过程颗粒接触模型及每个颗粒的基本运动方程,推导了力与位移表达的粉末高速压制黏弹性本构关系.基于PFC软件实现了铁粉高速压制过程中粉末颗粒二维流动情况及压坯密度分布的数值模拟,模拟结果的密度分布规律与实际压制的密度分布规律较为一致；利用数值模拟结果对影响压坯密度分布的摩擦因数、高径比、双向压制因素进行了具体分析.
关键词:
高速压制
,
离散单元法
,
PFC
,
压坯密度分布
李俏杰
,
郑洲顺
,
王爽
,
刘建康
中国有色金属学报
根据高速压制工艺过程的特点,底部和侧面边界采用反弹与反射的混合格式,顶部通过改变分布函数构造能模拟动态压制过程的边界格式.利用粉体的初始密度和压制最大理想密度建立一个动态的松弛函数来代替格子Boltzmann方法的固定松弛时间.对圆柱体及单级台阶的圆柱体模具的高速压制成形过程进行二维数值模拟,直观显示压制过程中粉末的流动以及应力波的形成与传播过程.模拟结果表明:模具形状对应力波的波形有较大影响；压制完成后,圆柱体压坯最大密度差为12 mg/cm3,密度分布均匀且左右对称,压坯顶部和底部密度较中间部分密度稍大,与实验结果基本相似；圆柱体压坯中存在密度较低的横向窄带区域,揭示成形坯有可能形成分层或断裂.
关键词:
高速压制
,
格子Boltzmann方法
,
松弛函数
,
应力波
祝宝军
,
曲选辉
,
陶颖
,
郑洲顺
稀有金属材料与工程
提出了粉末注射成形冷凝蒸气脱脂新方法,介绍了其工作原理,考查了脱脂温度、时间对粘结剂脱除率的影响.根据Fick第二定律建立了粉末注射成形平板试样、球形试样和圆棒试样冷凝蒸气脱脂过程的数学模型,并给出了该模型的1种图形解法.实验结果表明:该方法脱脂效率高,脱脂坯强度大.利用所建立的机理模型和图形解法可以对简单规则形状成形坯的脱脂过程进行预测,预测结果与实验结果很好的吻合.
关键词:
粉末注射成形
,
溶剂脱脂
,
数学模型
,
过程预测
郑洲顺
,
曲选辉
,
徐勤武
,
李俏杰
,
刘建康
中国有色金属学报
分析齿轮零件粉末注射成形(PIM)实验成形坯密度分布以及成品容易出现飞边和塌陷的位置特点。根据粉末注射成形技术工艺过程的特点给出PIM的双流体模型及初边界条件，基于计算流体力学软件CFX对I型拉伸试样和齿轮零件的PIM两相流动过程进行三维数值模拟。根据数值模拟结果，对PIM充模流动过程中粉末和粘结剂两相速度的变化曲线进行对比分析，证实I型拉伸试样和齿轮零件的PIM充模过程中多个位置发生过不同程度的粉末与粘结剂两相分离现象。对模腔中多个不同结点处发生粉末与粘结剂两项分离的现象进行分析比较。结果表明：PIM充模过程中位于远离浇口狭窄模腔内的点容易产生两相分离现象，粉末与粘结剂两相分离现象只发生在相应位置被充填初期的一段时间内，且不同位置发生的两相分离持续时间也不同。
关键词:
粉末注射成形
,
两相流
,
数值模拟
,
速度分布
郑洲顺
,
徐勤武
,
朱远鹏
,
曲选辉
中国有色金属学报
基于高速压制成形的工艺原理,对金属粉体成形过程中的高应变率、粘性效应和硬化速率先上升后下降的变形特性进行分析.将非线性弹簧、线性弹簧和高应变率Maxwell单元并联构成复合非线性粘弹滞体,并用来描述压制过程中金属粉体的高应变率和粘性效应特征:将非线性弹簧的形变指数视为应变的函数,用形变指数在压制过程中的变化来描述金属粉体硬化速率先上升后下降的变形特征,构建金属粉体高速压制成形的本构关系.分别用线性、二次和三次函数来近似形变指数,分析相应的应力一应变曲线.结果表明:所构建的本构方程能描述金属粉体高速压制成形的变形特性.
关键词:
高速压制成形
,
高应变率
,
加工硬化
,
应力-应变曲线
郑洲顺
,
曲选辉
,
韩旭里
,
张国栋
中国有色金属学报
应用微流边界层理论从微观上阐述了粉末注射成形充模过程模壁凝固层的存在性,分析了PIM模壁凝固层的结构,它包含微流边界层,其厚度远远小于L.Prandtl边界层的厚度,说明假设在PIM充模流动过程中无滑移边界条件是合理的.根据L.Prandtl边界层厚度的计算方法和微流边界层的定义,建立了计算PIM浇道模壁凝固层厚度的数学模型,数值模拟结果说明所给数学模型较好地描述浇道模壁凝固层的增长情况.利用该模型可以方便地预测浇道模壁凝固层厚度的增长,为优化影响制品质量的工艺参数提供了理论依据.
关键词:
粉末注射成形
,
微流边界层
,
模壁凝固层
,
数值模拟
谌东东
,
郑洲顺
,
汤慧萍
,
王建忠
稀有金属材料与工程
根据两条相交金属纤维在交接处不同方向的截面是不同的椭圆-椭圆结构,基于表面扩散机制,在任意方向截面上建立金属纤维烧结结点的椭圆-椭圆模型,用水平集方法对所建模型进行数值求解,实现对任意方向截面上金属纤维烧结结点生长过程的二维数值模拟.将不同方向截面上的数值模拟结果进行重构,给出了金属纤维烧结结点生长过程的三维数值模拟方法.对夹角为60°的两条金属纤维烧结结点的生长过程进行了三维数值模拟,分析了不同方向截面上烧结颈半径的生长速度.数值结果表明,越靠近纤维锐角平分线方向烧结颈半径生长速度越快.数值模拟结果表明,金属纤维在各个截面上的初始局部几何结构对烧结颈的形成起到关键作用.
关键词:
金属纤维
,
表面扩散
,
烧结颈
,
数值模拟
,
初始局部几何结构
郑洲顺
,
曲选辉
,
祝宝军
中国有色金属学报
从宏观的角度出发,仅考虑脱脂预成形坯的体积、粘结剂含量对脱脂过程的影响,将预成形坯几何形状等其他因素的影响合理地归结到扩散系数函数中.根据浓度扩散原理建立了描述粉末注射成形溶剂脱脂过程中预成形坯粘结剂含量随时间变化的数学模型,避免了求解用Fick第二定律描述的偏微分方程,得出了一种预测脱脂量与脱脂时间的有效方法.根据模型求出了脱脂速度函数,给出了一种控制溶剂脱脂过程产生缺陷的分段升温优化方法.用该模型对硬质合金注射成形溶剂脱脂过程进行了模拟和预测,预测结果与实验结果吻合较好.
关键词:
注射成形
,
化学溶剂脱脂
,
数学模型
