工 程 综 合 训 练 报 告
2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的方法（途径） 1 基于粉末材料可压缩连续介质的假设，重点研究其屈服准则和本构方程，通过物理实验数据优化参数，建立合理的材料模型，并通过与其它模型的对比，探讨模型参数的意义及各参数的变化对模拟结果的影响。 2 对于金属粉末压制成形工艺，主要研究模具的形状、粉末的粒度、压制力、压制方式、温度、压制速率、模壁系数七个影响因素对粉体的密度及密度分布规律的影响，并通过密度分布和压制曲线的实验结果，分析并验证有限元模拟的有效性。 3 模拟烧结工艺的设定：在烧结加热阶段，运用deform软件的热-力耦合，对平均相对密度为0.7、0.8、0.9的压坯分别在900℃、1000℃、1100℃的烧结温度下进行烧结，探讨密度及密度分布对温度分布的变化规律。在烧结硬化阶段，运用deform软件的相转变模块，模拟不同的冷却速率下，奥氏体向马氏体转变的演变规律。 4 对烧结坯进行显微组织观察及力学性能测试：对不同密度的烧结坯进行硬度测定和拉伸试验，并在扫描电镜进行断裂形貌组织观察，研究密度与硬度的关系及密度对断裂方式的影响，进而探讨密度、组织、性能三者间的关系。 5 对复杂三维零件进行模拟：零件的形状根据工厂提供，引入本文中的材料模型，设计模具并进行计算机模拟。模拟工艺参数与工厂实际生产工艺参数完全一致，分析并对比模拟结果与实验结果，验证有限元模拟在复杂零件上的有效性，为工厂的实际生产做出指导。 5
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3.总结报告（5000字） 此次工程综合训练，从2014年9月初起至2014年9月28日结束，我们工程训练的课题是“金属粉末压制、烧结过程的数值模拟研究”，在这一个月的学习中，通过范仓教授和黄永强学长的指导下，我初步了解了粉末冶金的概念，现状与未来发展前景，学习了粉末冶金的原理以及操作方式，同时掌握了solidworks软件和deform软件，来设计并建立模具和对金属粉末的的压制过程进行分析。 粉末冶金工艺的先进性体现在具有独特的化学组成和机械、物理性能，尤其具有用传统的熔铸方法无法获得的组成和性能。 （成分范围高度可调=》不同的性能），同时大批量高效生产（一般每分钟4 ～ 10件）。粉末冶金成形（无机加工或极少的机加工，高材料利用率最高可以达到95%以上），降低生产能耗和成本。根据具体应用环境与要求，密度从70%至100%广范围可调（减轻零件的重量，含油自润滑，省能，省材等）。低温烧结，节省能耗；排放气体主要是空气中主要成分的氮气和纯净水蒸汽；冷却为循环水冷却，无水资源浪费和污染。 粉末冶金包括粉末制备和粉末经过压制、烧结得到冶金制品两部分，它既可制造出传统冶炼技术难以得到的金属材料，又可直接由粉末制成最终制品或接近最终形状的制品，而不需或只需少量机加工便可以达到制品的技术需求。与传统的金属加工方法相比，粉末冶金的材料利用率高、能耗低、经济效益好，是节能节材的先进工艺技术。因此，在工业生产中被大量用于金属零件的制备，特别是在汽车制造业领域有着广泛的应用。 粉末冶金产品的制备过程：首先生产粉末。粉末的生产过程步骤有粉末原材料的制取、粉料的混合等。一般选择加入机油、橡胶或石蜡等增塑剂来改善粉末的成型性和可塑性。之后是压制成型。将粉末在一定压力下，在模具中压制成所需形状。之后在保护气氛的高温炉或真空炉中进行烧结成型。类似于熟化现象，烧结过程中粉末颗粒间通过扩散、再结晶、熔焊、化合、溶解等一系列的物理化学过程，成为具有一定孔隙度的冶金产品。烧结之后进行后处理。一般情况下，烧结好的制件可直接使用。但对于某些尺寸要求精度高并且有高的硬度、耐磨性的制件还要进行烧结后处理。后处理包括精压、滚压、挤压、淬火、表面淬火、浸油、及熔渗等。
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金属粉末冶金的发展非常迅速，尤其是计算机技术已经达到了一个较高程度的现在，对于粉末压制过程中的力学等性质能有较好较全面的分析。众所周知粉末材料是由大量颗粒构成的，每一个颗粒可以看做是一个致密的球，颗粒与颗粒之间结合必定有间隙，也就是非连续体，这种非连续体的成形是一个几何非线性、材料非线性、边界非线性的组合非线性问题。因此，粉末冶金工艺的模拟是建立在致密体求解基础上作出的假设和修正，但该假设的材料模型又不完全符合粉体的塑形屈服强度模型和本构方程。目前，将粉末弹塑性模型与有限元技术相结合对粉末冶金制品的压制、烧结过程进行数值模拟的研究有限。 在初步确立金属粉末冶金的压制方式和过程中力学性能分析手段之后，我们就模型设计和压制过程模拟进行了学习。 本次训练我们使用solidworks软件进行零件绘制，模具绘制和组装。完成后通过deform软件进行压制中力学性能的分析。 我所选择的成品件如下： 首先是使用solidworks软件进行零件的绘制，之后进行模具设计分析，由于该零件是三个台阶的拉伸，因此需要建立三个草图，从而来进行立体图拉制。在绘图过程中需要注意视图的统一，以及中心的选择。
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零件草图如下：
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零件立体图如下： 9