蒋忠兵[1]2009年在《金属粉末注射成形计算机模拟》文中提出本文用有限元软件ANSYS中的CFX模块对金属粉末注射成形(Metal Injection Molding, MIM)充模过程进行了数值模拟,针对MIM充模过程模拟中亟待解决的一些问题进行了一系列的基础理论研究和数值模拟分析。在详细分析MIM喂料充模机理的基础上,假定喂料熔体为混合均匀、不可压缩的非牛顿流体,充模流动为层流。结合流体动力学和热力学理论,假设固体粉末颗粒用Euler法描述为拟流体,认为粉末颗粒与粘结剂是共同存在且相互渗透的连续流体,从Boltzmann方程出发详细推导了充模过程的质量、动量和能量守恒方程,建立了MIM粉末—粘结剂两相流模型。针对金属粉末注射成形喂料熔体的流变特性选择综合流变本构方程进行描述,并通过粘度实验数据进行了拟合修正。给出了MIM充模流动边界条件和传热边值条件的数学描述,采用VOF法对喂料熔体前沿流动进行跟踪分析。基于大型有限元分析软件ANSYS的CFX模块,给出了MIM充模过程的数学模型的算法和流程图,对MIM喂料的粘度模型进行了二次开发,并用CEL语言对其进行编译和系统集成,首次成功地将两相流模型通过ANSYS CFX应用于MIM充模过程的模拟。以试样件Ⅰ为例,模拟了MIM喂料在该试样件模腔内的流动情况,通过ANSYS CFX提供的后处理,讨论了浇口位置、注射温度、注射速度、注射压力等工艺参数对熔体充模过程的影响,并预测了MIM充模过程中部分常见缺陷产生的条件。通过对工艺参数优化的模拟结果分析,与实际注射生产的注射坯的性能一致,从而证明了两相流模型对于充模流动3D模拟的可行性和准确性。
杨秀芝[2]2004年在《金属粉末注射成形过程的计算机模拟与工艺参数优化》文中研究说明金属粉末注射成形技术是一种将粉末冶金工艺与塑料成形工艺相结合的新型制造技术。适合于大批量小型、精密、复杂以及具有特殊性能要求的金属零件的制造。 本文对金属粉末注射成形技术进行了概述，详细论述了用于金属粉末注射成形过程的连续介质模型和颗粒模型的控制方程、本构方程及相关流变学理论。并对文中使用的有限元软件ANSYS的流体模块进行了介绍，讨论了用ANSYS分析金属粉末注射成形的步骤与方法。 基于连续介质理论和有限元理论，建立了金属粉末注射成形浇注系统的流道和注射件成形有限元分析计算模型，并对金属粉末注射成形过程进行了模拟分析，得出了相关的结论。在相同的注射条件下，通过分析喂料在不同直径和长度流道中的流动规律，得到了喂料在流道中的速度场、压力场和温度场，找到了流道长径比的合理取值范围，并得出通过改变流道设计可实现对现有设备资源充分利用的结论；给出了不同注射压力下，型腔压力与充模时间关系曲线和喂料熔体平均充填速度与充模时间关系的曲线，得到了注射压力对充填时间和型腔压力的影响规律，确定了最佳的充模时间、注射时间和注射压力；通过分析采用不同位置浇口注射时注射件关键位置单元的流动速度和压力分布，预测了注射件的成形质量，或可能产生的注射缺陷及位置，优化了浇口设置。 本文通过金属粉末注射流道和注射件成形过程的模拟研究，得到了注射参数对注射成形过程的影响规律，其研究成果为注射工艺参数优化与注射模具设计提供理论依据，对预测注射产品质量与性能，指导金属粉末注射成形生产具有重要意义。
郭剑锋[3]2003年在《MIM充模流动3D计算机模拟》文中研究指明本论文在详细分析了金属粉末注射成形(Metal Injection Molding，简称MIM)充模机理的基础上，假定喂料熔体为混合均匀、不可压缩的非牛顿流体，充模流动为层流，依据流体力学和热力学知识，结合实验结果，采用欧拉法列出了完整的求解方程，并给出了相应的边界条件。同时在此基础上，数学分析了采用有限元方法的求解过程，并利用有限元分析软件ANSYS中的FLOTRAN模块实现了MIM的充模流动的3D模拟求解。 利用ANSYS提供的二次开发功能，修正了FLOTRAN提供的简化了的幂律模型语句，加入温度项参数，重新编译该模块并基于新生成的模块进行充模模拟。 以硬质合金Ⅰ型拉伸试样为例，结合3D技术，模拟了MIM喂料在简单几何模腔的流动情况，利用ANSYS提供的Z-Buffer切片模型空间观测方式，讨论了浇口位置、浇口大小和模壁温度等主要工艺参数对熔体充模过程的影响，预测注射成形过程中部分常见缺陷产生的条件。模拟结：果表明：当采用大小为4×1mm~2的侧面浇口、模温320K、注射温度400K以及体积流速60cm~3／s的注射参数进行注射时可以得到良好无缺陷的硬质合金Ⅰ型拉伸试样预成形坯。 结合实际生产情况，进一步选取形状复杂的支持块模腔进行3D充模模拟，根据模拟结果，预测实际制品缺陷产生的部位并分析了缺陷形成机理。最后依据模拟结果，推荐采用INLET4位置浇口进行注射生产，实验表明制得的支持块无缺陷，产品通过了有关部门的验收，证明了充模流动3D模拟的可行性和准确性，同时展示了3D充模模拟技术在指导工艺参数优化方面的广阔前景。
敖晖[4]2002年在《金属粉末注射成形充模流动计算机模拟》文中研究表明本论文比较了金属注射成形(MIM)与塑料注射成形的特点，分析了MIM喂料的组成和流变性等方面的特征。建立了描述MIM喂料在流道和型腔中流动规律的基于HELE-SHOW流动的方程组，并提出了合理的方程组求解方法。 探讨了修改塑料注射成型充模流动模拟软件作为金属注射成形充模流动模拟的可能性及方法。充分考察了各种塑料充模流动模拟软件的设计原理，为MIM充模流动模拟软件的设计提供参考。 运用有限元分析软件进行了流道填充分析和模拟。结果表明：压力、粘度、和流到设计都在较大程度上影响了注射充模。但这叁者间又可以互相调和，弥补其它因素带来的影响。但在复杂形状的模拟中，由于很多边界条件的设定矛盾尚未解决而无法实现。这将成为一个新的需要解决的问题。 目前两相流理论和颗粒模型正成为MIM充模流动模拟的热点。本论文也就这方面进行了初步的探讨。颗粒模型和连续介质模型对比，更能反映MIM喂料的特点。但由于在实际中对MIM喂料充模流动的本质认识的限制和非线性系统的复杂性，使得这种理论的发展也受到一定的限制，但无疑它将是未来研究的重要方向。
蒋炳炎[5]2003年在《金属粉末注射成形流动过程研究》文中研究说明金属粉末注射成形(MIM)是粉末冶金与塑料注射成形相结合的一种高新技术，可以大批量、低成本地制造形状复杂、性能优越的产品，满足了国防、通讯、机械、汽车、医疗等行业对高性能异形关键精密零部件的需求，是当前先进制造技术领域研究的热点之一。作者采用理论分析、软件仿真和实验测试相结合的方法，主要研究了以下注射成形流动过程中的关键问题。 在MIM流动模型基本假设研究方面，为了确定重力和惯性力对流动过程的影响强度，采用量纲分析法首次分析了喂料熔体动量方程各项的量纲，结果表明虽然金属粉末喂料的密度比聚合物大5-10倍，但在MIM流动分析中，方程的粘性力项比重力项和惯性力项大2-3个数量级以上，粘性力仍为主要控制因素。忽略重力和惯性力对喂料熔体流动的影响，不仅简化了流动模型，节省了分析时间和成本，而且无需考虑注射模具设计中流道布置方式。 在MIM喂料流变方程研究方面，首次引入Cross-WLF七参数模型对MIM中非牛顿流体流动过程进行研究，针对喂料粘度模型参数求解和现有模流分析软件无拟合功能的问题，提出了自适应快速遗传算法拟合该模型参数，开发了算法软件包，得到了W-Ni-Fe高比重粉末喂料和316L不锈钢喂料粘度模型的7个参数，为高比重钨球零件和不锈钢模芯的质量预测、模具和工艺参数优化设计提供了必须的材料数据，奠定了MIM材料数据库的基础。 在MIM可视化仿真软件开发方面，为了建立软件系统模型及基于Cross-WLF粘度模型的流动分析算法，实现软件的前处理、求解器、参数拟合、数据管理和图形操作等功能，将面向对象软件工程(OOSE)与统一建模语言(UML)技术首次引入到MIM仿真软件的设计开发中，建立了软件的用户模型、静态模型和动态模型，描述了系统的功能需求、事件流程、类的结构与关系、对象之间的通信、数据库结构和输入输出文件格式等，用Visual C++与Delphi开发工具编码实现了2维MIM充模流动过程仿真软件，方便了对薄壁零件的质量预测以及模具和工艺参数的优化设计。 在MIM喂料注射成形性能研究方面，针对毛细管流变仪测试法衡量流动性能的不足，提出使用螺旋线模具测试喂料熔体的注射成形性能，创造性地设计了一套可快换浇口，模腔封闭的螺旋测试模，并在螺旋测试模上采用正交实验设计，得出了高密度重合金喂料流动长度L_m的回归公式，揭示了L_m随Q_m、P_m、△T_m和凡的变化规律，并得出工艺参数对成形性能影响的强度顺序为Qm最大，尸m与△几其次，因而改善喂料流动性能应优先控制注射速率Qm。 在MIM领域中的注射成形仿真软件应用研究方面，对不锈钢模芯零件与高比重钨球的注射成形过程进行了仿真和实验分析。不锈钢模芯零件充模仿真分析表明，由于熔体流动的“跑道效应”，采用单浇口注射成形两侧流动严重不平衡，端面四个波峰和波谷明显，中部芯柱出现欠注，并发现该零件中间芯轴处成形最困难。通过优化单浇口位置、数量和零件的结构设计后，解决了模芯芯部断裂和不良流动等问题。高比重钨球注射成形实验研究表明，喂料熔体以“喷射”方式在模腔内流动，从浇口直接射向对面动模腔，造成动模腔内顶杆与模具配合间隙的排气功能失效，熔接线增多，因此提出在模具分形面和定模板一侧开排气道以增强其排气能力，并采用高速高压注射成形工艺，解决了叁维实体类零件内部的熔接线缺陷等质量问题。 本研究是国家粉末冶金工程研究中心金属粉末注射成形技术研究项目的重要组成部分，该项目获得了2003年国家科技进步二等奖。
高建祥, 卓海宇, 高泽平, 刘友良[6]2006年在《金属粉末注射成形过程计算机模拟技术的现状及发展》文中研究指明简要阐述了金属粉末注射成形计算机模拟技术的基本原理、发展历史、研究现状及其发展前景,并提出了开发本国金属粉末注射成形计算机模拟技术软件的必要性和迫切性。
郑洲顺[7]2005年在《PIM充模过程的数值模拟分析及应用研究》文中进行了进一步梳理本文用有限元分析软件ANSYS对PIM过程进行模拟，把分形混沌理论、两相流理论和边界层理论应用于PIM过程的研究，针对PIM充模流动过程模拟中亟待解决的一些问题进行了一系列的基础理论研究和数值模拟分析。 首先，以流体力学和热力学理论为基础，采用Euler法描述PIM充模流动，详细推导了充模过程的质量、动量和能量守恒方程，分析了喂料熔体的流变特性和本构方程，建立了PIM的连续介质模型，并给出模型在直角坐标系下的分量表示形式。根据流动边界条件和传热边值条件的数学描述，对基本控制方程的积分表达式进行推导，得出模壁边界流体是否满足无滑移条件，并不影响PIM连续介质模型有限元方程的推导和计算过程。根据Galerkin加权余量法对模型进行了离散化处理，形成有限元特征方程组，采用VOF方法追踪熔体流动前沿，给出了对离散化代数方程组进行有限元数值求解的算法。基于有限元分析软件ANSYS，对PIM喂料的粘度模型进行了二次开发，将ANSYS的模块功能进行扩充和系统集成，生成了专用于PIM充模过程模拟的模块，成功地将ANSYS应用于PIM过程的模拟。 其次，利用所开发的PIM过程模拟专用模块，对含绕流情况的PIM充模流动进行了多种组合模拟，结合实验研究经验和流体力学理论对模拟结果进行了详细分析。讨论了PIM工艺参数的变化对各种缺陷形成的影响，给出了利用数值模拟优化工艺参数的方法，用实例阐释了PIM模拟专用模块的使用方法和技巧。模拟结果表明，在PIM充模过程中，当熔体绕过内孔交汇时总是前沿中心最先相交，从而在内模壁边界附近形成气孔和空洞等缺陷。在绕流交汇区是否产生熔接线主要由交汇时熔体的温度和粘度决定，不同注射速度所形成的熔接线位置和形状及其变化过程也不同。若注射速度快，在绕流交汇区域形成气孔和空洞的可能性就大。复杂型腔和绕流内模壁的存在更容易形成喷射。因此，如果模具排气孔位置设计不当将不可避免地导致成形坯产生气孔和空洞等缺陷，用模拟结果指导模具设计是控制熔接线、气孔和空洞等缺陷产生的有效方法。由于内部粘性摩擦热的产生使某些局部区域的瞬时温度比喂料熔体初始注射温度还高，且局部区域最高温度的持续时间非常短暂，这有可能使粘结剂失效或材料性能改变而形成缺陷。当模腔接近充满时压力急剧增大，速度和粘度分布
徐华安, 熊惟皓, 叶大萌[8]2006年在《粉末注射成形充模流动模拟研究现状与展望》文中进行了进一步梳理综述了目前用于粉末注射成形充模流动模拟所采用的理论模型及其应用研究现状,并对各自的优缺点进行了分析。介绍了粉末注射成形充模流动模拟所采用的数值计算方法,展望了该技术的发展趋势和方向。
许静静[9]2004年在《金属粉末注射成形工艺参数及浇口尺寸对流动性能的影响》文中指出本文对粉末注射成形(PIM)过程中W-Ni-Fe喂料熔体的流动性能作了深入的研究，通过讨论阿基米德螺旋线测试模具中喂料的流动长度，并根据设计的实验方案具体运用MPI(Moldflow Plastics Insight 3． 1) 模拟分析软件和实验分析的方法，着重研究了侧浇口的深度尺寸和注射工艺参数对喂料流动性能的影响。为了实现注塑成形软件在粉末注射成形上的应用，本文对W-Ni-Fe喂料的性能参数进行了计算分析，研究分析了该粉末材料的物性参数，优选出适合该粉末材料的粘度模型，并在MPI软件原有的塑料材料数据库的基础上扩充了W-Ni-Fe粉末喂料注射成形所需的各项参数数据，为MPI模拟仿真软件在PIM成形领域的应用提供了广阔的前景。本文根据设计的实验方案，经过模拟分析和上百次的现场实验之后，借助于浇口尺寸、工艺参数与螺旋线流动长度关系曲线图的描绘，找到了浇口尺寸以及工艺参数对流动性能影响的基本规律。研究表明：① 浇口尺寸与螺旋线测试模中喂料流动长度不成比例关系，是非线性的，L-H曲线为波浪状：② L-H曲线无论是模拟结果还是实验结果，都表现出流动长度随浇口尺寸的增加呈波浪式上升的整体变化趋势。当其它实验条件一定而注射压力改变的情况下，浇口尺寸均匀取0． 5-2． 1mm之间的6个值时，流动长度最长的浇口尺寸均在1． 8mm处，大于一般注塑成形时的最佳浇口尺寸值：③在实验结果中，相对注射压力而言，熔体温度和注射速率对L-H曲线关系的影响就相对较小些，波动方向一致且比较平坦；④ 浇口尺寸不变时，注射压力、注射速率以及熔体温度、模具温度等工艺参数值的增加都会引起流动长度的增长，它们与流动长度均成正比关系。正常的加工范围内，增加注射压力与提高熔体温度对流动长度的影响具有等效性；可见，工艺参数对粉末注射成形的成型性能的影响规律与注塑成形的影响是一致的。⑤ 经过本文的模拟和实验分析结果的比较分析后，认为模拟与实验结果之间的误差较小，二者具有可比性。
潘超梅[10]2016年在《316L不锈钢粉末注射成形模拟及实验研究》文中认为金属注射成形技术在制备形状复杂,组织结构均匀及高性能的近净形金属零部件方面具有独特的优势。但注射成形零件常出现密度分布不均、表面流痕、裂纹及连接线等缺陷影响美观,甚至影响零件的使用。因此,结合注射成形实验及模拟研究注射成形缺陷的形成原因至关重要。本文选用粒度相同的316L不锈钢气雾化与水雾化粉末按照25%、50%和75%混合,采用相同粘结剂制备相应的五组喂料,利用熔体流动速率试验机、热失重分析仪和高压毛细管流变仪对喂料性能进行测试分析并进行注射、脱脂和烧结,重点分析注射参数对注射坯性能的影响及烧结温度对烧结件性能的影响。最后,用Moldex 3D软件对注射充填过程模拟,探讨了注射参数对充填过程两相分离的影响规律。研究表明：在喂料的制备方面,球形粉末制备的喂料流动性、保形性好,为降低成本,可在球形粉末中掺杂不超过50%的不规则形状粉末。对喂料进行热重及流变性能分析结果表明190℃最适合进行注射成形,并根据毛细管流变仪测试原理,自行设计出阿基米德螺旋测试法,并用实验和模拟软件验证该测试方法的可靠性。注射成形阶段出现的缺陷往往在后续工艺中无法消除,注射缺陷产生主要与充填过程两相分离有关。为深入研究充填过程的两相分离现象,采用Moldex 3D软件对注射充填过程模拟,深入分析模温、注射温度、注射速度、注射压力及充模方式对两相分离的影响规律。研究发现,模温过高或过低会造成严重的两相分离,注射压力对两相分离影响不大；注射温度和注射速度通过改变喂料粘度来影响两相分离,喂料熔体充模时以喷泉流方式流动,粉末与粘结剂因流动速度不同而分离,导致注射生坯密度分布不均,进浇口附近粘结剂含量较高且以环状波形依次递减,模壁处在剪切生热作用下,粘结剂含量也较高。注射成形后采用相同的脱脂工艺进行脱脂,并分别进行1320℃、1340℃、1360℃和1380℃烧结2h,结果表明烧结温度低于1360℃时,烧结件的收缩率、密度、硬度和力学性能均随温度的升高而明显提高；当烧结温度继续升高时,烧结密度、烧结收缩率、硬度和力学性能有逐渐减低趋势。
参考文献：
[1]. 金属粉末注射成形计算机模拟[D]. 蒋忠兵. 中南大学. 2009
[2]. 金属粉末注射成形过程的计算机模拟与工艺参数优化[D]. 杨秀芝. 武汉理工大学. 2004
[3]. MIM充模流动3D计算机模拟[D]. 郭剑锋. 中南大学. 2003
[4]. 金属粉末注射成形充模流动计算机模拟[D]. 敖晖. 中南大学. 2002
[5]. 金属粉末注射成形流动过程研究[D]. 蒋炳炎. 中南大学. 2003
[6]. 金属粉末注射成形过程计算机模拟技术的现状及发展[J]. 高建祥, 卓海宇, 高泽平, 刘友良. 硬质合金. 2006
[7]. PIM充模过程的数值模拟分析及应用研究[D]. 郑洲顺. 中南大学. 2005
[8]. 粉末注射成形充模流动模拟研究现状与展望[J]. 徐华安, 熊惟皓, 叶大萌. 材料导报. 2006
[9]. 金属粉末注射成形工艺参数及浇口尺寸对流动性能的影响[D]. 许静静. 中南大学. 2004
[10]. 316L不锈钢粉末注射成形模拟及实验研究[D]. 潘超梅. 昆明理工大学. 2016