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不锈钢粉末热等静压成形模拟与包套制造工艺研究

曲兵兵

  粉末热等静压近净成形可以一次成形出任意复杂结构、致密度达100%的金属零件,特别适合于机加工、铸锻等其他方法难以加工的如高熔点合金(钛、镍等)材料金属零件。但是,热等静压成形过程中包括复杂的热机(力)耦合形变,变形机理较复杂。因此,必须借助有限元模拟预测变形并优化包套形状,以达到一次近净成形最终零件的目的。 本文以Shima屈服准则描述粉末本构特性,利用Marc软件实现热等静压高温高压条件下的粉末变形模拟,并依据预测的变形结果反复修改包套的形状和尺寸。模拟结果显示,在120Mpa和1300℃载荷条件下,拉伸测试样件的最终相对密度由初始的70%变为95%以上,满足了功能零件的使用要求。径向收缩量12%左右,而轴向收缩量较小。通过逐步建立随形的包套并减小包套厚度,最终得出了优化设计后的改进的拉伸测试样件的包套形状和尺寸。在上述简单零件研究基础上,对复杂形状的涡轮盘零件进行了数值模拟。得出了涡轮盘在热等静压过程中的变形趋势,镶块结构保证了涡轮盘内部粉末的局部形状,但阻碍了粉末的致密化。涡轮盘包套形状有待于进一步优化镶块和包套结构以提高粉末的致密度。利用优化后的包套进行热等静压近净成形,可以得到最终形状和尺寸的零件。 热等静压包套对气密性要求高,在高温高压成形前必须实施严格的检测。本文以上述模拟优化的拉伸测试样件为实例,通过机加工方法制造出包套分体部件;接着,利用TIG封焊将各个部件拼接成一个整体,并利用氦谱检漏仪检测整体包套的气密性;最后,进行装粉、震实、抽真空和夹断封死等工序,完成了包套的组装。 本文以简单形状零件为例,研究了粉末热等静压近净成形数值模拟与包套制造工艺,为该工艺制造复杂零件奠定了基础。……   
[关键词]:热等静压;近净成形;数值模拟;Shima模型;优化设计;包套;镶块
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:华中科技大学2009年