金属粉末注射成形过程的计算机模拟与工艺参数优化

【摘要】： 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。