分布情况，分析了陶瓷粉末成形件出现密度不均现象的原因。研究结果有助于对等静压工艺进行优化设计。
　 　1前言粉末等静压成形过程是一个非常复杂的成形过程，涉及到许多过程参数，例如粉末材料的各种组元、含量，模具的种类、形状，加工温度、湿度、压力等。 在进行解析时还要考虑以下多方面因素的影响：1）粉末材料含有一定孔隙，是一个非连续体需要以各个颗粒之间的变形以及各颗粒之间的协调关系来研究其整体变 形，还要考虑粉末材料对温度、应变速率存在敏感性的特点；2）工件、模具的复杂形状、几何尺寸；3）摩擦边界条件；4）有限变形等方面的因素。因此，难于 用理论解析方法来对粉末等静压成形过程求解。目前在实际生产应用当中，一般都采用反复试验的方法来确定模具尺寸。这种方法不仅不能保证等静压坯料的质量， 而且还存在着模具设计周期长、产品尺寸精度差以及密度不均等问题，消耗了大量的人力、物力和时间。
　　因此采用计算机有限元法模拟粉末冶金零件等静压成形过程就成为了一种快速有效的设计方法。
　　通过有限元模拟，可以给出成形过程中粉末坯料几何形状、应力应变场、密度分布等数据，并据此分析出现质量缺陷的原因，从而能及时改进加工过程，快速有效地确定模具的zui终理想形状，达到提高生产效率，降低成本的目的。
　　本文主要对陶瓷粉末件的冷等静压（CIP）成形过程进行分析讨论。
　　2解析模型的建立2.1有限元模拟技术问题本解析的研究对象为如所示的陶瓷粉末成形件，外层是橡胶模具、中间是陶瓷粉末坯料、里层是芯棒。由于载荷和形状的对称性，将陶瓷粉末件的成形过程简化为一个典型的轴对称问题。
　 　中部K域顶部区域芯棒粉体橡胶模具陶瓷粉末成形件的几何模型陶瓷粉末件的冷等静压（cip）成形过程，具有几何非线性、材料非线性、边界条件非线性等特 点，因而在此采用了增量非线性有限元对非线性代数方程组进行迭代求解以满足每步结束时的平衡方程，迭代方法采用了全牛顿一拉夫森法。
　　在几何非线性方面，从大位移以及大应变角度来对陶瓷粉末件冷等静压成形过程进行分析，并采用更新的拉格朗日方法来描述坐标系。
　 　在边界条件非线性方面，由于在加压变形过程中粉体与橡胶模具的接触和相互间的摩擦起着重要作用，其接触约束通过直接约束法来施加。同时考虑到了加载方向 随结构变化而变化的外力的影响。2.2材料模型粉末材料是由大量颗粒构成的，每一个颗粒均可以视为*致密体其变形行为可以用传统的塑性力学来描述。但是 由这些颗粒所组成的粉末材料坯体含有一定的孔隙，是一个非连续体。这种非连续体的变形是一个非常复杂的过程，等静压力影响粉末材料的屈服。因此，粉末材料 的屈服准则需要考虑如下两个问题：粉末材料在塑性变形时的体积（密度）变化；粉末材料的屈服应力与相对密度有关系，相对密度越大，变形所需的应力也越大。
　 　从八十年代中期开始，对粉末材料的屈服准则进行了一系列的研究工作。尤其是近年来，随着粉末成形数值模拟技术的发展，粉末材料屈服准则的研究引起了人们 的重视。许多学者提出了如式（1）的粉末材料成形条件式1静水压力对粉体成形的影响，并且均可以用如下的一个通式来表示，即一YP为材料常数，为相对密度 的函数；m为等静压力；粉末材料的屈服应力0S与不可压缩材料的屈服应力00之间的关系可由下式给出，即在0S中包括粉末颗粒间的表面摩擦状态、粉体的破 坏等因素的影响，因此0S随相对密度的变化而不断变化。而03不随相对密度而变化本文研究对象为陶瓷粉末材料的参数Y卩、n、0与其种类有关，目前这些参 数还不能从理论上给出，只能通过：其中：CH）为材料常数，具体取值为陶瓷粉末成形件CIP成形后顶部相对密度分布的模拟结果。可以看出，芯棒顶部倒角处 的相对密度较小，zui小值只有0.661其他区域的相对密度较大，一般达到0.885.由此可见，通过有限元模拟可以清楚地了解到相对密度的分布情况，从而 发现产生密度缺陷的原因。
　　陶瓷粉末成形件顶部相对密度分布3.2陶瓷粉末流动情况所示为成形过程中陶瓷粉末颗粒流动情况。由于陶瓷粉末坯料带 倾斜端面，在压制时压制方向与倾斜端面不垂直，从而使粉体颗粒产生侧向移动，并引发剪应力作用，因此形成低密度区域。从所示的顶部粉体颗粒流动情况可以发 现，在顶部A区、B区部位粉体颗粒的流动缓慢，且相邻颗粒之间的流动不协调，其位移行程有明显差异，相邻颗粒之间的变形不一致、不协调，存在明显的难变形 区域，变形受到阻碍作用，从而产生了低密度现象。其原因主要在于模具形状的影响，即变形区对粉体的变形与流动有阻碍作用。
　　3.3相对密度变化规律为成形过程中陶瓷粉末件密度变化情况，其中，顶部节点和中部节点的位置分别位于所示的顶部低密度区域和中部正常密度区域。
　　从中可以看出，模具形状对陶瓷粉末成形件的压密效果有极大影响。
　 　中部节点位于粉末成形件中部，变形时受模具形状影响较小，因而变形均匀，致密效果良好，相对密度从0.45增至0.88.顶部节点位于顶部芯棒倒角处低 密度区域，变形时受模具形状影响较大，因而变形不均匀，致密效果较差，密度仅从0.45增加到0.66左右。并且，从图中可以看出，顶部低密度区域处的粉 体在成形过程初期的致密行为良好，比位于中部的粉体更易于变形，但在成形过程中间密度反而开始降低，从0.70下降到0.66左右。
　　在成形过 程初期粉体处于疏松状态，各部分均容易发生变形。并且位于产品顶部的粉体颗粒此时处于较佳的三向压应力状态，比位于中部的粉体更易于变形，因而致密效果更 佳。但在成形过程中期，由于受芯棒形状的影响，与型芯相接触部位的变形受阻，因而压密效果变差，同时由于在顶部低密度区域外围的粉体颗粒仍继续运动变形， 并继续压密，因此就在两者之间产生滑动，出现“搓揉”现象，从而造成该部位密度持续下降，形成了一个低密度区域。
　　从以上分析可以清晰地看出， 陶瓷粉末件的几何形状尺寸、模具形状对密度分布有很大影响，该陶瓷粉末成形件的长宽比大，尺寸变化大，压制时易出现局部区域应力集中现象，变形不易进行， 从而出现低密度区域。同时，由于粉末件坯料带倾斜端面，在压制成形时压制方向与倾斜端面不垂直，使得粉体颗粒产生侧向移动，从而造成低密度区域的形成。本 研究有助于对模具形状提出改进方案，以提高陶瓷粉末成形件的使用寿命。
　　4结论通过模拟发现芯棒顶部倒角处粉末材料的相对密度zui小为0.661，其他区域的相对密度较大，达到0.885.说明陶瓷粉末件的几何形状尺寸、模具形状对低密度区域的形成有极大影响。
　　由于陶瓷粉末坯料带倾斜端面，在压制成形时压制方向与倾斜端面不垂直，易出现局部区域应力集中现象，变形不易进行，从而使粉体颗粒产生侧向移动，并引发剪应力作用，因此形成低密度区域。