粉末注射成形数值模拟与应用开题报告--北京科技大学硕士.doc

北 京 科 技 大 学 硕士学位研究生 选题报告及文献综述 论文题目： 粉末注射成形数值模拟与应用 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 指导教师： XXX教授 副 导师： XXX 单 位： 材料科学与工程学院 学 　号： S20100xxx 作 者： XXX 专业名称： 材料科学与工程 入学时间： 2010年9月 2011年07月15号目录 1.文献综述 1 1.1粉末注射成形 1 1.1.1粉末注射成形工艺简介 1 1.1.2 粉末注射成形的技术特点 5 1.1.3 粉末注射成形的应用和发展 6 1.2粉末注射成型过程模拟 8 1.2.1塑料注射成形充模流动模拟的发展 9 1.2.2塑料注射成形模拟与粉末注射成形模拟的比较 11 1.2.3 粉末注射成形过程的计算机模拟发展 11 1.2.4 可用于粉末注射成形模拟的一些软件简介 13 1.2.5粉末注射成形模拟的数值计算方法 15 1.2.6粉末注射成形模拟的模型 17 2.课题来源和选题意义 20 2.1 课题来源 20 2.2 课题意义 20 3.研究方案和实验安排 22 3.1 研究内容 22 3.2 研究进度 22 3.3 研究计划 23 3.4 研究经费 23 参考文献 24 1.文献综述 1.1粉末注射成形 粉末注射成形(Powder Injection Molding，PIM)是将塑料工业中的注射成形技术与粉末冶金结合而产生的一种新型粉末冶金近净成形技术[]。由于它有着产品性能高、成本低、能制备复杂形状零件等优点，自其诞生之日起，就受到人们的广泛关注，被称为“当今最热门的零部件成形技术”[]。根据成形材料的不同，粉末注射成型可以分为金属注射成形(Metal Injection Molding，MIM)和陶瓷注射成型(Ceramic Injection Molding，CIM)。 1.1.1粉末注射成形工艺简介 注射成形的基本工艺流程如图 1-1[]所示：首先将粉末与一定比例的粘结剂混合均匀后制成小颗粒，再在注射成形机上注射成形，然后采用化学溶解或热分解的方法脱去注射坯中的粘结剂，最后经过烧结致密化得到产品，烧结过后可根据需要决定是否进行热处理等后续加工。 图 1-1粉末注射成形工艺示意图 (1) 粉末与粘结剂 与传统的粉末冶金工艺相比，注射成形对原料粉末要求较高，粉末的选择要有利于混炼、注射成形、脱脂和烧结，对注射成形原料粉末的研究包括：粉末形状、粒度和粒度组成、比表面等，表 2-1[]中列出了最适合于注射成形用的原料粉末的性质。 表 1-1注射成型形粉末的理想特征 粒度 粒度组成 松装密度 振实密度 粉末形状 粉末长径比 自然坡度角 2-8μm 较宽或较窄 40%-45% 50%以上 近球形 1.2-1.5 50-60° 注射成形用粉的成本很高，是限制该技术发展的一个主要因素。因此，为了降低成本，粉末的制备技术也是人们所关注的，目前主要的粉末制备技术及其制备粉末的性质见表1-2[]。 表 1-2 粉末制备技术及粉末的性质 技 术 粒度(μm) 形 状 材 料 成 本 水雾化 6-40 圆形，椭圆形 金属、合金 中 气体雾化 5-40 球形 金属、合金 高 羰基还原 0.2-10 圆形到纺锤形 金属 中 离心雾化 25-40 球形 金属、合金 中到高 化学气相分解 0.1-2 等轴形，针状 陶瓷 高 氧化还原 1-10 多边到圆形 金属 低 液相沉积 0.1-3 多边形 金属、化合物 低到高 球磨 1-40 角状，不规则形状 脆性材料 中 研磨 0.1-2 不规则 陶瓷 中 化学反应 0.2-40 圆形，球形 化合物 高 粘结剂的加入赋予粉末良好的流动性，使其能制备形状复杂的零件。因此粘结剂的选择和脱除是注射成形工艺的核心，不同的注射成形工艺主要是粘结剂的成分和脱除方式不同[]。注射成形工艺对粘结剂的要求比较苛刻，理想的粘结剂应具有以下特征[6]：(1)熔点低，固化性好，在室温具有较高的强度，粘度低(一般小于10Pa·s)，流动性好，且粘度随温度变化小，粒度对应变速率的敏感性小；(2)与原料粉末间不发生化学反应，与粉末润湿性好(润湿角小于5°)，粘附性强；(3)热分解温度范围宽，其分解产物无腐蚀性，无毒，残留量低，分解温度应高于混合温度和成形温度；(4)粘结剂的成本低，易获取，生产安全，不污染环境，无易挥发组元，循环加热不变质(可重复使用)，热导率高，热膨胀系数小，分子链长较短，无取向分布。 粘结剂的