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黄河科技学院毕业设计（文献翻译） 第 8 页 比较压型粉在压力机中的几种成形方法摘要 最近采用与进给材料的基本特性有关的模型 ，辊压设计以及操作参数得到了回顾。尤其，我们讨论被J.R 约翰逊在19世纪60年代提出的粒状固体的辊压理论基础以及较迟的试验利用平板方法而且崭新发展了最后的元素模型。这些方法根据效率和准确度被比较的，而且预测基本是预先设计的过程，强迫压实，咬入角，中性，辊压力矩和辊压力量在吸入的分配。因为它包含着足够的关于粉末成形的方式，几何学和磨擦力情况，所以有限的元素方法提供了很多种方法。这使运行现实的计算机能够将费用、时间和资源对程序和实验仪器最佳化的需要减到最低。关键词：辊压，模型方法，有限元模型1 介绍概念上的简单和低的操作费用使辊压成为一个非常流行的压力结块的方法。辊动压实技术被用于矿产、冶金的、和化学的、食物和制药产业的很多材料中。能有粒子大小扩大的若干理由最重要的是改善物质的储藏，操作进给或混合特性。在加热操作方面，它也能改善熔化的效率，弄干或燃烧。使紧密接合的辊压操作是成功的，当它按照协定以规则的和所需机械（或其它特性）以特定的生产率和单位费用需要了机械的（或其它的）特性。它依赖于粉末的适当 相配性质；以及一起处理的设计和操作参数。主要的进给材料的性质被认为是应变关系和磨擦系数作为一个粉状密度的功能（或应力能）重要的设计因素将会是：进给系统的设计，辊压直径和辊压的几何表面。主要的操作参数将被设置的是：辊压速度、辊压缝隙、辊压转力矩、辊压力量、送料和除气装置的情况。现在的工业压实和固化的操作主要是基于反应试验的技术。使用一个如此方式达成最适宜的程序的表现是可能的，不过它造成操作费用和时间的增加，尤其以比较高的体会材料和要求比较多的质量需求。其它可能的方式是使用数学的模型提供必需的数据给适当的仪器和程序设计。尽管它明显显得简单，在压力机械中粉末压实展现一些行为和不充分地从分析的视野被了解的交互作用。将会允许粉末压实实现数字模拟并且允许这些结果的适当使看得见的数学模型能透过程序允许程序工程师得到比较好的理解，从而对它有比较好的设计和控制。这一论文的目的是根据预测基本程序变数的过程效率和准确性检讨现有的模型而且比较他们。只在三个在最近几十年被发展的模型而且想最好地被适合因为在辊压期间预测粒状材料的机械行为被考虑。2 在辊压机中的压实辊压模型21 J.R 约翰逊提出的模型 在19世纪60年代中期发展，它是第一个合成物允许预测遭受在辊轮之间的连续辊压材料行为的模型。这种材料被假设成是各同向性、摩擦力、前后一贯性以及凝聚性，这种材料服从有效的生产量功能。 在咬入区域上面的压力分配被决定基于连续的平面应力的畸变假设沿着辊压表面的滑动。下列输入数据是需要的：内在摩擦的有效角度和内壁摩擦的角度。两者都能被决定使用一个杰耐克的实验装置。在咬入区域中，一个非常单一化的物质模型被应用它被假设是在咬入区，材料和辊压表面之间设有相对滑动并且所有材料都处于咬入角位置的辊轮间，这些又必须进入和辊轮结果压力缝隙相等的宽度长条之内 被压缩。结果，压力通过用穿孔系统的实验得到的压力-密度关系被描述。图1.辊压中垂直压力的倾斜度与角度的位置两个等式被表明决定咬入角度，正如图1所表明的一样。第一个，以实线表现为X方向描述压力倾斜度，假设滑动沿着辊轮表现发生的。当滑动使压实的材料和辊轮之间不发生的时候，倾斜度表现为第二个曲线，用图1中的虚线所表示，基于在参考文献2中的调查，它确立出两个曲线的交点处的即为咬入角。真实压力的倾斜度高于时以实线给出，从角到辊轮的中心轴线以虚线表示。这一个模型是非常有用的，为决定以重力为送料的辊压中的咬入角度。当适用于大的直径（超过500毫米）的平滑辊轮被用的情形时候，它给出了适合的实验数据，当孔侵入辊轮表面的时候，相差是非常高的，单一化假定的结果，由于辊轮孔的存在，辊轮直径被削减了。在预测操作像辊压力量和辊压转力矩的参数基本价值的情况下，协议适度地对粒状的材料表明对辊轮表面和压缩性常数的中间和高摩擦系数，相差的计算之间而且测量值是比较大的（有时超过50%），当较高的压实压力（超过100MPa）是被应用的，而且材料是非常易压缩的。尽管它的限制，应该指出它是允许工程师分析在基本的程序变数和粒状的材料特性之间的相互关系的第一个模型。它强调缺乏了解压实机可能导致程序和实验设备的设计，这些设计将不能生产出所需特性的产品。当粉末模型行为在咬入区域中负责有真正的系统相差的时候，考虑单一化制造即是一个平板方法的模型技术被评估。2. 2 基于平板法咬入角的分析模型的这一个方法广泛地用来预测压力分配和辊压在金属辊压中单独的辊压力。当他们通过辊轮时，类似于约翰逊的模型，平面区段被假定保持平面被首先用于金属粉末辊压的分析。然而，生产量标准对于完全密集的金属被用于那些最初的研究。在下面呈现的分析中，为了进一步发展材料模型被Kuhn和Downey提出的金属粉末生产量标准的观念采纳了。在辊轮下面的变形区被区分为如图2所示的梯形平板。在平板上的力量平衡为X方向造成平衡相等而且被表示成：在等式（1）中摩擦力被表示成：哪里：1（p）是摩擦系数如一个在环形摩擦装置中被决定的正常的压力功能，参考文献中介绍。图2.辊压咬入区元素的临界压力先前提到了材料模型，以及假设在x、y方向的理论临时压力，下列的等式被获得： 哪里：rp=p,m(p)=塑性的“蒲松氏比”，Y（p）=产生作为一个函数密度的压力。m(p)和Y（p）的函数在特别的工具一钢模中被运行的压缩测试被决定。等式的函数形如（4），表现压力和相等的压力颊比较的是一个对称的椭圆。咬入角度的数值从实验的数据和最初的压力条件和假定的密度，中性平面位置也是决定于实验数据，从压缩测试数据中每一步所计算的压实物质的密度被确定。在进入压力区的假设条件下，计算过程是重复的，直到使板的集中压实密度被达到。惯用实验的方法测量咬入角的值，而且和输出密度的被迫相配将模型的预言性能力减到最少。然而，这样与实验式的观察相适合的辊轮压力和转力矩能被达成。在一项相似的平板分析中7，8除了中性角的用法按某一角度转动之外当对模型输入参数。一特别形式的摩擦系数被采用，以使它的中性角度变为零。为如此的假定没有实际的动机。Shima 和Yamada也已经出版了一个估计粉状旋转的速度 ，应变和压力区域的能量减到最小限度的方法，由另一个平板方法的类似假定（平面段保持平面而且啮合角度被假定成对于问题的给定输入）。图3.辊压过程中辊距的计算和试验记录值的比较通过有指导的压力实验，在实验室里用直径305毫米辊轮的压具使模型的有效性重新评估。整个桥的应变和12.4毫米的直径转向器的横隔板作为在辊轮表面方面的压力记录。压具也是装备一个压力转换器以使记录关于压力曲线决定辊轮中心的位置线是可能的。一个三辊轮的的压力分配作为一个计算结果的例子，以及实验记录的数值在图3 中表明。图3 （A），对于褐煤的压实是非常吻合的。对于氯化钠，较大的差异可以用压力转换器记录的材料的滑动摩擦行为来解释（看图3 B中的压力曲线的拐点）。图3表明了用实验方法得到的两种情况的最佳吻合。七种不同的粒状在那些研究期间被分析从最初的地方这一个区段决定被提到的物质模型的有效性。一般的结论是由于一个真正的系统全部的相差是明显的，而不是一致（在五种情况中计算值较实验记录值大，然而有另外 两种情况中，他们又能是比较小的）。就如它被表明的，模型到现在为止呈现提供唯一的有限制的关于压力分配和辊压的变形。为了要产生一个完整的信息在压力类型上，以及材料通过辊压是需要先进的有限元模型的。如此的数据时常是必需准确的预测而且控制压实的产品的性能。2. 3 辊压过程的有限元素分析以有限元为基础的模型最近已经用来分析在压实过程中粉末的成型和压力的均衡性。在这一个区段中，有限的元素技术的使用分析粉的压实在液压中被讨论，包括有限的元素模型，输入数据（几何学，材料和摩擦模型的载入）和结果的简短描述。两个空间模型对于辊压过程以及商业化的ABAQUS有限元素密码得到民展。一个100毫米的直径的辊轮被表现成坚硬的元素，然而给粉的物质网孔和减少的整合（CPE4R）的80*12平面应变的连续性被包含。辊轮和网孔物质的位置被规定成2mm的的缝隙高度，网孔物质的进入角被定为大约18度。一个与压力大小有关的可塑性模型（改良的模型）为粉末作为构成的模型。这个标准化的独立率的模型以一系列的机械测试为基础。正好相反的压实、简单的压实、以及在钢模中的压实在相对密度（RD）为0.73、0.89和0.93的微晶纤维素产生的表面常用，在图4 中给出的类似的实验模型。生产表面被比作两个区域：（1）与流动规则相关的端区被假设（2）DruckerPrager表述不到的表面被假设是与流动规则无关的。一条硬性的规则也被用于端区的位置以测定体积的塑料应变的民展直接与相对密度有关。尽管结果用比较的密度指出结合和粉末增加的力量，但是它被模拟成简单的假设的结果是零。内在的摩擦力角度被估计成65度，这是以测量为基础的图形的顶端和产生的压力被估计基于有联合流程和一钢模的理想硬的假定压实的分析。在进入初始阶段相对密度为0.29。常用模型DruckerPrager/cap用法是在对称椭圆的用法上的进步而且生产量被用于早先的平板方法的现场。后者过高的估计了材料的辊压力，当剪切是应变中占优势模态的时候。在一项多孔铝的辊动碟子的较早FEM研究中，一个对称的椭圆生产量场被采用表现为高密度（95%）多孔的金属行为。图4.改良过的Drucker-Prager/cap所产生的表面适合于在模拟中的粉的模型（相对密度（RD）0.73，0.89和0.93）表1类似的结果基于宽度方向上的一个单位长度，即1mm.辊轮材料的摩擦被假定按照库仑摩擦定律用持续的摩擦力系数。进料系统的影响显现了出来 ，通过连续不断的送料拉力被用到了网孔材料的辊压方向上。为了在开始的暗示拉格朗日函数模拟方面被观察的严格的网孔扭曲发表论文，拉格朗日的分析以适合的网孔物质的有限元素密码的采用，辊轮与网孔物质的质量与密度被最佳化为这个类似于静电毁坏毁坏问题将不活泼的效果减到最少并且将计算的时间减到最少。奥伊勒流入和流出边界被采用，模拟被引导，直到基于辊压力的辊压转力矩的持续值被达到稳定的条件。模拟被引导评估摩擦力系数在辊轮粉末接口和进给压力对基本的程序变数的效果：辊压力量，辊压转力矩，咬入角度和中性角度。咬入角度被定义为辊压的角度值在辊轮表面的线速度和相关材料（没有滑）的速度相等，如摩擦力剪切在表面颠倒方向上强调的角度是中性角度。在这些值与出现在表1中的相对密度有关。参考文献1 a.w.jenike，r.t.，对塑性流动的库仑固形物超出了原来的故障，应用力学学报.是ASME81 ，系列E（1959）599-602 。 2 johanson ，轧制理论为粒状固体，是ASME，杂志应用力学系32（ser.英，法第4号）（1965）842-848。 3 v.p.katashinskii，分析测定的具体过程中的压力滚动的金属粉末（俄文），苏联粉末金属陶瓷。10（6）（1986）765-772。4 h.a.库恩，c.l.唐尼，变形特征和可塑性理论的粉末烧结材料，国际期刊的粉末冶金7（1）（1971）15-25 。 5 r.t.12月，研究压实过程中辊压机，诉讼，研究所压块和集聚22（1991）207-218 。 6 r.t.12月，r.k.komarek，辊压机设计粉和散装固体，过程。十五粉和散装固体会议，1990年6月页。125-136。 7 v.p.katashinskii， m.b.斯特恩，应力应变状态的粉末被轧在致密区：一，数学模型的滚滚致密区，poroshkovaya metallurgiya11（251）（1983）17-21。8 v.p.katashinskii ，m.b.斯特恩，应力应变状态的粉末被轧在致密区：二
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