汽车连杆粉末锻造过程中的空隙消除解析法
【专利摘要】粉末锻造法(Powder?Forging)，就是把原料粉末根据规定的形状压缩成形后进行加热，烧结以提高其材质密度，之后再经锻造，实现可与普通热锻相匹敌的较高强度的一种制造方法。它常常用于汽车连杆的制造之中。但是，以多空质材料作为原料时，粉末锻造品内部会残留空隙，这将导致产品机械强度下降的重大问题。有关这种问题的解决方法，我们大都是依赖既有的一些经验和主观想象，真正意义上的粉末制造法尚没有确立。本发明为用于汽车粉末锻造工程的空隙消除的解析方法。
【专利说明】汽车连杆粉末锻造过程中的空隙消除解析法
【技术领域】
[0001]本发明技术是关于利用粉末锻造法在制造汽车连杆的过程中，如何实现产品的空隙消除的解析方法。
【背景技术】
[0002]所谓粉末锻造法(Powder Forging)，就是把原料粉末根据规定的形状压缩成形后进行加热，通过烧结后以提高其材质密度，之后再经锻造，实现可与普通热锻相匹敌的较高强度的一种制造方法。与其他的制造法相比，利用粉末锻造法生产制造的最终产品不仅成形好(Near Net Shape)，而且生产性也较强，同时材料成品率也很高，所以该制造法多用于汽车专用连杆的生产制造工程。
[0003]另一方面，粉末锻造产品的物理性强度取决于材料本身的密度。也就是说，如果粉末锻造产品材料中的空隙(如气孔或缝隙)减少得越多，其产品的强度和韧性就会越高。当材料中的空隙减少至临近真空密度状态下，可以得到在物理性质上等同于钢材通过热锻造所生产产品的物理性指标。
[0004]因此，为了确保粉末锻造产品的高水平物理性能，消除材料中的空隙也就成为最重要的课题。但是，目前的现状是，在利用粉末锻造法进行产品生产过程中，我们大都是依赖既有的制造现场的经验和主观想象，真正意义上的粉末制造法尚没有确立。
[0005]过去，在解决以上问题时曾被广泛采用的解决办法就是通过有限元法在计算机上进行解析，而涉及如何在汽车连杆的粉末锻造过程中消除材料中空隙的解析法依然尚属空白。其现实的技术障碍就在于有限元法的极限。有限元法是利用有限的要素(网格)对一个连续体进行离散化分析，从所选择的有限的要素(网格)节点归纳得出的被选对象的物理性质对被选择对象进行解析。但是，所选择的、有限的要素(网格)的位置一经选择是固定的、不能改变的，所以对于伴随有大规模变形的演变过程的解析，所选定的有限的元素(网格)将因大规模变形的发生而崩溃，解析计算也就难以进行。另外，由于不能计算温度差对材料强度带来的影响，所以该解析法根本不适用于汽车连杆粉末锻造工程的解析。
[0006]以粒子代替有限元要素(网格)对一个连续体进行离散化分析，把粒子作为计算要素的粒子解析法，是根据粒子间相互作用原理计算其运动势能，再现对象体实际变动真相的一种解析方法。因为粒子的位置关系不是固定不变的，所以可以对物体从大变形开始到破坏为止的、具有非线性变形全过程进行原理性解析，同时，该解析法还能对已知的影响到材料变形的温度场变量进行全面解析。
【发明内容】
[0007]本发明是以建立新的汽车连杆的粉末锻造法为目的的、为有效解决汽连连杆粉末锻造过程中空隙消除难题的解析法。(要求項I)
[0008]把生产汽车连杆的粉末锻造材料以粒子进行离散化分析，把反映并决定对象体宏观特性的粒子间相互作用函数关系变量作为粒子间的存在属性，根据实际需要进行操作和计算。
[0009]汽车连杆的粉末成形材料的宏观特性会因温度的变化会发生变化。所以粒子间相互作用力的函数关系，是充分考虑到材料与温度间的依存性，是在把温度变量界定为粒子的一种重要属性进行操作和计算。(要求項3)
[0010]以上
【发明内容】
中，包含上述要求项1、要求项2及要求项3中所记载的计算程序及其记录媒质。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1、关于汽车连杆的粉末锻造过程、现象以及材料空隙消除解析法的流程图
[0012]图2、相邻两个粒子间温度传递模式
[0013]图3、温度场中的材料流动性
【具体实施方式】
[0014]以下，根据所附图表对本发明的最佳实施形态进行说明。
[0015]图1是汽车连杆的粉末锻造过程，现象以及材料中空隙消除解析法的流程图。汽车连杆的粉末锻造由粉末冶金工程和空隙消除锻造工程两部分组成。本发明的空隙消除解析法，是把烧结体再加热时所产生的温度分布部位的偏差解析以及材料流动分析为基础，并使二者一体化结合的空隙的消除流动仿真模拟。在汽车连杆烧结体内发生的空隙现象，一般表现为有表面空 隙、浅部空隙，甚至中心部位也有深层空隙，为除去这些处于不同部位的空隙，所实施的温度(再加热)条件、加压模具形状、加压力及加压时间的最佳条件等也各不相同。粒子法空隙除去流动仿真模拟，可以从影响对应不同部位的多项选项中解析出最佳解决方案，因此对于空隙消除锻造工程制造法的完善和发展意义重大。以下，在图2和图3中分别对粒子法空隙消除的流动仿真模拟系统的计算方法进行说明。
[0016]图2相邻2粒子间的温度传递模式。相邻的两个粒子(粒子i和附近的粒子j)之间流入或者流出热量，可以温度差(gradU、热传递率(a)、热传导率(k)、接触面积(S)及距离⑴并用算式I和2表达出来。
[0017]Qaji = a.S.gradTji
[0018]......(算式 I)
[0019]Qkji = k.I.gradTji
[0020]......(算式 2)
[0021]粒子i的流入或者流出热量，是与其相邻的全部粒子的流入或者流出热量的总和，以算式3表示。
【权利要求】
1.汽车连杆粉末锻造过程中的空隙消除解析法。
2.上述要求项目I所记载的解析手法指的是使用粒子法将汽车粉末锻造材料以粒子形式离散化，把决定其宏观特性的粒子间相互作用力函数的参数作为粒子间属性设定，根据需要进行操作计算。
3.将影响上述要求项目2所述的宏观特性的温度作为粒子间相互作用力函数的参数设定为粒子间属性，计算材料宏观特性的温度依存性。上述要求项目1，2和3所述计算用的程序以及记录媒质。
【文档编号】B22F3/17GK103853909SQ201210517910
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年12月6日 优先权日:2012年12月6日
【发明者】朱明 , 王建定, 杨琳, 沈克林 申请人:北京华成经纬软件科技有限公司