[發明專利]汽車連桿粉末鍛造過程中的空隙消除解析法

在審

• 申請號: 201210517910.8
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103853909A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 朱明;王建定;楊琳;沈克林
• 申請（專利權）人: 北京華成經緯軟件科技有限公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;B22F3/17
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明技術是關于利用粉末鍛造法在制造汽車連桿的過程中，如何實現產品的空隙消除的解析方法。

背景技術

所謂粉末鍛造法(Powder?Forging)，就是把原料粉末根據規定的形狀壓縮成形后進行加熱，通過燒結后以提高其材質密度，之后再經鍛造，實現可與普通熱鍛相匹敵的較高強度的一種制造方法。與其他的制造法相比，利用粉末鍛造法生產制造的最終產品不僅成形好(Near?Net?Shape)，而且生產性也較強，同時材料成品率也很高，所以該制造法多用于汽車專用連桿的生產制造工程。

另一方面，粉末鍛造產品的物理性強度取決于材料本身的密度。也就是說，如果粉末鍛造產品材料中的空隙(如氣孔或縫隙)減少得越多，其產品的強度和韌性就會越高。當材料中的空隙減少至臨近真空密度狀態下，可以得到在物理性質上等同于鋼材通過熱鍛造所生產產品的物理性指標。

因此，為了確保粉末鍛造產品的高水平物理性能，消除材料中的空隙也就成為最重要的課題。但是，目前的現狀是，在利用粉末鍛造法進行產品生產過程中，我們大都是依賴既有的制造現場的經驗和主觀想象，真正意義上的粉末制造法尚沒有確立。

過去，在解決以上問題時曾被廣泛采用的解決辦法就是通過有限元法在計算機上進行解析，而涉及如何在汽車連桿的粉末鍛造過程中消除材料中空隙的解析法依然尚屬空白。其現實的技術障礙就在于有限元法的極限。有限元法是利用有限的要素(網格)對一個連續體進行離散化分析，從所選擇的有限的要素(網格)節點歸納得出的被選對象的物理性質對被選擇對象進行解析。但是，所選擇的、有限的要素(網格)的位置一經選擇是固定的、不能改變的，所以對于伴隨有大規模變形的演變過程的解析，所選定的有限的元素(網格)將因大規模變形的發生而崩潰，解析計算也就難以進行。另外，由于不能計算溫度差對材料強度帶來的影響，所以該解析法根本不適用于汽車連桿粉末鍛造工程的解析。

以粒子代替有限元要素(網格)對一個連續體進行離散化分析，把粒子作為計算要素的粒子解析法，是根據粒子間相互作用原理計算其運動勢能，再現對象體實際變動真相的一種解析方法。因為粒子的位置關系不是固定不變的，所以可以對物體從大變形開始到破壞為止的、具有非線性變形全過程進行原理性解析，同時，該解析法還能對已知的影響到材料變形的溫度場變量進行全面解析。

發明內容

本發明是以建立新的汽車連桿的粉末鍛造法為目的的、為有效解決汽連連桿粉末鍛造過程中空隙消除難題的解析法。(要求項1)

把生產汽車連桿的粉末鍛造材料以粒子進行離散化分析，把反映并決定對象體宏觀特性的粒子間相互作用函數關系變量作為粒子間的存在屬性，根據實際需要進行操作和計算。

汽車連桿的粉末成形材料的宏觀特性會因溫度的變化會發生變化。所以粒子間相互作用力的函數關系，是充分考慮到材料與溫度間的依存性，是在把溫度變量界定為粒子的一種重要屬性進行操作和計算。(要求項3)

以上發明內容中，包含上述要求項1、要求項2及要求項3中所記載的計算程序及其記錄媒質。

附圖說明

圖1、關于汽車連桿的粉末鍛造過程、現象以及材料空隙消除解析法的流程圖

圖2、相鄰兩個粒子間溫度傳遞模式

圖3、溫度場中的材料流動性

具體實施方式

以下，根據所附圖表對本發明的最佳實施形態進行說明。

圖1是汽車連桿的粉末鍛造過程，現象以及材料中空隙消除解析法的流程圖。汽車連桿的粉末鍛造由粉末冶金工程和空隙消除鍛造工程兩部分組成。本發明的空隙消除解析法，是把燒結體再加熱時所產生的溫度分布部位的偏差解析以及材料流動分析為基礎，并使二者一體化結合的空隙的消除流動仿真模擬。在汽車連桿燒結體內發生的空隙現象，一般表現為有表面空隙、淺部空隙，甚至中心部位也有深層空隙，為除去這些處于不同部位的空隙，所實施的溫度(再加熱)條件、加壓模具形狀、加壓力及加壓時間的最佳條件等也各不相同。粒子法空隙除去流動仿真模擬，可以從影響對應不同部位的多項選項中解析出最佳解決方案，因此對于空隙消除鍛造工程制造法的完善和發展意義重大。以下，在圖2和圖3中分別對粒子法空隙消除的流動仿真模擬系統的計算方法進行說明。

圖2相鄰2粒子間的溫度傳遞模式。相鄰的兩個粒子(粒子i和附近的粒子j)之間流入或者流出熱量，可以溫度差(gradT_ji)、熱傳遞率(a)、熱傳導率(k)、接觸面積(S)及距離(1)并用算式1和2表達出來。

Q_aji＝a·S·gradT_ji