[發明專利]一種超細硬質合金臺階圓棒PIM充模過程的數值模擬方法

有效

• 申請號: 201611196887.1
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106709180B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 謝興鋮;曹瑞軍;林中坤;林晨光;李忠武
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

1.一種超細硬質合金臺階圓棒PIM充模過程的數值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)對臺階圓棒進行模型簡化，設定充模入口與充模出口，建立臺階圓棒三維幾何模型；

2)對步驟1)所述臺階圓棒三維幾何模型進行網格劃分，建立有限元模型；

3)對步驟2)所述有限元模型進行物理定義，根據現場超細硬質合金注射成形的操作環境以及在不影響計算準確性的情況下，對型腔中氣液固多相流充模流動過程進行假設和簡化，具體設定如下：

(a)定義多流相物質：分別命名WC/Co混合料、粘結劑混合物和空氣為powder、binder和air，分別定義powder、binder和air各自的參數；

(b)定義模擬類型：選擇非穩態模擬，設定時間參數；

(c)定義多相流體域：為臺階圓棒創建域，定義流體模型及流體詳細信息；

開啟浮力模型，浮力模型為Buoyant，設置浮力參考密度、域模型的參考壓強、X、Y、Z方向的重力加速度，浮力參考密度設定為空氣密度；域設定為靜止；無網格變形；

流體模擬中流體對air|binder和air|powder相間傳遞均為自由表面模型，設置表面張力系數、拖拽力系數、無物質傳輸；

流體對binder|powder相間傳遞為混合模型，設置界面交互深度、拖拽力系數；

(d)定義邊界條件：包括充模入口、充模出口和模壁的邊界條件，分別給出具體邊界條件；設定初始值；

(e)設定求解控制：選擇二價向后歐拉公式求解精度；

4)數值模擬計算：采用有限體積法進行求解，并通過殘差和求解信息及時檢查計算中存在的問題和/或查看求解的準確程度假定；

5)對收斂的模擬計算結果進行可視化分析，得到充模過程中powder、binder和air各自的速度分布、溫度分布、壓力分布、體積分數分布、粘度分布，分析工藝參數對充模過程的影響、優化粘結劑配方、確定WC/Co混合料的喂料臨界粉末裝載量。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)中，以模腔實際澆口為充模入口，以澆口遠端為充模出口。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟2)中采用非結構的四面體網格劃分，全局網格尺寸為0.2mm，其中，模腔內壁、充模入口內壁和充模出口內壁呈圓弧狀，在生成四面體網格后，再使用三菱柱網格細化圓弧邊緣，經檢驗網格質量達到0.4，滿足計算要求。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)(b)中，設定總持續時間為0.05s、時間步長為5×10^-5s、初始時間為0s。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)(c)中，為臺階圓棒創建域，命名為STEP BAR；浮力參考密度為1.185g·cm^-3；域模型的參考壓強為1atm；Y方向重力加速度為-g，X、Z方向重力加速度為0m·s^-2。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)(c)中，流體模擬中多相選項設置為非均相，熱量傳輸模型設置為熱焓能，湍流模型設置為層流模型。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)(c)中，表面張力系數為0.072N·m^-1，拖拽力系數為0.44Pa^-1·s^-1，界面交互深度為0.2μm～0.6μm，拖拽力系數為0.44Pa^-1·s^-1～14.4Pa^-1·s^-1。