Mechanical Modelling of Powder Compaction

Due to Corona is not possible to attend this defense in person, instead attend via this link: Pin code: 2139

To connect to the virtual room, use one of the following methods:

Method
Address
Web browser
https://vconf.kth.se then type vRoom_9312_record
SIP
vRoom_9312_record@vconf.kth.se
IP
130.237.210.139 and choose room 9312
Telephone
+ 46 8 790 6421 and choose room 9312

Tid: Fr 2020-03-20 kl 10.00

Plats: Live streaming, (Swedish)

Ämnesområde: Hållfasthetslära

Respondent: Hjalmar Staf , Hållfasthetslära

Opponent: Professor Göran Frenning, Uppsala universitet

Handledare: Professor Per-Lennart Larsson, Hållfasthetslära

Abstract

Inom skärande bearbetning av exempelvis stål, där skärspetsen måste vara hård ochhållfast, används oftast hårdmetallskär, tillverkade med pulvermetallurgi. Att tillverkakomponenter med pulvermetallurgi har fördelen att hög produktivitet nära den slutgiltigaformen kan uppnås. Pulvret sprejtorkas och kompakteras till halva den sintrade volymen.Eftersom det uppstår friktion mellan pulver och pressverktyg är densiteten i det pressadeämnet ojämn och därmed krymper ämnet ojämnt under sintring. För att få rätt form efterpressning och sintring måste därför pressverktyget ofta kompenseras, vilket är både dyrtoch tidskrävande. Genom att göra datorsimuleringar av framställningsprocessen kanformen efter pressning och sintring istället predikteras, och pressverktyget kankompenseras före tillverkning, vilket sparar både tid och pengar. Även sprickor ochporositet efter pressning kan förutsägas med sådana simuleringar.

I denna avhandling studeras mekanisk modellering av pulverkompaktering, generellt ochspecifikt för hårdmetall. På grund av mängden granuler i en typisk skärgeometri modellerasde mekaniska egenskaperna med en kontinuumansats och finita elementmetoden (FEM).Eftersom noggrannhet är viktig i denna applikation, används en detaljerad elastisk-plastiskmaterialmodell med en densitetsberoende Drucker-Prager CAP flytyta.

Grundläggande för relevant materialmodellering är att inkludera viktiga egenskaper och attutelämna oviktiga fysikaliska effekter. I Artikel A görs därför känslighetsanalyser för attundersöka vilka delar i materialmodellen som har en signifikant påverkan på resultatet.Slutsatsen är att anisotropi inte behöver modelleras för denna applikation.

I Artikel B studeras effekten av kompakteringshastighet och kryp. Slutsatsen är att krypinte har någon inverkan på densiteten efter pressning, vilket också valideras medneutronmätningar i Artikel D. Presshastigheten påverkar däremot friktionskoefficientenmellan pulver och pressverktyg, lägre vid högre hastighet. I Artikel C analyserasfriktionsbeteendet experimentellt med hjälp av en instrumenterad dyna.Friktionskoefficienten bestäms och analyseras, och slutsatsen är att den beror pånormaltrycket.

Känslighetsanalysen i Artikel A visar att mätningar av den lokala densiteten är nödvändigaför att bestämma och verifiera materialegenskaper. Eftersom det analyserade pulvretinnehåller wolfram (W), som har ett högt atomnummer, krävs en polykromatisk stråle avtermiska neutroner. I Artikel D visas att den lokala densiteten kan mätas med 3D-bildanalysoch termiska neutroner.

Utifrån resultaten och slutsatserna i ovannämnda artiklar föreslås en materialbeskrivningför pulverkompaktering. Beskrivningen är implementerad i FEM i Artikel E och användsmed baklängesoptimering för att bestämma viktiga materialparametrar. Experiment i enpressmaskin och en pressmetod som inkluderar flera avlastningar används.Materialbeskrivningen verifieras med densitetsmätningar där en neutronkälla används.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-268185