[发明专利]一种超细硬质合金台阶圆棒PIM充模过程的数值模拟方法

权利要求书

1.一种超细硬质合金台阶圆棒PIM充模过程的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对台阶圆棒进行模型简化，设定充模入口与充模出口，建立台阶圆棒三维几何模型；

2)对步骤1)所述台阶圆棒三维几何模型进行网格划分，建立有限元模型；

3)对步骤2)所述有限元模型进行物理定义，根据现场超细硬质合金注射成形的操作环境以及在不影响计算准确性的情况下，对型腔中气液固多相流充模流动过程进行假设和简化，具体设定如下：

(a)定义多流相物质：分别命名WC/Co混合料、粘结剂混合物和空气为powder、binder和air，分别定义powder、binder和air各自的参数；

(b)定义模拟类型：选择非稳态模拟，设定时间参数；

(c)定义多相流体域：为台阶圆棒创建域，定义流体模型及流体详细信息；

开启浮力模型，浮力模型为Buoyant，设置浮力参考密度、域模型的参考压强、X、Y、Z方向的重力加速度，浮力参考密度设定为空气密度；域设定为静止；无网格变形；

流体模拟中流体对air|binder和air|powder相间传递均为自由表面模型，设置表面张力系数、拖拽力系数、无物质传输；

流体对binder|powder相间传递为混合模型，设置界面交互深度、拖拽力系数；

(d)定义边界条件：包括充模入口、充模出口和模壁的边界条件，分别给出具体边界条件；设定初始值；

(e)设定求解控制：选择二价向后欧拉公式求解精度；

4)数值模拟计算：采用有限体积法进行求解，并通过残差和求解信息及时检查计算中存在的问题和/或查看求解的准确程度假定；

5)对收敛的模拟计算结果进行可视化分析，得到充模过程中powder、binder和air各自的速度分布、温度分布、压力分布、体积分数分布、粘度分布，分析工艺参数对充模过程的影响、优化粘结剂配方、确定WC/Co混合料的喂料临界粉末装载量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，以模腔实际浇口为充模入口，以浇口远端为充模出口。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中采用非结构的四面体网格划分，全局网格尺寸为0.2mm，其中，模腔内壁、充模入口内壁和充模出口内壁呈圆弧状，在生成四面体网格后，再使用三菱柱网格细化圆弧边缘，经检验网格质量达到0.4，满足计算要求。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)(b)中，设定总持续时间为0.05s、时间步长为5×10^-5s、初始时间为0s。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)(c)中，为台阶圆棒创建域，命名为STEP BAR；浮力参考密度为1.185g·cm^-3；域模型的参考压强为1atm；Y方向重力加速度为-g，X、Z方向重力加速度为0m·s^-2。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)(c)中，流体模拟中多相选项设置为非均相，热量传输模型设置为热焓能，湍流模型设置为层流模型。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)(c)中，表面张力系数为0.072N·m^-1，拖拽力系数为0.44Pa^-1·s^-1，界面交互深度为0.2μm～0.6μm，拖拽力系数为0.44Pa^-1·s^-1～14.4Pa^-1·s^-1。