【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料粉末冶金成形领域，具体涉及一种喷油嘴热等静压包套设计方法和系统。
技术介绍
1、自上世纪末期以来，粉末热等静压方法开始被广泛应用于极端环境工况下的高性能、复杂形状件的制造，尤其在航空航天等领域展现出良好的发展前景。喷油嘴作为内燃机中的关键部件，长期在高温高压的极端环境工况下工作，其性能的优劣往往直接决定了内燃机的性能水平。针对喷油嘴这类热端部件，传统的成型方法难以满足其服役性能要求，因此需要采用粉末热等静压方式进行制造。
2、热等静压成型技术是一种粉末冶金成型方法，采用的喷油嘴热等静压结构的构造和原理如图1所示，喷油嘴热等静压结构包括高压作业腔，高压作业腔内设置有包套，包套内放置有粉末，高压作业腔内设置有发热体，所述发热体环绕于包套的外周，所述高压作业腔壁上还设置有热电偶，用于测量高压作业腔内的温度；所述粉末为金属粉末，所述发热体常选用发热丝；首先将金属粉末装入包套中，并进行除气和封焊；然后在高温高压的条件下，通过持续施加恒定的压力使粉末颗粒紧密结合，形成密实的固体待成型零件。
3、在热等静压成型工艺中，包套是确保成型过程和成型待成型零件质量的至关重要因素。包套的主要作用包括保持粉末分布的均匀性、防止粉末氧化、控制待成型零件的形状和尺寸，以及减少粉末的浸润和附着。如果包套设计不当，可能会导致粉末致密度低、成型零件尺寸和形状偏差、包套破裂或失效、残留物和污染，以及生产效率降低和成本增加等问题。
4、因此，为了确保热等静压成型件的质量和成型效率，应该科学地对包套进行设计与选择，经
5、目前，在喷油嘴热等静压的包套结构和尺寸设计过程中缺乏相关的参考依据，通常需要经验丰富的工程师对结构和尺寸进行初步设计，然后进行数值模拟并根据模拟结果与目标件的服役要求之间的差异进行进一步优化调整。通过多次调整确定最终的包套结构和尺寸。
6、然而，这个设计过程不仅缺乏相关有效的理论指导和参考依据，而且多次优化调整也导致包套的设计周期变长、研发成本增加。更重要的是，难以获得高均匀致密度的热等静压成型零件。因此，有必要提出一种喷油嘴热等静压包套设计系统，以实现喷油嘴热等静压包套的科学化设计。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种喷油嘴热等静压包套设计方法和系统，以解决现有技术中喷油嘴热等静压的包套设计和尺寸调整主要依赖工程师的经验，缺乏科学的理论基础和可靠的参考依据，由于根据经验对包套设计的局限性，可能导致粉末致密度低，难以获得高均匀致密度的热等静压成型零件的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、第一方面，本专利技术公开了一种喷油嘴热等静压包套设计方法，包括以下步骤：
4、s1、基于包套结构参数与粉末体关键场量之间的响应关系，构建粉末体致密度-应力数据库；
5、s2、向步骤s1中的粉末体致密度-应力数据库中输入待成型零件的轮廓尺寸、初始致密度、最终致密度要求以及最终应力要求，并输出对应的初始包套结构参数；
6、s3、构建喷油嘴热等静压结构的有限元模型，将步骤s2中的各个参数输入有限元模型中，模拟得到初始包套结构参数对应的热等静压结果；
7、s4、将初始包套结构参数对应的热等静压结果与最终致密度要求以及最终应力要求进行对比，若致密度对比结果和应力对比结果均符合最终致密度要求以及最终应力要求，则跳转执行步骤s8；若致密度对比结果和应力对比结果中存在至少一项不符合最终致密度要求以及最终应力要求，则执行步骤s5；
8、s5、调用包套结构参数与粉末体关键场量之间的响应关系，输入待成型零件的最终致密度要求以及最终应力要求，反求包套结构参数，并对求解出的包套结构参数运用进行加权优化，得到调整后的包套结构参数；
9、s6、将调整后的包套结构参数输入喷油嘴热等静压结构的有限元模型中进行模拟，得到调整后的包套结构参数对应的热等静压结果；
10、s7、将调整后的包套结构参数对应的热等静压结果与最终致密度要求以及最终应力要求进行对比，若致密度对比结果和应力对比结果均符合最终致密度要求以及最终应力要求，则执行步骤s8；若不符合，则返回执行步骤s5，直至调整后的包套结构参数对应的热等静压结果符合最终致密度要求以及最终应力要求后，再执行步骤s8；；
11、s8、输出符合最终致密度要求以及最终应力要求的包套结构参数以及对应包套结构参数对应的热等静压结果，并将包套结构参数作为包套结构实际的生产参数。
12、作为优选，步骤s1中，包套结构参数与粉末体关键场量之间的响应关系是指包套结构参数-粉末体致密度的响应关系和包套结构参数-应力的响应关系。采用这粉末体致密度以及应力这两个参数，是为了实现包套结构参数的科学化设计。
13、作为优选，步骤s1中，包套结构参数-粉末体致密度的响应关系和包套结构参数-应力的响应关系采用以下方法建立：
14、s1.1、收集、整理和储存待成型零件以及包套的相关参数，同时将相关参数整理为多个工艺案例；
15、s1.2、以步骤s1.1中的相关参数和工艺案例为基础，构建工艺数据库；
16、s1.3、基于工艺数据库中的数据，对相关规律进行总结，拟合出包套结构参数-粉末体致密度的响应关系和包套结构参数-应力的响应关系。
17、作为优选，步骤s2中，向步骤s1中的粉末体致密度-应力数据库中输入待成型零件的轮廓尺寸、初始致密度、最终致密度要求以及最终应力要求以后，提取粉末体致密度-应力数据库中的工艺案例，进行喷油嘴热等静压包套的轮廓尺寸与初始致密度的比对，筛选出轮廓尺寸与初始致密度最为接近的工艺案例，并输出对应的包套结构参数，作为初始包套结构参数进行输出；基于输出的初始包套结构参数，对相应的参数进行初始化设置。
18、作为优选，步骤s3中，喷油嘴热等静压结构的有限元模型构建完成后，还需要对有限元模型进行校准，具体采用以下方法：
19、首先将步骤s2中的各个参数输入有限元模型中，模拟得到初始包套结构参数对应的热等静压结果；然后进行热等静压工艺试制实验，测量关键节点上的致密度和应力以及成型零件的致密度和应力，并与模拟得到初始包套结构参数对应的热等静压结果进行比对，从而校准有限元模型。
20、本方案通过大量模拟和部分实验组成了工艺结果，保证了工艺数据的多样性；同时又通过实验结果与模拟结果的比较和对有限元模型的修正，又保证了工艺结果的可靠性。
21、作为优选，步骤s4和步骤s7中，符合最终致密度要求以及最终应力要求的判断规则如下：致密度对比结果的误差小于2.0 %或模拟致密度大于最终致密度要求，则认为致密度符合要求；应力对比结果的误差小于4.0 %或模拟应力小于最终应力要求，则认为应力符合要求。
22、作为优选，步骤s7中，将得到的符合最终致密度要求以及最终应力要本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，步骤S1中，包套结构参数与粉末体关键场量之间的响应关系是指包套结构参数-粉末体致密度的响应关系和包套结构参数-应力的响应关系。
3.根据权利要求1所述的喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，步骤S1中，包套结构参数-粉末体致密度的响应关系和包套结构参数-应力的响应关系采用以下方法建立：
4.根据权利要求1所述的喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，步骤S2中，向步骤S1中的粉末体致密度-应力数据库中输入待成型零件的轮廓尺寸、初始致密度、最终致密度要求以及最终应力要求以后，提取粉末体致密度-应力数据库中的工艺案例，进行喷油嘴热等静压包套的轮廓尺寸与初始致密度的比对，筛选出轮廓尺寸与初始致密度最为接近的工艺案例，并输出对应的包套结构参数，作为初始包套结构参数进行输出。
5.根据权利要求1所述的喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，步骤S3中，喷油嘴热等静压结构的有限元模型构建完成后，还需要对有限元模型进行
6.根据权利要求1所述的喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，步骤S4和步骤S7中，符合最终致密度要求以及最终应力要求的判断规则如下：致密度对比结果的误差小于2.0 %或模拟致密度大于最终致密度要求，则认为致密度符合要求；应力对比结果的误差小于4.0 %或模拟应力小于最终应力要求，则认为应力符合要求。
7.根据权利要求1所述的喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，步骤S7中，将得到的符合最终致密度要求以及最终应力要求的包套结构参数以及该参数对应的热等静压结果、对应的待成型零件的结构参数、模拟的包套结构参数以及该参数对应的热等静压结果、以及对应的初始包套结构参数以及该参数对应的热等静压结果，反馈输入粉末体致密度-应力数据库中，对数据库中的数据进行扩充丰富。
8.一种喷油嘴热等静压包套设计系统，利用如权利要求1所述喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，包括粉末体致密度-应力数据库、喷油嘴热等静压包套设计系统；所述粉末体致密度-应力数据库包括工艺数据库和数据库管理模块；所述工艺数据库用于储存待成型零件以及包套的相关参数以及包套结构参数与粉末体关键场量之间的响应关系，所述数据库管理模块用于对所述工艺数据库中的数据进行管理；
9.根据权利要求8所述的喷油嘴热等静压包套设计系统，其特征在于，所述喷油嘴热等静压包套设计系统包括包套结构设计模块、粉末体关键场量预测模块以及结果输出模块；
10.根据权利要求9所述的喷油嘴热等静压包套设计系统，其特征在于，喷油嘴热等静压包套设计系统还包括显示终端，所述结果输出模块的第二数据输出端连接至显示终端，进行数据展示。
...【技术特征摘要】
1.一种喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，步骤s1中，包套结构参数与粉末体关键场量之间的响应关系是指包套结构参数-粉末体致密度的响应关系和包套结构参数-应力的响应关系。
3.根据权利要求1所述的喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，步骤s1中，包套结构参数-粉末体致密度的响应关系和包套结构参数-应力的响应关系采用以下方法建立：
4.根据权利要求1所述的喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，步骤s2中，向步骤s1中的粉末体致密度-应力数据库中输入待成型零件的轮廓尺寸、初始致密度、最终致密度要求以及最终应力要求以后，提取粉末体致密度-应力数据库中的工艺案例，进行喷油嘴热等静压包套的轮廓尺寸与初始致密度的比对，筛选出轮廓尺寸与初始致密度最为接近的工艺案例，并输出对应的包套结构参数，作为初始包套结构参数进行输出。
5.根据权利要求1所述的喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，步骤s3中，喷油嘴热等静压结构的有限元模型构建完成后，还需要对有限元模型进行校准，具体采用以下方法：
6.根据权利要求1所述的喷油嘴热等静压包套设计方法，其特征在于，步骤s4和步骤s7中，符合最终致密度要求以及最终应力要求的判断规则如下：致密度对比结果的误差小于2.0 %或模拟致密度大于最终致...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁宏，戴魏魏，蒋倩，鲍海波，王子晗，陈舒婷，王洋，王方旋，杜继强，余言泽，
申请(专利权)人：南京中远海运船舶设备配件有限公司，
类型：发明
国别省市：
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