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粉末冶金材料按照其使用要求，主要分为结构材料和工程材料两大类[2]；按照材料分类，可以分为铁基材料、铜基材料、铝基材料、陶瓷材料等；按照用途分类，主要可以分为粉末冶金机械零件、铁氧体磁性材料、硬质合金材料和制品、难熔金属或高熔点金属材料及制品和精细陶瓷材料及制品。
由于粉末体压制过程是一个材料非线性、几何非线性和边界非线性的组合非线性问题，所以很难用已有的塑性变形理论解析方法来求解[3-5]。传统的粉末压制工艺、烧结工艺设计和模具设计，往往是都依靠工作者的经验，采用反复试验来确定工艺步骤和模具形状、尺寸，因此传统方法效率低、成本高且不能大范围推广。因此，一种有效的手段来指导粉末冶金产品及模具的设计就变得极其重要。近年，随着计算机技术和有限元方法的快速发展，有限元数值模拟方法正逐渐成为研究这种复杂变形过程的有效工具[6-7]。通过有限元模拟仿真，得到粉末压制过程中零件的应力和密度分布，逆向的改进模具及优化产品结构，既节约时间有减少成本。
1.1 粉体压制过程
粉末压制是一个粉体致密化的过程，粉体通过压制达到制品最终形状或接近最终形状，可将压制过程成形周期分为以下3个工步:
1）阴模装粉；
2）粉末密实；
3）将压坯从阴模中脱出。
而金属粉末的模压过程大致可分为一下三个阶段[8]。
第一阶段：松装粉末颗粒发生位移，填充粉末之间的孔隙，粉末颗粒开始相互接触，压制压力增加，压坯密度随之增加。此阶段称为滑动阶段。
第二阶段：压坯经第一阶段压缩后，密度已达到了一定值，在粉末颗粒不发生变形的情况下，即使增加压制压力，孔隙度也很难减少，密度几乎不变。
第三阶段：压力继续增大到一定值时，粉末颗粒开始弹塑性变形，压坯密度再次增加直到达到最大压力。
可见，颗粒移动充填孔隙和颗粒本身的变形是粉体压制过程中致密化的主要原因。对于铜粉、铁粉等塑性较好的粉末，第二阶段不明显，密度随压力升高而持续增加，因此只有两个阶段——滑动和塑性变形。
由于压制过程的重要性，一些学者通过压制曲线法来对压制过程进行研究。压制曲线法，是通过对柱状粉末压坯压制过程的试验和理论剖析，推导出压制压力与压坯平均密度的关系，即压制曲线。一些主要的压制曲线见表1
表1 主要的压制曲线
作者 公式 注解
黄培云 ：致密金属绝对密度
：粉末初始绝对密度
：粉末绝对密度
P：压制压强；M相当于压制模数；n:相当于硬化指数的倒数；m，相当于硬化指数
巴尔申 ；
Pmax:压至最紧密状态的单位压制力；
L：压制因素；
m：系数；
β：相对体积
川北
C：粉末体积减小率
a、b：系数
1.这些理论主要是通过实验得出的，由于他们的试验方法及材料不同，故得到了不同的公式，甚至有时相互矛盾。一般认为巴尔申压制理论用于硬粉末更合适，川北公夫的理论在压制力不大时优越性显著，黄培云的双对数理论适用于软、硬粉末，且考虑了粉末的非线性弹滞体特性、应变大幅变化和弛豫等。
2.此外，该方法主要关注的是压坯平均密度，没有反映密度的不均匀性，故很难用这些理论来模拟各种粉末的压制过程。但这些理论一定程度上揭示了粉末材料的力学性质，对研究粉末压制过程的力学分析有着指导作用。
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