粉末冶金是一项绿色制造技术,粉末压制和烧结是粉末冶金过程中两个非常重要的环节,粉末压制的成形坯块虽不是粉末冶金的最终产品,但其性能极大地影响着制品的最终性能;烧结是粉体压制成型后对压坯的后续处理,是通过加热使颗粒产生黏结,经过物质的迁移使粉体产生强度并导致致密化和再结晶。本文主要针对金属粉末压制成形过程以及放电等离子烧结过程进行了数值模拟和计算机仿真。系统地描述了粉末冶金技术发展现状及应用、粉末成形过程数值模拟研究现状、放电等离子烧结机理及研究现状。在此基础上对粉末成形建模、屈服准则、力学模型及相关理论进行分析,并对力学模型及建模相关理论做了总结,确定了基于弹塑性有限元法建模方式。利用COMSOL Multiphysics有限元软件分别从宏观和微观尺度上对粉末压制过程进行模拟,成功对粉末压制过程中的颗粒运动与变形问题进行求解。在此过程中分别探讨了压制方式(单向压制、双向压制)、压制力大小对粉末颗粒运动及体积塑性应变的影响规律。基于不同的力学模型建立两种有限元模型:使用FKM-GTN屈服函数表征多孔材料孔隙率的连续体颗粒模型和微观尺度离散体颗粒模型。利用COMSOL Multiphysics软件定义两种模型下粉末压坯的材料属性,设置初始条件及边界条件,并设置了接触模型及相关参数。通过不断地优化模拟过程解决了计算过程中难收敛情况,成功对粉末压制进行了模拟。结果表明:(1)粉末压制过程中随着冲头的下行,孔隙率减小,粉体被逐渐压实,并且整体压坯发生位移和弹性变形,单个颗粒之间由于挤压发生塑性变形;(2)界面摩擦力对于与模壁界面接触区域颗粒的变形有着明显的影响;(3)压坯致密化是多个因素综合作用的结果,仅仅增加压制力并不能无限提高压坯密度,在压制过程中应依据粉末特性选择适当的压制力;(4)压制过程中不同位置颗粒体积应变之间有较大差异,采用双向压制更有利于压坯密度的均匀性。放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,简称SPS),也称为场辅助烧结技术或脉冲电流烧结,是同时使用单轴压力和脉冲电流产生焦耳热加热现象的固结过程,其烧结速率远高于传统的烧结技术。从仿真角度来讲,SPS烧结是涉及电场、温度场、固体力学场的多物理场耦合模型,本文利用COMSOL Multiphysics软件并结合SPS特点建立具有电场、温度场及固体力学物理场的有限元模型,通过对接触属性,初始条件和边界条件以及相关参数的设置,成功的模拟了氧化铝试样及烧结系统核心部位的电场和温度场的分布,结果表明:(1)粉末压坯内部的温度分布与材料的电导率直接相关,电流的分布模式几乎不随时间发生变化,电流分布类型很大程度上取决于粉末压坯和模具的电阻。氧化铝粉末是非导电材料,通过热传导代替焦耳效应直接加热;(2)焦耳热是放电等离子烧结中热量的主要来源,温度分布是影响烧结材料的微观结构和材料机械性能的重要参数,烧结过程中最高温度位于冲头横截面减小的位置,且样品试样径向温度梯度较大。