陶瓷擠壓模具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及制造基礎(chǔ)研究.pdf

1、本文針對(duì)陶瓷模具材料很脆、承拉能力差,從提高陶瓷模具的使用壽命防止出現(xiàn)早期縱向和橫向裂紋出發(fā),以陶瓷凹模不受拉應(yīng)力、外層鋼圈正好屈服為目標(biāo)函數(shù),對(duì)陶瓷-鋼組合凹模的的理論計(jì)算做了進(jìn)一步的推導(dǎo),并采用了有限元分析軟件對(duì)陶瓷凹模進(jìn)行了數(shù)值模擬,在此基礎(chǔ)上通過(guò)熱壓燒結(jié)制備了陶瓷凹模。
　　 基于彈性力學(xué)的厚壁筒理論,對(duì)組合凹模切向正應(yīng)力和過(guò)盈量的理論計(jì)算做了進(jìn)一步的推導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn)先前的計(jì)算方法在推導(dǎo)不考慮接觸預(yù)緊力陶瓷凹模的切向正應(yīng)力

2、時(shí),忽略了陶瓷與鋼材料間彈性模量與泊松比的差別,最終先前的計(jì)算方法提高了組合凹模的預(yù)緊力和陶瓷內(nèi)壁的壓應(yīng)力；以三層組合凹模為例,研究了有限元數(shù)值模擬與正交試驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行模具尺寸設(shè)計(jì)的方法。將正交試驗(yàn)的最優(yōu)值代入理論公式,將數(shù)值模擬結(jié)果與理論解進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明理論公式較好的表示了陶瓷-鋼組合凹模的受力情況。
　　 選取納微米復(fù)合陶瓷模具材料ZrO2/TiB2/Al2O3,以有限元分析軟件ANSYS10.0的靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ),

3、利用正交試驗(yàn)優(yōu)化了兩層和三層預(yù)緊組合凹模所對(duì)應(yīng)的陶瓷凹模半徑和外層鋼圈的半徑及其過(guò)盈量。在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上,利用有限元分析軟件ANSYS/LS_DYNA對(duì)冷擠壓組合凹模進(jìn)行了摩擦熱應(yīng)力分析,發(fā)現(xiàn)隨著摩擦系數(shù)的增加,陶瓷凹模所受到的側(cè)壓力和拉應(yīng)力不斷增加；對(duì)組合凹模進(jìn)行了瞬態(tài)熱分析,發(fā)現(xiàn)隨著擠壓溫度的升高,組合凹模中陶瓷凹模所受到最大拉應(yīng)力逐漸增大。研究表明適當(dāng)?shù)臏p小擠壓溫度有利于陶瓷凹模的使用壽命。對(duì)熱擠壓的過(guò)程進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)陶瓷凹模

4、的工作區(qū)域具有較高的溫度梯度,熱膨脹量大,而陶瓷凹模的非工作區(qū)域熱膨脹量小,導(dǎo)致陶瓷凹模的兩側(cè)非工作區(qū)域存在較高的拉應(yīng)力。
　　 對(duì)復(fù)雜型腔的陶瓷組合凹模進(jìn)行了有限元模擬分析,以陶瓷凹模不受拉應(yīng)力為目標(biāo),為了進(jìn)一步消除冷擠壓組合凹模的軸向拉應(yīng)力,將陶瓷凹模進(jìn)行軸向分割。研究發(fā)現(xiàn)與退料間隙的結(jié)構(gòu)優(yōu)化相比,此時(shí)陶瓷凹模受到的最大拉應(yīng)力減少了一半。最后,對(duì)熱擠壓時(shí)擠壓組合凹模的入模角度和過(guò)盈量進(jìn)行了優(yōu)化。
　　 對(duì)陶瓷凹模的制