陶瓷材料擠出成型過程的變形研究.pdf

1、在現(xiàn)代陶瓷工業(yè)中，擠出成型技術(shù)主要用于生產(chǎn)具有恒定橫截面的陶瓷產(chǎn)品，已成為最主要的成型和改性方法，在各領(lǐng)域有日益廣泛的應(yīng)用。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中仍然有不少問題存在，可塑性陶瓷泥料在擠出成型過程中容易出現(xiàn)翹曲、扭曲等變形缺陷，無法達(dá)到產(chǎn)品需要的幾何形狀，生產(chǎn)過程隨后工藝也無法順利進(jìn)行。
　　擠出坯體內(nèi)應(yīng)力過大和橫截面擠出速度不一致會導(dǎo)致陶瓷制品變形。陶瓷泥料擠出成型過程實(shí)質(zhì)是粘性流體的層流流動，擠出坯體內(nèi)部應(yīng)力表現(xiàn)為層與層之間的速度差

2、。采用ANSYS CFX對陶瓷棒材擠出成型過程進(jìn)行數(shù)值模擬，得出整個橫截面速度分布的變化規(guī)律。以出口橫截面三個方向速度差達(dá)到極小值為優(yōu)化目標(biāo)，研究各擠出參數(shù)對擠出坯體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)和擠出速度一致性的影響，確定擠出參數(shù)合理的組合方式使擠出坯體達(dá)到最佳的應(yīng)力狀態(tài)和穩(wěn)定一致的擠出速度。主要完成的研究工作包括：
　　（1）對進(jìn)口壓力、含水率、定型段長度、擠出錐角和壓縮比5個影響因素進(jìn)行單因素分析，得到擠出坯體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)和擠出速度一致性隨之的變

3、化規(guī)律。確定進(jìn)口壓力、含水率、定型段長度和擠出錐角為主要因素，壓縮比為次要因素。針對主要因素選擇合理的因素水平，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計，通過正交試驗(yàn)結(jié)果分析，得出4個影響因素的主次順序和最優(yōu)組合。最優(yōu)組合的CFD模擬結(jié)果表明，擠出坯體已達(dá)到較優(yōu)應(yīng)力狀態(tài)和穩(wěn)定一致的擠出速度。
　　（2）針對不同含水率泥料，采用ANSYS Workbench中的優(yōu)化設(shè)計模塊對擠出成型工具（壓力頭和機(jī)口模具）的幾何參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。建立合理的求解數(shù)學(xué)模型，使得擠

4、出坯體達(dá)到最佳的應(yīng)力狀態(tài)和穩(wěn)定一致的擠出速度的同時生產(chǎn)能力達(dá)到最大化。并根據(jù)擠出坯體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)和擠出速度一致性隨壓縮比的變化規(guī)律，可利用優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果實(shí)現(xiàn)不同直徑陶瓷棒材的擠出。
　?。?）在芯棒處于中心位置的條件下，采用上述優(yōu)化設(shè)計的方法對陶瓷管材的擠出成型工具的幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，同樣可使擠出的管材坯體達(dá)到較優(yōu)的應(yīng)力狀態(tài)和穩(wěn)定一致的擠出速度。對不同壁厚管材的擠出成型過程進(jìn)行數(shù)值模擬，研究管材壁厚對擠出坯體的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中