挤压模构造对蜂窝体成形质量影响的数值模拟与实验研究

摘要

运用粉末挤压成形制备蜂窝体具有重要的工业和科研价值，针对蜂窝体的结构特点，国内外学者有广泛的研究。本文对高岭土陶瓷蜂窝的制备和成形机理展开研究，配置了适合挤压成形的高岭土喂料体系，运用毛细管流变仪测试了喂料的流变性和粘度系数，结果显示喂料属于假塑性非牛顿流，由此确定了喂料的流体本构模型。
　　 针对蜂窝结构的直通孔特点，运用CAD软件初步设计了用于蜂窝体挤压成形的模具及相关设备，整套挤压装置由挤压杆、料筒、模具、模套底座、支撑杆及底盘组成。其中挤压模具为一体化结构，由整块材料加工而成，上部为均匀分布的进料孔，下部为等距分布的成形柱。
　　 基于计算流体动力学知识，结合高岭土陶瓷的喂料本构，运用三维流体有限元软件POLYFLOW对喂料在模具内的流动过程进行数值模拟。观察喂料在模腔内的流动行为及特点，分析喂料在模腔内的压力场、速度场及流动形状，评估了挤压模具构造对蜂窝体成形质量的影响，结合系列数值模拟结果，优化确定了模具进料孔的分布、成形柱的排列和模芯与模套的结合等因素，设计出合适的挤压装置方案。
　　 依据最终模具设计方案，加工蜂窝挤压模具等装置，运用挤压成形装置开展挤压成形实验。通过对比系列挤压成形实验得到的产品与数值模拟的结果，验证模具装置设计的合理性。通过实验分析了不同的喂料配比和挤压速率对蜂窝结构成形效果的影响，总结出适宜的配料比方案和挤压速率。
　　 将挤压成形实验得到的蜂窝坯体放置于真空干燥箱进行干燥，通过观察蜂窝坯体外形的变化得到适宜的干燥温度和时间。最后将干燥后的坯体放入微波烧结炉中进行烧结实验，通过烧结实验结果分析烧结温度、保温时间、升温速率对高岭土陶瓷蜂窝结构的影响和作用，得到适宜的烧结工艺温度变化曲线。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本文研究的主要内容、目标与方法

第2章 蜂窝结构挤压成形装置的结构设计

2．1 蜂窝体的结构设计

2．1．1 蜂窝体的结构分析

2．1．2 蜂窝结构材料的选择

2．1．3 蜂窝结构的初始模型设计

2．2 挤压模具及挤压装置的结构设计

2．2．1 挤压模具的初始设计

2．2．2 挤压装置的初始设计

2．3 本章小结

第3章 蜂窝结构挤压成形的数值模拟

3．1 计算流体力学分析理论

3．1．1 计算流体力学概述

3．1．2 流体动力学控制方程

3．1．3 CFD的求解过程

3．2 CFD商业软件POLYFLOW简介

3．3 高岭土陶瓷喂料的配制

3．4 高岭土陶瓷喂料流动本构模型的确定

3．4．1 流变学基础理论研究

3．4．2 流体本构模型概述

3．4．3 高岭土陶瓷喂料的粘度测试

3．5 基于POLYFLOW挤压成形的数值模拟

3．6 本章小结

第4章 挤压模具及挤压装置结构的优化设计

4．1 模具参数构造的确定

4．1．1 模具进料孔的确定

4．1．2 模具厚度的确定

4．1．3 模具成形柱的确定

4．2 模套的结构优化

4．3 挤压装置的确定

4．4 多孔蜂窝结构成形的数值模拟

4．4．1 多孔蜂窝的结构参数

4．4．2 挤压模具的设计

4．4．3 流场边界条件的设置

4．4．4 结果后处理

4．5 多孔蜂窝挤压装置的优化改进

4．5．1 改进后的数值模拟

4．5．2 挤压速率对蜂窝成形效果的影响

4．6 本章小结

第5章 蜂窝结构制备工艺的实验研究

5．1 实验的工艺流程

5．2 蜂窝结构喂料的制备

5．2．1 配制成分不同比例的喂料

5．2．2 配料比与挤压力、挤压速率的关系

5．3 喂料的练泥和陈腐

5．4 蜂窝体的挤压成形实验

5．4．1 不同配料比的挤压成形效果对比

5．4．2 不同挤压速率对挤压成形的影响

5．5 蜂窝体的干燥实验

5．6 蜂窝体的烧结实验

5．6．1 烧结的基本原理

5．6．2 烧结的实验过程

5．7 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果