陶瓷高压注浆模具性能分析与改进方法研究

摘要

高压注浆系统中模具工作性能的好坏与含水量、颗粒度等多个泥浆参数，以及压力、温度、成形时间等诸多工艺因素密切相关，高压注浆泥坯成形的效率和质量完全取决于模具与泥浆的匹配性能。以提高泥坯成形效率和质量为目的，借助于改善泥浆和工艺两类参数的匹配性提高高压注浆模具的使用性能，对于发展和应用陶瓷高压注浆技术具有重要意义。　　本文以微孔透水材料模具为研究对象，通过试样制作、测试和显微观察，研究了微孔树脂材料的孔隙分布特性和力学性能，建立了高压注浆模具的仿真模型，通过仿真分析探索了微孔透水材料属性与高压注浆压滤成形的关系，研究了高压注浆压力、时间和泥浆含水率、粒度等参数变化对泥坯成形结果的影响，得到了良好匹配性意义上的泥浆参数和工艺参数，建立了相应的参数分析软件工具，为企业合理确定泥浆配方和注浆工艺提供了借鉴。主要内容如下：　　(1)采用某牌号微孔透水材料制作试块，利用电镜观察和测量自然状态和被压缩状态下材料的微观结构，确定孔隙直径及其分布，利用称重法测量和计算材料的孔隙率，并对模具的外围承压材料进行了力学性能检测。　　(2)建立了以某款酒瓶为参照的高压空心注浆仿真模型，以及以陶瓷面盆为参照的高压实心注浆仿真模型，利用ICEM进行网格划分，针对工程中常用的注浆压力、时间等工艺参数和含水率、颗粒度等泥浆参数选择范围，设计了仿真分析正交实验方案。　　(3)采用ANSYSFluent软件对微孔透水模具高压注浆泥坯成形过程进行模拟仿真，分析了多孔介质材料厚度和孔隙率对高压注浆泥坯成形的影响，以及压滤界面的压力分布和不同参数条件下过滤固相物分布特点，指出了不同注浆压力、泥浆含水率、固相颗粒尺寸等参数对泥坯成形的影响，并在空心注浆和实心注浆两种工况下进行对比分析，最终得出了适用于不同注浆方式和泥浆参数的合理的注浆压力等工艺参数，为利用计算机仿真工具研究和确定高压注浆重要参数提供了一种可以借鉴的方法。　　(4)以MatlabGUI和MySQL数据库为主要工具，开发了高压注浆泥浆与工艺参数分析软件工具，用户可根据需求选择不同模块进行分析，根据输出结果进行参数判定，对指导实际生产和高压注浆研究具有参考意义。

目录

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2陶瓷高压注浆技术发展现状

1.2.1国外发展现状

1.2.2国内发展现状

1.3论文框架及创新点

1.4本章小结

第2章 CFD概述及过滤理论中的多孔介质模型

2.1计算流体动力学CFD概述

2.2数值模拟方法和分类

2.3计算流体力学解决问题过程

2.3.1前处理

2.3.2迭代计算

2.3.3后处理

2.4计算流体力学的软件介绍

2.5固液过滤理论及计算

2.5.1过滤分类及其特点

2.5.2过滤的基本方程

2.5.3高压注浆中的过滤

2.6多孔介质模型

2.6.1牛顿流体和非牛顿流体

2.6.2控制方程

2.7本章小结

第3章 高压注浆模具及泥坯成形仿真模型的建立

3.1高压注浆模具的分类及特点

3.2高压注浆模具材料性能分析

3.2.1微孔透水材料孔隙分布

3.2.2微孔透水材料孔隙率的测量

3.2.3模具填充材料力学性能检测

3.3压滤CFD模型的建立

3.3.1流场和过滤介质的几何建模

3.3.2网格划分和边界条件设置

3.3.3泥浆悬浮系统中的参数和注浆压力

3.4本章小结

第4章 泥坯成形参数的压滤仿真结果分析

4.1模型验证

4.2多孔介质厚度的影响分析

4.3多孔介质孔隙率的影响

4.4正交仿真分析

4.4.1泥浆含水率的影响分析

4.4.2固体颗粒直径的影响分析

4.4.3注浆压力的影响分析

4.5本章小结

第5章 高压注浆泥浆与工艺参数分析平台

5.1基于MATLAB分析平台的应用

5.2需求分析和平台搭建

5.2.1需求分析

5.2.2平台搭建

5.3分析平台主要功能和数据库的实现

5.3.1数据库

5.3.2模块功能的实现

5.4本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

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