程洪濤　李玉仁　尹小定　朱金貴

摘要 在流體動(dòng)力學(xué)的研究基礎(chǔ)上,從研究等靜壓油腔流體流動(dòng)機(jī)理出發(fā),利用FLUENT工具程序研究等靜壓油腔的內(nèi)部流動(dòng)情況,根據(jù)數(shù)值仿真結(jié)果可捕捉到等靜壓油腔內(nèi)部流場(chǎng)的壓力場(chǎng)隨時(shí)間的變化過程,由此綜合分析出改進(jìn)前后等靜壓成形機(jī)模腔內(nèi)流場(chǎng)壓力場(chǎng)的分布和變化情況。

關(guān)鍵詞 數(shù)值模擬,等靜壓成形機(jī),改進(jìn)設(shè)計(jì)

1等靜壓成形機(jī)油腔部分的簡(jiǎn)介

等靜壓成形機(jī)是一種適用于高檔日用瓷的生產(chǎn)設(shè)備,所生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸變化范圍很廣。產(chǎn)品尺寸決定了等靜壓模具的尺寸和油腔的尺寸,本文以生產(chǎn)外徑為120mm、高為30mm的盤子模具為例進(jìn)行了等靜壓流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算。等靜壓成形機(jī)的模具分為凸模和凹模兩部分,凸模是不動(dòng)的,也叫靜模;凹模在加壓時(shí)向凸?？繑n,因此也叫動(dòng)模。其中,等靜壓油腔油路分布在凹模的表面和內(nèi)部,本文使用軟件PRO/E進(jìn)行空間造型,圖1為凹模剖面示意圖。

2等靜壓油腔的造型

2.1 等靜壓油腔的改進(jìn)

等靜壓成形機(jī)設(shè)備價(jià)格昂貴,因此提高等靜壓成形機(jī)的工作效率對(duì)相關(guān)陶瓷企業(yè)有著極其重要的價(jià)值。提高生產(chǎn)效率就是要縮短等靜壓成形機(jī)一次壓制周期的時(shí)間,其中加壓和保壓時(shí)間占到整個(gè)周期時(shí)間的40%左右,有時(shí)甚至超過70%。因此,本文為了縮短加壓和保壓時(shí)間,對(duì)油腔油路作出如下修改:增加配油圓環(huán),進(jìn)油管中心線的延長(zhǎng)線通過圓環(huán)的中心;增加8根分油管連接配油圓環(huán)和等靜壓工作油腔。油腔改進(jìn)前后的三維模型見圖2、圖3所示。

2.2 等靜壓成形機(jī)一個(gè)壓制過程的描述

等靜壓成形機(jī)一個(gè)壓制周期的全過程可以分為四個(gè)階段:

(1) 合模階段:該階段通過合模油腔的進(jìn)油推動(dòng)整個(gè)動(dòng)模向靜模靠攏。

(2) 陶瓷粉料加料階段:在合模完成后,陶瓷粉料進(jìn)料口打開,并且開始加料。

(3) 等靜壓油腔加壓和保壓階段:該階段可以分為加壓和保壓兩個(gè)過程,粉料添加完畢后,等靜壓油腔進(jìn)油口打開,出油口關(guān)閉,高壓液壓油從進(jìn)油口加入到等靜壓油腔內(nèi),隨著油腔內(nèi)油壓的逐漸升高,軟模開始膨脹,粉料壓制,達(dá)到規(guī)定的壓力(由溢流閥控制)即完成了加壓過程,進(jìn)入保壓過程。

(4) 泄壓和脫模階段:首先等靜壓油腔泄壓,然后合模油腔才泄壓,最后產(chǎn)品脫模,一個(gè)壓制周期完成,設(shè)備回到壓制的初始狀態(tài)。壓制全過程的切換由電磁閥控制并實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。

景德鎮(zhèn)陶瓷股份有限公司的設(shè)備在生產(chǎn)本文所提及的產(chǎn)品時(shí),每小時(shí)產(chǎn)能為350個(gè),即一個(gè)壓制周期耗時(shí)10.3s,油腔設(shè)定的工作壓力為280atm,表1為一個(gè)周期內(nèi)各階段的時(shí)間耗用表。

從表1可知,等靜壓油腔的加壓和保壓階段占到整個(gè)周期時(shí)間的73%,其中油腔的加壓時(shí)間為0.2～0.3s,保壓時(shí)間為7.2～7.3s;等靜壓油腔的工作介質(zhì)選用抗磨液壓油L-HM46。表2為液壓油的部分技術(shù)參數(shù)值。

3FULENT模擬結(jié)果的分析與對(duì)比

Time=0的時(shí)刻定義為進(jìn)油口開始進(jìn)油的時(shí)刻,即等靜壓油腔加壓和保壓階段開始的時(shí)刻。從圖4 Time=7.5s的模型壓強(qiáng)投影圖可以看出,內(nèi)部流場(chǎng)的壓強(qiáng)已經(jīng)基本達(dá)到平衡,可以作為保壓結(jié)束的條件,從模擬的情況來看等靜壓油腔加壓和保壓階段的時(shí)間為7.5s,這和實(shí)際情況相符。

從圖5 Time=5.5s、6.5s的模型壓強(qiáng)投影圖可以看出,內(nèi)部流場(chǎng)的壓強(qiáng)已經(jīng)基本達(dá)到平衡,可以作為保壓結(jié)束的條件,從模擬的情況來看,改進(jìn)后等靜壓油腔加壓和保壓階段的時(shí)間為6.5s。

4 結(jié) 論

由表3改進(jìn)前后壓強(qiáng)值模擬結(jié)果的對(duì)比可知:

(1) 改進(jìn)后的等靜壓油腔壓力場(chǎng)隨時(shí)間的變化更均衡,有利于提高產(chǎn)品外形尺寸的精度;

(2) 改進(jìn)前的油腔壓強(qiáng)在7.5s達(dá)到平衡,改進(jìn)后的油腔壓強(qiáng)在6.5s達(dá)到平衡,等靜壓油腔加壓和保壓階段的耗時(shí)減少1s,也即總生產(chǎn)周期時(shí)間減少了1s,生產(chǎn)效率提高了9.02%,提高了精度,降低了單位產(chǎn)品的能耗。

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