陶瓷等靜壓成形機油腔的數(shù)值模擬及其改進(jìn)設(shè)計

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

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

1等靜壓成形機油腔部分的簡介

等靜壓成形機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)行了等靜壓流場數(shù)值計算。等靜壓成形機的模具分為凸模和凹模兩部分，凸模是不動的，也叫靜模;凹模在加壓時向凸模靠攏，因此也叫動模。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)

等靜壓成形機設(shè)備價格昂貴，因此提高等靜壓成形機的工作效率對相關(guān)陶瓷企業(yè)有著極其重要的價值。提高生產(chǎn)效率就是要縮短等靜壓成形機一次壓制周期的時間，其中加壓和保壓時間占到整個周期時間的40%左右，有時甚至超過70%。因此，本文為了縮短加壓和保壓時間，對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 等靜壓成形機一個壓制過程的描述

等靜壓成形機一個壓制周期的全過程可以分為四個階段:

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

(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，每小時產(chǎn)能為350個，即一個壓制周期耗時10.3s，油腔設(shè)定的工作壓力為280atm，表1為一個周期內(nèi)各階段的時間耗用表。

從表1可知，等靜壓油腔的加壓和保壓階段占到整個周期時間的73%，其中油腔的加壓時間為0.2～0.3s，保壓時間為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)果的分析與對比

Time=0的時刻定義為進(jìn)油口開始進(jìn)油的時刻，即等靜壓油腔加壓和保壓階段開始的時刻。從圖4 Time=7.5s的模型壓強投影圖可以看出，內(nèi)部流場的壓強已經(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間為7.5s，這和實際情況相符。

從圖5 Time=5.5s、6.5s的模型壓強投影圖可以看出，內(nèi)部流場的壓強已經(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間為6.5s。

4 結(jié) 論

由表3改進(jìn)前后壓強值模擬結(jié)果的對比可知:

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

(2) 改進(jìn)前的油腔壓強在7.5s達(dá)到平衡，改進(jìn)后的油腔壓強在6.5s達(dá)到平衡，等靜壓油腔加壓和保壓階段的耗時減少1s，也即總生產(chǎn)周期時間減少了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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