陶瓷膏体挤出装置和挤出工艺研究

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冰冻自由挤出成型(Freeze-form Extrusion Fabrication . FEF)是基于水基膏体的快速成型工艺,所成型零件具有较高的致密度、脱脂速度快且对环境无污染。由于FEF工艺是一种非连续挤出工艺,目前国内外对于非连续挤出理论和工艺的研究并不多,且膏体以水介质为溶剂,只利用少量有机粘结剂,在柱塞挤压过程中易发生固—液分离现象,因此,本课题通过对水基膏体连续与非连续挤出过程中不同挤出工艺参数进行研究,从而为FEF设备的开发提供理论依据和数据支持。全文的主要工作如下:膏体挤出工艺是FEF工艺的基础,欲对其进行研究,首先设计并制造出一套简单可行的基于水基陶瓷膏体的柱塞式挤出试验装置,并对挤出机体相关部件的设计和选择作了详细的阐述。其次编制了上、下位机的控制软件以实现对挤出装置的控制。上位机采用普通PC机,利用VB设计出人机交互界面以实现步进电机连续与非连续运动的控制和挤压力的实时采集,重点介绍了与下位机的数据传输格式及接收方式;下位机则利用以F2812为核心的DSP系统来完成对底层软件的控制,采用模块化程序设计思想,分别对程序初始化模块、中断模块、电机控制模块、通信模块及ADC采样模块等作了详细阐述。通过对编制好软件测试表明,对挤出过程的控制均达到预期的效果。通过比较不同挤出工艺参数对挤压力和挤出体液相含量的影响来表征挤出过程中膏体的流动过程和传质机理,通过分析总结给出了比较好的挤出工艺参数。对于连续和非连续挤出而言,随着挤出速度的增加,挤压力均呈上升趋势,膏体的液相迁移行为也越不明显,当速度大于0.125mm/s时,基本不发生液相迁移行为;在同样挤出速度条件下,随着挤出头长度的增加,挤压力也呈增加趋势,膏体发生液相迁移行为将变得更加明显,且低挤出速度相对于高挤出速度挤压力增加的趋势更加明显;在同样挤出速度条件下,随着装载量的增加,挤出过程中的四个阶段均呈上升趋势,而挤压力则没有明显的变化;为了解决非连续挤出过程“停止”产生的“流涎”现象,通过大量实验后,得到了稳定阶段挤出速度与回退位移曲线,该曲线基本上杜绝了“流涎”。
摘要第7-8页
Abstract第8-9页
第1章 绪论第10-20页
    1.1 引言第10页
    1.2 现在陶瓷零件快速成型工艺及特点第10-12页
    1.3 基于挤出成形的快速成型工艺第12-15页
    1.4 膏体及挤出工艺原理第15-18页
        1.4.1 膏体的影响因素第15-16页
        1.4.2 挤压力的形成过程第16-17页
        1.4.3 挤出过程料筒体积变化分析第17-18页
        1.4.4 挤出过程塑化液填充机理第18页
    1.5 课题的研究意义和研究内容第18-20页
        1.5.1 研究意义第18页
        1.5.2 研究内容第18-20页
第2章 挤出装置硬件的设计与实现第20-30页
    2.1 引言第20页
    2.2 挤出机体的设计与实现第20-25页
        2.2.1 电机驱动方案的确定第20-21页
        2.2.2 传动方案的确定第21-22页
        2.2.3 电机及相关参数的确定第22页
        2.2.4 传感器及放大器的选配第22-23页
        2.2.5 挤出机体相关部件的设计第23-25页
    2.3 相关硬件控制电路的设计第25-29页
        2.3.1 步进电机控制电路的设计第25-27页
        2.3.2 串行通信控制电路的设计第27-28页
        2.3.3 A/D 转换控制电路的设计第28-29页
    2.4 本章小结第29-30页
第3章 挤出装置控制软件的设计与实现第30-43页
    3.1 引言第30-31页
    3.2 上位机软件的设计与实现第31-34页
        3.2.1 MSComm 控件驱动方式第31页
        3.2.2 可视化界面的设计第31-32页
        3.2.3 数据的发送与接收第32-34页
    3.3 下位机软件的设计与实现第34-42页
        3.3.1 程序设计思想第34页
        3.3.2 软件开发环境第34-35页
        3.3.3 功能模块的实现第35-42页
    3.4 本章小节第42-43页
第4章 实验方法及内容第43-47页
    4.1 膏体的制备第43-44页
    4.2 膏体的装载第44页
    4.3 挤出体液相含量的测定第44-45页
    4.4 实验方案的设计第45-46页
        4.4.1 连续挤出实验第45-46页
        4.4.2 非连续挤出实验第46页
    4.5 本章小结第46-47页
第5章 连续挤出工艺研究第47-60页
    5.1 引言第47页
    5.2 典型连续挤压过程挤压力与液相含量的变化第47-50页
    5.3 不同挤出速度对挤压力、液相含量及挤出体速度的影响第50-54页
    5.4 不同挤出头长度对挤压力和液相含量的影响第54-56页
    5.5 不同装载量对挤出状态的影响第56-58页
    5.6 本章小结第58-60页
第6章 非连续挤出工艺研究第60-72页
    6.1 引言第60页
    6.2 典型非连续挤压过程挤压力与液相含量的变化第60-62页
    6.3 不同挤出速度和时间间隔对挤压力和液相含量的影响第62-65页
    6.4 不同挤出头长度对挤压力和液相含量的影响第65-68页
    6.5 不同挤出速度对挤压力和液相含量的影响第68-69页
    6.6 回退位移对挤出过程的影响第69-71页
    6.7 本章小结第71-72页
结论与展望第72-74页
    1.结论第72-73页
    2.展望第73-74页
参考文献第74-79页
致谢第79-80页
附录A (攻读硕士学位期间发表的论文)第80页
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