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陶瓷塑性成形新方法及试验研究

陶瓷塑性成形新方法及试验研究

作者：季平景德镇陶瓷大学

学位级别：硕士

陶瓷泥料经过陶瓷练泥机挤出、滚压成形机滚压等工序被塑性成形为坯体,后经干燥、烧结等步骤烧成为陶瓷成品,上述工序中陶瓷泥料均匀、高效的塑性成形对烧成成品的质量至关重要。然而,在陶瓷泥料挤出过程的塑性变形中会出现速度分布不... 详细信息

陶瓷泥料经过陶瓷练泥机挤出、滚压成形机滚压等工序被塑性成形为坯体,后经干燥、烧结等步骤烧成为陶瓷成品,上述工序中陶瓷泥料均匀、高效的塑性成形对烧成成品的质量至关重要。然而,在陶瓷泥料挤出过程的塑性变形中会出现速度分布不均、分层、开裂等问题;以及在滚压过程的塑性变形中出现成形坯体颗粒排列不均的问题,影响陶瓷产品质量。针对上述问题,本文系统研究了陶瓷泥料塑性成形的机理,提出泥料挤出过程中陶瓷练泥机机头非光滑结构的仿生设计方法,以及提出泥料滚压过程的变角度陶瓷滚压成形方法,并设计试验验证,最终实现从泥料到坯体的高效、高质成形,得到表面光滑、质地均匀的陶瓷成品。主要内容如下:(1)陶瓷泥料塑性成形机理。从陶瓷泥料的流变特性出发,针对泥料挤泥过程与陶瓷练泥机内部接触面间产生黏附阻力,导致挤出的泥料出现速度分布不均、分层、开裂等缺陷,借鉴蜣螂、蚯蚓体表具有的减黏脱附功能结构,分析练泥机机头中陶瓷泥料的运动状态,提出陶瓷练泥机机头非光滑结构的仿生设计方法;针对经练泥机挤出泥段后滚压成形过程中滚头角度固定,导致坯体出现密度不均匀、塑性成形后泥坯出现裂纹、变形等缺陷的问题,提出变角度陶瓷滚压成形方法,并针对上述方法进行机理分析。(2)基于蜣螂凹坑结构的泥料挤出成形。利用表面改形方法在练泥机挤出机头内壁面设置凹坑形仿生结构,打乱泥料原本分层秩序,使水膜状态变化,建立机头仿生结构表面模型,通过COMSOL多物理场数值计算与正交试验设计对其结构优化,最后试验验证提出方法的有效性。结果表明:仿生非光滑凹坑机头能够在保证泥料具备一定挤出效率的同时,实现减黏降阻,提高泥料挤出质量。(3)基于蚯蚓凹槽结构的泥料挤出成形。设计同上述仿生试验步骤的蚯蚓仿生试验。对比蜣螂与蚯蚓两种结构仿生方法的试验数据,优选陶瓷泥料挤出质量最优的非光滑组合并试制机头样机,将该样机与原光滑机头进行挤出泥料成坯的成品率对比。结果表明:在机头内壁设置宽度h为2.5mm、相邻结构间隔角度为20°的矩形凹槽最优,经仿生非光滑机头挤出泥料质量明显优于光滑机头,成品质量提高9%。(4)陶瓷泥料的变角度摆动滚压成形。将传统滚压成形机滚头轴固定角度滚压改进为滚头先垂直下压,然后以滚头末端为中心点、产生滚头轴随形变角度摆动压制的滚压过程,用以克服传统滚压成形机滚压后坯体密度不均等问题,减少烧成变形。以典型盖碗瓷坯为研究对象,开展变角度摆动与固定角度的滚压成形试验,通过烧成后的质量对比分析验证提出方法有效性。结果表明:变角度摆动滚压机滚压后泥料致密性和均匀性更好,成形产品质量提升,成品率提高。

关键词：陶瓷泥料塑性成形挤出成形减黏降阻滚压成形变角度摆动

练泥机筒壁法向超声振动对泥料减黏降阻的影响

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陶瓷学报 2022年第2期43卷 310-316页

作者：黄功强戴哲敏王景超赖增光景德镇陶瓷大学江西景德镇333403

真空练泥机的构造及运动机理使得泥料在挤出成型过程中产生黏附阻力,造成泥料出泥速度分布不均、电机工作能耗增加等问题。为解决此问题,采用筒壁超声振动减阻方式对泥料进行减黏降阻。运用COMSOL多物理场对筒壁振动进行建模仿真验证;... 详细信息

真空练泥机的构造及运动机理使得泥料在挤出成型过程中产生黏附阻力,造成泥料出泥速度分布不均、电机工作能耗增加等问题。为解决此问题,采用筒壁超声振动减阻方式对泥料进行减黏降阻。运用COMSOL多物理场对筒壁振动进行建模仿真验证;通过搭建筒壁超声振动实验平台,控制振动激励频率与振幅,当超声波振幅为0.04mm、频率为20kHz时,练泥机平均功率降低了19.8%,泥料边界速度提高,与仿真结果较为一致;表明采用超声振动方法降低泥料与筒内壁间切向阻力,改善泥料挤出速度分布,对泥料挤出具有较显著的减黏降阻增效作用。

关键词：练泥机泥料超声振动速度梯度减黏降阻

陶瓷练泥机机头非光滑凹坑的结构仿生及其减黏降阻

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工程科学与技术 2023年

作者：于盛睿季平戴哲敏徐磊刘志环李伟吴辉庭华腾地毯有限公司景德镇陶瓷大学机械电子工程学院江西钜嘉实业有限公司

陶瓷练泥机是陶瓷塑性成形的关键设备，对挤出致密度高、可塑性强、组分均匀的泥料具有重要意义。由于泥料在陶瓷练泥机中会与机器内部接触面间产生黏附阻力，导致挤出的泥料出现速度分布不均匀、分层、开裂等缺陷，严重影响泥料表面质... 详细信息

陶瓷练泥机是陶瓷塑性成形的关键设备，对挤出致密度高、可塑性强、组分均匀的泥料具有重要意义。由于泥料在陶瓷练泥机中会与机器内部接触面间产生黏附阻力，导致挤出的泥料出现速度分布不均匀、分层、开裂等缺陷，严重影响泥料表面质量与成形性能。针对以上问题，借鉴蜣螂体表具有的减黏脱附的功能结构，本文分析练泥机机头中泥料的运动状态，研究了陶瓷练泥机机头非光滑凹坑结构的仿生设计方法，利用表面改形方法在练泥机挤出机头内壁面设置凹坑形仿生结构，打乱泥料原本分层秩序的效果，使水膜状态变化，建立机头的蜣螂仿生凹坑结构表面模型，通过COMSOL多物理场数值计算与正交试验设计对其结构优化，最后通过试验验证提出方法的有效性。结果表明：影响仿生机头综合性能的几何因素由主到次依序为：非光滑体排列方式、相邻非光滑体间距、非光滑体截面半径；在机头内壁表面均匀设置平行排列的半径r为1.5mm、相邻中心距b为4.5mm的凹坑结构，其泥料挤出减阻率λf达到21.83%，相对角速度方差下降率λs2为3.44%，泥料挤出效率提高11.95%，表面光滑、无明显表面和内部质量缺陷，从而证明了仿生非光滑凹坑结构在保证泥料具备一定挤出效率的同时，可实现减黏降阻，提出方法对练泥机泥料的高质、高效挤出具有重要理论意义与工程价值。

关键词：练泥机泥料缺陷仿生凹坑减黏降阻

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仿生波纹形开沟器减黏降阻性能测试与分析

农业工程学报 2014年第5期30卷 36-41页

作者：马云海马圣胜贾洪雷刘玉成彭杰高知辉吉林大学生物与农业工程学院长春130022 吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130022

针对现有普通开沟器在工作过程中易粘土、阻力大等问题,提出一种仿生波纹形开沟器。该仿生开沟器依据土壤动物与生俱来的减黏脱土特性和超高分子量聚乙烯优异的减黏性能,在原有普通开沟器基础上进行设计制造。该文通过田间试验,将牵引... 详细信息

针对现有普通开沟器在工作过程中易粘土、阻力大等问题,提出一种仿生波纹形开沟器。该仿生开沟器依据土壤动物与生俱来的减黏脱土特性和超高分子量聚乙烯优异的减黏性能,在原有普通开沟器基础上进行设计制造。该文通过田间试验,将牵引阻力设为试验指标,使用正交设计检验仿生开沟器相对于普通开沟器减黏降阻的效果和探究仿生开沟器非光滑表面形态的减黏降阻机理。试验表明,仿生开沟器减黏降阻的效果高于普通开沟器9%左右;入土深度是影响开沟器牵引阻力的主要因素,其次是土壤湿度,工作速度影响最小;通过3因素4水平正交组合试验得出使用仿生开沟器的最优条件:土壤湿度达到16.3%,入土深度有6 cm,工作速度为1.8 km/h。仿生波纹形开沟器具有良好的减黏降阻效果,为后续的仿生开沟器或其他触土部件研究提供参考。

关键词：农业机械仿生试验开沟器减黏降阻非光滑表面

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深松犁减黏降阻研究综述

安徽农业科学 2018年第7期46卷 33-35页

作者：鲍洋清许令峰宋月鹏刘贤喜山东农业大学机械与电子工程学院山东泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室山东泰安271018

针对目前土壤深松技术中出现的耕作阻力大的问题,结合仿生技术和振动技术,总结基于解决这一问题的多种仿生深松犁和振动深松犁,对其减黏降阻效果进行分析和阐述,并提出提高深松犁的工作性能及发展方向的建议。

关键词：深松犁减黏降阻仿生振动

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基于微型仿生电渗的陶瓷练泥机减阻试验研究

陶瓷学报 2023年第5期44卷 995-1003页

作者：戴哲敏赖增光徐磊景德镇陶瓷大学江西景德镇333403

陶瓷练泥机内的泥料黏附现象会导致产品分层和裂纹问题,影响旋压成型的坯体质量。针对以上问题,在黏土黏附理论和土壤电渗机理的基础上,采用仿生微型电渗结构实现泥料挤出壁面的减黏和降阻,并提出以进出口压力差为指标反应电渗减阻性能... 详细信息

陶瓷练泥机内的泥料黏附现象会导致产品分层和裂纹问题,影响旋压成型的坯体质量。针对以上问题,在黏土黏附理论和土壤电渗机理的基础上,采用仿生微型电渗结构实现泥料挤出壁面的减黏和降阻,并提出以进出口压力差为指标反应电渗减阻性能。采用模块化法搭建压力实验平台,对影响泥料挤出质量和效率的参数进行正交实验。通过分析筒的内壁和进出口处的压力结果可知,最优组合为A3B5C1D3E1F5,主次因素为:铰刀转速、含水率、出口半径、电渗电压、电极间隙和阴阳极宽度比。采用最优参数组合对TL-125型真空练泥机的挤泥筒进行改进,结果表明,仿生微电渗结构的减阻率达到26.7%,练泥机能耗降低11.58%,泥料表面形态有较大程度改善,试验取得预期效果。

关键词：陶瓷练泥机正交实验黏土电渗减黏降阻仿生电渗结构

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激光结构化仿生表面

科学通报 2019年第12期64卷 1238-1253页

作者：韩雨洋张志攀曲良体北京理工大学化学与化工学院北京100081

在优胜劣汰的自然法则下,生物体通过进化实现了对自然环境最大程度的适应性.向自然界生物体学习,研究其表面独特的结构和特异性功能已成为近年来研发新型材料的重要途径之一.其中,结构化仿生表面是复合材料的重要组成部分,已广泛应用于... 详细信息

在优胜劣汰的自然法则下,生物体通过进化实现了对自然环境最大程度的适应性.向自然界生物体学习,研究其表面独特的结构和特异性功能已成为近年来研发新型材料的重要途径之一.其中,结构化仿生表面是复合材料的重要组成部分,已广泛应用于生物工程、航空航天、现代医学、国防、新能源器件及日常生活中.激光法制备结构化仿生表面是以工程仿生学为基础,采用不同激光光源加工样品表面来形成不同表面结构并实现特定性能的技术.本文主要总结了近期国内外激光结构化仿生加工领域的进展,探讨激光加工的结构化仿生表面在减黏降阻及超疏水等方面的应用,并对今后的工作进行展望.

关键词：结构化仿生表面激光加工减黏降阻超疏水

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仿生曲面在螺旋桩螺旋叶片上的应用研究

农业工程学报 2007年第4期23卷 134-137页

作者：吕有界王玉兴唐艳芹胡圣荣广州航海高等专科学校轮机系广州510725 华南农业大学工程学院广州510640

结合典型土壤动物表面减黏降阻特性,提出对防汛抢险螺旋桩螺旋叶片进行表面仿生处理。为了寻求仿生曲面在螺旋桩螺旋叶片上的降阻效果,该文首先以波纹型仿生曲面为研究对象进行台车牵引试验,包括正交试验以及与平板的对比试验;然后把试... 详细信息

结合典型土壤动物表面减黏降阻特性,提出对防汛抢险螺旋桩螺旋叶片进行表面仿生处理。为了寻求仿生曲面在螺旋桩螺旋叶片上的降阻效果,该文首先以波纹型仿生曲面为研究对象进行台车牵引试验,包括正交试验以及与平板的对比试验;然后把试验结果应用于螺旋桩,进行了螺旋桩沉桩对比试验。波纹型仿生曲面台车牵引试验表明,在试验因素取值范围内,波纹型仿生曲面凸起宽度对减阻效果影响显著,而且随着波纹型仿生曲面凸起宽度的增大,减阻效果愈明显。螺旋桩沉桩对比试验表明在整个沉桩过程中仿生螺旋桩具有一定的减阻效果。

关键词：仿生曲面减黏降阻螺旋桩防汛抢险

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高速低阻防过载犁耕装备设计与试验

农业工程 2023年第10期13卷 84-90页

作者：刘进宝郑炫杨怀君张鲁云李帆王子龙汤智辉新疆农垦科学院机械装备研究所新疆石河子830000

针对翻转犁能耗高、易黏附、易遭冲击破坏等问题,研制了高速智能液压翻转犁,优化了整机结构与配置参数。以穿山甲体表的鳞片三角圆弧状结构和蜣螂体表的凸包结构相结合作为仿生原型设计了仿生犁体,并设计了双向犁耕装备的过载保护自动... 详细信息

针对翻转犁能耗高、易黏附、易遭冲击破坏等问题,研制了高速智能液压翻转犁,优化了整机结构与配置参数。以穿山甲体表的鳞片三角圆弧状结构和蜣螂体表的凸包结构相结合作为仿生原型设计了仿生犁体,并设计了双向犁耕装备的过载保护自动避障机构,平衡状态下对应所需弹簧预紧力9.75 kN,取安全系数1.3,设置初始状态预紧力12.67 kN。建立了犁体耕作过程离散元仿真模型。仿生减黏犁体相对传统犁体土壤减黏性能提升44.15%,减阻7.8%。耕深稳定性变异系数2.86%,土垡破碎率97.1%。研究结果可为高速智能液压翻转犁设计及改进提供参考。

关键词：铧式犁过载保护减黏降阻离散元