双喷嘴多层喷射成形锭坯形状模拟的研究

论文摘要

近年来在喷射成形制备大直径锭坯时普遍采用双喷嘴多层扫描的方式进行。扫描型双喷嘴高新技术的出现,是喷射技成形技术向工业化大生产推进中的重大突破之一。双喷嘴喷射成形过程复杂,影响因素较多。目前国内外对于双喷嘴喷射成形制备锭坯的理论研究工作进行的较少。进行锭坯形状的模拟研究,可以了解形状的演变过程,分析工艺参数的作用规律,从而降低研究成本,为喷射成形技术产业化提供技术指导。本文研究了双喷嘴多层喷射成形的设备结构,分析了双喷嘴的几何布局。结合沉积坯的实际成形过程,建立了喷射成形锭坯的形状预测模型。该模型采用跟踪沉积坯表面轮廓线坐标的方法(坐标跟踪法),计算沉积坯在不同喷射时刻的形状和尺寸,结果十分可靠。模型提出了一种对锭坯形状进行离散化计算的方法,简单可行。利用该模型研究分析了喷射成形关键工艺参数,包括初始偏心距、初始倾斜角度及最大扫描角度、基底下降速度、基底旋转速度、雾化系数、扫描频率和基底距离等对锭坯形状的影响规律,从而可以预测不同工艺条件下喷射成形产品的几何形状和尺寸。论文提出了双喷嘴喷射成形锭坯的通用的工艺流程,利用此方法能够减少工艺设计的盲目性。得到了优化的工艺参数,并以此为依据进行了喷射成形试验。实际喷射结果表明:模拟结果与试验结果吻合得较好,说明模型具有较好的实际预测功能,对工艺设计具有较好的指导作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 喷射成形工艺简介
• 1.2 喷射成形技术原理和特点
• 1.2.1 喷射成形技术原理
• 1.2.2 喷射成形技术特点
• 1.3 喷射成形技术的发展现状
• 1.3.1 国外喷射成形技术的研究现状
• 1.3.2 国内喷射成形技术的研究现状
• 1.3.3 雾化器系统的发展
• 1.3.4 喷射成形锭坯形状模型的研究现状
• 1.4 本课题研究的目的和意义
• 1.5 论文章节安排
• 第二章 喷射成形的装置结构及控制系统
• 2.1 喷射成形装置的整体结构
• 2.2 雾化器结构及双喷嘴的布局
• 2.3 喷射成形装置的控制系统
• 2.4 锭坯形状的实时控制
• 2.5 本章小结
• 第三章 喷射成形锭坯的形状模型
• 3.1 形状模型的建立
• 3.1.1 液滴流率分布特征
• 3.1.2 黏附系数
• 3.1.3 模型建立
• 3.1.4 算法分析
• 3.2 计算机数值模拟实现过程
• 3.3 实验结果验证
• 3.4 本章小结
• 第四章 喷射成形关键工艺参数的研究分析
• 4.1 初始偏心距的影响
• 4.2 初始倾斜角度的影响
• 4.3 基底下降速度的影响
• 4.4 基底旋转速度的影响
• 4.5 雾化系数的影响
• 4.6 喷嘴摆动频率的影响
• 4.7 最大扫描角度的影响
• 4.8 基底距离的影响
• 4.9 喷射成形锭坯的工艺设计
• 4.10 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文