FDM加热块改进及温度影响成型件性能的研究

发布时间：2017-03-26 23:05

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【摘要】：熔融沉积快速成型技术(简称FDM)是快速成型技术的一种,它利用计算机来对零件的三维模型进行切片处理得到分层数据,然后控制挤出机按照切片所得数据堆积每一层零件,层层沉积最终形成三维实体零件。FDM技术近年来在国内外制造业中获得广泛应用,并逐渐在各个领域展现其所具有的美好前景和巨大的社会价值。在FDM技术的光鲜外表下,成型零件的精度和强度问题却成为制约其进一步发展的瓶颈。因此,本文在堆铣复合成型技术的基础上,针对缺丝、拖丝和节瘤等影响零件成型品质的缺陷,从成型时温度场的角度入手,设计了一种较传统单电热管加热装置拥有更快升降温速度的四电热管加热装置,满足挤出机及时出丝、及时停丝的要求,解决成型中存在的问题,提高零件的精度和强度。主要研究内容有:(1)介绍了本课题研究的背景和意义,分析了复合成型技术中存在的问题,在此基础上说明了提出四管加热装置的实际意义,确定了本文的研究内容。(2)借助ANSYS软件对加热装置工作时的温度场进行仿真,确定了不同工作状态下的温度场分析类型,并建立了加热装置的有限元模型,同时为温度场分析设定了正确的边界条件和合理的假设。(3)通过对加热装置在稳定工作、升温和降温三种工作状态下的温度场进行数值模拟,得到了温度的分布云图和变化曲线。(4)搭建实验平台测试加热装置的实际升降温能力,根据实验结果绘制升降温过程的实际温度变化曲线,并对仿真结果进行验证。综合仿真和实验所得结果,进一步提出改善挤出机升降温性能的措施,提高成型零件的质量。(5)在不同的成型温度下分别加工尺寸相同的实验样件,并测量样件的相关参数。根据所得数据,研究了零件性能随成型温度的变化情况。
【关键词】：FDM 成型品质 温度场 数值模拟 升温速度 降温速度
【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH16
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 快速成型技术概述9-13
• 1.2.1 快速成型技术简介9-10
• 1.2.2 快速成型的基本原理与工艺流程10-12
• 1.2.3 快速成型的技术特点12
• 1.2.4 快速成型技术的应用12-13
• 1.3 熔融沉积成型技术概述13-17
• 1.3.1 熔融沉积成型技术13
• 1.3.2 熔融沉积快速成型技术的工作原理13-14
• 1.3.3 熔融沉积快速成型技术的发展现状14-17
• 1.4 本文主要研究目的和内容17-19
• 2 挤出机加热装置设计19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 堆铣复合成型技术19-23
• 2.2.1 堆铣复合成型技术简介19-20
• 2.2.2 堆铣复合成型对零件品质的影响20-22
• 2.2.3 复合工艺存在的问题22-23
• 2.3 提高升降温速度的加热装置设计23-26
• 2.4 数值计算26-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 温度场分析的基本理论29-42
• 3.1 引言29-30
• 3.2 传热方式30-33
• 3.2.1 热传导30-31
• 3.2.2 热对流31-33
• 3.2.3 热辐射33
• 3.3 热场分析的热传导理论33-36
• 3.3.1 三维导热微分方程33-35
• 3.3.2 定解条件35-36
• 3.4 热场分析的热对流理论36-37
• 3.5 热场分析的有限单元理论37-41
• 3.5.1 四面体单元38-39
• 3.5.2 六面体单元39-40
• 3.5.3 等参单元与等参变换40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 4 温度场有限元仿真分析42-55
• 4.1 ANSYS热场分析简介42
• 4.2 温度场分析步骤42-43
• 4.3 几何建模43-45
• 4.4 有限元模型建立45-49
• 4.4.1 有限元数值模拟的基本假设45-46
• 4.4.2 相关材料的物理参数46
• 4.4.3 有限元模型网格划分46-49
• 4.5 有限元仿真结果分析49-54
• 4.5.1 载荷加载与求解49-50
• 4.5.2 仿真结果分析50-54
• 4.6 本章小结54-55
• 5 加热装置升降温性能实验验证55-70
• 5.1 实验装置55-57
• 5.2 参数设置与实验方法57-59
• 5.2.1 参数设置57
• 5.2.2 实验方法57-59
• 5.3 实验结果分析59-65
• 5.3.1 升温实验59-63
• 5.3.2 降温实验63-65
• 5.4 实验数据与仿真结果的对比65-66
• 5.5 对流环境对四管加热装置的影响66-68
• 5.6 本章小结68-70
• 6 成型温度对零件的影响70-77
• 6.1 实验参数与测量70-72
• 6.1.1 实验参数70-71
• 6.1.2 实验测量71-72
• 6.2 实验结果分析72-76
• 6.2.1 实验样件与结果数据72-74
• 6.2.2 实验结果分析74-76
• 6.3 本章小结76-77
• 7 总结与展望77-79
• 7.1 全文总结77-78
• 7.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-84
• 附录1 攻读学位期间所获所获学术成果84-85

  本文关键词：FDM加热块改进及温度影响成型件性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：269490