新型UHMWPE活塞泵成型及关键技术研究

发布时间：2020-09-30 17:47

　　本次设计主题则是以新兴优质高性能有机材料超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基础,充分利用材料优势,致力于研制一款环保轻量、耐磨耐腐蚀、低噪音无泄漏的高性价比泵,来满足一些复杂介质的运输需求。超高分子量聚乙烯是一种高性能工程塑料,卫生无毒,多种力学性能居于塑料之冠,同时其质量只有铁的1/8,几乎对所有化学腐蚀有着超强的耐性。以其为材料研制新型泵产品,可以解决有特殊要求的介质运输难题。但是由于UHMWPE加工成型比较困难,还未得到广泛应用。本文围绕着泵的结构创新和成型方法展开了研究。新型UHMWPE活塞泵采用了电磁力提供驱动力,可以实现隔空传递动力,省去了动力传送机构,既简化了结构,又避免了动密封面临的泄露问题。虽然单个磁体提供的动力有上限,但根据活塞的受力方式,是可以通过增加活塞内磁体数量及配合线圈的数量提供多倍的动力,即相当于多个活塞泵串联。当多个活塞泵并联时即可增加流量。串联或者并联的泵单元是可以相互独立而又同步工作的,不会因为某一个单元出现障碍而使系统停止工作。整个系统可以通过控制系统对其控制频率进行调整,从而对流量实现无级调控,以适应工作中不同的流量需求。本文通过有限元软件对易损的活塞密封圈进行了仿真分析,并对其结构进行适当优化。制造新型UHMWPE活塞泵的难点在于泵体毛坯的制作,因为UHMWPE成型难度大,加工方法较为特殊,本设计采用较为可靠的压制烧结成型方法制作毛坯,成型过程干净环保,远低于同类产品的成型能耗。因为压制烧结的UHMWPE具有较高的表面质量,经过对模具结构进行计算分析,得出了模具型芯的设计尺寸,通过该模具进行精密成型,压制烧结得到的毛坯内孔具有较高尺寸精度和质量,从而省去了二次加工。在制定烧结成型工艺参数时,因为材料导热系数低,对整个过程的温度不好把握,故借助有限元软件对烧结成型过程的预热、加热、冷却时的温度变化进行仿真分析,并选取关键节点,解析出相关温度-时间曲线,通过分析该节点的温度随时间变化的关系,并结合烧结成型UHMWPE的实践经验,最终确定了各个阶段的成型时间。最后通过对产品及制作过程进行了评价,提出了一些改进方案。本产品材料本身就具有环保、量轻等特点,利用UHMWPE为材料研制泵产品有着十分重要的实际意义。
【学位单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH321
【部分图文】：

运动简图,磁体,受力

掌握了大量的电磁规律，并充分运用这些规律，研发量电磁产品。如发电机、变压器、电感器、电磁铁、电动式传感器磁炮、电磁炉、磁悬浮列车等。在通电直导线中产生的磁场环绕于直导线周围；而当导线均匀紧绕成圆筒型的螺线管线圈时，再对螺线管线圈中通以电流，产生的形状和条形磁铁磁场极为相似。在通电螺线管内部，磁场呈中间强端偏弱分布。如果加入铁芯，由于铁芯被磁场磁化后也变成了一个，两个磁场由于叠加效应，其磁场会有较强的增幅，也就构成了电。电磁铁的优点众多，电磁铁的磁性可以随时变化，通过控制电流与否，以此改变磁场有无;磁性的大小不光可以通过调节电流的强弱变，还可以改变线圈的匝数来控制; 而当改变电流的方向时，电磁磁极也可发生改变等等。也就是说电磁铁具有磁性的有无可以控制性的强弱亦可以改变、而且能耗低、体积小等优势。

运动简图,磁体,受力,螺线管

武汉工程大学硕士学位论文本文通过分析电与磁的关系, 应用螺线管通电产生磁场后，能这一基本原理。以强磁性材料作为泵的活塞，在活塞处的泵体缠绕形成螺线管，当为螺线管通以电流时，螺线管产生的磁场互作用，再通过控制系统不断改变电流方向时，磁性活塞则会运动。如图 2.1（a）所示，当通以如图所示电流（＋号表示电－号表示电流流出）时，磁性活塞会向右移动；而如图 2.1（b当通以反向电流时，活塞则会向右移动。

耐磨性,磨损实验,磨损量,砂浆

UHMWPE 的耐磨性通过一般实验无法测得，往往通过砂浆磨损实验来检测，图 2-2 为 UHMWPE 与其他材料的耐磨性比较。图中可知，其磨损量图2-2 其它材料与UHMWPE 的耐磨性比较

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