木塑挤出与3D复合成型的设计优化

发布时间：2017-06-04 04:12

  本文关键词：木塑挤出与3D复合成型的设计优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着工业化4.0的提出,3D成型技术(增材制造技术)受到了极大的关注和发展。由于研究的深入,材料与设配匹配单一问题逐渐成为限制其发展的因素之一。本课题优先对挤出3D成型装置进行了结构创新设计,以模拟分析为基础,研究了木塑3D挤出成型过程相关参数对物料成型温度及速度的影响。课题的主要研究结论如下:1.以木粉和废塑料为原材料,以比较成熟的挤出成型为基础,进行了直接3D成型的技术研发设计论证及优化,完成了木塑挤出3D成型的模拟设计,并以模拟方式确定了其可行性。2.对木塑3D挤出成型分为挤出及成型平台进给两部分,分别对其进行了传动装置、控制装置和主体构件的设计优化,并运用设计软件对其进行运动仿真,得到机头与移动模平面的相对运动轨迹证明可以较好的按层叠加成型。3.将挤出加工过程理论应用于本设计,经分析表明:挤出流量、出料口径、动模速度是3D成型中影响成型制品形状的关键因素。设计中模拟得到了规律表达式。经模拟分析,获得了这三个参数与成型温度的关系式。。4.讨论分析了木塑挤出3D成型过程中变参数与成型质量的关系。为提高成型精度及效率,在保证成型物料形状不变前提下,改变原有思路,以改变单一参数为改变双参数对对成型物料形状的影响,并对成型效果进行了优化。5.对成型材料进行了流动性能实验及物料接合实验,实验观察了成型温度对物料流动性的影响和成型物料两叠层接合面合理温度区间。本课题合理提出木塑3D挤出成型设备设计方案;得出了成型运动参数对成型温度及效率影响关系;提出变参数成型过程的解决方案及参数匹配关系;为木塑3D挤出成型过程奠定理论基础,并提供了设计依据。
【关键词】：木塑 3D 挤出成型设备 材料成型温度 成型参数 变参数成型
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 3D打印技术发展现状及趋势10-15
• 1.1.1 3D打印技术10-14
• 1.1.2 3D打印技术国内外发展现状14-15
• 1.2 木塑成型技术发展现状及趋势15-19
• 1.2.1 木塑复合材料发展的意义15-16
• 1.2.2 木塑复合材料主要挤出成型设备及工艺16-18
• 1.2.3 木塑成型技术国内外研究现状18-19
• 1.3 本课题研究的主要内容及意义19-21
• 1.3.1 课题的目的及意义19-20
• 1.3.2 课题的主要研究内容20-21
• 2 木塑3D成型理论分析21-32
• 2.1 3D打印成型过程温度场传热理论21-23
• 2.2 成型体的传热计算模型23-26
• 2.2.1 传热物理数学模型23-25
• 2.2.2 成型模型边界条件25-26
• 2.3 3D成型模型温度场求解方法26-27
• 2.4 3D成型机头挤出流场分析理论27-31
• 2.4.1 挤出流场基本方程27-29
• 2.4.2 成型材料本构方程29-31
• 2.5 3D成型材料流体力学求解方法31
• 2.6 本章小结31-32
• 3 木塑3D挤出成型机的设计及优化32-52
• 3.1 木塑3D挤出成型机的设计理论32-34
• 3.2 木塑3D挤出成型机设计论证34-35
• 3.3 3D打印机的机体结构分析35-38
• 3.4 螺杆挤出在 3D成型中的应用38-44
• 3.4.1 挤出机螺杆的设计38-42
• 3.4.2 转向机头的设计42-44
• 3.5 木塑3D挤出成型机总体设计44-50
• 3.5.1 木塑3D挤出成型机功能原件设计44-47
• 3.5.2 木塑3D挤出成型机成型过程47
• 3.5.3 木塑3D挤出成型轨迹模拟47-50
• 3.5.4 木塑3D挤出成型机相对于FDM 3D打印机的创新点50
• 3.6 本章小结50-52
• 4 木塑3D挤出成型温度场及分析52-72
• 4.1 转向机头分析模型52-55
• 4.1.1 成型物料基本假设条件53
• 4.1.2 模型边界条件及物料性能参数53-54
• 4.1.3 转向机头流场仿真结果及分析54-55
• 4.2 挤出物料流动分析模型55-60
• 4.2.1 分析模型运动条件56-57
• 4.2.2 模型传热边界条件分析57
• 4.2.3 分析模型运动描述57-60
• 4.2.4 设定温度观察点60
• 4.3 设计参数与成型物料观察点温度关系及分析60-66
• 4.3.1 复合成型过程中出料口径的影响61-62
• 4.3.2 动模速度对复合成型的影响62-64
• 4.3.3 空气对流换热系数对成型温度的影响64-66
• 4.4 变参数作用的讨论66-71
• 4.4.1 以动模速度为基本参数变量66-68
• 4.4.2 以出料口径为基本参数变量68-71
• 4.5 本章小结71-72
• 5 木塑3D挤出成型过程流动性及挤出实验72-79
• 5.1 实验材料熔融指数的测定72-76
• 5.1.1 实验原理和实验仪器72
• 5.1.2 具体操作规程72-73
• 5.1.3 MFR法计算熔融指数73
• 5.1.4 数据记录分析73-76
• 5.2 木塑3D挤出成型机挤出实验76-78
• 5.2.1 实验原理与实验器材76-77
• 5.2.2 实验过程及分析77-78
• 5.3 本章小结78-79
• 结论与展望79-81
• 1 结论79-80
• 2 展望80-81
• 参考文献81-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果85-86

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本文编号：419971