316L不锈钢割嘴设计及其成型过程模拟

发布时间：2024-01-04 18:56

　　割嘴是火焰射吸式割炬的关键部件,主要应用钢板、铁板、铜板以及其他的金属材料的切割,具有广泛的应用市场。割嘴属于易损件,每年用量很大,其结构设计的好坏、加工材料的选用、加工方法以及工艺参数的选用将直接影响到最终的割嘴性能。本文依次对割嘴的内管、管座、外壳进行形状改进,设计了新型割嘴。通过割嘴流体的速度矢量图可知,改进前的割嘴、第一次改进的割嘴、最终改进的割嘴流速依次增加,其最高流速分别为684 m/s、782 m/s、901 m/s。最终改进的新型割嘴无论是高压氧的出气口流速还是混合气体的出气口流速都较前两者有了提升。由速度云图可知,在空气中,改进前的割嘴、第一次改进的割嘴、最终改进的割嘴喷射速度最高分别达到638 m/s、630 m/s、700 m/s。观察空气中速度云图的形状,可以看出最终改进的新型割嘴喷射速度改善明显且更适合切割,其火焰形状更为集中,这样在切割时的冲击力和温度更集中,使得切割速度更有效率,切割能力更强。从而证明最终改进的新型割嘴的设计可行。加工原料由铜改为316L不锈钢,采用金属粉末注射成型工艺进行加工,并通过ANSYS FLUENT流体仿真软件对新型割嘴进行注射成...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 割嘴概述
        1.2.1 气割
        1.2.2 割嘴
        1.2.3 割嘴研究历史
    1.3 金属粉末注射成形(MIM)
        1.3.1 金属粉末注射成形的工艺过程
        1.3.2 金属粉末注射成形工艺的技术优势
        1.3.3 MIM技术发展现状
        1.3.4 金属粉末冶金发展的局限性
    1.4 粉末注射成型充模流动研究的发展
        1.4.1 粉末注射成型模拟的国外研究
        1.4.2 粉末注射成型模拟的国内研究
    1.5 研究内容
2 实验设备及方法
    2.1 实验总体方案
    2.2 实验原料及设备
        2.2.1 喂料参数设置
        2.2.2 实验设备
    2.3 割嘴零件的性能表征
        2.3.1 密度测试
        2.3.2 硬度测试
        2.3.3 使用寿命测量
        2.3.4 收缩率计算
        2.3.5 试样微观组织结构
3 割嘴结构设计与流场仿真模拟
    3.1 三维建模构建割嘴结构
        3.1.1 三维建模软件CREO简介
        3.1.2 割嘴模型构建
        3.1.3 第一次改进割嘴模型
        3.1.4 第二次改进割嘴模型
    3.2 材料及参数的获取
    3.3 割嘴气体流场的仿真模拟
        3.3.1 有限元分析简介
        3.3.2 流体力学基础介绍
        3.3.3 流体模拟软件FLUENT介绍
        3.3.4 构建流体模型
        3.3.5 割嘴流体模型的网格划分
        3.3.6 割嘴流体模型求解过程
        3.3.7 割嘴流体模型模拟结果
    3.4 小结
4 割嘴充模过程模拟
    4.1 熔体充模过程的理论分析
    4.2 充模过程的基本方程组
    4.3 充模模拟参数设置
        4.3.1 喂料参数设置
        4.3.2 网格设置
        4.3.3 边界条件的设置
        4.3.4 其他条件设置
    4.4 模拟结果分析
        4.4.1 压力分析
        4.4.2 速度分析
        4.4.3 温度分析
        4.4.4 两相分离情况分析
    4.5 小结
5割嘴注射成型实验
    5.1 注射成型过程
        5.1.1 喂料的制备
        5.1.2 注射成型
    5.2 脱脂
    5.3 烧结
    5.4 成品展示
    5.5 测试性能
        5.5.1 密度测量结果
        5.5.2 硬度测量结果
        5.5.3 使用寿命测量结果
        5.5.4 收缩率测量结果
        5.5.5 割嘴的微观形貌图
    5.6 小结
结论
展望
参考文献
致谢
硕士期间发表的论文



本文编号：3876885