真空挤出机挤出元件有限元分析及优化

真空挤出机是建筑砖瓦等墙体材料制品塑性挤出成形的关键机械设备,真空挤出机挤出泥段的质量直接影响成型坯体的质量。目前真空挤出机挤出过程的理论研究还不成熟,并且发展缓慢,导致真空挤出机的设计、制造中还存在很多问题。在真空挤出机下级的挤出段时常出现绞刀轴断裂,而经机头和机口挤出的泥段则存在裂纹等产品缺陷,这些问题都严重制约着真空挤出机的使用和推广,进而影响着砖瓦行业的发展。因此有必要对影响泥料挤出质量的绞刀轴、机头和机口等挤出元件进行专门的研究分析,为真空挤出机的设计和改进提供理论依据和优化方案。本文以JKY95-65/60型真空挤出机为研究对象,利用流变学、测量技术、有限元方法、计算流体动力学和优化设计等理论和方法,对挤出段的压力场进行了研究,并根据研究结果对挤出段内的绞刀轴进行了有限元分析,最后对与挤出段相连的机头和机口内的流场进行了流体分析。主要完成的研究内容包括：(1)对泥料的流变模型进行了研究,并运用APDL建立了真空挤出机挤出段中泥料的几何模型。然后通过对挤出段流场几何模型进行边界条件加载,在ANSYS软件的Flotran模块中对挤出过程中泥料的压力场进行了模拟,得到了真空挤出机挤出部分的压力分布,揭示了砖瓦泥料在挤出过程中的运动机理,也为下一步绞刀轴的有限元分析提供了参考。(2)根据挤出段流场分析所得压力结果,对影响挤出过程中砖瓦坯体质量的绞刀轴进行有限元分析,得出绞刀轴的应力和变形情况。找出了绞刀轴发生破坏的原因并对其进行形状和尺寸优化,并对优化结果进行了对比验证,得出了满足工况要求的最优几何模型。(3)在Pro/E软件中对真空挤出机机头和机口进行建模后导入Workbench下的CFX模块对流场进行了流体分析得到了速度分布。根据机口出口截面的速度分布找出了泥坯存在缺陷的主要原因,并据此对模型进行优化设计。通过优化设计得出了机头出口尺寸与机口出口截面速度差之间的关系,然后采用目标驱动优化设计得出了最小出口截面速度差下的最优机头出口尺寸,并对优化前后的速度场进行了对比验证。最后分析了机头和机口流场的表面压力分布,为机头和机口设计中的厚度尺寸等提供了一定的指导。