熔融沉积成型聚合物熔体挤出速度控制

在熔融沉积成型中对熔体流经液化管和喷嘴的沿程压力降进行理论计算，得出了熔体挤出沿程的压力降与挤出流率、成型温度的关系。通过实验测出驱动电机的负载特性曲线，在此基础上确定了稳定挤出与不稳定挤出的速度区间。研究结果对于确定成型过程的挤出参数、保证成型精度具有重要参考价值。     

口模压缩段对塑料挤出流动影响的有限元分析

在塑料挤出成形过程中，压缩段是调节模头流道各部分流量(流速)的主要区段，对熔体的流动具有重要影响。本文采用有限元数值分析方法，计算了熔体在口模内流动的速度场和压力场，定量分析了压缩比和压缩角等压缩段模具结构参数对挤出速度分布、挤出流量和挤出流动均匀性等的影响规律，为优化流道结构参数，提高挤出流动均匀性的研究提供了基础。     

FDM工艺出丝模型及补偿方法的研究

在研究FDM工艺喷头挤出丝截面形状的基础上，建立了理想轮廓线的补偿模型，并通过实例对该模型进行了验证。提出了根据挤出丝实际宽度（而非喷嘴孔直径）和零件尺寸实际收缩量补偿零件内外轮廓的新方法，即不仅要考虑材料收缩对零件“宏观”尺寸的影响，而且还需考虑材料收缩对“微观”尺寸－挤出丝截面宽度的影响。验证试验结果表明，应用所提出的补偿方法能对FDM工艺原型尺寸进行正确补偿。     

回转式FMD连续挤出喷头

针对目前FMD挤出喷头存在的挤压力小、易堵塞及流道较长而易产生喷嘴出丝滞后的缺点，提出了一种回转式的连续挤出喷头，同时还分析和测试了它的挤压轮的应力集中现象，为熔融挤出的快速成型（FDM）提供了新途径。     

回转式FDM连续挤出喷头

针对目前FDM挤出喷头存在的挤压力小、易堵塞及流道较长而易产生喷嘴出丝滞后的缺点,提出了一种回转式的连续挤出喷头,同时还分析和测试了它的挤压轮的应力集中现象,为熔融挤出的快速成型(FDM)提供了新途径。     

FDM的出丝模型完善和补偿方法优化研究

在实际研究熔融挤出成型（FDM）工艺挤出材料截面形状的基础上，针对已经存在的挤出数学模型提出挤出分区概念，并根据分区确定了新的挤出数学模型。通过分析数学模型和可行的补偿方法提出了可行的分区补偿方法。随后依据分区挤出模型和补偿方法设定合适的参数，在自主研制的PiBot 3D打印设备上验证测试模型和补偿方法。实验结果证明该模型能够较准确的描述FDM打印的实际过程，并通过分区补偿方法提高FDM工艺的成型精度。     

聚醚醚酮熔融沉积成形强度工艺参数的优化

为了提高聚醚醚酮(Poly-ether-ether-ketone,PEEK)熔融沉积成形(Fused deposition modeling,FDM)强度,利用正交试验方法研究了FDM打印工艺参数与力学性能之间关系。对喷嘴温度、打印速度和填充角度等影响因素下PEEK样件的力学性能进行对比分析,研究现有条件下最优打印参数,提高成形质量。结果表明各个工艺参数对试验结果的影响程度不相同,影响最为明显的是喷嘴温度,其次是填充方式,打印速度对试验结果的影响较小。最佳工艺参数组合为:喷嘴温度420℃,打印速度10mm·s~(-1),填充方式0°。改善工艺参数后可提高PEEK成形件的强度,制造出的个性化假体的力学性能能够满足临床使用的要求。一例PEEK假体已经成功应用于临床,为其在临床上的广泛应用奠定基础。     

红外热源辅助开放空间工业机器人熔融沉积成形装备设计与成形性能研究

针对开放空间工业机器人熔融沉积成形(FDM)的关键问题，研发了基于6轴关节型机器人的FDM设备及控制系统。自主设计了可辅助加热的打印头，开发了打印控制系统和机器人控制系统。通过提出打印头挤出速度和机器人运动的同步匹配方法，实现了机器人FDM装备的稳定工作。然后提出了红外热源辅助工业机器人FDM成形方法，通过工艺试验研究了辅助热源参数对制件宏观力学性能和表面粗糙度的影响规律，通过微观结构表征分析了增强机理。研究结果表明：在开放空间环境下，红外热源可有效提高基材温度，显著增强分子链在股线界面处的扩散缠结、提高界面结合强度，使得层间结合强度增大17.6%、制件表面粗糙度降低58%,验证了红外热源辅助开放空间工业机器人熔融沉积成形方法的可行性和高效性。     

微流挤出成形工艺中新型挤出结构的研究

微流挤出成形工艺是基于陶瓷3D打印技术的兴起而出现的一种新兴制造工艺,其具有微米级高精度的特点,适用于高精度陶瓷制造领域。而在微流挤出成形工艺中,挤出结构设计是提高陶瓷零件成形性能的关键因素,将直接影响到成形能否顺利进行。在比较了几种目前国内外使用较为广泛的陶瓷3D打印挤出结构后,提出了一种以微型螺杆泵为核心部件的新型挤出结构。微型螺杆泵具有稳定的压力,可以输送高固含量的介质,并且能够根据转速调节流量,能够满足3D打印的稳定控制、高精度的工艺要求。还详细介绍了微型螺杆泵的工作原理,性能参数,对其应用在微流挤出自由成形工艺上的可行性以及入口压力、转速对其挤出流量的影响。     

超高分子量聚乙烯异型材挤出工艺的有限元分析

设计了超高分子量聚乙烯异型材的导轨挤出流道,应用有限元软件模拟超高分子量聚乙烯熔体和聚丙烯熔体这两种聚合物熔体在同一流道内的流动规律,获得流道内部的压力场、速度场和温度场。研究表明,所设计的异型材导轨挤出流道对两种聚合物熔体压力分布的影响明显,对速度分布和温度分布的影响基本一致。最后通过试验验证了超高分子量聚乙烯异型材导轨挤出流道设计的合理性。     

陶瓷零件低温挤压自由成形工艺挤压过程及液相迁移

水基陶瓷膏体低温挤压自由成形过程中,液相迁移对挤压过程和成形件的性能有重要影响。将挤压过程分为压实阶段、过渡阶段及稳定挤压阶段,基于Benbow-Bridgwater模型推导出各阶段的挤压力方程。采用单因素试验法研究了挤出速度、间隔时间和挤出喷嘴直径对水基陶瓷膏体挤压过程中液相迁移的影响。试验结果表明,增大挤压速度,采用大直径挤出喷嘴,缩短间隔时间,均能有效减小挤压过程中的液相迁移,提高成形质量。     

陶瓷浆料微流挤压成形关键问题研究

利用流体力学理论,针对基于微流挤压成形的陶瓷浆料挤出过程的关键部件挤压凹模的流道形状进行了设计,使用ANSYS软件对挤压凹模出口横截面的流速和流道内部压力场的分布情况进行模拟,分析了四种不同流道形状挤压凹模内部压力场和出口流速的分布规律。研究结果为解决陶瓷浆料挤压成形工艺的难点问题提供了理论依据,具有重要的参考价值。     

高频电液激振冷挤压数值模拟及其减载实验研究

针对冷挤压成形过程中流动应力大、零件成形所需压力高的问题,提出了一种新的挤压工艺,设计了一种新的电液高频轴向振动激励冷挤压试验平台及相应冷挤压模具。利用Deform-3D软件建立了有限元分析模型,分析了在轴向振动激励下该模型的成形过程降载效果,精确地模拟了万向节轴套的冷挤压成形过程的挤压力的变化,比较了传统挤压形式下和轴向振动激励形式下的成形压力值,通过挤压试验验证了模型模拟的准确性。试验结果表明,该新的挤压成形工艺能使万向节杯套成形压力降低21.78%,减载效果明显。研究结果表明,这种新的成形工艺可以为一些难成形零件的冷挤压成形加工打下良好基础。     

基于空洞演化理论的挤压焊合描述模型

在铝合金管材分流挤压成形中,金属在焊合室内经历一个固态焊合过程,并在型材的整个长度方向上留下焊合缝。焊合缝通常是材料结构最薄弱的部位,为此焊合质量控制是挤压承压铝合金管材亟待解决的问题。针对挤压焊合过程定量描述的难题,将焊合过程描述为焊合面细观空洞的闭合过程,基于细观塑性力学方法建立焊合过程空洞演化模型。研究根据焊合面应力状态推导焊合面材料本构方程,并据此推导焊合面空洞闭合过程中孔隙度表达式,得到宏观应力场作用下描述挤压焊合的空洞演化模型;利用Gleeble热模拟试验机进行焊合过程的物理模拟试验,验证焊合描述模型的合理性,并基于该模型分析焊合质量的主要影响因素。研究提供一种挤压焊合过程定量描述方法,有助于揭示分流挤压焊合缺陷的形成机制。     

熔融挤压快速成型中支撑工艺的研究

针对单喷头的熔融挤压快速成型制作成型件的特点,必须保证能很好地去除支撑才能得到制件的要求,对熔融挤压快速成型中支撑工艺进行了研究。支撑关系到零件的加工成败、加工时间和表面质量等,提出了支撑的一些生成原则和设置辅助支撑的作用。根据挤出丝的截面形状,建立了支撑丝宽的数学模型,对生成支撑的重要工艺参数进行了分析,结果表明:栅格宽度w较出料速度v对支撑间的间隙L0影响要大,但当层高h由0.2 mm变为0.1 mm时,栅格宽度对支撑间间隙的影响基本不变,而出料速度对支撑间间隙的影响成倍增长,并进行了实验验证。     

扭转振动挤压攻丝的扭矩实验研究

研究内螺纹的振动挤压成形技术,通过实验分析了影响振动挤压攻丝扭矩的主要因素,基于实验结果揭示出各主要因素对攻丝扭矩的影响及其变化的基本规律.这些规律对减小扭矩、提高内螺纹质量和改善攻丝效果都有一定的理论和实践指导意义.     

Surface Texturing and Alternative Lubricant: Tribological Study of Tapered Die Sliding Contact Surface in Cold Extrusion Process

Recently, there is greater concern for industries to maintain lubricant flow along the extrusion process, which is important to obtain the best quality of the final products. One of the most cost-effective methods is surface texturing. In this research, surface texturing was embedded on a tapered die sliding contact surface to explore its effectiveness on a finished product from a cold extrusion process. Palm oil–based lubricant was tested for cold extrusion processes and mineral oil was used for comparison purposes. It was found that a textured tapered die (TA) performed a diminished extrusion load compared to an untextured tapered die (NA) and improved the performance of other test parameters. As an alternative lubricant, refined, bleached, and deodorized (RBD) palm kernel oil presents results similar to those of commercial extrusion oil in terms of extrusion load and product quality. Based on the results, it is proven that surface texturing and palm oil–based lubricant can be considered as an alternative approach for implementation in industry.     

扁挤压筒应力的光弹性与有限元分析

针对扁挤压筒内应力的解析法求解非常困难，且很难有精确理论解的特点，用光弹性实验方法确定挤压力的作用方式，以此作为有限元计算的边界条件，对扁挤压筒内部应力场进行分析计算。结果表明，实验分析与数值模拟结果吻合较好。采用光弹性和有限元相结合的分析方法，提高了计算的精度，也为挤压模具的优化设计提供了新的途径。     

多目标质量的粉末包套等通道挤扭成形致密工艺参数优化

剧烈塑性变形法—挤扭以剪切塑变为主变形方式,成形工艺复杂,影响因素很多,难以精确地建立工艺参数与成形质量之间的关系;选取优化合理的工艺参数匹配是材料尤其是粉末材料成形无破裂、塑性好、致密化程度高等成形质量的关键。以等通道横截面扭转角、螺旋角、摩擦因子、挤压速度、初始相对密度为自变量,正交试验为设计方案,对纯铝粉末烧结材料进行一道次包套等通道扭挤数值模拟,获得以等效塑性应变、静水压力、最大损伤值、相对密度数据,通过层次分析法计算多质量目标的权重,运用追踪点法和灰色系统理论的灰色关联度优化工艺参数,使设计目标值达到等效应变最大、静水压力最大、最大损伤值最小、相对密度最大。模拟和试验结果表明,运用多目标优化组合参数进行等通道挤扭成形能使纯铝粉末体材料迅速地形变累积,静水压力提高,损伤值显著地减小,致密效率高,晶粒明显细化,提高了材料综合质量。     

Theoretical analysis of extrusion of rectangular, hexagonal and octagonal composite clad rods

Composite clad rods with non-axisymmetric cross-sectional areas are commercially important owing to their extensive industrial applications such as in electrodes, conductors and chemical devices. For instance, in the processing of superconductor wire, increasing the packing density involves closely packing superconductor rods which have a hexagonal cross-section next to each other inside the high purity copper tube. During extrusion process, non-uniform deformation tends to occur because the core and sleeve of a composite clad rod is usually composed of materials with different mechanical properties. The first recognized paper on round-to-square drawing/extrusion with variable corner radius was presented by Boer et al. in 1979. In this study, we present a model based on upper-bound theorem to analyze the extrusion of composite clad rods with non-axisymmetric cross-section. Velocity fields for both core and sleeve are generated with the assistance of a product's cross-sectional profile functions. Products with rectangular, hexagonal and octagonal sections are chosen as the study objects. Also discussed herein are numerical results for various process variables such as semi-die angle, reduction of area, frictional condition of die, and product shape complexity. According to these results, the extrusion pressure and product dimensional change are closely related to the process variables.