金刚石制品热压烧结机基于能耗分析的结构节能设计与优化

摘要

热压烧结机是金刚石制品尤其是金刚石锯片刀头、金刚石磨轮、金刚石模块及其他金刚石节块制品的热压成型加工的必需装备。国内热压烧结机一直存在能耗高、铜电极易氧化烧损等问题，因此对热压烧结机展开系统的能耗测量，探索其节能设计方法具有重要的工程意义和产业应用价值。
　　本文以SM80型金刚石制品热压烧结机能耗和电极结构为研究对象，采用试验法和仿真法对热压烧结机节能降耗方案进行探索研究。利用SolidWorks软件对热压烧结机烧结部件进行三维建模，运用ANSYS仿真软件对保温工况下不同节能改进后的温度场进行流固电热耦合仿真分析，主要如下：
　　（1）分析了热压烧结机能量收支分布，根据能量支出项特点分别设计测量方案。在SM80型热压烧结机的基础上，对冷却系统进行改进，增加测量用水块，搭建完成了试验平台。该试验平台工作稳定，各测量仪器精度均满足本次实验的测试要求。
　　（2）分析了不同工况下热压烧结过程中的热传递路径，确定最佳测量工况并进行能耗测试测量试验。试验确定了热压烧结机的能耗分布以及烧结体的温度场分布，试验结果表明：冷却系统能耗最大，占总能耗的78.02％。
　　（3）针对水冷系统能耗较高的情况，分别对石墨电极、中间隔热层、铜电极提出了节能电极设计。具体为：内凹式电极设计，组合式电极设计和填充式电极设计。
　　（4）对热压烧结机和节能改进设计进行温度场仿真分析和尺寸优化分析。结果表明：组合式电极和填充式电极均可以降低铜电极上表面的平均温度，且填充式设计效果优于组合式设计。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 课题提出与背景

1.2 热压烧结机研究发展现状

1.3 课题研究内容

2 热压烧结机能耗分布测定试验设计

2.1 传热学基本理论

2.2 热压烧结机能耗分析

2.3 试验设计及方法

本章小结

3 热能分布测试结果与分析

3.1 烧结体传热路径分析

3.2 变压器与连接铜带

3.3 冷却系统

3.4 烧结体温度场

3.5 热辐射及热对流能耗计算

3.6 实验总结

本章小结

4 热压烧结机结构节能设计及优化仿真

4.1 节能分析

4.2 热压烧结机节能改进构型设计

4.3 热压烧结机温度场仿真分析

4.4 烧结体温度场仿真结果

4.5 优化分析

本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文