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结晶器搅拌桨快速设计与制造关键技术研究

田美丽  
【摘要】: 工业结晶技术是一种高效低能耗、低污染的制造与分离技术,是化工、医药等行业的关键技术之一。搅拌桨是搅拌釜式结晶器的关键部件,桨的结构和叶形决定了釜内溶液的整体流动形式。搅拌桨传统设计/制造方法为仿船用螺旋桨的图谱设计法,需查表计算、手工制造,其过程信息共享度低、周期长,难以保证桨的质量,且无法预测桨的流体动力性能。本文以实现结晶器搅拌桨优质高效的设计/制造为目标,针对搅拌桨CAD/CAE/CAM集成、搅拌桨结构优化和数控加工工艺等关键问题进行了系统的研究,取得如下创新性研究成果: 1.提出搅拌桨集成制造的创新思想,构建了搅拌桨CAD/CAE/CAM集成制造系统的总体框架。采用基于特征的面向对象技术建立了集成化的搅拌桨数据模型,为搅拌桨设计、制造各环节提供了统一的产品数据模型。该系统克服了搅拌桨传统设计与制造各环节相互脱节、信息共享度低的缺陷。实现了搅拌桨CAD、CAE与CAM各环节的有效集成和信息共享,大大缩短了搅拌桨的设计/制造周期。 2.提出了一种新的大型螺旋式搅拌桨的结构设计方法,即分体设计/制造桨叶和桨毂,整体焊接组装的方法,解决了大尺寸搅拌桨的加工受机床加工范围限制的难题。应用CFD(Calculating Fluid Dynamics)分析软件FLUENT对分体式组装桨进行了结构参数的优化设计,优化了叶根几何形状。基于固体力学分析,应用ANSYS软件对桨叶进行强度和刚度校核,优化了桨叶的厚度。优化后的搅拌桨即保证了搅拌效果,又减轻了桨的重量,并减少了后续组装时的焊接工作量。 3.研究了搅拌桨数控加工工艺,提出五轴数控铣削搅拌桨木模的新方法。该方法利用自行开发的搅拌桨建模平台,建立了搅拌桨铸造毛坯木模的三维数据模型,生成木模的五轴加工程序,完成了木模的加工,从而提高了搅拌桨毛坯的铸造精度。并通过实验研究,得出球头铣刀铣削不锈钢时铣削力经验公式,为数控铣削不锈钢搅拌桨推荐了合理的切削参数。 4.基于UG平台,应用其二次开发工具OPEN GRIP开发了搅拌桨快速设计与制造集成系统,基于螺旋桨结构开发了适用于常用桨型的搅拌桨型值点计算模块,建立了搅拌桨三维实体模型。以880型螺旋桨式搅拌桨为例,完成其设计和加工。实际验证,搅拌桨的设计/制造周期比传统方法提高了近3-5倍,加工精度得到显著提高。经动平衡检验后使用,搅拌效果良好。 上述创新成果丰富了工业结晶装备的设计/制造技术,并增加了我国结晶器成套装置的技术含量。


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