陶瓷练泥机机头非光滑凹坑的结构仿生及其减黏降阻

摘要

陶瓷练泥机是陶瓷塑性成形的关键设备，对挤出致密度高、可塑性强、组分均匀的泥料具有重要意义。由于泥料在陶瓷练泥机中会与机器内部接触面间产生黏附阻力，导致挤出的泥料出现速度分布不均匀、分层、开裂等缺陷，严重影响泥料表面质量与成形性能。针对以上问题，借鉴蜣螂体表的减黏脱附功能结构，本文分析练泥机机头中泥料的运动状态，研究了陶瓷练泥机机头非光滑凹坑结构的仿生设计方法，利用表面改形方法在练泥机挤出机头内壁面设置凹坑形仿生结构，打乱泥料原本的分层秩序，使水膜状态发生变化，建立机头的蜣螂仿生凹坑结构表面模型，通过COMSOL多物理场数值计算与正交试验设计对其结构进行优化，最后通过试验验证提出方法的有效性。结果表明：影响仿生机头综合性能的几何因素由主到次依序为非光滑体排列方式、相邻非光滑体间距、非光滑体截面半径；在机头内壁表面均匀设置平行排列的半径r为1.5 mm、相邻中心距b为4.5 mm的凹坑结构，与光滑表面机头相比，其泥料挤出减阻率λ_f达到21.83%，相对角速度方差下降率λ_s²为3.44%，泥料挤出效率提高11.95%，挤出泥料表面光滑，无明显表面和内部质量缺陷，从而证明了仿生非光滑凹坑结构在保证泥料具备一定挤出效率的同时，可实现减黏降阻。提出的方法对练泥机泥料的高质、高效挤出具有重要理论意义与工程价值。

关键词

练泥机 / 泥料缺陷 / 仿生凹坑 / 减黏降阻

基金资助

国家自然科学基金项目（52065029）; 江西省自然科学基金项目（20192BAB206023）;江西省自然科学基金重点项目（20212ACB204013）; 江西省重点研发计划项目（20202BBEL53013;20192BBE50032）; 江西省教育厅科技项目（GJJ211323;GJJ201327）; 景德镇市科技局科技计划项目（20212GYZD009–08）