一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板模压装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板模压装置，模压装置依次由底板、可调夹板、配合夹板、顶部盖板同轴叠加，并由分布在装置四角的螺栓和螺母紧固组成，所述可调夹板、配合夹板的中部设置有形成尺寸相同的矩形通孔，所述顶部盖板中部凸出设置有与所述矩形通孔相匹配的矩形凸台，还包括由至少两部分拼接而成的平板状拓扑挡块，各部分拼接处为曲线，所述曲线形状由根据模拟PMFSF作为甲醇重整制氢反应的催化剂载体时的反应性能得到的氢气浓度分布云图中的氢气浓度分界线切割而成。本发明专利技术的模压装置能制造出结构分布合理的多孔金属纤维烧结板，而且具备制备过程简单、适用于工业推广的特点，可用于能源、汽车、化工等诸多行业。

Porous metal fiber sintering plate pressing device based on numerical optimization

The invention discloses a porous metal fiber sintered plate molding device based on numerical optimization, followed by molding device comprises a bottom plate, adjustable splint, combined with splint, a top cover plate coaxial superposition, and consists in the four corners of the distribution device bolt and nut fastening, the adjustable splint, the splint is arranged in the middle part with rectangular form the same size hole, rectangular lug of the top cover is provided with a projected in the middle of the rectangular through holes matching, including flat topology by at least two part spliced block, each part of the stitching is curve, the curve shape by simulation based on PMFSF as the reaction performance of catalyst carrier methanol reforming reaction when the hydrogen concentration distribution of hydrogen concentration in the cloud line cut. The molding device of the invention can produce porous metal fiber sintered plate structure is reasonable, and has simple preparation process, suitable for industrial promotion, can be used for energy, automotive, chemical and other industries.

【技术实现步骤摘要】
一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板模压装置
本专利技术涉及一种模压装置，具体是涉及一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板(PMFSF)模压装置。
技术介绍
多孔金属纤维烧结板(PMFSF)作为一种新型的多孔金属材料，它具有三维网状结构、高精度全连通的孔径、极高的孔隙率、较低的压力损失、优良的延展性等等优良的性质，适合作为催化剂的载体、过滤材料、隔音材料等，广泛的应用于石油、化工、电子、汽车、机械等诸多行业。PMFSF相比于泡沫金属、丝网材料等传统多孔材料，具有高强度、使用寿命长、比表面积大等特点，尤其适用于高温、高压、高腐蚀性等恶劣环境。因此，PMFSF附加值高，具有优异的、独特的性能，具有极大的市场潜力，有着广泛的应用价值。PMFSF的制备工艺过程主要包括以下五个步骤：纤维加工，纤维模压，纤维烧结，冷却，检测成形。通过模压操作，可以将分散的金属纤维压制成金属毡状物，因此，模压装置是制备PMFSF的关键装置之一。但是当前的模压装置大多只能获得单一孔隙率的PMFSF，该结构与其流场分布不相适应，不能充分满足实际工业生产的要求。为此，华南理工大学申请的专利(申请号CN201410490831.1)公开了一种梯度孔隙结构的PMFSF制造方法，该方法提出了一种简易挡块配合金属凹槽的模压装置，用孔隙率与金属纤维质量的对应关系量取金属纤维，然后利用简易挡块将金属纤维均匀放置于模具凹槽中压制，从而制备具有梯度结构的PMFSF，这种方法为PMFSF孔隙率及拓扑结构的优化提供了更大的灵活性。但该方法只能制造出梯度边界呈直线的PMFSF，难以完全适应PMFSF中的流场分布情况，阻碍了其性能的进一步提升。
技术实现思路
数值模拟通过数值计算和图像显示的方法可分析出PMFSF内部的流场分布情况，若能根据这一分布情况确定PMFSF中不同孔隙率区域之间的界面，将能使PMFSF的拓扑结构更好地与其中的流场分布相匹配，促进其性能的进一步优化。为此，针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于数值优化的PMFSF模压装置，依据数值仿真结果制备具有优化结构的PMFSF，从而提升了其在工业应用中的实用价值。本专利技术采用的技术方案是：一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板模压装置，依次包括同轴叠加的底板、可调夹板、配合夹板、顶部盖板，并由分布在装置四角的螺栓和螺母紧固组成，所述可调夹板、配合夹板的中部设置有形成尺寸相同的矩形通孔，所述顶部盖板中部凸出设置有与所述矩形通孔相匹配的矩形凸台，所述可调夹板、顶部盖板的下表面和底板的上表面构成了多孔金属纤维烧结板的填充腔，还包括用于压实金属纤维的平板状拓扑挡块，所述拓扑挡块整体为矩形，与所述矩形通孔相匹配，由至少两部分拼接而成，各部分的拼接处为曲线，所述曲线形状由根据模拟PMFSF作为甲醇重整制氢反应的催化剂载体时的反应性能得到的氢气浓度分布云图中的氢气浓度分界线切割而成。进一步地，所述曲线由根据模拟PMFSF作为甲醇重整制氢反应的催化剂载体时的反应性能得到的氢气浓度分布云图中的氢气浓度分界线切割而成具体包括：(1)按照实际尺寸利用SolidWorks建立制氢反应装置的几何模型；(2)将几何模型导入ICEMCFD软件中进行网格划分，获取msh网格文件；(3)将msh文件导入到Fluent中，按照甲醇重整制氢反应的工况，设定壁面温度、入口流速、出口压力，并设置材料类型、化学反应机理；(4)使用Couple算法求解本例，直至其计算结果收敛；(5)通过后处理获取氢气浓度分布云图、出口流速、出口物料浓度分布参数。(6)选择相应的氢气浓度的分界线将PMFSF划分为若干区域，使用软件提取所选分界线上点的坐标，再根据其坐标用线切割加工方法将一定尺寸的长方体金属块加工为各部分，即得到所述拓扑挡块。进一步地，所述底板为正方形板，四条边上等距分布有贯穿的螺栓定位孔。进一步地，所述可调夹板为中空的正方形板，内部为长方体通孔，四条边上等距分布有贯穿的螺栓定位孔。进一步地，所述配合夹板为厚度大于可调夹板的正方形板，内部为矩形通孔，尺寸与可调夹板相一致，四条边上等距分布有贯穿的螺栓定位孔。进一步地，所述拓扑挡块的厚度大于配合夹板的厚度。进一步地，所述顶部盖板为凸台结构，上端为正方形板，四条边上等距分布有贯穿的螺栓定位孔，下端设置有矩形凸台，所述矩形凸台的厚度与配合夹板的厚度保持一致，同时与上端正方形板保持同轴叠加状态。进一步地，所述螺栓采用公称直径为6mm的内六角螺栓，总计4枚，所述螺母采用公称直径为6mm的六角厚螺母，总计4枚。进一步地，所述底板、可调夹板、配合夹板、顶部盖板的外轮廓长度与宽度均相同。进一步地，所述底板、可调夹板、配合夹板、顶部盖板的材料为不锈钢。相比现有技术，本专利技术具有的有益效果是：1)根据数值计算结果来优化多孔金属纤维烧结板的拓扑结构，制备出的烧结板在诸多应用领域都能有使用性能上的提升，并能预测所制备的烧结板的使用性能，例如在甲醇重整制氢反应中，作为催化剂载体，能够有更高的产氢效率；2)模压装置加工装配简单、成本低廉，根据数值计算的结果从而改变拓扑挡块的形状，理论上可以组成无穷多组拓扑挡块的组合，从而制备无穷多种具有优化结构的多孔金属纤维烧结板结构。附图说明图1是本专利技术实施例1的模压装置爆炸图。图2是本专利技术实施例1的模压装置整体示意图。图3是本专利技术实施例1的底板结构示意图。图4是本专利技术实施例1的可调夹板结构示意图。图5是本专利技术实施例1的配合夹板结构示意图。图6是本专利技术实施例1的拓扑挡块结构示意图。图7是本专利技术实施例2的拓扑挡块结构示意图。图8是本专利技术实施例1的顶部盖板结构示意图。图9是本专利技术实施例1的数值仿真结果。图10是本专利技术实施例2的数值仿真结果。图11是本专利技术实施例1的制备PMFSF流程图。图12是本专利技术实施例2的制备PMFSF流程图。图中：1-螺栓；2-底板；3-可调夹板；4-配合夹板；5-拓扑挡块；501-挡块a；502-挡块b；511-挡块c；512-挡块d；513-挡块e；6-顶部盖板；7-螺母。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1如图1所示，一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板模压装置，以金属铜纤维作为金属材料实施，依次包括同轴叠加的底板2、可调夹板3、配合夹板4、顶部盖板6，并由分布在装置四角的螺栓1和螺母7紧固组成，所述可调夹板3、配合夹板4的中部设置有形成尺寸相同的矩形通孔，所述顶部盖板6中部凸出设置有与所述矩形通孔相匹配的矩形凸台，所述可调夹板3、顶部盖板6的下表面和底板2的上表面构成了多孔金属纤维烧结板的填充腔，还包括用于压实金属纤维的平板状拓扑挡块5，所述拓扑挡块5整体为矩形，与所述矩形通孔相匹配，由至少两部分拼接而成，各部分的拼接处为曲线，所述曲线形状由根据模拟PMFSF作为甲醇重整制氢反应的催化剂载体时的反应性能得到的氢气浓度分布云图中的氢气浓度分界线切割而成。螺栓采用公称直径为6mm的内六角螺栓，总计4枚，螺母采用公称直径为6mm的六角厚螺母，总计4枚。在保证装置紧固的条件下，也可增加螺栓定位孔的数目，或替换其他规格的螺栓和螺母。如图2所示，一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板模压装置的整体装配图，从上到下依次为螺母7、顶部盖板6、配合夹板4、可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板模压装置，其特征在于：依次包括同轴叠加的底板(2)、可调夹板(3)、配合夹板(4)、顶部盖板(6)，并由分布在装置四角的螺栓(1)和螺母(7)紧固组成，所述可调夹板(3)、配合夹板(4)的中部设置有形成尺寸相同的矩形通孔，所述顶部盖板(6)中部凸出设置有与所述矩形通孔相匹配的矩形凸台，所述可调夹板(3)、顶部盖板(6)的下表面和底板(2)的上表面构成了多孔金属纤维烧结板的填充腔，其特征在于：还包括用于压实金属纤维的平板状拓扑挡块(5)，所述拓扑挡块(5)整体为矩形，与所述矩形通孔相匹配，由至少两部分拼接而成，各部分的拼接处为曲线，所述曲线形状由根据模拟PMFSF作为甲醇重整制氢反应的催化剂载体时的反应性能得到的氢气浓度分布云图中的氢气浓度分界线切割而成。

【技术特征摘要】
1.一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板模压装置，其特征在于：依次包括同轴叠加的底板(2)、可调夹板(3)、配合夹板(4)、顶部盖板(6)，并由分布在装置四角的螺栓(1)和螺母(7)紧固组成，所述可调夹板(3)、配合夹板(4)的中部设置有形成尺寸相同的矩形通孔，所述顶部盖板(6)中部凸出设置有与所述矩形通孔相匹配的矩形凸台，所述可调夹板(3)、顶部盖板(6)的下表面和底板(2)的上表面构成了多孔金属纤维烧结板的填充腔，其特征在于：还包括用于压实金属纤维的平板状拓扑挡块(5)，所述拓扑挡块(5)整体为矩形，与所述矩形通孔相匹配，由至少两部分拼接而成，各部分的拼接处为曲线，所述曲线形状由根据模拟PMFSF作为甲醇重整制氢反应的催化剂载体时的反应性能得到的氢气浓度分布云图中的氢气浓度分界线切割而成。2.根据权利要求1所述的基于数值优化的多孔金属纤维烧结板模压装置，其特征在于：所述曲线由根据模拟PMFSF作为甲醇重整制氢反应的催化剂载体时的反应性能得到的氢气浓度分布云图中的氢气浓度分界线切割而成具体包括：(1)按照实际尺寸利用SolidWorks建立制氢反应装置的几何模型；(2)将几何模型导入ICEMCFD软件中进行网格划分，获取msh网格文件；(3)将msh文件导入到Fluent中，按照甲醇重整制氢反应的工况，设定壁面温度、入口流速、出口压力，并设置材料类型、化学反应机理；(4)使用Couple算法求解本例，直至其计算结果收敛；(5)通过后处理获取氢气浓度分布云图、出口流速、出口物料浓度分布参数；(6)选择相应的氢气浓度的分界线将PMFSF划分为若干区域，使用软件提取所选分界线上点的坐标，再根据其坐标用线切割加工方法将一定尺寸的长方体金属块加工为各部分，即得到所述拓扑挡...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志佳，杨嵩，李静蓉，王清辉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44