[发明专利]一种基于数值优化的多孔金属纤维烧结板模压装置

说明书

本发明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相紧固，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。

技术领域

本发明涉及一种模压装置，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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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。

本发明采用的技术方案是：

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ICEM CFD软件中进行网格划分，获取msh网格文件；