陶瓷件結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則

1、陶瓷件結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則（1）（十四）*參考：陶瓷海 HYPERLINK 1刖言陶瓷是重要的工程材料之一，堅硬耐磨是它主要的力學(xué)特性。它的承 壓能力強,但承拉能力差，特別是因為很脆，不耐沖擊,陶瓷件的結(jié)構(gòu)設(shè)計要 注意這些材料特性。此外，陶瓷件的生產(chǎn)工藝對其結(jié)構(gòu)設(shè)計影響很大。陶 瓷件的生產(chǎn)工藝可以分為三部分:壓制成形、燒結(jié)、后加工。其中壓制成 形一般用模具方法，這些是陶瓷件結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的基本因素。下面用結(jié) 構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則的方法探討其具體化。2結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則2.1避免高精度配合準(zhǔn)則高精度的公差配合要求，在陶瓷件裝配中很難滿足，這是因為:（1）在毛 坯制作和燒結(jié)過程中，構(gòu)件的尺寸、形狀、精度難以提高。（2）燒

2、結(jié)后的陶 瓷材料很堅硬，機械加工困難。即通過后繼的精密的機械加工方法提高配 合面精度的措施在此不合適。（3）陶瓷材料的彈性變形很小,靠構(gòu)件彈性變 形來減低裝配難度的方法也行不通。所以，陶瓷構(gòu)件要避免緊密配合。圖 1a和圖2a所示結(jié)構(gòu)因成形、燒結(jié)過程中難以避免的尺寸、形狀誤差，故 裝配困難,甚至根本無法裝配，而將圓孔變成長孔，如圖1b和圖2b所示的 結(jié)構(gòu)，則裝配起來要方便得多。（a）不合理結(jié)構(gòu)（b）改進結(jié)構(gòu)2.2方便模具制作準(zhǔn)則不論是干壓法、濕壓法還是連壓法，陶瓷構(gòu)件毛坯制作都要模具。對 于用模具生產(chǎn)的構(gòu)件，減少其模具制作難度和制作成本是基本要求。圖3a 的橢圓形結(jié)構(gòu)所需的成形模具,其制作難度遠

3、高于圖3b所示結(jié)構(gòu)所需要 的模具的難度。圖4a的結(jié)構(gòu)比之右邊的結(jié)構(gòu)雖然節(jié)省了原材料,但模具 制作難度大、費用高。陶土通常是很低廉的，所以，圖4b所示的陶瓷結(jié)構(gòu) 更為合理。帶有邊孔的結(jié)構(gòu)其對應(yīng)的模具制作困難,如在不妨礙構(gòu)件功能 的前題下，將邊孔改設(shè)計為貫通到棱邊的孔，即將封閉孔變成開通孔，則對 應(yīng)的模具制作要簡單得多。如圖5,圖6和圖7所示。(a)不合理結(jié)構(gòu)(b)改進結(jié)構(gòu)(b)改進結(jié)構(gòu)圖2圖3(a)不合理結(jié)構(gòu)(a)不合理結(jié)構(gòu)(a)不合理結(jié)構(gòu)(b)改進結(jié)構(gòu)(b)改進結(jié)構(gòu)圖4圖5 2.3避免燒結(jié)變形準(zhǔn)則燒結(jié)過程中，構(gòu)件容易產(chǎn)生彎曲變形。在剛度弱的地方,要采取加強措 施，以減低燒結(jié)變形的危險。圖8a所

4、示結(jié)構(gòu)兩豎板橫向抗彎能力差。毛 坯制作和燒結(jié)過程中，豎板壁厚方向的一定程度的不均勻性是不可避免 的，這種不均性將有導(dǎo)致燒結(jié)彎曲的危險。改進措施之一是設(shè)置加強筋。 如圖8b所示結(jié)構(gòu)。圖9a結(jié)構(gòu)的底板在燒結(jié)時產(chǎn)生了變形，這是因為底板 受自重作用。支承點間距越大，橫向彎曲變形越大。改進的措施之一是在中間多加一個支點。如圖9b所示結(jié)構(gòu)。加強壁厚也是提高剛度,防止燒 結(jié)變形的有效措施。圖10a所示結(jié)構(gòu)因壁太薄，有燒結(jié)彎曲的危險，而圖 10b所示的結(jié)構(gòu)因增加了壁厚，則不存在這一危險。燒結(jié)體積較大的結(jié)構(gòu) 時,也會產(chǎn)生大的燒結(jié)變形。所以連接大體積的結(jié)構(gòu)要提高剛度，如圖11 所示的結(jié)構(gòu)，圖11b結(jié)構(gòu)采用了加強筋

5、。（a）不合理結(jié)構(gòu)（b）改進結(jié)構(gòu)（a）不合理結(jié)構(gòu)（b）改進結(jié)構(gòu)圖6（a）不合理結(jié)構(gòu)（b）改進結(jié)構(gòu)（a）不合理結(jié)構(gòu)（b）改進結(jié)構(gòu)（b）改進結(jié)構(gòu)（a）不合理結(jié)構(gòu) 改進結(jié)構(gòu)圖10(b)圖112.4避免薄壁準(zhǔn)則陶瓷構(gòu)件在壓制成形過程中，壁厚較薄處易產(chǎn)生裂紋。這些裂紋能導(dǎo) 致整個構(gòu)件報廢。因此應(yīng)避免薄壁。圖12a結(jié)構(gòu)在箭頭所指的地方壁過 薄,壓制成形過程中，此處易破裂，因此將孔的位置向中心移。若這一點做 不到,則干脆將孔開通,徹底消除薄邊。如圖12b所示結(jié)構(gòu)。圖13a，圖14a和圖15a所示結(jié)構(gòu)在箭頭所指處都有壁太薄的問題，其 改進結(jié)構(gòu)對應(yīng)于各自b所示結(jié)構(gòu)。2.5避免尖銳棱邊準(zhǔn)則（a）不合理結(jié)構(gòu)（b）改

6、進結(jié)構(gòu)（a）不合理結(jié)構(gòu)（b）改進結(jié)構(gòu)圖13圖12（a）不合理結(jié)構(gòu)（b）改進結(jié)構(gòu)（a）不合理結(jié)構(gòu) 改進結(jié)構(gòu)圖14(b)圖15（a）不合理結(jié)構(gòu) 改進結(jié)構(gòu)17（b ）改進結(jié)構(gòu)圖16（a ）不合理結(jié)構(gòu)（b）圖（a）不合理結(jié)構(gòu)（b）改進結(jié)構(gòu)尖銳棱邊處有缺口效應(yīng)，應(yīng)力集力,是易產(chǎn)生裂紋的區(qū)域，尖銳棱邊若 在外部，則不安全，且有礙外觀。尖銳棱邊可用圓弧、倒角代替。如圖16,17 和圖18所示。圖18參考文獻Flinn, R. Engineering materials and their applications, Boston, USA, 1981Schreyer. Konstruleren mit kunststoffen, Hansen, Mnchen,Germany, 1972Bode, K. Konseruktions-Atlas,