Estudio y modelización del comportamiento reológico de materiales cerámicas pulverulentos durante el llenado de moldes

Autor: Juan Miguel, Tiscar Cervera
Přispěvatelé: Mallol Gasch, Gustavo, Gilabert Villegas, Francisco A., Universitat Jaume I. Escola de Doctorat, Gilabert Villegas, Francisco Antonio, Mallol Gasch, Jose Gustavo
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
TDR. Tesis Doctorales en Red
instname
Popis: espanolLas baldosas ceramicas son placas de escaso grosor fabricadas con arcillas, silice, fundentes, colorantes y otros materiales, generalmente utilizadas como revestimientos para suelos, paredes y fachadas. Su fabricacion se lleva a cabo mediante un proceso en linea y altamente automatizado, que comprende desde la preparacion de las materias primas hasta la coccion y el embalaje del producto. Una de las etapas mas criticas del proceso es el conformado, durante el cual se da forma al producto a partir de la materia prima previamente tratada, en las condiciones requeridas de operacion. Si el conformado se lleva a cabo mediante prensado, el proceso requiere formar un lecho de polvo uniforme en un alveolo, sobre el cual se aplica presion en la direccion normal a la totalidad de la superficie que se conforma. Tras el conformado, la pieza resultante debe presentar la forma geometrica deseada y la microestructura apropiada para los requerimientos de las etapas siguientes del proceso de fabricacion y del producto final. Es necesaria, por tanto, la correcta ejecucion de todas las operaciones de la etapa de conformado para obtener un producto que satisfaga los estandares de calidad exigidos. Dentro de la etapa de conformado mediante prensado, el llenado de los alveolos del molde es un proceso de extrema importancia. Tras verter el polvo en el molde, el lecho de polvo es prensado y transformado en una pieza solida, cuyas propiedades van a determinar la calidad del producto final. Paradojicamente, el llenado de moldes es uno de los procesos que menos ha evolucionado en las ultimas decadas, por lo que sigue generando problemas de heterogeneidad en las baldosas ceramicas, debido a una distribucion deficiente del polvo en los alveolos del molde. Asimismo, pese a que existen en el mercado distintos equipos y elementos destinados a corregir la falta de homogeneidad dimensional en las baldosas, siguen sin poderse eliminar completamente estos defectos. Esto se debe, principalmente, a la falta de estudios que analicen el comportamiento del polvo durante su vertido en el molde y expliquen las principales variables a tener en cuenta para su correcta manipulacion. De hecho, no se tiene constancia de trabajos previos que estudien el efecto de las variables de operacion del llenado de moldes en la distribucion de polvo sobre el mismo, donde reside la raiz del problema en cuestion. Como respuesta a esta problematica, en este trabajo se ha desarrollado un programa informatico que permite simular, estudiar y comprender el comportamiento del polvo durante la etapa de llenado de moldes del proceso de fabricacion de baldosas ceramicas. El metodo utilizado para llevar a cabo la simulacion se denomina Metodo de los Elementos Discretos (y en ingles “Discrete Elements Method”, abreviado como DEM). El programa informatico se ha disenado para poder ser utilizado tanto en ordenadores convencionales que consten de una o varias unidades centrales de procesamiento (CPU), como en ordenadores que consten de una unidad de procesamiento grafico (GPU). Los dos algoritmos propuestos para ambas arquitecturas estan especialmente disenados para simular el comportamiento de un gran numero de granulos esfericos de forma eficiente. Los dos algoritmos han sido comparados con el software de codigo abierto mas utilizado en las simulaciones DEM, llamado LIGGGHTS. Igualmente, se ha propuesto una metodologia novedosa para la calibracion del modelo fisico del programa mediante ensayos de laboratorio. Esta metodologia esta especialmente disenada para su uso en polvos micrometricos, de los cuales es dificil extraer propiedades microscopicas, y ha sido utilizada para calibrar una distribucion tipica de polvo utilizado en la industria de fabricacion de las baldosas ceramicas. El polvo utilizado mayoritariamente en el conformado de los soportes de las baldosas ceramicas es un polvo granulado, obtenido en una etapa previa, denominado generalmente polvo atomizado. Asimismo, el modelo fisico ha sido validado utilizando un sistema de alimentacion de polvo a escala piloto, el cual es una reproduccion del utilizado durante la etapa de conformado de baldosas ceramicas. Este equipo tambien se ha utilizado para investigar como influyen las variables de operacion tipicas del llenado (velocidad de avance del sistema de alimentacion, configuracion geometrica del alimentador y momento del descenso del punzon inferior) sobre la distribucion del polvo depositado en los alveolos del molde. Finalmente, una vez comprobada la validez del modelo, se realizaron una serie de simulaciones orientadas a mostrar las capacidades del mismo como herramienta predictiva, tanto en el llenado de moldes en distintos escenarios (incluyendo un caso a escala industrial) como en el diseno de nuevos equipos de manipulacion de polvos. EnglishCeramic tiles are thin plates made from clays, silica, fluxes, colorants and other materials, generally used as wall or floor coverings. During its manufacturing process, some heterogeneity problems may appear, due to a poor distribution of the powder in the mold which they are formed in. As a response to this problem, a computer program that allows for simulation, study and understanding of the mold filling of the tile manufacturing process has been developed. The method used to perform the simulation is called the Discrete Elements Method (abbreviated as DEM). Likewise, a novel methodology has been proposed for the calibration of the model, which has been validated using a prototype of a powder feeding system. This equipment has also been used to study the mold filling. Finally, a series of simulations were carried out in order to show the capabilities of the program developed.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: