模具加工快速成型及快速制模技術(shù)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1模具加工模具加工(ji gng)快速成型及快速制模技快速成型及快速制模技術(shù)術(shù)第一頁(yè)，共20頁(yè)。第1頁(yè)/共20頁(yè)第二頁(yè)，共20頁(yè)。 快速成型制造技術(shù)（Rapid Prototyping & Manufacturing，RPM），由歐美、日本等發(fā)達(dá)(fd)工業(yè)國(guó)家提出，旨在解決常規(guī)機(jī)械加工或手工無(wú)法解決的問(wèn)題?？焖俪尚椭圃旒夹g(shù)是多學(xué)科、技術(shù)的交叉產(chǎn)物，融合了機(jī)械工程、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控、光學(xué)技術(shù)等前沿技術(shù)?？焖俪尚椭圃旒夹g(shù)可實(shí)現(xiàn)低成本、高生產(chǎn)率和短周期的生產(chǎn)特點(diǎn)。從設(shè)計(jì)和工藝的角度出發(fā)可以設(shè)計(jì)形狀復(fù)雜的零件，無(wú)需受時(shí)間、成本、可制造性方面的限制，如圖6.1所示。 圖6.1快

2、速(kui s)成型技術(shù)制造的產(chǎn)品第2頁(yè)/共20頁(yè)第三頁(yè)，共20頁(yè)。圖6.2快速成型(chngxng)技術(shù)的主要內(nèi)容第3頁(yè)/共20頁(yè)第四頁(yè)，共20頁(yè)。第4頁(yè)/共20頁(yè)第五頁(yè)，共20頁(yè)。 2）產(chǎn)品(chnpn)的加工不用刀具分離材料 采用數(shù)控技術(shù)控制多層疊料得到產(chǎn)品(chnpn)，因而材料得到了最大化應(yīng)用。 3）應(yīng)用快速(kui s)制造技術(shù)制造模具 通過(guò)電鑄、電弧噴涂技術(shù)將塑料件制造金屬模具，把快速(kui s)成形的原型當(dāng)作消失模，進(jìn)行精密鑄造；快速(kui s)原型制造石墨電極，用該電極加工模具型腔等。4）不需要前期投入專(zhuān)門(mén)工裝 5）在逆向工程（Reverse Engineering）中有

3、著廣泛的應(yīng)用 第5頁(yè)/共20頁(yè)第六頁(yè)，共20頁(yè)。快速成形加工的特點(diǎn)快速成形加工的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)的加工方式相比與傳統(tǒng)的加工方式相比(xin b)，快速成形在加工，快速成形在加工周期和成本上都有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，它突破了毛坯周期和成本上都有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，它突破了毛坯切削切削加工加工成品的傳統(tǒng)加工模式，不用刀具制造零件，基本上無(wú)成品的傳統(tǒng)加工模式，不用刀具制造零件，基本上無(wú)廢料。廢料。 圖圖6.4是傳統(tǒng)加工方式和快速成形制造的工藝流程的對(duì)比是傳統(tǒng)加工方式和快速成形制造的工藝流程的對(duì)比 。第6頁(yè)/共20頁(yè)第七頁(yè)，共20頁(yè)?？焖俪尚统Ｓ玫能浖榻B快速成型常用的軟件介紹 快速成型要求在加工前，計(jì)算機(jī)上要

4、有三維的數(shù)快速成型要求在加工前，計(jì)算機(jī)上要有三維的數(shù)字化模型供切片處理。因此對(duì)于快速成形的字化模型供切片處理。因此對(duì)于快速成形的CAD系統(tǒng)都系統(tǒng)都要求有較強(qiáng)的三維處理能力。要求有較強(qiáng)的三維處理能力。 三維模型的處理能力主要在兩個(gè)三維模型的處理能力主要在兩個(gè)(lin )方面上方面上的應(yīng)用：三位實(shí)體造型（的應(yīng)用：三位實(shí)體造型（Solid Modeling）和表面造型）和表面造型（Surface Modeling）功能。）功能。 快速成型行業(yè)中常用的軟快速成型行業(yè)中常用的軟件如下：件如下：1.三維模型(mxng)的表達(dá)方法1）構(gòu)造型立體幾何表達(dá)法2）邊界表達(dá)法 3）參量表達(dá)法 4）單元表達(dá)法 第7頁(yè)

5、/共20頁(yè)第八頁(yè)，共20頁(yè)。2快速成型(chngxng)技術(shù)中常用的文件格式(1) IGES/IGS (International Graphics Exchange Standard) 它是最老的一種標(biāo)準(zhǔn)，幾乎為所有(suyu)CAD軟件供應(yīng)商所采用的 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式。 （2）STEP（Standard for The Exchange of Product ） 這是一種近年來(lái)逐步國(guó)際(guj)標(biāo)準(zhǔn)化的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在已為絕大多數(shù)軟件供應(yīng)商所采用。（3）STL（Stereo Lithography Interface Specification） 它是目前快速成形中最常見(jiàn)的一種文件格式，也為

6、大多數(shù)CAD供應(yīng)商所采用。 第8頁(yè)/共20頁(yè)第九頁(yè)，共20頁(yè)。6.2快速成形快速成形(chn xn)加工的方法加工的方法光固化立體成形光固化立體成形(chn xn)（Stereo Lithography ApparatusSLA） 此工藝方法也稱(chēng)為液態(tài)光敏樹(shù)脂(shzh)選擇性固化。是一種最早出現(xiàn)的快速成形技術(shù)（RPT），它的原理如圖所示。液槽中盛滿(mǎn)液態(tài)光敏樹(shù)脂(shzh)3，它在激光束的照射下快速固化。 1-激光發(fā)生器； 2-成形零件；3-光敏樹(shù)脂(shzh)；4-液體面； 5-刮平器； 6-升降臺(tái) 該方法制件精度可控制在0.1mm的范圍內(nèi)。適合成形小件，能直接得到塑料產(chǎn)品，表面粗糙度質(zhì)量較

7、好 。 確定材料有污染，可能使皮膚過(guò)敏。 第9頁(yè)/共20頁(yè)第十頁(yè)，共20頁(yè)。疊層實(shí)體制造疊層實(shí)體制造（Laminated Object Manufacturing LOM） 疊層實(shí)體制造也稱(chēng)薄形材料選擇性切割。根據(jù)三維模型提取的疊層實(shí)體制造也稱(chēng)薄形材料選擇性切割。根據(jù)三維模型提取的每一個(gè)橫截面的輪廓，在計(jì)算機(jī)的控制下，用每一個(gè)橫截面的輪廓，在計(jì)算機(jī)的控制下，用CO2激光束對(duì)工作臺(tái)激光束對(duì)工作臺(tái)上的箔材沿輪廓線切割成所制制件上的箔材沿輪廓線切割成所制制件(zhjin)的內(nèi)外輪廓。通過(guò)熱壓的內(nèi)外輪廓。通過(guò)熱壓裝置將其與已切割的型面粘合在一起，激光束再一次進(jìn)行新的輪廓裝置將其與已切割的型面粘合在一起

8、，激光束再一次進(jìn)行新的輪廓切割，以此逐步得到各層截面，并粘結(jié)在一起，形成三維產(chǎn)品。切割，以此逐步得到各層截面，并粘結(jié)在一起，形成三維產(chǎn)品。 1-收紙輥；2-升降工作臺(tái)；3-加工平面；4-定位(dngwi)裝置（切割頭）；5-激光器；6熱壓輥；7-計(jì)算機(jī)；8-箔材帶；9-展開(kāi)輥 疊層實(shí)體制造 LOM法原理圖第10頁(yè)/共20頁(yè)第十一頁(yè)，共20頁(yè)。選擇性激光燒結(jié)選擇性激光燒結(jié)（Selected Laser SinteringSLS） 該方法是采用該方法是采用(ciyng)CO2激光器對(duì)粉末材料（如蠟激光器對(duì)粉末材料（如蠟粉、粉、PS粉、粉、ABS粉、尼龍粉、金屬粉、覆膜陶瓷粉）進(jìn)行選粉、尼龍粉、金屬

9、粉、覆膜陶瓷粉）進(jìn)行選擇性燒結(jié)。是一種將離散點(diǎn)一層一層堆積成三維實(shí)體的工藝方擇性燒結(jié)。是一種將離散點(diǎn)一層一層堆積成三維實(shí)體的工藝方法，其原理如圖法，其原理如圖6.7所示。所示。圖圖6.27 選擇性激光選擇性激光(jgung)燒結(jié)原理圖燒結(jié)原理圖 成形時(shí)，送料筒上升，鋪粉滾筒(gntng)移動(dòng)，先在工作臺(tái)上均勻地鋪上一層很薄的粉末材料（0.10.2）mm。激光束在計(jì)算機(jī)的控制下，按照CAD模型離散后的截面輪廓的信息，對(duì)制件的實(shí)體部分所在區(qū)域的粉末進(jìn)行燒結(jié)，使粉末熔化形成一層固化輪廓。一層完成后，再進(jìn)行后一層的鋪粉燒結(jié)，最終形成三維產(chǎn)品 。第11頁(yè)/共20頁(yè)第十二頁(yè)，共20頁(yè)。熔融沉積成形熔融沉積

10、成形（Fused Deposition ModelingFDM） 熔融沉積成形也稱(chēng)絲狀材料選擇性熔覆，它不像熔融沉積成形也稱(chēng)絲狀材料選擇性熔覆，它不像前幾種工藝前幾種工藝(gngy)方法依靠激光光束作為能源，而方法依靠激光光束作為能源，而是直接將絲材熔融，其原理如圖是直接將絲材熔融，其原理如圖6.8。 6.8 熔融沉積(chnj)成形原理圖 這種方法成形速度較慢，適合成形小塑料件，特別是瓶狀和中空件。該方法工藝簡(jiǎn)單、費(fèi)用(fi yong)較低，制件的翹曲變形小，但需要設(shè)計(jì)支撐結(jié)構(gòu)。但成形精度較低，難以構(gòu)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。 第12頁(yè)/共20頁(yè)第十三頁(yè)，共20頁(yè)。6.3快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)(j

11、sh)在模具制造中的應(yīng)用在模具制造中的應(yīng)用快速快速(kui s)制模技術(shù)的概念制模技術(shù)的概念 快速成型(chngxng)技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用稱(chēng)為快速模具制造技術(shù)。快速成型(chngxng)及快速模具制造技術(shù)不僅適用于小批量的生產(chǎn)的模具，而且可以應(yīng)用于各種復(fù)雜程度的模具制造。 同傳統(tǒng)的模具制造工藝方法比，它的制造時(shí)間為傳統(tǒng)工藝的1/31/10，而成本大概只有1/31/5?？焖僦颇＜夹g(shù)的分類(lèi)及應(yīng)用快速制模技術(shù)的分類(lèi)及應(yīng)用 快速制模技術(shù)可以分為直接制模和間接制模，主要應(yīng)用于塑料模和金屬鑄造模的制造。圖6.9快速制模技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。第13頁(yè)/共20頁(yè)第十四頁(yè)，共20頁(yè)。圖6.9 快速(kui s)制

12、模技術(shù) 第14頁(yè)/共20頁(yè)第十五頁(yè)，共20頁(yè)。 1.直接快速制模技術(shù)直接快速制模技術(shù) （1）直接快速制模技術(shù)的工藝）直接快速制模技術(shù)的工藝(gngy)方方法法 1）利用(lyng)SLA、SLS、LOM 等技術(shù)直接將CAD 模型加工成有一定機(jī)械性能要求的非金屬原型（產(chǎn)品）。 2）通過(guò)快速成型技術(shù)將含有粘接劑的金屬粉、金屬懸浮液、帶有金屬離子的塑料絲成形為半成品，再經(jīng)過(guò)粘接劑的去除、滲金屬等后續(xù)工藝制造模具。 3）直接以快速成型技術(shù)生產(chǎn)金屬模具。 第15頁(yè)/共20頁(yè)第十六頁(yè)，共20頁(yè)。（2）直接快速制造金屬模具的工藝流程）直接快速制造金屬模具的工藝流程 1）準(zhǔn)備模具的三維）準(zhǔn)備模具的三維CAD數(shù)

13、據(jù)模型。數(shù)據(jù)模型。 2）激光快速成形）激光快速成形 先在粉末顆粒先在粉末顆粒(kl)外面包覆粘接劑，制外面包覆粘接劑，制成覆膜金屬。成覆膜金屬。 3）逐層鋪粉）逐層鋪粉 逐層燒結(jié)最后制造出三維實(shí)體的實(shí)物。逐層燒結(jié)最后制造出三維實(shí)體的實(shí)物。 4）去粉）去粉 用毛刷輕輕去除多余的粉末，粉末可以重復(fù)使用。用毛刷輕輕去除多余的粉末，粉末可以重復(fù)使用。 5）去粘接劑）去粘接劑 在快速成形機(jī)內(nèi)成形后，接著就是脫脂（去粘在快速成形機(jī)內(nèi)成形后，接著就是脫脂（去粘接劑）的后處理。接劑）的后處理。 6）燒結(jié)）燒結(jié) 粘接劑去除后，溫度進(jìn)一步升，達(dá)到粘接劑去除后，溫度進(jìn)一步升，達(dá)到700以上燒以上燒結(jié)，以提高工件的強(qiáng)

14、度。結(jié)，以提高工件的強(qiáng)度。 7）高溫滲金屬）高溫滲金屬 該工藝使得制件表面質(zhì)量提高，同時(shí)填充由該工藝使得制件表面質(zhì)量提高，同時(shí)填充由于粘接劑的蒸發(fā)而留下的空隙。于粘接劑的蒸發(fā)而留下的空隙。 8）冷卻）冷卻 最后冷卻的產(chǎn)品就是注塑模，該材料是鋼和銅的混最后冷卻的產(chǎn)品就是注塑模，該材料是鋼和銅的混合物，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的工序處理如拋光、裝配、調(diào)試等，就可以進(jìn)行合物，再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的工序處理如拋光、裝配、調(diào)試等，就可以進(jìn)行塑料件的生產(chǎn)了。塑料件的生產(chǎn)了。第16頁(yè)/共20頁(yè)第十七頁(yè)，共20頁(yè)。6.4電鑄模具電鑄模具電鑄工藝的原理電鑄工藝的原理 電鑄的原理和電鍍的原理相同，它是在母模表面上，通過(guò)電鑄的原理和電鍍的

15、原理相同，它是在母模表面上，通過(guò)(tnggu)電鍍的原理獲得適當(dāng)厚度的金屬層，該金屬層從電鍍的原理獲得適當(dāng)厚度的金屬層，該金屬層從母模上分離出來(lái)，從而形成所需的型面。圖母模上分離出來(lái)，從而形成所需的型面。圖6.10電鑄成形原電鑄成形原理圖理圖 。1-加熱器；2-電鑄槽；3-陽(yáng)極(yngj)；4-電鑄槽；5-蒸餾水瓶；6-直流電源；7-玻璃管；8-母模；9-攪拌器；10-溫度計(jì)；11-溫度控制器 圖6.10電鑄成形原理 第17頁(yè)/共20頁(yè)第十八頁(yè)，共20頁(yè)。電鑄成形的工藝特點(diǎn)電鑄成形的工藝特點(diǎn) 電鑄成形工藝在型腔膜的制造中已得到廣泛的應(yīng)用電鑄成形工藝在型腔膜的制造中已得到廣泛的應(yīng)用，它有如下工藝特點(diǎn)：，它有如下工藝特點(diǎn)： 1）由于與電鍍的的原理相當(dāng)，因此該工藝的金屬）由于與電鍍的的原理相當(dāng)，因此該工藝的金屬沉積的速度較慢，制造周期相應(yīng)也會(huì)較長(zhǎng)；沉積的速度較慢，制造周期相應(yīng)也會(huì)較長(zhǎng)； 2）電鑄層厚度較薄，而且易產(chǎn)生不均勻，因而變形）電鑄層厚度較薄，而且易產(chǎn)生不均勻，因而變形會(huì)比較顯著；會(huì)比較顯著； 3）電鑄件與母模的誤差很小，表面粗糙度相當(dāng)；）電鑄件與母模的誤差很小，表面粗糙度相當(dāng)； 4）可以將難以常規(guī)加工的內(nèi)腔轉(zhuǎn)化