激光塑性成型技術(shù)應(yīng)用二合一

激光塑性成型技術(shù)應(yīng)用二合一塑性加工具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等顯著特點(diǎn)，已成為當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。根據(jù)專(zhuān)家的預(yù)測(cè)，到21世紀(jì)，零件粗加工的75%和精加工的50%將采用塑性成形的方式實(shí)現(xiàn)。工業(yè)部門(mén)的廣泛需求為塑性加工新工藝和新設(shè)備的發(fā)展提供了強(qiáng)大的原動(dòng)力和空前的機(jī)遇。新世紀(jì)科學(xué)技術(shù)面臨著巨大的變革，通過(guò)與計(jì)算機(jī)的緊密結(jié)合，數(shù)控加工、激光成型、人工智能、材料科學(xué)和集成制造等一系列與塑性加工相關(guān)聯(lián)的技術(shù)發(fā)展速度之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣是過(guò)去任何時(shí)代所無(wú)法比擬的，塑性加工新工藝和新設(shè)備如雨后春筍般地涌現(xiàn)，把握塑性加工技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景有助于我們及時(shí)研究、推廣和應(yīng)用高新技術(shù)，推動(dòng)塑性加工技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。精密成形技術(shù)精密成形技術(shù)對(duì)于提高產(chǎn)品精度、縮短產(chǎn)品交貨期、減少切削加工和降低生產(chǎn)成本均有著重要意義。近10年來(lái)，精密鑄造技術(shù)、精密壓力加工技術(shù)與精密焊接技術(shù)突達(dá)擠壓技術(shù)、成形軋制、無(wú)飛邊熱模鍛技術(shù)、溫鍛技術(shù)、塑性加工具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等顯著特點(diǎn)，已成為當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。根據(jù)專(zhuān)家的預(yù)測(cè)，到21世紀(jì)，零件粗加工的75%和精加工的50%將采用塑性成形的方式實(shí)現(xiàn)。工業(yè)部門(mén)的廣泛需求為塑性加工新工藝和新設(shè)備的發(fā)展提供了強(qiáng)大的原動(dòng)力和空前的機(jī)遇。新世紀(jì)科學(xué)技術(shù)面臨著巨大的變革，通過(guò)與計(jì)算機(jī)的緊密結(jié)合，數(shù)控加工、激光成型、人工智能、材料科學(xué)和集成制造等一系列與塑性加工相關(guān)聯(lián)的技術(shù)發(fā)展速度之快，學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣是過(guò)去任何時(shí)代所無(wú)法比擬的，塑性加工新工藝和新設(shè)備如雨后春筍般地涌現(xiàn)，把握塑性加工技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景有助于我們及時(shí)研究、推廣和應(yīng)用高新技術(shù)，推動(dòng)塑性加工技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。精密成形技術(shù)精密成形技術(shù)對(duì)于提高產(chǎn)品精度、縮短產(chǎn)品交貨期、減少切削加工和降低生產(chǎn)成本均有著重要意義。近10年來(lái)，精密鑄造技術(shù)、精密壓力加工技術(shù)與精密焊接技術(shù)突飛猛進(jìn)。在精密鑄造方面，熔模精密鑄造、陶瓷型精密鑄造、金屬型鑄造和消失模鑄造等技術(shù)得到了重點(diǎn)發(fā)展，鑄件質(zhì)量大大提高。例如采用消失模的鑄件，壁厚公差可達(dá)±，軋制、無(wú)飛邊熱模鍛技術(shù)、溫鍛技術(shù)、多向模鍛技術(shù)發(fā)展很快。例如700mm汽輪機(jī)葉片精密輥鍛和精整復(fù)合工藝已成功應(yīng)用于生產(chǎn)，楔橫軋技術(shù)在汽車(chē)、拖拉機(jī)精密軸類(lèi)鍛件的生產(chǎn)中顯示出極佳的經(jīng)濟(jì)性。除傳統(tǒng)的鍛造工藝外，近年來(lái)半固態(tài)金屬成形技術(shù)也日趨成熟，引起工業(yè)界的普遍關(guān)注。所謂半固態(tài)金屬成形是指對(duì)液態(tài)金屬合金在凝固過(guò)程中經(jīng)攪拌等特殊處理后得到的具有非枝晶組織結(jié)構(gòu)、固液相共存的行的各種成形加工。這種新的金屬加工技術(shù)可分為半固態(tài)鍛造、擠壓、軋制和壓鑄等幾種主要工藝類(lèi)型，具有節(jié)省原材料、降低能耗、提高模具壽命、改善鍵技術(shù)。應(yīng)釬焊技術(shù)的發(fā)展十分迅速，在汽車(chē)和家電行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)此外，在粉末冶金和塑料加工方面，金屬粉末超塑性成形、粉末注射成形、粉末噴射和噴涂成形以及塑料注射成形中氣體輔助技術(shù)和熱流道技術(shù)的成功應(yīng)用，大大擴(kuò)充了現(xiàn)代精密塑性加工的應(yīng)用范圍。精密成形技術(shù)發(fā)展速度之快、應(yīng)用之廣，使國(guó)際機(jī)械加工技術(shù)協(xié)會(huì)有充足的理由認(rèn)為，在21世紀(jì)之初，精密成形與磨削加工相結(jié)合的加工方式，將取代大部分中、小零件的切削加工，在2010年左右，精密成形的精度將會(huì)進(jìn)一步提高，成形公差可望達(dá)到當(dāng)今的磨削精度，實(shí)現(xiàn)工業(yè)界夢(mèng)寐以求的“凈成形”(無(wú)余量的完全零件形狀)的快速成型與快速制模技術(shù)快速成型技術(shù)(RP)是快速原型與制造技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，其成型原理為：先由幾何造型軟件生成產(chǎn)品的三維模型，然后按一定厚度分層，獲得各個(gè)截面的平面信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，數(shù)控系統(tǒng)有序地連續(xù)加工出每個(gè)薄層并使它們粘接成型?？焖俪尚椭饕屑す饬Ⅲw光刻(SLA)、分層實(shí)體制造(LOM)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)和熔融沉積制造(FDM)等方法。近幾年來(lái)，我國(guó)激光快速成型技術(shù)發(fā)展十分迅速，有些研究成果已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。如華中理工大學(xué)研制的分層實(shí)體制造(LOM)成型系統(tǒng)、西安交通大學(xué)的立體光刻(SLA)成型系統(tǒng)等，其主要技術(shù)指標(biāo)均接近或達(dá)到國(guó)際名牌機(jī)型的水平。快速成型技術(shù)對(duì)于模具的快速制造產(chǎn)生了重要的影響和推動(dòng)作用。用于小批量生產(chǎn)的塑料模具和冷沖壓模具可以依照由快速成型方法所獲得的產(chǎn)品實(shí)體直接用硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂或金屬材料制造。用于大批量生產(chǎn)的各種模具也可由快速成型和鑄造技術(shù)相結(jié)合的方法制造?？焖僦颇＜夹g(shù)由于具有制造周期短、成本低、綜合經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，十分適合新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和小批量多品種的生產(chǎn)方式，近10年來(lái)發(fā)展非常迅速。除了快速成型在快速制模中應(yīng)用外，電弧噴涂成形技術(shù)、實(shí)型鑄造制模技術(shù)、氮?dú)鈴棸逯颇＜夹g(shù)等快速制模的新工藝、新方法和新設(shè)備層出不窮，顯示出強(qiáng)大的生命力和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。高速銑削和電火花銑削技術(shù)隨著產(chǎn)品零件微型化和精密度要求的提高，對(duì)模具加工精度的要求也越來(lái)越高。超精密加工技術(shù)在近年來(lái)發(fā)展很快，最為突出的是高速銑削加工技術(shù)。高速銑削不僅工件加工表面質(zhì)量好，與傳統(tǒng)的切削方式相比，還具有工件溫升低、熱變形小、切削力小等優(yōu)點(diǎn)，十分適合于對(duì)溫度和熱變形敏感的材料及薄壁、剛性差的零件加工。合理選用刀具和切削用量，高速銑削可用于硬質(zhì)材料(硬度達(dá)60HRC)的切削加工。在第七屆上海國(guó)際模具展覽會(huì)(1998年)上展出的瑞士米克朗公司的HSM700型高速銑削機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)42000r/min，切削進(jìn)給速度為20m/min；意大利菲迪亞公司展出的DIGIT643型高速銑削機(jī)床轉(zhuǎn)速也達(dá)28000r/min，進(jìn)給速度15m/min。高速銑削加工技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，被人們譽(yù)為“第三代制模技術(shù)”。電火花銑削加工技術(shù)(又稱(chēng)為電火花創(chuàng)成加工技術(shù))是電火花加工技術(shù)的重大發(fā)展，這是一種替代傳統(tǒng)的用成型電極加工模具型腔的新技術(shù)。像數(shù)控銑削加工一樣，電火花銑削技術(shù)采用高速旋轉(zhuǎn)的桿狀電極對(duì)工件進(jìn)行二維或三維輪廓加工，無(wú)需制造復(fù)雜、昂貴的成型電極。日本三菱公司最近推出的EDSCAN8E電火花創(chuàng)成加工機(jī)床配置有電極損耗自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)、CAD/CAM集成化系統(tǒng)、在線自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今電火花銑削加工機(jī)床的水平。伴隨著高速切削電火花加工技術(shù)的進(jìn)步，模具加工過(guò)程的檢測(cè)手段和模具表面處理技術(shù)也取得了很大進(jìn)展?，F(xiàn)代三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)除了能高精度地測(cè)量復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)外，其良好的溫度補(bǔ)償裝置、可靠的抗振保護(hù)能力、嚴(yán)密的除塵措施以及簡(jiǎn)便的操作步驟使得現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化檢測(cè)成為可能。在模具表面處理方面，拋光技術(shù)的進(jìn)步也十分突出?，F(xiàn)代超聲拋光設(shè)備能使模具表面拋光至~μm，達(dá)到鏡面拋光的要求。模具表面耐磨、耐腐蝕和花紋處理技術(shù)也有長(zhǎng)CAD/CAM技術(shù)CAD/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工程，它以計(jì)算機(jī)軟件的形式為用戶(hù)提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員能借助計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。模具CAD/CAM能顯著縮短模具的設(shè)計(jì)制造周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，這已成為人在CAD/CAM技術(shù)日新月異的今天，工業(yè)部門(mén)已不滿足于僅僅將計(jì)算機(jī)作為繪圖和數(shù)控編程的工具，工程技術(shù)人員迫切地希望在同一軟件環(huán)境下，既能自動(dòng)繪圖，又能有設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析和加工的能力，于是模具CAD/CAE/CAM集成化系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。在各類(lèi)塑性加工工藝中，塑料注射成形工藝計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)的應(yīng)用最為突出。世界著過(guò)程模擬、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具型腔數(shù)控加工的初步集成并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。為了適應(yīng)國(guó)際發(fā)展潮流，華中理工大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)發(fā)新一代塑料注射模軟件。所謂新一代注塑模軟件，是指利用計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)(CIM)開(kāi)發(fā)的注塑模集成制造系統(tǒng)(CIMS)，這種高度集成的系統(tǒng)能支持模具設(shè)計(jì)與制造的全過(guò)程，具有智能化、集成化、面向裝配和模具可制造性評(píng)價(jià)等特點(diǎn)。應(yīng)該指出的是，在CIMS基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的虛擬技術(shù)將在21世紀(jì)的塑性加工領(lǐng)域發(fā)揮作用。所謂虛擬技術(shù)，是指以CAD/CAM支持的仿真技術(shù)為前提，對(duì)設(shè)計(jì)、加工、裝配、試模等工序建立相關(guān)聯(lián)的數(shù)學(xué)模型，配置必要的硬件(如頭盔、手套或者信號(hào)反饋裝置等)和軟件(如圖形加速軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)模型語(yǔ)言等)，形成虛擬的環(huán)境、虛擬的過(guò)程、虛擬的產(chǎn)品和虛擬的企業(yè)。在虛擬技術(shù)的支持下，從用戶(hù)訂貨，產(chǎn)品創(chuàng)意、設(shè)計(jì)到零部件生產(chǎn)、裝配、銷(xiāo)售以及售后服務(wù)等全過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)都可以分別由處在不同地域的企業(yè)進(jìn)行互利合作。通過(guò)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)實(shí)現(xiàn)模具的異地設(shè)計(jì)和異地制造，提高企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)的能力。結(jié)束語(yǔ)現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)正在改變塑性加工領(lǐng)域的許多傳統(tǒng)觀念和生產(chǎn)組織方式，技術(shù)創(chuàng)新已成為21世紀(jì)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。由于新技術(shù)的應(yīng)用和引導(dǎo)，塑性加工在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用越來(lái)越大，在一定程度上決定了我國(guó)機(jī)械制造業(yè)在21世紀(jì)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，對(duì)此，我們要有足夠的認(rèn)識(shí)并采取得力的措施。激光快速成型系統(tǒng)軟件1.激光變長(zhǎng)線快速成型系統(tǒng)基本工作原理?快速成型技術(shù)的概念(RP)是在1979年日本東京大學(xué)教授中川威雄發(fā)明的疊層模型制造法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興技術(shù)。到目前它和新材料技術(shù)于一身的綜合學(xué)科。該項(xiàng)技術(shù)從了專(zhuān)用工具，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造的新概念：即當(dāng)零件的形狀、要求改變時(shí)，無(wú)需重新設(shè)計(jì)制造工裝專(zhuān)用工具，僅改變它的CAD模型，在重新調(diào)整、設(shè)置參數(shù)后即可制造出新的零件。這一技術(shù)的發(fā)展不僅給學(xué)術(shù)界帶來(lái)了一種全新的現(xiàn)代制造的技術(shù)發(fā)展種新思想，而且為解決長(zhǎng)期困擾工業(yè)界的用戶(hù)要求急，研制周期長(zhǎng)等問(wèn)題提供了一條嶄新的方法。因此受到了世界范圍的廣泛重視。到目前已發(fā)展了數(shù)十種快速成型方法，僅激光快速成型方法也已發(fā)展了十余種之多，概括起來(lái)主要分3類(lèi)：(1)直接利用光能的液體或固體化學(xué)方法；(2)直接利用光能的粉末燒結(jié)方法；(3)在已有表面上選擇性地添加材料(微?；?qū)悠?方法。本文所研究的激光變長(zhǎng)線快速成型方法屬于第二種，其基本工作原理如圖1。激光器發(fā)出的激光束通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)被展成一條長(zhǎng)度可控的激光線，其線長(zhǎng)由一電機(jī)(Z長(zhǎng)的激光線(L=50mm)，對(duì)在Ф500mm的工作平臺(tái)內(nèi)的任何圖形進(jìn)行掃描。由于該系統(tǒng)首次采用激光線段對(duì)粉末材料的燒結(jié)，省略了由激光點(diǎn)連成線燒結(jié)過(guò)程，從而可以大大提高述為一層層的平面輪廓信息，層厚可根據(jù)加工精度要求進(jìn)行設(shè)定，再以最大激光型，實(shí)體模型和曲面模型的造型三種功能，但目前多用實(shí)體模型和曲面模型進(jìn)行快速成型 高，在三角化離散時(shí)所用三角形的邊長(zhǎng)越小，對(duì)一個(gè)模型的描述所需的三角形就越多，離用就要對(duì)由STL文件格式所描述的模型進(jìn)行處理，以提供數(shù)控軟件所要求(3)分區(qū)處理軟件(1)對(duì)STL文件的正確性進(jìn)行檢驗(yàn)和修補(bǔ)片面錯(cuò)誤和小裂縫等)，但對(duì)于一些較大錯(cuò)誤如面片丟失，模型中含有相交體和面時(shí)，就形體，由于模型設(shè)計(jì)者的原因，在進(jìn)行兩個(gè)物體對(duì)接時(shí)(2)分層處理拓樸重建，從而可以根據(jù)任一三角形的頂點(diǎn)或邊可以快速找邊，以及與邊相關(guān)的三角形的其它邊，以便提高后序求交處差光能量，掃描速度以及材料等因素有關(guān)，因此在加工過(guò)程相應(yīng)改變相關(guān)加工參數(shù)的設(shè)置。預(yù)處理軟件。由于激光器能量和光學(xué)掃描頭線長(zhǎng)不可能無(wú)限，而且對(duì)于加工工件層面中有孔