快速成型.pptx

一、一、机械加工机械加工是一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。按被加工的工件处于的温度状态分为冷加工和热加工。一般在常温下加工,并且不引起工件的化学或物相变化称冷加工。一般在高于或低于常温状态的加工会引起工件的化学或物相变化称热加工。冷加工按加工方式的差别可分为切削加工和压力加工。热加工常见有热处理煅造铸造和焊接。生产过程是指从原材料（或半成品）制成产品的全部过程。生产过程是指从原材料（或半成品）制成产品的全部过程。工艺过程是指在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸和性能，工艺过程是指在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸和性能，使之变为成品的过程。使之变为成品的过程。它是生产过程的主要部分。例如毛坯的铸造、锻造和焊接；改变材料性能的它是生产过程的主要部分。例如毛坯的铸造、锻造和焊接；改变材料性能的热处理；零件的机械加工等，都属于工艺过程。工艺过程又是由一个或若干热处理；零件的机械加工等，都属于工艺过程。工艺过程又是由一个或若干个顺序排列的工序组成的。个顺序排列的工序组成的。工序是工艺过程的基本组成单位。所谓工序是指在一个工作地点，对一个或工序是工艺过程的基本组成单位。所谓工序是指在一个工作地点，对一个或一组工件所连续完成的那部分工艺过程。构成一个工序的主要特点是不改变一组工件所连续完成的那部分工艺过程。构成一个工序的主要特点是不改变加工对象、设备和操作者，而且工序的内容是连续完成的。加工对象、设备和操作者，而且工序的内容是连续完成的。生产过程和工艺过程生产过程和工艺过程生产类型通常分为三类。生产类型通常分为三类。1单件生产单件生产 单个地生产某个零件，很少重复地生产。单个地生产某个零件，很少重复地生产。2成批生产成批生产 成批地制造相同的零件的生产。成批地制造相同的零件的生产。3大量生产大量生产 当产品的制造数量很大，大多数工作地点经常是重复进当产品的制造数量很大，大多数工作地点经常是重复进行一种零件的某一工序的生产。行一种零件的某一工序的生产。拟定零件的工艺过程时，由于零件的生产类型不同，所采用的加方法、拟定零件的工艺过程时，由于零件的生产类型不同，所采用的加方法、机床设备、工夹量具、毛坯及对工人的技术要求等，都有很大的不同。机床设备、工夹量具、毛坯及对工人的技术要求等，都有很大的不同。生产类型生产类型加工余量加工余量为了加工出合格的零件，必须从毛坯上切去的那层金属的厚度，称为为了加工出合格的零件，必须从毛坯上切去的那层金属的厚度，称为加工余量。加工余量又可分为工序余量和总余量。某工序中需要切除加工余量。加工余量又可分为工序余量和总余量。某工序中需要切除的那层金属厚度，称为该工序的加工余量。从毛坯到成品总共需要切的那层金属厚度，称为该工序的加工余量。从毛坯到成品总共需要切除的余量，称为总余量，等于相应表面各工序余量之和。除的余量，称为总余量，等于相应表面各工序余量之和。在工件上留加工余量的目的是为了切除上一道工序所留下来的加工误在工件上留加工余量的目的是为了切除上一道工序所留下来的加工误差和表面缺陷，如铸件表面冷硬层、气孔、夹砂层，锻件表面的氧化差和表面缺陷，如铸件表面冷硬层、气孔、夹砂层，锻件表面的氧化皮、脱碳层、表面裂纹，切削加工后的内应力层和表面粗糙度等。从皮、脱碳层、表面裂纹，切削加工后的内应力层和表面粗糙度等。从而提高工件的精度和表面粗糙度。而提高工件的精度和表面粗糙度。加工余量的大小对加工质量和生产效率均有较大影响。加工余量过大，加工余量的大小对加工质量和生产效率均有较大影响。加工余量过大，不仅增加了机械加工的劳动量，降低了生产率，而且增加了材料、工不仅增加了机械加工的劳动量，降低了生产率，而且增加了材料、工具和电力消耗，提高了加工成本。若加工余量过小，则既不能消除上具和电力消耗，提高了加工成本。若加工余量过小，则既不能消除上道工序的各种缺陷和误差，又不能补偿本工序加工时的装夹误差，造道工序的各种缺陷和误差，又不能补偿本工序加工时的装夹误差，造成废品。其选取原则是在保证质量的前提下，使余量尽可能小。一般成废品。其选取原则是在保证质量的前提下，使余量尽可能小。一般说来，越是精加工，工序余量越说来，越是精加工，工序余量越小。小。基准基准 机械零件是由若干个表面组成的，研究零件表面的相对关系，必须确定一个准，基准是零件上用来确定其它点、线、面的位置所依据的点、线、面。根据基准的不同功能，基准可分为设计基准和工艺基准两类。1设计基准设计基准 在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准，称为设计基准。如图32-2所cc2示的轴套零件，各外圆和内孔的设计基准是零件的轴心线，端面A是端面B、C的设计基准，内孔的轴线是外圆径向跳动的基准。2工艺基准工艺基准 零件在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同又分为装配基准、测量基准及定位基准。（1）装配基准 装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。（2）测量基准 用以检验已加工表面的尺寸及位置的基准，称为测量基准。如图32-2中的零件，内孔轴线是检验外圆径向跳动的测量基准；表面A是检验长度L尺寸l和的测量基准。（3）定位基准 加工时工件定位所用的基准，称为定位基准。作为定位基准的表面（或线、点），在第一道工序中只能选择未加工的毛坯表面，这种定位表面称粗基准.在以后的各个工序中就可采用已加工表面作为定位基准，这种定位表面称精基准。拟定工艺路线的一般原则拟定工艺路线的一般原则 机械加工工艺规程的制定，大体可分为两个步骤。首先是拟定零件加机械加工工艺规程的制定，大体可分为两个步骤。首先是拟定零件加工的工艺路线，然后再确定每一道工序的工序尺寸、所用设备和工艺工的工艺路线，然后再确定每一道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备以及切削规范、工时定额等。这两个步骤是互相联系的，应进行装备以及切削规范、工时定额等。这两个步骤是互相联系的，应进行综合分析。综合分析。拟定工艺路线的一般原则拟定工艺路线的一般原则1、先加工基准面、先加工基准面零件在加工过程中，作为定位基准的表面应首先加工出来，以便尽快零件在加工过程中，作为定位基准的表面应首先加工出来，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行基准先行”。2、划分加工阶段、划分加工阶段加工质量要求高的表面，都划分加工阶段，一般可分为粗加工、半精加工质量要求高的表面，都划分加工阶段，一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。主要是为了保证加工质量；有利于合理使用加工和精加工三个阶段。主要是为了保证加工质量；有利于合理使用设备；便于安排热处理工序；以及便于时发现毛坯缺陷等。设备；便于安排热处理工序；以及便于时发现毛坯缺陷等。3、先面后孔、先面后孔对于箱体、支架和连杆等零件应先加工平面后加工孔。这样就可以以对于箱体、支架和连杆等零件应先加工平面后加工孔。这样就可以以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置精度，而且对平面上的孔的加平面定位加工孔，保证平面和孔的位置精度，而且对平面上的孔的加工带来方便。工带来方便。4、光整加工、光整加工主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨滚压加工等），滚压加工等），应放在工艺路线最后阶段进行，加工后的表面光洁度在应放在工艺路线最后阶段进行，加工后的表面光洁度在Ra0.8um以上，轻微的碰撞都会损坏表面，在日本、德国等以上，轻微的碰撞都会损坏表面，在日本、德国等国家，在光整加工后，都要用绒布进行保护，绝对不准用手国家，在光整加工后，都要用绒布进行保护，绝对不准用手或其它物件直接接触工件，以免光整加工的表面，由于工序或其它物件直接接触工件，以免光整加工的表面，由于工序间的转运和安装而受到损伤。间的转运和安装而受到损伤。光整加工后的工件光整加工后的工件具体处理原则具体处理原则上述为工序安排的一般情况。有些具体情况可按下列原则处理。上述为工序安排的一般情况。有些具体情况可按下列原则处理。(1)、为了保证加工精度，粗、精加工最好分开进行。、为了保证加工精度，粗、精加工最好分开进行。因为粗加工时，切削量大，工件所受切削力、夹紧力大，发热量多，以及因为粗加工时，切削量大，工件所受切削力、夹紧力大，发热量多，以及加工表面有较显著的加工硬化现象，工件内部存在着较大的内应力，如果加工表面有较显著的加工硬化现象，工件内部存在着较大的内应力，如果粗、粗加工连续进行，则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很粗、粗加工连续进行，则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很快丧失。对于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前，快丧失。对于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前，还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。(2)、合理地选用设备。粗加工主要是切掉大部分加工余量，并不要求有较、合理地选用设备。粗加工主要是切掉大部分加工余量，并不要求有较高的加工精度，所以粗加工应在功率较大、精度不太高的机床上进行，精高的加工精度，所以粗加工应在功率较大、精度不太高的机床上进行，精加工工序则要求用较高精度的机床加工。粗、精加工分别在不同的机床上加工工序则要求用较高精度的机床加工。粗、精加工分别在不同的机床上加工，既能充分发挥设备能力，又能延长精密机床的使用寿命。加工，既能充分发挥设备能力，又能延长精密机床的使用寿命。(3)、在机械加工工艺路线中，常安排有热处理工序。热处理工序位置的安、在机械加工工艺路线中，常安排有热处理工序。热处理工序位置的安排如下：为改善金属的切削加工性能，如退火、正火、调质等，一般安排排如下：为改善金属的切削加工性能，如退火、正火、调质等，一般安排在机械加工前进行。为消除内应力，如时效处理、调质处理等，一般安排在机械加工前进行。为消除内应力，如时效处理、调质处理等，一般安排在粗加工之后，精加工之前进行。为了提高零件的机械性能，如渗碳、淬在粗加工之后，精加工之前进行。为了提高零件的机械性能，如渗碳、淬火、回火等，一般安排在机械加工之后进行。如热处理后有较大的变形，火、回火等，一般安排在机械加工之后进行。如热处理后有较大的变形，还须安排最终加工工序还须安排最终加工工序二、特种加工技术传统的机械加工已有很久的历史，它对人类的生产和物质文明起了极大的作用。传统机械加工技术：车、铣、钻、镗、刨、磨、车、铣、钻、镗、刨、磨、拉、齿形加工拉、齿形加工和其它、后来：随着生产发展的需要，对产品的要求愈来愈高，所用的材料愈来愈难加工，零件形状愈来愈复杂，精度、表面粗糙度和某些特殊要求也愈来愈高，于是产生了特种加工工艺特种加工工艺。特种加工技术的特点特种加工技术的特点主要用其他能量主要用其他能量(如电、化学、光、声、热如电、化学、光、声、热)去除金属材料。去除金属材料。工具硬度可以低于被加工材料的硬度（以柔克刚）。工具硬度可以低于被加工材料的硬度（以柔克刚）。加工过程中不存在显著的机械切削力（非接触）。加工过程中不存在显著的机械切削力（非接触）。加加工工范范围围广广，不不受受材材料料物物理理、机机械械性性能能的的限限制制，能能加加工工任任何何硬硬的的、软软的的、脆脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料。的、耐热或高熔点金属以及非金属材料。易于加工复杂型面、微细表面以及柔性、低刚度零件。易于加工复杂型面、微细表面以及柔性、低刚度零件。能能获获得得良良好好的的加加工工表表面面质质量量，热热应应力力、残残余余应应力力、冷冷作作硬硬化化、热热影影响响区区以以及及毛刺等均比较小。毛刺等均比较小。各各种种加加工工方方法法易易复复合合形形成成新新工工艺艺方方法法，便便于于推推广广应应用用。有有的的还还可可用用于于超超精精加加工、镜面光整加工和纳米级工、镜面光整加工和纳米级(原子级原子级)加工。加工。常用特种加工技术常用特种加工技术q电火花加工（电火花成型加工、电火花线切割加工）。q电化学加工（电解加工、电解磨削、电铸、电镀）。q高能束加工（激光加工、电子束加工、离子束加工）。q化学加工（化学铣削、化学抛光、光刻）。q超声加工（超声波成形加工、切割、焊接、清洗）。q液体喷射加工（表面清理、切割、雕刻、落料及打孔）。q复合加工（两种及两种以上特种加工方法组合）。电火花加工技术电火花加工技术 电火花加工是通过工件和工具电极间的放电而有控制地去除工件材料，以及使材料变形、改变性能或被镀覆的特种加工。1.1.电火花加工成型电火花加工成型适用于各种孔、槽模具，还可刻字、表面强化、涂覆等；2.2.电火花线切割加工电火花线切割加工适用于各种冲模、粉末冶金模及工件，各种样板、磁钢及硅钢片的冲片，钼、钨、半导体或贵重金属。电火花加工产品电火花加工产品电化学加工技术电化学加工技术 电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。1.1.电解加工电解加工适用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、抛光等。2.2.电铸加工电铸加工适用于形状复杂、精度高的空心零件，如波导管；注塑用的模具、薄壁零件；复制精密的表面轮廓；表面粗糙度样板、反光镜、表盘等零件。3.3.涂覆加工涂覆加工可针对表面磨损、划伤、锈蚀的零件进行涂覆以恢复尺寸；对尺寸超差产品进行涂覆补救。对大型、复杂、小批工件表面的局部镀防腐层、耐腐层，以改善表面性能。高能束加工技术高能束加工技术q高能束加工是利用能量密度很高的激光束、电子束或离子束等去除工件材料的特种加工方法的总称。1.1.激光束加工激光束加工主要应用有打孔、切割、焊接、金属表面的激光强化、微调和存储等。2.2.电子束加工电子束加工利用电子束将材料的局部加热至熔化或气化点进行加工的，适合打孔、切割槽缝、焊接及其他深结构的微细加工；或利用电子束的化学效应进行刻蚀、大面积薄层等微细加工等。3.3.离子束加工离子束加工主要应用于微细加工、溅射加工和注入加工。等离子弧加工适用于各种金属材料的切割、焊接、热处理，还可制造高纯度氧化铝、氧化硅和工件表面强化，还可进行等离子弧堆焊及喷涂。激光束加工超声加工技术超声加工技术q超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、抛光、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，以及超声振动使工件相互结合的加工方法。适用于成形加工、成形加工、切割加工、焊接加工和超声清洗。切割加工、焊接加工和超声清洗。旋转超声加工机床旋转超声加工机床液体喷射加工技术液体喷射加工技术q液体喷射加工液体喷射加工是利用水或水中加添加剂的液体，经水泵及增压器产生高速液体束流，喷射到工件表面，从而达到去除材料的目的。可加工薄、软的金属及非金属材料，去除腔体零件内部毛刺、使金属表面产生塑性变形。q磨料喷射加工磨料喷射加工适用于去毛刺加工、表面清理、切割加工、雕刻、落料及打孔等。化学加工技术化学加工技术q化学加工化学加工使利用化学溶液与金属产生化学反应，使金属腐蚀溶解，改变工件形状、尺寸的加工方法。用于去除材料表层，以减重；有选择地加工较浅或较深的空腔及凹槽；对板材、片材、成形零件及挤压成形零件进行锥孔加工。快速成型加工快速成形快速成形(RP-Rapid Prototyping)技术：技术：快速成形技术是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术。快速原型制造(RPM-Rapid Prototyping Manufacturing)技术:使用RP技术，由CAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术的总称。RP技术的基本过程技术的基本过程由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型；将三维模型沿一定方向（通常为Z向）离散成一系列有序的二维层片（习惯称为分层）；根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；成形机制造一系列层片并自动将它们联接起来，得到三维物理实体。（如图）快速成形过程示意图RP的离散/堆积成形流程主要的主要的RP技术技术SLA(Stereolithography Apparatus)工艺工艺 立体光刻立体光刻LOM(Laminated Object Manufacturing)工艺工艺 分层实体制造分层实体制造SLS(Selective Laser Sintering)工艺工艺 选择性激光烧结选择性激光烧结FDM(Fused Depostion Modeling)工艺工艺 熔融沉积制造熔融沉积制造3DP(Three Dimension Printing)工艺工艺 三维印刷三维印刷BPM(Ballistic Particle Manufacturing)工艺工艺 弹道颗粒制造弹道颗粒制造1、SLASLA技术是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光(如=325nm)的照射下能迅速发生光聚合反应,分子量急剧增大,材料也就从液态转变成固态。液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用下,能在液态表面上扫描,扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制,光点打到的地方,液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下二层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕,得到一个三维实体模型。SLA方法是目前快速成形技术领域中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。SLA工艺成形的零件精度较高。多年的研究改进了截面扫描方式和树脂成形性能，使该工艺的加工精度能达到0.1mm。但这种方法也有自身的局限性，比如需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒性等。原型零件2、LOM LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，热压辊热压片材，使之与下面已成形的工件粘接；用CO2激光器在刚粘接的新层上切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网格；激光切割完成后，工作台带动已成形的工件下降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料轴和供料轴，带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压辊热压，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完，得到分层制造的实体零件。LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面。因此成形厚壁零件的速度较快，易于制造大型零件。工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翘曲变形，零件的精度较高，小于0.15mm。工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所以LOM工艺无需加支撑。连续扫描仪连续扫描仪快速快速LOM原型原型3、SLS SLS工艺是利用粉末状材料成形的。将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分连接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择地烧结下层截面。SLS工艺的特点是材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、蜡等材料的零件。特别是可以制造金属零件。这使SLS工艺颇具吸引力。SLS工艺无需加支撑，因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。4、FDM FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等。以丝状供料。材料在喷头内被加热熔化。喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出；材料迅速凝固，并与周围的材料凝结(如图)。FDM工艺不用激光器件，因此使用、维护简单，成本较低。用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。由于以FDM工艺为代表的熔融材料堆积成形工艺具有一些显著优点，该类工艺发展极为迅速。熔融沉积制造(FDM)工艺由美国学者Dr.Scott Crump于1988年研制成功。并由美国Stratasys公司推出商品化的3D Modeler 1000、1100和FDM1600、1650等规格的系列产品，最新产品是制造大型ABS原型的FDM8000、Quantum等型号的产品。清华大学开发了与其工艺原理相近的MEM(Melted Extrusion Manufacturing)工艺及系列产品。MEM-600-I 5、3DP3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂(如硅胶)将零件的截面“印刷”在材料粉末上面(如图)。用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。先烧掉粘接剂，然后在高温下渗入金属，使零件致密化。提高强度6、BPM 它用一个压电喷射(头)系统来沉积熔化了的热塑性塑料的微小颗粒(如图)。BPM的喷头安装在一个5轴的运动机构上，对于零件中悬臂部分，可以不加支撑。而“不联通”的部分还要加支撑。