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1、模具快速成型课程总结,本课程重点讲述的内容,绪论 现代模具加工方法概述 特种加工技术 高速加工技术 反求工程 快速成形技术 快速模具,第一章 绪论,模具和模具工业 模具制造技术的发展趋势 模具先进制造技术 我国模具先进制造技术的发展,1.2.3 现代模具制造的特点,先进制造技术定义, 先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。 要点： 目标提高制造企业对市场的适应能力和竞争力 强调信息、现代管理与制造技术的
2、有机结合 信息、现代管理技术在整个制造过程中综合应用,新材料技术,新能源技术,先进制造技术轮图,第二章 现代模具加工方法概述,2.1 成形法 2.2 累加法 2.3 去除法,零件成形方法,材料成形法进入工艺过程物料初始重量近似等于加工后最终重量。如铸造、压力加工、粉末冶金、注塑成形等，多用于毛坯制造，但也可直接成形零件。 材料去除法零件的最终几何形状局限在毛坯的初始几何形状范围内，零件形状的改变是通过去除一部分材料，减少一部分重量来实现的。如切削与磨削，电火花加工、电解加工等特种加工等。 材料累加法传统的累加方法有焊接、粘接或铆接等，通过不可拆卸连接使物料结合成一个整体，形成零件。近几年才发展
3、起来的快速原型制造技术（RPM），是材料累加法的新发展。,第三章 特种加工,特种加工技术概述 电火花加工 电解加工 高能束加工,主要不是依靠机械能，而是用其它能量（如电能、光能、声能、热能、化学能等）去除材料。 工具不受显著切削力的作用，对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。 一般不会产生加工硬化现象。加工变形小，发热少(或仅局限于工件表层加工部位很小区域内)，工件热变形小，加工应力小，易于获得好的加工质量。 加工中能量易于转换和控制，有利于保证加工精度和提高加工效率。 材料去除速度一般低于常规加工方法，这也是目前常规加工方法仍占主导地位的主要原因。,特种加工方法特点,机械过程 利用机
4、械力，使材料产生剪切、断裂，以去除材料。如超声波加工、水喷射加工、磨料流加工等。,热学过程 通过电、光、化学能等产生瞬时高温，熔化并去除材料，如电火花加工、高能束加工、热力去毛刺等。,电化学过程 利用电能转换为化学能对材料进行加工，如电解加工、电铸加工（金属离子沉积）等。,化学过程 利用化学溶剂对材料的腐蚀、溶解，去除材料，如化学蚀刻、化学铣削等。,特种加工分类(按加工机理和采用能源),复合过程 利用机械、热、化学、电化学的复合作用，去除材料。,几种代表性特种加工方法,电火花加工,电解加工,超声波加工,激光加工,几种常见特种加工方法的综合比较,几种常见特种加工方法的综合比较,第四章 高速加工,
5、引言 高速加工的定义 高速加工的特点和应用 高速加工和传统加工的区别 高速加工的关键技术,采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。 以切削速度和进给速度界定：切削速度和进给速度为普通切削的5-10倍。 以主轴转速界定：主轴转速10000 r/min。,高速加工定义和Salomon曲线,加工效率高，材料去除率是常规的3-5倍 刀具切削状况好，切削力小，主轴轴承、刀具和工件受力均小。切削速度高，吃刀量很小，剪切变形区窄，变形系数减小，切削力降低大概30%-90% 刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走，
6、故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工精度 刀具寿命长（高速切削刀具）。刀具受力小，受热影响小，破损的机率很小，磨损慢,高速加工的特点,工件表面质量好。轴向和径向切深小，工件粗糙度小;切削度高，机床激振频率远高于工艺系统的固有频率，系统振动很小，表面质量好 横向切削力很小，有利于加工细筋和薄壁，壁厚甚至可1mm 高速切削刀具热硬性好，且切削热大部分被切屑带走，可进行高速干切削，实现绿色加工 可完成高硬度材料和硬度高达HRC40-62淬硬钢的加工， Ra0.4，加工效率是EDM的3-6倍,高速加工的特点,航空航天 汽车工业 模具制造 其它,高速加工的应用,高速加工和传统加工的区别,高速主轴单元制
7、造技术； 高速进给单元制造技术； 高速加工刀具与磨具制造技术； 高速加工在线检测与控制技术； 其他：如高速加工毛坯制造技术，干切技术，高速加工的排屑技术、安全防护技术等。 高速切削与磨削机理的研究，对于高速切削的发展也具有重要意义。,与高速加工密切相关的技术,高速主轴的特征,高速进给单元制造技术,导轨的基本要求：导向精度高、刚度大、耐磨、运动灵活和平稳 导轨偶合面的结构形式 直线电机驱动 快速、精密、高精度和耐用。 显著减少摩擦力、间隙和磨损等机械传动的影响 获得一致高精度的位移运动、动态位移和精确定位 快速行程可达到60m/min。,直线电机驱动与滚珠丝杆间接驱动,高速切削的刀具系统,刀具材
8、料: 镀膜、超硬材料、刀具与工件材料相适应 刀柄结构 接装刀具的模块：收缩夹头、液压膨胀夹头、力膨胀夹头,第五章逆向工程,逆向工程概述 逆向工程的数据采集技术 逆向工程的数据处理技术 逆向工程在模具制造中的应用,逆向工程 ( Reverse Engineering ),又称为,反求工程等 定义:逆向工程是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术,几何模型重建技术和产品制造技术的总称,是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型,在此基础上对已有产品进行解剖,深化和再创造的过程,逆向工程定义,逆向工程,功能导向 ( Functionally-oriented ) 描述模式 ( Descrip
9、tive model ) 系统仿造 ( System as-is ),合并调整点云,曲率滤波 点45,000,000 100,000,划网格,后处理,逆向工程,逆向工程过程,逆向工程的关键技术,实物（产品）尺寸的三维测量技术 测量数据的前处理技术。包括：测量数据的坏点、测量误差的去除，多视图测量数据的整体拼接，冗余数据的去除，测量数据的简化和优化，等等 测量数据的CAD反向建模技术。包括：测量数据的分割和曲面拟合，被测实物的CAD模型重构技术等。 逆向工程的接口技术。包括：测量数据与快速成形系统的接口（STL文件），测量数据与CNC设备的接口（DXF、IGES、点云文件），测量数据与CAD/C
10、AM系统的接口（DXF、IGES、STEP文件），以实现与现有的制造设备、CAD/CAE/CAM等软件的数据交换。,新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计 已有零件的复制，再现原产品的设计意图 损坏或磨损零件的还原 数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较 模具样品开发：汽、机车，电、资、通产品，消费性电子产品及 相关零组件、运动器材、玩具、陶瓷、鞋模等。 人体形状量测：人体外形量测、医学工程。 造型设计：立体动画、多媒体虚拟实境、广告动画等。,逆向工程的应用,逆向工程用于塑模开发,第六章 快速成形技术,快速成形技术内涵、范围及技术地位 几种典型的快速成形技
11、术 快速成形技术的应用,快速成形概念,三维物体,切片,层制造,叠加,几种典型的RPM技术,光敏树脂的选择性固化(Stereo Lithography Apparatus-SLA )； 薄型材料选择性切割（ Laminated Object Manufacturing-LOM ）； 粉末材料选择性激光烧结（ Selective Laser Sintering-SLS ）； 丝状材料选择性融覆（ Fused Deposition Modeling-）； 三维打印（Three Dimensional Printing-3DP）；,Stereo Lithography Apparatus(SLA),薄
12、型材料选择性切割(LOM),Selective Laser Sintering(SLS),丝状材料选择性融覆,原理：加热器将热塑性材料加热成液态，根据片层参数控制加热喷头沿模型断面层扫描，挤压并控制液体流量，使液体均匀铺撒在断面层上，快速冷却凝固并与上一层连接在一起，这样逐层叠加，形成原型。,丝状材料选择性融覆FDM,FDM 产生的横截面,FDM的走丝不能交叉,否则会在层面上形成高点,Three dimensional printing (3DP),第七章 快速模具技术,1.直接制模法(Direct ToolingDT) 将模具CAD的结果由RP系统直接制造成型。即在RP系统上直接制造出模具供
13、生产使用。 无需RP原型作样件，不依赖传统模具制造工艺，对金属模具制造快捷，开发前景好。 模具具有一定的耐高温和较好的强度和稳定性，用RP技术直接制造的模具经表面处理后可直接用于生产中。但由于RP成型工艺和成型材料等原因，还存在一系列技术难题.,RT的种类,RT的种类,2.间接制模法 间接RT法是以RP原型作样件间接制造模具的方法。 RPM技术克服了传统样件(模样)制作的缺点，能够更快、更好、更方便地设计并制造出各种复杂的原型。一般可使模具制造周期和制造成本降低1/2，大大提高生产效率和产品质量。 间接RT法已日臻成熟。其方法则根据零件的生产批量的大小而不同。,直接用于模具嵌件 快速铸造 SL
14、S直接烧结砂型 LOM制作木模的替代模 直接金属模 激光烧结低碳钢渗铜模 直接金属激光液相烧结模 三维打印直接制模,直接制模法,SLS直接烧结砂型的工艺过程,铸造砂型的CAD模型,铸造砂型的装配,浇铸,清砂后的气缸体铸件,低碳钢渗铜注射模芯和注射模零件,可以生产5万件以下的塑料零件，制成的直径200mm冲压模，加工200个零件后磨损小于0.08mm,间接快速制模,硅橡胶模 树脂型复合制模 工具钢-渗铜模 金属沉积模 镍壳背衬模 金属喷涂模 消失模铸造模 失蜡铸造模 陶瓷型精密铸造模,硅橡胶模,铝填充环氧树脂模,以快速原型件作为母模, 然后浇注铝填充环氧树脂来形成注射模具的型芯和型腔.,镍壳背衬
15、模应用,在原模表面电铸镍壳，然后设置共形冷却道，再电镀铜壳，并浇注背衬而构成的模具,手机电铸-背衬模及热注塑件,金属等离子薄层被喷射在原型件上,注射模具,填充金属基环氧树脂,成形半模,对下半模具重复上述过程,金属喷涂制模法,快速模具及样件,快速制造的种类,熔融金属粉末成形系统 选择性激光熔融工艺（Selective Laser MeltingSLM） 直接金属熔覆成形（Direct Metal DepositionDMD） 快速成形技术与传统加工方法的结合 叠层铣削,快速制造的发展,快速制造,RP和RT,概念模型和RP,1,100,1000,10000,2000,2005,2010,2010年快速制造的发展前景,零件数量 / 件,年份,
