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1、快速制造粘土类陶瓷原型工艺研究1摘 要快速模具制造技术是20世纪80年代后期产生并发展起来的一种新型制造金属模具技术，它在制造特别复杂型腔模型的金属模具上大大缩短了模具产生的周期，降低了开发成本，在效率和精度方面优势明显。等离子熔射快速模具制造是快速模具制造技术的一种制模方法，它属于间接制模的一种，因其几乎不受制模材料和尺寸大小的限制，模具尺寸及表面精度高而被广泛采用。在等离子熔射制模工艺中，耐高温原型的获得一般是从硅胶模翻制而来，而硅胶模又是从快速制模的原型翻制得到的，两次翻制工艺会损失一定精度并耗费较多时间。本研究采用数控机床直接铣削粘土原型工艺，减少了上述工艺两次翻制的弊端。但是在铣削后
2、获得的原型还需要加热烧结获得耐高温原型，在烧结冷却过程中，粘土原型会发生先膨胀后收缩，到最后粘土原型会出现收缩。烧结工艺作为把粘土原型转变为陶瓷原型的一个关键工艺，其工艺质量的高低很大程度上影响到耐高温陶瓷原型表面尺寸精度。由于陶瓷原型硬且脆，精加工时容易形成崩豁且加工成本很高，为了尽量减少精加工时的去除量，研究粘土原型在加热烧结过程中尺寸变化即收缩率机理就显得尤为重要，由此引申出的尺寸补偿和参数化建模问题则考虑的是如何通过已知的陶瓷原型的尺寸来逆向反求出未知的粘土原型的尺寸以及在Pro/E制图软件上如何实现相关建模的操作。金相图样分析表明，粘土原型经过精加工后表面精度可达到，已经满足后续等离
3、子喷涂工艺的要求，不需要后续精加工了。但如果是加工陶瓷零件，考虑到表面精度要高的问题则还需要做磨削精加工，为此本文简略介绍了磨削相关理论和模型，并结合机器人自动抛光系统进一步论证其加工的可行性。关键字：快速制造；烧结工艺；尺寸补偿；参数化建模；磨削机理；机器人自动抛光 Process research II of Rapid Manufacturing Ceramic Prototyping of Clay ABSTRACTRapid tooling technology is in the late 1980s and developed a new type of manufacturin
4、g metal molds, it has obvious advantages in efficiency and accuracy, particularly in complex cavity model, due to greatly reducing the cycle of the mold, reducing development costs, Rapid tooling by plasma spraying is a rapid tooling technology, an indirect molding method, it is widely used because
5、it is almost free from the molding material and the size limit, the die size and high surface accuracy.Plasma spray tooling process, the high temperature prototype for general reproduction comes from the silicone mold, silicone mold from rapid tooling prototype reproduction, twice the reproduction p
6、rocess will lose some accuracy and spend more time. In this study, the use of CNC machine tools milling clay prototype process, reducing the drawbacks of the above process twice reproduced. Obtained after milling prototype heat sintering to obtain high-temperature prototype shrinkage after sintering
7、 cooling process, the clay prototype of the first expansion in the last clay prototype there will be shrinkage.The sintering process as a critical process, the level of the quality of the process greatly affected the prototype high-temperature ceramic surface dimensional accuracy of the clay prototy
8、pe into a ceramic prototype. Easy to form hard and brittle ceramic prototypes, finishing collapse excluded and the manufacturing cost is high, it is particularly important in order to minimize the finishing time of removal of clay prototype in dimensional changes in the heating during the sintering
9、shrinkage mechanism, which come out of the size of the compensation and parametric modeling to consider is how the size of the ceramic prototype known anti-reverse to find the unknown size of the clay prototype as well as how the operation of the relevant modeling in Pro / E drawing software .The me
10、tallography pattern analysis showed that the clay prototype surface accuracy after finishing can be achieved, they have met the requirements of the follow-up plasma spraying process, no follow-up finishing. Processed ceramic parts, taking into account the high surface accuracy you need to do the gri
11、nding finishing this paper, a brief description of the grinding-related theories and models, combined with the robot automatic polishing system further demonstrated that the processing viable sex.Keywords:RapidManufacturing;Roasting process;Dimension compensation;Parametric modeling;Grinding Mechani
12、sm;Automatic polishing robot目录摘 要I第一章绪论11.1 选题背景及目的11.2 国内外研究概况11.3对于尺寸补偿和参数化建模的个人理解31.4 本文的主要工作4第二章 粘土原型加热烧结工艺52.1 粘土原型加热收缩特性52.2 烧结工艺简介52.3烧结工艺实验62.3.1前期准备工作和设备仪器简介62.3.2烧结实验过程72.4测量粘土原型材料在空间三个方向上的收缩率92.5尺寸补偿和参数化建模102.5.1粘土原型材料在空间三个方向的补偿量102.5.2粘土原型的参数化建模11第三章 陶瓷原型磨削工艺153.1 陶瓷原型磨削工艺概述153.2 陶瓷磨削过程及
13、表征工件加工性能的磨削参数163.3 陶瓷磨削机理173.3.1 压痕断裂力学模型和切削加工模型173.3.2 陶瓷磨削中的脆性去除机理183.4 磨除率理论模型的建立18第四章 陶瓷原型磨削工艺实验研究194.1 实验基本思路194.2 机器人抛光加工实验系统概述204.3 磨头驱动方式的选择和终端执行器的设计214.4 选择软质抛光工具、游离磨料和磨具224.5 选择磨削参数224.6实验方案234.6.1 轴向预压量和磨头补偿量234.6.2 主轴转速对表面质量的影响234.6.3 横向进给对表面质量的影响244.7实验结果分析25谢辞27参考文献错误！未定义书签。附录A外文翻译-原文部
14、分29附录B外文翻译-译文部分34编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共1页第一章 绪论1.1 选题背景及目的 快速成形技术（Rapid Prototyping RP）是20世纪八九十年代发展起来的一种新型制造技术，它融合了机械工程、计算机技术、CAD/CAM技术、数控技术以及材料科学等诸多前沿技术。而随之发展起来的快速模具制造技术（Rapid Tooling RT）则是利用快速成形的模型为母模来翻置金属模具并生产实际产品，一般分为直接法和间接法两大类，它在制造特别复杂型腔模型的金属模具上大大缩短了模具产生的周期，降低了开发成本，在效率和精度方面具有明显优
15、势。等离子熔射快速模具制造（Rapid Plasma Spray Tooling，RPST）是快速模具制造技术的一种间接制模方法，它合理地利用了等离子喷涂技术与快速成形技术的互补性，可以准确地复制原模形状、尺寸和花纹，尤其适用于形状不规则、花样复杂但又是小批量生产的模具快速制造。通常选择粉末作为原型材料，先前已经有很多文献研究了使用石蜡、泡沫、石膏等作为原型材料的可行性。本文选择了粘土材料作为原型材料，原因有二：一是江西盛产粘土物美价廉；二是可塑性强、切削去除量大、烧结后固结成的陶瓷原型可直接喷涂。本研究采用数控中心直接铣削粘土原型工艺，省去了快速原型和硅胶模翻制的两个工序，可以明显缩短工艺流程和加工时间，并最终提高金属模具的制造精度。但是铣削获得的粘土原型还需要经过加热烧结后才能获得耐高温陶瓷原型。在烧结冷却过程中，粘土原型会发生先膨胀后收缩到最后再收缩的过程。烧结工艺作为粘土原型转变为耐高温喷涂陶瓷原型的一项关键工艺，它在改变原型表面尺寸和组织结构方面具有重要作用，也关系到是否有必要进行后续的精加工和最终喷涂模具的表面尺寸精度。由于陶瓷原型材料硬且脆，精加工时容易形成崩豁且加工成本很高，为了尽量减少陶瓷原型精加工时的去除量，研究粘土原型在加热烧结过程中尺寸变化即收缩率机理显得尤为重要，由此引申出的尺寸补偿和参数化建模问题则考虑的是如何通过已知的陶瓷原型的尺
