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1、快速制造造粘土类类陶瓷原原型工艺艺研究11摘 要要快速模具具制造技技术是220世纪纪80年年代后期期产生并并发展起起来的一一种新型型制造金金属模具具技术，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。在等离子子熔射制制模工艺艺中，耐耐高温原原型的获获得一般般是从硅硅胶模翻翻制而来来，而硅硅胶模又又是从快快速制模模的原型型翻制得得到的，两两次翻制制工艺会会损失一一定精度度并耗费费较多时时间。
2、本本研究采采用数控控机床直直接铣削削粘土原原型工艺艺，减少少了上述述工艺两两次翻制制的弊端端。但是是在铣削削后获得得的原型型还需要要加热烧烧结获得得耐高温温原型，在在烧结冷冷却过程程中，粘粘土原型型会发生生先膨胀胀后收缩缩，到最最后粘土土原型会会出现收收缩。烧结工艺艺作为把把粘土原原型转变变为陶瓷瓷原型的的一个关关键工艺艺，其工工艺质量量的高低低很大程程度上影影响到耐耐高温陶陶瓷原型型表面尺尺寸精度度。由于于陶瓷原原型硬且且脆，精精加工时时容易形形成崩豁豁且加工工成本很很高，为为了尽量量减少精精加工时时的去除除量，研研究粘土土原型在在加热烧烧结过程程中尺寸寸变化即即收缩率率机理就就显得尤尤为重
3、要要，由此此引申出出的尺寸寸补偿和和参数化化建模问问题则考考虑的是是如何通通过已知知的陶瓷瓷原型的的尺寸来来逆向反反求出未未知的粘粘土原型型的尺寸寸以及在在Proo/E制制图软件件上如何何实现相相关建模模的操作作。金相图样样分析表表明，粘粘土原型型经过精精加工后后表面精精度可达达到，已经满满足后续续等离子子喷涂工工艺的要要求，不不需要后后续精加加工了。但但如果是是加工陶陶瓷零件件，考虑虑到表面面精度要要高的问问题则还还需要做做磨削精精加工，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：快速制制造；烧烧结工艺艺；尺寸寸补偿；参数化化建模；磨削机机
4、理；机机器人自自动抛光光Proccesss reeseaarchh IIIof Rappid MannufaactuurinngCeraamicc Prottotyypinng oofClayyABSTTRACCTRapiid ttoollingg teechnnoloogy is in thee laate 19880s andd deevellopeed aa neew ttypee off maanuffactturiing mettal mollds, itt haas oobviiouss addvanntagges in eeffiicieencyy annd aaccuuracc
5、y, parrticculaarlyy inn coompllex cavvityy moodell, ddue to greeatlly rreduucinng tthe cyccle of thee moold, reeduccingg deevellopmmentt coostss, RRapiid ttoollingg byy pllasmma sspraayinng iis aa raapidd toooliing tecchnoologgy, an inddireect molldinng mmethhod, itt iss wiidelly uuseddbeccausse iit
6、 iis aalmoost freee ffromm thhe mmolddingg maaterriall annd tthe sizze llimiit, thee diie ssizee annd hhighh suurfaace acccuraacy.Plassma sprray tooolinng pproccesss, tthe higgh ttempperaaturre pprottotyype forr geenerral repprodducttionn coomess frrom thee siilicconee moold, siilicconee moold froom
7、 rrapiid ttoollingg prrotootyppe rreprroduuctiion, twwicee thhe rreprroduuctiion proocesss wwilll loose somme aaccuuraccy aand speend morre ttimee. IIn tthiss sttudyy, tthe usee off CNNC mmachhinee tooolss miilliing claay pprottotyype proocesss, redduciing thee drrawbbackks oof tthe aboove proocesss
8、 ttwicce rreprroduucedd. OObtaaineed aafteer mmilllingg prrotootyppe hheatt siinteerinng tto oobtaain higgh-ttempperaaturre pprottotyype shrrinkkagee affterr siinteerinng ccoollingg prroceess, thhe cclayy prrotootyppe oof tthe firrst exppanssionn inn thhe llastt cllay prootottypee thheree wiill be s
9、hrrinkkagee.The sinnterringg prroceess as a ccritticaal pproccesss, tthe levvel of thee quualiity of thee prroceess greeatlly aaffeecteed tthe prootottypee hiigh-temmperratuure cerramiic ssurffacee diimennsioonall acccurracyy off thhe cclayy prrotootyppe iintoo a cerramiic pprottotyype. Eaasy to for
10、rm hhardd annd bbritttlee ceerammic prootottypees, finnishhingg coollaapsee exxcluudedd annd tthe mannufaactuurinng ccostt iss hiigh, itt iss paartiicullarlly iimpoortaant in ordder to minnimiize thee fiinisshinng ttimee off reemovval of claay pprottotyype in dimmenssionnal chaangees iin tthe heaati
11、nng dduriing thee siinteerinng sshriinkaage mecchannismm, wwhicch ccomee ouut oof tthe sizze oof tthe commpennsattionn annd pparaamettricc moodellingg too coonsiiderr iss hoow tthe sizze oof tthe cerramiic pprottotyype knoown antti-rreveersee too fiind thee unnknoown sizze oof tthe claay pprottotyyp
12、e as welll aas hhow thee opperaatioon oof tthe rellevaant moddeliing in Proo / E ddrawwingg sooftwwaree .The mettalllogrraphhy ppattternn annalyysiss shhoweed tthatt thhe cclayy prrotootyppe ssurffacee acccurracyy affterr fiinisshinng ccan be achhievved, thhey havve mmet thee reequiiremmentts oof tt
13、he follloww-upp pllasmma sspraayinng pproccesss, nno ffolllow-up finnishhingg. PProccesssed cerramiic ppartts, takkingg innto acccounnt tthe higgh ssurffacee acccurracyy yoou nneedd too doo thhe ggrinndinng ffiniishiing thiis ppapeer, a bbrieef ddesccripptioon oof tthe griindiing-rellateed ttheoorie
14、es aand moddelss, ccombbineed wwithh thhe rroboot aautoomattic pollishhingg syysteem ffurttherr deemonnstrrateed tthatt thhe pproccesssingg viiablle ssex.Keywwordds:RRapiidMaanuffactturiing;Roasstinngprroceess;Dimeensiion commpennsattionn;Paraamettricc moodellingg;Grrinddingg Meechaanissm;AAutoomatt
15、ic pollishhingg roobott目录摘要I第一章绪绪论11.1 选题背背景及目目的11.2 国内外外研究概概况11.3对对于尺寸寸补偿和和参数化化建模的的个人理理解31.4 本文的的主要工工作4第二章粘粘土原型型加热烧烧结工艺艺52.1 粘土原原型加热热收缩特特性52.2 烧结工工艺简介介52.3烧烧结工艺艺实验662.3.1前期期准备工工作和设设备仪器器简介662.3.2烧结结实验过过程72.4测测量粘土土原型材材料在空空间三个个方向上上的收缩缩率92.5尺尺寸补偿偿和参数数化建模模102.5.1粘土土原型材材料在空空间三个个方向的的补偿量量102.5.2粘土土原型的的参数化化建模111第三章陶陶瓷原型型磨削工工艺1553.1 陶瓷瓷原型磨磨削工艺艺概述1153.2 陶瓷瓷磨削过过程及表表征工件件加工性性能的磨磨削参数数163.3 陶瓷瓷磨削机机理1773.3.1 压压痕断裂裂力学模模型和切切削加工工模型1173.3.2 陶陶瓷磨削削中的脆脆性去除除机理1183.4 磨除除率理论论模型的的建立118第四章陶陶瓷原型型磨削工工艺实验验研究1194.1 实验验基本思思路1994.2 机器器人抛光光加工实实验系统统概述2204.3 磨头头驱动方方式的选选择和
