模具快速成型课程总结

1、 绪论绪论 现代模具加工方法概述现代模具加工方法概述 特种加工技术特种加工技术 高速加工技术高速加工技术 反求工程反求工程 快速成形技术快速成形技术 快速模具快速模具 先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和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、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

2、总称。和竞争力的制造技术的总称。要点：要点： TQCSE基础制造技术CADCAMNC技术ROBOTFMC清洁生产技术质量与可靠性CE系统管理技术MRPCIMSIMSAM集成技术新型产业及市场需求带动（重大装备、高新技术产业、社会协调发展）系统工程及管理科学信息技术先进制造技术体系图 新材料技术新能源技术先进制造技术轮图2.1 成形法成形法2.2 累加法累加法2.3 去除法去除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。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

3、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。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。近几年才发展起来的快速原型制造技术（RPM），是材料累加法的新发展。 方法特点方法特点机械过程机械过程热学过程热学过程电化学过程电化学过程化学过程化学过程分类分类(按加工机理和采用能源按加工机理和采用能源)电火花加工原理图电火花加工原理图进给系进给系统统放电间隙放电间隙工具电极工具电极工件电极工件电极直流脉直流脉冲电源冲电源工作液工作液电解加工原理图电解加工原理图电解液电解液直流电直流电源源泵泵工件阳极工件阳极阴极进给阴极进给工具阴极工具阴极 变幅杆

4、变幅杆超声超声波发波发生器生器振动方向振动方向工具工具换能器换能器工作液工作液喷嘴喷嘴工件工件工件工件工作台工作台激光加工原理图激光加工原理图光阑光阑反射镜反射镜聚焦镜聚焦镜电源电源加工加工方法方法 可加工可加工材料材料工具损耗工具损耗率率 /%/%最低最低/ /平平均均材料去除率材料去除率mm3/minmm3/min最低最低/ /平均平均尺寸精度尺寸精度 mmmm最低最低/ /平均平均表面粗糙表面粗糙度度Ra mRa m最低最低/ /平均平均主要适用范围主要适用范围 电火电火花成花成型型任何导任何导电金属电金属材料，材料，如硬质如硬质合金钢、合金钢、耐热钢、耐热钢、不锈钛不锈钛合金等合金等0

5、.1/100.1/1030/300030/30000.03/0.0030.03/0.00310/0.0410/0.04从数微米的孔、槽到数从数微米的孔、槽到数米的超大型模具、工件米的超大型模具、工件等，如各种类型的孔、等，如各种类型的孔、各种类型的模具各种类型的模具电火电火花线花线切割切割较小（可较小（可补偿）补偿）20/20020/2000.02/0.0020.02/0.0025/0.325/0.32切割各种二维及三维直切割各种二维及三维直纹面组成的模具及零件，纹面组成的模具及零件，也常用于钼、钨、半导也常用于钼、钨、半导体材料或贵重金属切削体材料或贵重金属切削电解电解加工加工 不损耗不损耗

6、 100/10000100/100000.1/0.010.1/0.011.25/0.161.25/0.16从微小零件到超大型工从微小零件到超大型工件、模具的加工，如型件、模具的加工，如型孔、型腔、抛光、去毛孔、型腔、抛光、去毛刺等刺等电解电解磨削磨削 1/501/501/1001/1000.02/0.0010.02/0.0011.25/0.041.25/0.04硬质合金钢等难加工材硬质合金钢等难加工材料的磨削，如硬质合金料的磨削，如硬质合金刀具、量具等刀具、量具等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加工加工方法方法 加工加工材料材料工具损耗工具损耗率率 /%/%最低最低

7、/ /平均平均材料去除率材料去除率 mm3/minmm3/min最低最低/ /平均平均尺寸精度尺寸精度 mmmm最低最低/ /平平均均表面粗糙表面粗糙度度Ra mRa m最低最低/ /平均平均主要适用范围主要适用范围 超声超声加工加工任何任何脆性脆性材料材料0.1/100.1/101/501/500.03/0.00.03/0.005050.63/0.160.63/0.16加工脆硬材料，如玻璃、加工脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、金刚石、硅石英、宝石、金刚石、硅等，可加工型孔、型腔、等，可加工型孔、型腔、小孔等小孔等激光激光束加束加工工任何任何材料材料 不损耗不损耗（三种加（三种加工，没有工，没有

8、成型用的成型用的工具）工具）瞬时去除率瞬时去除率很高，受功很高，受功率限制，平率限制，平均去除率不均去除率不高高 0.01/0.00.01/0.0010110/1.2510/1.25精密加工小孔、窄缝及成精密加工小孔、窄缝及成型切割、蚀刻，如金刚石型切割、蚀刻，如金刚石拉丝模、钟表宝石轴承拉丝模、钟表宝石轴承电子电子束加束加工工 在各种难加工材料上打微在各种难加工材料上打微小孔、切缝、蚀刻、焊接小孔、切缝、蚀刻、焊接等，常用于制造大、中规等，常用于制造大、中规模集成电路微电子器件模集成电路微电子器件离子离子束加束加工工 很低很低 /0.01m/0.01m/0.01/0.01对零件表面进行超精密

9、、对零件表面进行超精密、超微量加工、抛光、刻蚀、超微量加工、抛光、刻蚀、掺杂、镀覆等掺杂、镀覆等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高速加工定义高速加工定义 加工效率高，材料去除率是常规的加工效率高，材料去除率是常规的3-53-5倍倍 刀具切削状况好，切削力小，主轴轴承、刀具刀具切削状况好，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，和工件受力均小。切削速度高，吃刀量很小，剪切变形区窄，变形系数剪切变形区窄，变形系数减小，切削力降低减小，切削力降低大概大概30%-90%30%-90% 刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部刀具和工件受热影响小。切削

10、产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工精度变形小，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，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，磨损慢受热影响小，破损的机率很小，磨损慢 工件表面质量好。轴向和径向切深小，工件粗工件表面质量好。轴向和径向切深小，工件粗糙度小糙度小; ;切削度高，机床激振频率远高于工艺切削度高，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，壁横向切削力很小

11、，有利于加工细筋和薄壁，壁厚甚至可厚甚至可1mm1 10.233 0.05 0.05轴承钢轴承钢, ,多多孔石墨孔石墨成本很高成本很高, ,刚性刚性较差较差, ,转速和回转转速和回转精度很高精度很高精密磨削，铣精密磨削，铣削、雕刻、微小削、雕刻、微小孔钻削及抛光等孔钻削及抛光等磁浮轴承磁浮轴承高速主轴高速主轴4 40.20.2合金钢合金钢成本很高成本很高, ,结构复结构复杂杂, ,刚性好刚性好, ,转速和回转速和回转精度高转精度高加工加工中心中心 n导轨的基本要求：导向精度高、刚度大、导轨的基本要求：导向精度高、刚度大、耐磨、运动灵活和平稳耐磨、运动灵活和平稳n导轨偶合面的结构形式导轨偶合面的

12、结构形式n直线电机驱动直线电机驱动 快速、精密、高精度和耐用。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显著减少摩擦力、间隙和磨损等机械传动的影响影响 获得一致高精度的位移运动、动态位移和精获得一致高精度的位移运动、动态位移和精确定位确定位 快速行程可达到快速行程可达到60m/min60m/min。镀膜、超硬材料、刀具与工件材料相适应镀膜、超硬材料、刀具与工件材料相适应n刀柄结构刀柄结构收缩夹头、液压膨胀夹头、力膨胀收缩夹头、液压膨胀夹头、力膨胀夹头夹头 逆向工程逆向工程 ( Reverse Engineering ), ( Reverse Engineering ),

13、又称为又称为, ,反求工程等反求工程等 定义定义: :逆向工程是将实物转变为逆向工程是将实物转变为CADCAD模型相关模型相关的数字化技术的数字化技术, ,几何模型重建技术和产品制造几何模型重建技术和产品制造技术的总称技术的总称, ,是将已有产品或实物模型转化为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工程设计模型和概念模型, ,在此基础上对已有在此基础上对已有产品进行解剖产品进行解剖, ,深化和再创造的过程深化和再创造的过程逆向工程逆向工程初始数据获得初始数据获得数字化模数字化模型实现型实现数字化模数字化模型的物化型的物化成品成品设计设计人员人员操作操作人员人员技术技术要求要求测量测

14、量方案方案操作操作规程规程CMM测绘测绘工具工具点云模型点云模型/测量数据测量数据模型模型/样件样件设计设计标准标准工艺工艺标准标准设计设计人员人员CAD/CAM系统系统工艺工艺清单清单操作操作规程规程操作操作人员人员NC机床机床NC程序程序功能导向功能导向 ( Functionally-oriented )描述模式描述模式 ( Descriptive model )系统仿造系统仿造 ( System as-is )合并调整点云合并调整点云曲率滤波曲率滤波点点45,000,000 100,000划网格划网格后处理后处理合并合并反求反求 输出输出划网格划网格滤波滤波扫描扫描逆向工程逆向工程 逆向

15、工程的关键技术逆向工程的关键技术1.1.实物（产品）尺寸的三维测量技术实物（产品）尺寸的三维测量技术2.2.测量数据的前处理技术。包括：测量数据的坏点、测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，等等据的去除，测量数据的简化和优化，等等3.3.测量数据的测量数据的CADCAD反向建模技术。包括：测量数据的分反向建模技术。包括：测量数据的分割和曲面拟合，被测实物的割和曲面拟合，被测实物的CADCAD模型重构技术等。模型重构技术等。4.4.逆向工程的接口技术。包括：测量数

16、据与快速成形系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（统的接口（STLSTL文件），测量数据与文件），测量数据与CNCCNC设备的接口设备的接口（DXFDXF、IGESIGES、点云文件），测量数据与、点云文件），测量数据与CAD/CAMCAD/CAM系统系统的接口（的接口（DXFDXF、IGESIGES、STEPSTEP文件），以实现与现有的文件），以实现与现有的制造设备、制造设备、CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM等软件的数据交换。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

17、设计意图已有零件的复制，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，消费模具样品开发：汽、机车，电、资、通产品，消费性电子产品及性电子产品及 相关零组件、运动器材、玩具、陶瓷、相关零组件、运动器材、玩具、陶瓷、鞋模等。鞋模等。 人体形状量测：人体外形量测、医学工程。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、广告动画造型设计：立体动画、多媒体虚拟实境、广告动画

18、等。等。 逆向工程的应用逆向工程的应用逆向工程用于塑模开发逆向工程用于塑模开发快速成形概念快速成形概念 三维物体三维物体切片切片层制造层制造叠加叠加 激光束激光束激光发生器激光发生器进给进给缸缸展铺粉末的展铺粉末的辊子辊子粉末粉末工件工件Z Z工作台工作台Z Z充满氮气的充满氮气的工作环境工作环境 工件工件FilamentSupplyHeatedFDM HeadMoltenFilamentFDM 产生的横截面产生的横截面FDM的走丝不能交叉,否则会在层面上形成高点开始铺一层粉喷射粘接剂降低打印平台最终零件重复去除铸造砂型的铸造砂型的CAD模型模型铸造砂型的装配铸造砂型的装配 浇铸浇铸 清砂后的气缸体铸件清砂后的气缸体铸件 型芯型芯注射件注射件型腔型腔铝填充环氧树脂模铝填充环氧树脂模以快速原型件作为母模以快速原型件作为母模, , 然然后浇注后浇注铝填充环氧树脂来形铝填充环氧树脂来形成注射模具的型芯和型腔成注射模具的型芯和型腔. .在原模表面电铸镍壳，