模具快速成型课程总结课件

模具快速成型课程总结

模具快速成型课程总结

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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

本课程重点讲述的内容

绪论2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第一章绪论模具和模具工业31.2.3现代模具制造的特点传统制模现代制模制模质量依赖于人为因素，再现能力差，整体不易控制依赖于物化因素，再现能力强，能够整体控制制模流程串行方式进行，容易造成设计和制造脱节，重复劳动多，加工周期长并行方式进行，共享数学模型和数据库并行通信，相互协调重复劳动少，加工周期短制模评价通过试模进行评价，返修多，成本高计算机仿真和模拟来完善模具结构，返修少，成本低1.2.3现代模具制造的特点传统制模现代制模制模质量依赖于4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有机结合信息、现代管理技术在整个制造过程中综合应用先进制造技术定义◆先进制造技术是制造业不断吸收信息5

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MRPⅡCIMSIMSAM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TQCSECADNCROBOTFMC清洁生产技术质量6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去除法第二章现代模具加工方法概述2.1成形法7零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。近几年才发展起来的快速原型制造技术（RPM），是材料累加法的新发展。

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8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第三章特种加工特种加工技术概述9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10

机械过程利用机械力，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。机械过程热学过程电化学过程化学过程特种加工分类(按加11几种代表性特种加工方法几种代表性特种加工方法12电火花加工电火花加工原理图进给系统放电间隙工具电极工件电极直流脉冲电源工作液电火花加工电火花加工原理图进给系统放电间隙工具电极工件电极直13电解加工原理图电解液直流电源泵工件阳极阴极进给工具阴极电解加工电解加工原理图电解液直流电源泵工件阳极阴极进给工具阴极电解加14超声波加工

变幅杆超声波发生器振动方向工具换能器工作液喷嘴工件超声波加工变幅杆超声波发生器振动方向工具换能器工作液喷嘴工15激光加工激光器工件工作台激光加工原理图光阑反射镜聚焦镜电源激光加工激光器工件工作台激光加工原理图光阑反射镜聚焦镜电源16加工方法可加工材料工具损耗率/%

最低/平均材料去除率

mm3/min

最低/平均尺寸精度mm

最低/平均表面粗糙度

Raμm

最低/平均主要适用范围电火花成型任何导电金属材料，如硬质合金钢、耐热钢、不锈钛合金等

0.1/1030/30000.03/0.00310/0.04从数微米的孔、槽到数米的超大型模具、工件等，如各种类型的孔、各种类型的模具电火花线切割较小（可补偿）20/2000.02/0.0025/0.32切割各种二维及三维直纹面组成的模具及零件，也常用于钼、钨、半导体材料或贵重金属切削电解加工不损耗100/100000.1/0.011.25/0.16从微小零件到超大型工件、模具的加工，如型孔、型腔、抛光、去毛刺等电解磨削

1/501/1000.02/0.0011.25/0.04硬质合金钢等难加工材料的磨削，如硬质合金刀具、量具等几种常见特种加工方法的综合比较加工方法可加工材料工具损耗率/%

最低/平均材料去除率

17加工方法加工材料工具损耗率/%

最低/平均材料去除率

mm3/min

最低/平均尺寸精度mm

最低/平均表面粗糙度

Raμm

最低/平均主要适用范围超声加工任何脆性材料0.1/101/500.03/0.0050.63/0.16加工脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、金刚石、硅等，可加工型孔、型腔、小孔等激光束加工任何材料不损耗（三种加工，没有成型用的工具）瞬时去除率很高，受功率限制，平均去除率不高

0.01/0.00110/1.25精密加工小孔、窄缝及成型切割、蚀刻，如金刚石拉丝模、钟表宝石轴承电子束加工在各种难加工材料上打微小孔、切缝、蚀刻、焊接等，常用于制造大、中规模集成电路微电子器件离子束加工很低/0.01μm/0.01对零件表面进行超精密、超微量加工、抛光、刻蚀、掺杂、镀覆等几种常见特种加工方法的综合比较加工方法加工材料工具损耗率/%

最低/平均材料去除率

18第四章高速加工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第四章高速加工引言19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≥10000r/min。高速加工定义和Salomon曲线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20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ξ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，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加工效率高，材料去除率是常规的3-5倍高速加工的特点21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22航空航天汽车工业模具制造其它高速加工的应用航空航天高速加工的应用23高速加工和传统加工的区别高速加工和传统加工的区别24◎高速主轴单元制造技术；◎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◎高速主轴单元制造技术；与高速加工密切相关的技术25高速主轴的特征

转速特征值

(=轴径(mm)×转(r/min))回转精度/μm轴承材料特点应用滚珠轴承高速主轴

0.5-10.5陶瓷珠,如Si3N4

成本低,结构简单,转速和回转精度受限制各种高速加工机床和加工中心等液体静压轴承高速主轴>1<0.2轴承钢成本高,结构复杂,刚性较好,转速和回转精度高高速磨削、铣削等加工等空气静压轴承高速主轴>30.05轴承钢,多孔石墨成本很高,刚性较差,转速和回转精度很高精密磨削，铣削、雕刻、微小孔钻削及抛光等

磁浮轴承高速主轴40.2合金钢成本很高,结构复杂,刚性好,转速和回转精度高

加工中心高速主轴的特征转速特征值

(=轴径(mm)×转(r/min26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。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27直线电机驱动与滚珠丝杆间接驱动直线电机驱动与滚珠丝杆间接驱动28高速切削的刀具系统刀具材料: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、力膨胀夹头高速切削的刀具系统刀具材料:镀膜、超硬材料、刀具与工件材料29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第五章逆向工程逆向工程概述30逆向工程(ReverseEngineering),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(ReverseEngineering),又31逆向工程初始数据获得数字化模型实现数字化模型的物化成品设计人员操作人员技术要求测量方案操作规程CMM测绘工具点云模型/测量数据模型/样件设计标准工艺标准设计人员CAD/CAM系统工艺清单操作规程操作人员NC机床NC程序功能导向(Functionally-oriented)描述模式(Descriptivemodel)系统仿造(Systemas-is)逆向工程初始数据获得数字化模型实现数字化模型的物化成品设计人32合并调整点云曲率滤波点45,000,000

100,000划网格后处理合并反求输出划网格滤波扫描逆向工程合并调整点云曲率滤波划网格后处理合并反求输出划网格滤波扫描33逆向工程过程

逆向工程过程34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/CAM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。逆向工程的关键技术实物（产品）尺寸的三维测量技术35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。逆向工程的应用新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计逆向工程的应用36逆向工程用于塑模开发逆向工程用于塑模开发37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术快速成形技术的应用第六章快速成形技术快速成形技术内涵、范围及技术地位38快速成形概念

三维物体切片层制造叠加快速成形概念三维物体切39几种典型的RPM技术光敏树脂的选择性固化(StereoLithographyApparatus---SLA)；薄型材料选择性切割（LaminatedObjectManufacturing---LOM）；粉末材料选择性激光烧结（SelectiveLaserSintering---SLS）；丝状材料选择性融覆（FusedDepositionModeling---ＦＤＭ）；三维打印（ThreeDimensionalPrinting---3DP）；几种典型的RPM技术光敏树脂的选择性固化(StereoLi40StereoLithographyApparatus(SLA)StereoLithographyApparatus(S41薄型材料选择性切割(LOM)薄型材料选择性切割(LOM)42SelectiveLaserSintering(SLS)激光束激光发生器进给缸展铺粉末的辊子粉末工件Z工作台Z充满氮气的工作环境工件SelectiveLaserSintering(SLS)43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原理：加热器将热塑性材料加热成液态，根据片44丝状材料选择性融覆FDMFDM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丝状材料选择性融覆FDMFDM产生的横截面FDM的走丝不能45Threedimensionalprinting(3DP)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Threedimensionalprinting(3D46模具快速成型课程总结课件47模具快速成型课程总结课件48第七章快速模具技术第七章快速模具技术491.直接制模法(DirectTooling—DT)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1.直接制模法(DirectTooling—DT)RT的种50RT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。RT的种类2.间接制模法51直接用于模具嵌件快速铸造SL