铸造成型

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高强耐磨过共晶铝合金离合器齿轮的压铸技术

摘要：针对压铸成形的ADC14汽车离合器齿轮厚壁部件，研究了适于压铸的过共晶Al-Si合金的P-Cu变质处理工艺。设计并模拟了齿轮的压铸工艺方案，开发了真空压铸及局部加压技术。

关键词：过共晶Al-Si合金；齿轮；厚壁压铸件；真空压铸；

Abstract: Aiming at die casting thick-walled ADC automobile clutch gear, P-Cu modification on hypereutectic Al-Si alloy suitable for die casting was conducted.Die casting scheme for clutch gear was designed and simulated, meanwhile,vacuum die casting and local pressurization technology were developed.

Key Words: Hypereutectic Al-Si Alloy, Gear, Thick-Walled Die Castings, Vacuum Die Casting

1 前言

近年来基于汽车轻量化的要求，越来越多的汽车零件正逐步由钢、铁改为铝、镁、塑料等轻质材料，其中以铝代钢铁是当前汽车轻量化的主要发展方向。而由于效率、成本、性能的综合考虑，目前采用压铸成形的零件越来越多，零件结构越来越复杂[1,2]。压铸合金材料也从常规的亚共晶Al-Si-Cu系（ADC12，A380）或共晶Al-Si系（YL102）合金向特殊的合金材料发展，如过共晶的Al-Si-Cu系合金（ADC14，A390）、亚共晶的Al-Si-Mg系（AlSi10MgFe）以及Al-Mg系（AlMg5）合金等也正逐步大量应用于压铸零件中。

过共晶Al-Si合金由于具有热膨胀系数小、密度小、耐磨及高温性能好、铸造性能优良等特点，是高强度、耐磨、低膨胀零件如汽车活塞、汽缸体、斜盘、离合器齿轮等的理想材料[3]。但是目前国内外有关Al-Si合金的压铸件开发及应用的报道很少[4,7]。

本综述介绍了通用汽车公司的过共晶Al-Si合金ADC14的离合器齿轮零件，齿轮的压铸成形技术，促进了高强耐磨铝合金材料在汽车零部件中的应用。

2 离合器齿轮的结构特点及技术要求

图1为离合器齿轮的铸件和零件结构图，尺寸为158mm×72mm。铸件材质

为A390或ADC14，壁厚为11～14mm，属于厚壁零件。齿形不加工，但齿下面的圆环部分加工量较多，最深达4mm。齿根表面不允许有凸点、龟裂等缺陷。加工表面不允许有大于0.3mm的孔洞，且仅限1个。

（a）铸件（b）加工后的零件

图1离合器齿轮的铸件图和加工后的零件图

该产品的压铸难度很大，主要原因是：①技术要求ADC14合金中初生Si颗粒小于50μm，分布均匀；②压铸过程中气孔缺陷的消除，因为齿下面的机加工量很大，气孔很容易暴露在外；③缩松缺陷的消除，压铸厚壁件中的缩松不易消除，且ADC14凝固时间长、收缩大，更加剧了缩松产生的倾向；④模具寿命，因ADC14合金的浇注温度高，极易产生龟裂，将大大缩短模具寿命，因此模温的控制要求高[8,9]。

3 齿轮的技术开发要点

3.1 ADC14的熔炼处理技术

ADC14中Si的含量高达17%，因而其熔点要高于一般压铸厂使用的ADC12，A380等合金。而现有的熔化炉，机边保温炉均是按照ADC12的标准设计，一般最高保温温度为700℃。ADC14的熔化出炉温度大约为760℃，机边保温温度为720℃左右[10]。因此需对现有的保温炉进行改造。采取的措施：一是更换保温炉的加热电阻丝，由30 kw增加到60 kw，并相应地对电炉控制柜进行扩容改造；二是在炉体外周增设一层保温棉，减少炉体向周围环境的散热[11]。改造完毕后，经实际检测，保温炉中的铝液在装满情况下，最高温度可达730℃，满足了ADC14

的使用要求。

P-Cu变质剂加入量不同对初生Si的变质效果也不同，试验中P的含量（质量分数，下同）有0.2%、0.4%、0.8%、1.0%几种。图2为P含量为0.1%时Si 的大小、分布及形态。图3为保温6 h后Si的分布及形态。由图2可知，经P-Cu 变质处理后，初生Si的形态由粗大的杆状变为颗粒状，随着P含量的增加，初生Si的变质效果更好，当P在0.1%左右时，初生Si大小一般在20～40μｍ之间，变质效果最好。在经过6 h保温后，虽然初生Si颗粒的尺寸有所变大，为30～50μｍ，但仍能满足离合器的齿轮技术要求，变质效果仍然良好，见图3。因此在实际生产中，若因机器或模具故障，导致铝液在保温炉中的停留时间大于6 h，必须重新进行变质处理，以消除变质衰退[12]。

图2 P含量为0.1%时的初生Si形态图3 保温6h后的初生Si形态

3.2 离合器齿轮的压铸工艺CAE

采用Flow3D软件，对图4的工艺方案进行了模拟计算，其充型过程见图5[13]。由图4可知，单浇口模式的流动充型过程为：铝液从内浇道逐步前行，在遇到中间孔时，液流分为两股，沿中间孔向前流动并汇合，直至进入溢流槽和排气道中。整个充型过程不存在真空排气道金属液封闭型腔金属液的现象，因而流动相对平稳，排气顺畅，符合顺序充型的要求[14]。

图４压铸工艺方案设计

图５离合器齿轮的单浇口流动充型模拟结果

3.3 真空压铸技术

为最大限度地消除铸件内部的卷气缺陷，通用公司采用了自主开发的机械式真空阀及高真空控制系统[15,16]（见图6）。同时对比研究了在相同参数下机械式真空阀与传统搓衣板式真空阀的效果（同一参数下的试验件数均为50件），见表1。由表1可知，在相同参数下，采用机械式真空阀比搓衣板式真空阀的效果好，铸件废品率均显著下降。

图６齿轮的真空压铸技术（圆圈处为真空阀的排气道）

表１不同真空阀的试验结果

3.4局部加压技术

由于齿轮中间孔处的厚壁不易补缩，易出现缩松缺陷，为此设置了局部加压点，见图７。

（a）加压前（b）加压后

图７局部加压方法示意图

局部加压方法是在充型完毕，在铸件厚壁处再施加外力进行强制补缩，以消除厚大部位处的缩松缺陷，该方法也称为局部挤压技术[17,18]。

本设计的局部加压方法是在齿轮的中间孔处额外增加一圆柱形的集液包，集液包的下端通过一环形通道与齿轮中心孔的内壁相接。局部挤压时，加压杆将圆柱形集液包中间的金属液强制挤入齿轮中心孔的厚壁处，完成补缩。

设计初期，局部加压的设计见图8a，其挤压口厚度为6mm，加压杆直径为20mm，加压杆前端为圆弧形。在试验时发现，不管如何调整参数如局部加压开始时间、局部加压压力等，铸件内壁下侧总存在缩松缺陷，无法完全消除[19]。改进后的局部挤压口厚度增加到8.5mm，加压杆直径增加到30mm，加压杆前端取消圆弧，为直线，见图8b。

(a) 改进前(b)改进后

图8局部加压工艺的改进示意图

图9为改进后不同加压开始时间（以压射起始信号不同局部加压开始时间的加压深部变化为计时零点）的试验结果。在加压开始时间为7.0s和6.5s时，铸件中的缩松缺减少，但不能完全消除；当时间为6.0s时，铸件中的缺陷消除。

(a) 加压开始时间为7.0s(b) 加压开始时间为6.5s (c) 加压开始时间为6.0s

图9不同局部加压开始时间的加压深部变化

由图9可知，随着局部加压开始时间的提前，加压杆的压入深度逐渐增大，当局部加压开始时间为6.0s时，加压深度达到最大，此时进入齿轮内部补缩的金属液最多，因而补缩效果最好，使铸件内部的缩松消失。

4 齿轮的金相组织

根据齿轮的技术要求，对齿轮铸件的金相组织（初生Si大小、分布及贫乏区）进行了检测[20]。图10为金相试样的取样示意图，试样位于轮齿处，从铸件顶部5mm下取样。

图10金相试样的取样及制备

图11和图12显示了初生Si颗粒分布均匀，无集聚或团聚现象；Si颗粒大小在20～40μｍ之间，达到了齿轮的技术要求。

图11 初生Si颗粒尺寸图12 初生Si分布由于金属液压入模具后与模具表面接触的部分凝固速度极快，Si相来不及析出而在铸件表面形成一层没有初生Si的区域，该区域称为Si贫乏区（见图13）。由于过共晶Al-Si合金的耐磨性主要来自于Si颗粒的高硬度，显然铸件表面Si 的缺乏将影响到铸件的抗磨性，因此，对于过共晶Al-Si合金而言，该贫乏区层越薄越好。由图13可知，离合器齿轮中的Si贫乏区深度为0.18～0.20ｍｍ。

图13轮齿表面的Si贫乏区深度

5 结语

当P的加入量为0.1%时，ADC14的变质效果好，变质时间可达6 h。铸件中初生Si尺寸为20～40 μm，分布均匀；铸件表面的Si贫乏区深度在0.18～0.20mm范围内。在相同压射参数下，采用机械式真空阀比搓衣板式排气阀的真空效果好，铸件的气孔缺陷废品率下降10%以上。优化后的局部加压技术消除了厚壁部位的缩松缺陷，提高了铸件内部质量。

对过共晶Al～Si合金的离合器齿轮综合应用了变质处理、数值模拟、真空压铸、局部加压等关键技术，有效解决了厚壁零件（壁厚11mm～14mm）在压铸生产中极易出现的气孔、缩松等缺陷，铸件内部质量大为提高，满足了零件的技术要求，并实现了批量生产，综合废品率在５％以下。

6 参考文献

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铸造成型工艺

名词解释 1.材料成形技术：利用生产工具对各种原材料进行增值加工或处理，材料制备成具一定结构形式和形状工件的方法 2.液态成型：将液态金属浇注到与零件形状相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法 3.逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金在凝固中不存在固液两相并存的凝固区，所以固液分界面清晰可见，一直向铸件中心移动（铸铁） 4.糊状凝固：铸件在结晶过程中，当结晶温度范围很宽且铸件界面上的温度梯度较小，则不存在固相层，固液两相共存的凝固区贯穿整个区域（铸钢） 5.同时凝固原则：铸件相邻各部位或铸件各处凝固开始及结束的时间相同或相近，甚至是同时完成凝固过程，无先后的差异及明显的方向性 6.顺序凝固原则：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身凝固。 7.均衡凝固原则：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方式 8.砂型铸造：以型砂（SiO2）为铸型、在重力下充型的液态成形工艺方法 9.金属型铸造：以金属为铸型、在重力下的液态成形方法。 10.熔模铸：以蜡为模型，以若干层耐火材料为铸型材料，成形铸型后，熔去蜡模形成型腔，最终在重力下成形的液态成形方法 11.压力铸：把液态或半液态的金属在高压作用下，快速充填铸型，并在高压下凝固而获得铸型的方法 12.低压铸造：是液态金属在较小的压力（20—80Kpa）作用下，使金属液由下而上对铸型进项充型，并在此压力下凝固成型的铸造工艺 13.反重力铸造：液态金属在与重力相反方向力的作用下完成充型，凝固和补缩的铸造成型 14.离心铸造：将液态金属浇注到高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法 15.消失模铸造：用泡沫塑料制成带有浇冒系统的模型，覆上涂料，用干砂造型，无需取模，直接浇注的铸件方法 16.浇注系统：液态金属流入型腔的通道的总称，通常由浇口杯，直浇道，直浇道窝，横浇道和内浇道组成 17.阻流界面：在浇注系统各组元中，截面积最小的部分称为阻流截面 18.集渣包：横浇道上被局部加大加高的部分 19.浇口比：直浇道，横浇道，内浇道截面积之比 20.热节：在壁的相互连接处由于壁厚增加，凝固速度最慢，最容易形成收缩类缺陷 分型面：两半铸型相互接触的表面。分为平直和曲面。作用：便于造型、下芯和起模具。 21.砂芯：为了起模方便并形成铸件的内腔、孔和铸件外形不能出砂的部位，所采用的砂块 22.芯头：伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部分芯头种类：垂直芯头、水平芯头、特殊结构的芯头 23.冒口：铸型内用于储存金属液的空腔，在铸件凝固过程中补给金属，起到防止缩孔，缩松，排气和集渣的作用 冒口=冒口区+轴线缩松区+末端区 24.冒口的补缩距离：冒口补缩后形成的致密冒口区和致密末端区之和 25.补贴：为实现顺序凝固和增强补缩效果，在靠近冒口的壁厚上补加倾斜的金属块 26.均衡凝固：利用铸铁件石墨的共晶膨胀消除缩松的工艺方法 27.缩孔与缩松：液态合金在冷凝过程中，若其液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的称为锁孔，细小而分散的称为缩松 28.收缩时间分数：铸铁件表观收缩时间与铸件凝固时间的比值 29.补缩量：铸件从浇注系统，冒口抽吸的补缩液量收缩模数：均衡凝固时均衡点的模数 30.复合材料：由有机高分子，无机非金属和金属等几类不同材料人工复合而成的新型材料。它既保留原组分的主要特征，又获得了原组分不具备的优越性能 31.机械加工余量：在铸件加工表面上流出的、准备切削去的金属厚度。 32.冒口补缩通道：末端多了一个散热面，散热快—构成一个朝向冒口而递增的温度梯度；存在平行于轴线的散热表面，形成一个朝向冒口的楔形的补缩通道 33.工艺出品率：铸件质量占铸件及浇注系统（含冒口）质量的比例 34.反重力铸造：指液态金属在与重力方向相反方向力的作用下完成充型，补缩和凝固过程的铸造成型方法 35.离心铸造：指将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属在离心力的作用下充填型腔并凝固成型的方法

3D打印与快速成型和快速制造之间的区别和联系

3D打印与快速成型和快速制造之间的区别和 联系 D、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。目前国内传媒界习惯把快速成型技术叫做“3D打印”或者“三维打印”，显得比较生动形象，但是实际上，“3D打印”或者“三维打印”只是快速成型的一个分支，只能代表部分快速成型工艺。快速制造（Rapid Manufacturing，简称RM），有狭义和广义之分，狭义上是基于激光粉末烧结快速成型技术的全新制造理念，实际上属于RP快速成型技术的其中一个分支，它是指从电子数据直接自动地进行快速的、柔性并具有较低成本的制造方式。快速制造它与一般的快速成型技术相比，在于可以直接生产最终产品，能够适应从单件产品制造到批量的个性化产品制造；而广义上，RM快速制造可以包括“快速模具”技术和CNC数控加工技术在内，因此可以与RP快速成型技术分庭抗礼，各擅胜场。国际上喜欢用“Additive Manufacturing”（简称AM）来囊括RP和RM 技术，国内翻译为增量制造、增材制造或添加制造。年美国ASTM 成立了F42委员会，将AM定义为：

“Process of joining mat-erials to make objects from3d model data, usua-lly layer upon layer, as opposed to subtractive manufacturing methodologies、” 即：一种与传统的材料去处加工方法截然相反的，通过增加材料、基于三维CAD模型数据，通常采用逐层制造方式，直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。解析二：几种主流快速成型工艺的成型原理及优缺点 1、激光光固化（SLAStereolithography）该技术以光敏树脂为原料，将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂连点扫描，便被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当层固化完毕，移动工作台，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此重复直到整个零件原型制造完毕。美国3DSYSTEMS 公司是最早推出这种工艺的公司。该项技术特点是精度和光洁度高，但是材料比较脆，运行成本太高，后处理复杂，对操作人员要求较高。适合验证装配设计过程中用。 2、三维打印成型（3DP3Dimension Printer）其最大特点是小型化和易操作，多用于商业、办公、科研和个人工作室等环境。而根据打印方式的不同，3DP三维打印技术又可以分为热爆式三维打印（代表：美国3D Systems公司的 Zprinter系列原属ZCorporation公司，已被3D Systems公司收购）、压电式三维打

快速成型工艺比较

快速成形典型工艺比较 关键词及简称 光固化成形（简称：SLA或AURO）光敏树脂为原料 熔融挤压成形（简称：FDM或MEM）ABS丝为原料 分层实体成形（简称：LOM或SSM）纸为原料 粉末烧结成形（简称：SLS或SLS）蜡粉为原料 光固化成形 光固化成形是最早出现的快速成形工艺。其原理是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长(x=325nm)和强度(w=30mw)的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应, 分子量急剧增大, 材料也就从液态转变成固态。图1光固化工艺原理图 图1 工艺过程为：液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用下, 能在液体表面上扫描, 扫描的轨迹及激光的有无均由计算机控制, 光点扫描到的地方, 液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，液面始终处于激光的焦平面，聚焦后的光斑在液

面上按计算机的指令逐点扫描即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕, 得到一个三维实体原型。 光固化工艺的设备做出的零件其优点是精度较高、表面效果好，零件制作完成后需要少量打磨，将层层的堆积痕迹去除。光固化工艺制作的零件打磨工作量相对其他工艺设备制作的零件的打磨量是最小的；其缺点是强度低无弹性，无法进行装配。光固化工艺设备的原材料很贵，种类不多。光固化设备的零件制作完成后，还需要在紫外光的固化箱中二次固化，用以保证零件的强度。液漕内的光敏树脂经过半年到一年的时间就要过期，所以要有大量的原型服务以保证液漕内的树脂被及时用完，否则新旧树脂混在一起会导致零件的强度下降、外形变形。如需要更换不同牌号的材料就需要将一个液漕的光敏树脂全部更换，工作量大树脂浪费很多。三十几万的紫外激光器只能用1万小时，使用一年后激光器更换需要二次投入三十几万的费用。 熔融挤压成形 熔融挤压成形工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层堆积成型。熔融挤压成形工艺原理是材料先抽成丝状，通过送丝机构送进喷头，在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结，层层堆积成型。图2熔融挤压工艺原理图

快速成型技术与试题---答案

试卷 2. 3.快速成型技术的主要优点包括成本低，制造速度快，环保节能，适用于新产品开发和单间零件生产等 4.光固化树脂成型（SLA）的成型效率主要与扫描速度，扫描间隙，激光功率等因素有关 5. 也被称为：3D打印，增材制造； 6.选择性激光烧结成型工艺（SLS）可成型的材料包括塑料，陶瓷，金属等； 7.选择性激光烧结成型工艺（SLS）工艺参数主要包括分层厚度，扫描速度，体积成型率，聚焦光斑直径等； 8.快速成型过程总体上分为三个步骤，包括：数据前处理，分层叠加成型（自由成型），后处理； 9.快速成型技术的特点主要包括原型的复制性、互换性高，加工周期短，成本低，高度技术集成等； 10.快速成型技术的未来发展趋势包括：开发性能好的快速成型材料，改善快速成形系统的可靠性，提高其生产率和制作大件能力，优化设备结构，开发新的成形能源，快速成形方法和工艺的改进和创新，提高网络化服务的研究力度，实现远程控制等； 11.光固化快速成型工艺中，其中前处理施加支撑工艺需要添加支撑结构，支撑结构的主要作用是防止翘曲变形，作为支撑保证形状； 二、术语解释 1.STL数据模型 是由3D SYSTEMS 公司于1988 年制定的一个接口协议，是一种为快速原型制造技术服务的三维图形文件格式。STL 文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个定点的三维坐标及三角形面片的法矢量。stl 文件是在计算机图形应用系统中，用于表示三角形网格的一种文件格式。它的文件格式非常简单，应用很广泛。STL是最多快速原型系统所应用的标准文件类型。STL是用三角网格来表现3D CAD模型。STL只能用来表示封闭的面或者体，stl文件有两种：一种是ASCII明码格式，另一种是二进制格式。 2.快速成型精度包括哪几部分 原型的精度一般包括形状精度，尺寸精度和表面精度，即光固化成型件在形状、尺寸和表面相互位置三个方面与设计要求的符合程度。形状误差主要有：翘曲、扭曲变形、椭圆度误差及局部缺陷等；尺寸误差是指成型件与CAD模型相比，在x、y、z三个方向上尺寸相差值；表面精度主要包括由叠层累加产生的台阶误差及表面粗糙度等。 3.阶梯误差 由于快速成型技术的成型原理是逐层叠加成型，因此不可避免地会产生台阶效应，使得零件的表面只是原CAD模型表面的一个阶梯近似（除水平和垂直表

几种常见快速成型工艺的比较

几种快速成型方式的比较 几种常见快速成型工艺的比较 在快速领域里一直站主导地位快速成型工艺主要包括：FDM, SLA, SLS, LOM等工艺，而这几种工艺又各有千秋，下面我们在主 要看一下这几种工艺的优缺点比较： FDM(fused deposition Modeling)丝状材料选择性熔覆快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材（如工程塑料、聚碳酸酯）加热熔化进而堆积成型方法，简称丝状材料选择性熔覆. 原理如下：加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作平面运动，热塑性丝状材料由供丝机构送至热熔喷头，并在喷头中加热和熔化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层画出截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。 这种工艺方法同样有多种材料可供选用，如工程塑料;聚碳酸酯、工程塑料PPSF: 以及ABS 与PC的混合料等。这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，并可安全地用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。专门开发的针对医用的材料ABS-i: 因为其具有良好的化学稳定性，可采用伽码射线及其他医用方式消毒，特别适合于医用。 FDM快速原型技术的优点是： 制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的污染；1次成型、易于操作且不产生垃圾；独有的水溶性支撑技术，使得去除支撑结构简单易行，可快速构建瓶状或中空零件以及一次成型的装配结构件； 原材料以材料卷的形式提供，易于搬运和快速更换。 可选用多种材料，如各种色彩的工程塑料以及医用ABS等 快速原型技术的缺点是：成型精度相对国外先进的SLA工艺较低，最高精度、成型表面光洁度不如国外 SLA：成型速度相对较慢光敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography)原理的一种工艺的简称，是最早出现的一种快速成型技术。在树脂槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的树脂薄片。然后，工作台下降一层

3D打印与快速成型和快速制造之间地区别和联系

3D打印与快速成型和快速制造之间的区别和联系当前，3D打印、3D打印机、三维打印、快速成型、快速制造、数字化制造这些名词，如同一股旋风，仿佛一夜之间就在学术界、政界、传媒界、金融界、制造界掀起了巨澜。然而至今还没有一篇文章能够全面、完整地对这些名词进行解析，让人们真正认识和了解“什么是3D打印”、“什么是快速制造”。 解析一：概念 快速成型（Rapid Prototyping，简称RP），诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种新型技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。目前国传媒界习惯把快速成型技术叫做“3D打印”或者“三维打印”，显得比较生动形象，但是实际上，“3D打印”或者“三维打印”只是快速成型的一个分支，只能代表部分快速成型工艺。 快速制造（Rapid Manufacturing，简称RM），有狭义和广义之分，狭义上是基于激光粉末烧结快速成型技术的全新制造理念，实际上属于RP快速成型技术的其中一个分支，它是指从电子数据直接自动地进行快速的、柔性并具有较低成本的制造方式。快速制造它与一般的快速成型技术相比，在于可以直接生产最终产品，能够适应从单件产品制造到批量的个性化产品制造；而广义上，RM快速制造可以包括“快速模具”技术和CNC数控加工技术在，因此可以与RP快速成型技术分庭抗礼，各擅胜场。 国际上喜欢用“Additive Manufacturing”（简称AM）来囊括RP和RM技术，国翻译为增量制造、增材制造或添加制造。2009年美国ASTM成立了F42委员会，将AM定义为：“Process of joining mat-erials to make objects from 3d model data, usua-lly layer upon layer, as opposed to subtractive manufacturing methodologies.”即：一种与传统的材料去

几种常见快速成型工艺优缺点比较

几种常见快速成型工艺优缺点比较 FDM 丝状材料选择性熔覆（FusedDepositionModeling）快速原型工艺是一种不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材加热溶化的成型方法，简称FDM。 丝状材料选择性熔覆的原理室，加热喷头在计算机的控制下，根据产品零件的截面轮廓信息，作X-Y平面运动。热塑性丝状材料（如直径为1.78mm的塑料丝）由供丝机构送至喷头，并在喷头中加热和溶化成半液态，然后被挤压出来，有选择性的涂覆在工作台上，快速冷却后形成一层大约0.127mm厚的薄片轮廓。一层截面成型完成后工作台下降一定高度，再进行下一层的熔覆，好像一层层"画出"截面轮廓，如此循环，最终形成三维产品零件。 这种工艺方法同样有多种材料选用，如ABS塑料、浇铸用蜡、人造橡胶等。这种工艺干净，易于操作，不产生垃圾，小型系统可用于办公环境，没有产生毒气和化学污染的危险。但仍需对整个截面进行扫描涂覆，成型时间长。适合于产品设计的概念建模以及产品的形状及功能测试。由于甲基丙烯酸ABS（MABS）材料具有较好的化学稳定性，可采用加码射线消毒，特别适用于医用。但成型精度相对较低，不适合于制作结构过分复杂的零件。 FDM快速原型技术的优点是： 1、制造系统可用于办公环境，没有毒气或化学物质的危险。 2、工艺干净、简单、易于材作且不产生垃圾。 3、可快速构建瓶状或中空零件。 4、原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和快速更换。 5、原材料费用低，一般零件均低于20美元。 6、可选用多种材料，如可染色的ABS和医用ABS、浇铸用蜡和人造橡胶。

FDM快速原型技术的缺点是： 1、精度较低，难以构建结构复杂的零件。 2、垂直方向强度小。 3、速度较慢，不适合构建大型零件。 SLA 敏树脂选择性固化是采用立体雕刻（Stereolithography）原理的一种工艺，简称SLA，也是最早出现的、技术最成熟和应用最广泛的快速原型技术。 在树脂液槽中盛满液态光敏树脂，它在紫外激光束的照射下会快速固化。成型过程开始时，可升降的工作台处于液面下一个截面层厚的高度，聚焦后的激光束，在计算机的控制下，按照截面轮廓的要求，沿液面进行扫描，使被扫描区域的树脂固化，从而得到该截面轮廓的塑料薄片。然后，工作台下降一层薄片的高度，以固化的塑料薄片就被一层新的液态树脂所覆盖，以便进行第二层激光扫描固化，新固化的一层牢固的粘结在前一层上，如此重复不已，知道整个产品成型完毕。最后升降台升出液体树脂表面，即可取出工件，进行清洗和表面光洁处理。 光敏树脂选择性固化快速原型技术适合于制作中小形工件，能直接得到塑料产品。主要用于概念模型的原型制作，或用来做装配检验和工艺规划。它还能代替腊模制作浇铸模具，以及作为金属喷涂模、环氧树脂模和其他软模的母模，使目前较为成熟的快速原型工艺。 SLA快速原型技术的优点是： 1、系统工作稳定。系统一旦开始工作，构建零件的全过程完全自动运行，无需专人看管，直到整个工艺过程结束。 2、尺寸精度较高，可确保工件的尺寸精度在0.1mm以内。 3、表面质量较好，工件的最上层表面很光滑，侧面可能有台阶不平及不同层面间的曲面不平。

快速成型典型工艺简介

快速成形典型工艺简介 关键词及简称 光固化成形（简称：SLA或AURO）光敏树脂为原料 熔融挤压成形（简称：FDM或MEM）ABS丝为原料 光固化成形 光固化成形是最早出现的快速成形工艺。其原理是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长(x=325nm)和强度(w=30mw)的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应, 分子量急剧增大, 材料也就从液态转变成固态。 图1光固化工艺原理图 工艺过程为：液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用下, 能在液体表面上扫描, 扫描的轨迹及激光的有无均由计算机控制, 光点扫描到的地方, 液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，液面始终处于激光的焦平面，聚焦后的光斑在液面上按计算机

的指令逐点扫描即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，刮平器将粘度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复直到整个零件制造完毕, 得到一个三维实体原型。 光固化工艺的设备做出的零件其优点是精度较高、表面效果好，零件制作完成打磨后，将层层的堆积痕迹去除。光固化工艺是运行费用最高，且强度低无弹性，无法进行装配。光固化工艺设备的原材料很贵，种类不多。光固化设备的零件制作完成后，还需要在紫外光的固化箱中二次固化，用以保证零件的强度。液漕内的光敏树脂经过半年到一年的时间就要过期，所以要有大量的原型服务以保证液漕内的树脂被及时用完，否则新旧树脂混在一起会导致零件的强度下降、外形变形。如需要更换不同牌号的材料就需要将一个液漕的光敏树脂全部更换，工作量大、树脂浪费很多。一年内液漕光敏树脂必须用完否则将会变质，用户需要重新投入近十万元采购光敏树脂。三十万的端面泵浦固体紫外激光器只能用1万小时，使用两年后激光器更换需要二次投入三十万的费用。振镜系统也是有易损件，再次更换需要十几万元的投入。由于设备的运行费用高，这种设备一般被大型集团或有足够资金的企业采购。 熔融挤压成形 熔融挤压成形工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层堆积成型。熔融挤压成形工艺原理是材料先抽成丝状，通过送丝机构送进喷头，在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充

金属成形方法大全.docx

金属成形方法大全 铸造 液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中,待其冷却凝固,以获得毛坯或零件的生产方法,通常称为金属液态成形或铸造。 工艺流程：液体金属→充型→凝固收缩→铸件 工艺特点： 1、可生产形状任意复杂的制件,特别是内腔形状复杂的制件。 2、适应性强,合金种类不受限制,铸件大小几乎不受限制。 3、材料来源广,废品可重熔,设备投资低。 4、废品率高、表面质量较低、劳动条件差。 铸造分类： （1）砂型铸造（sand casting） 在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。 工艺流程： 技术特点： 1、适合于制成形状复杂,特别是具有复杂内腔的毛坯； 2、适应性广,成本低； 3、对于某些塑性很差的材料,如铸铁等,砂型铸造是制造其零件或,毛坯的唯一的成形工艺。 应用：汽车的发动机气缸体、气缸盖、曲轴等铸件 （2）熔模铸造(investmentcasting) 通常是指在易熔材料制成模样,在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳,再将模样熔化排出型壳,从而获得无分型面的铸型,经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。常称为“失蜡铸造”。

工艺流程： 优点： 1、尺寸精度和几何精度高； 2、表面粗糙度高； 3、能够铸造外型复杂的铸件,且铸造的合金不受限制。 缺点：工序繁杂,费用较高 应用：适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件,如涡轮发动机的叶片等。 （3）压力铸造(die casting) 利用高压将金属液高速压入一精密金属模具型腔内,金属液在压力作用下冷却凝固而形成铸件。 工艺流程： 优点： 1、压铸时金属液体承受压力高,流速快 2、产品质量好,尺寸稳定,互换性好； 3、生产效率高,压铸模使用次数多； 4、适合大批大量生产,经济效益好。 缺点： 1、铸件容易产生细小的气孔和缩松。 2、压铸件塑性低,不宜在冲击载荷及有震动的情况下工作； 3、高熔点合金压铸时,铸型寿命低,影响压铸生产的扩大。 应用：压铸件最先应用在汽车工业和仪表工业,后来逐步扩大到各个行业,如农业机械、机床工业、电子工业、国防工业、计算机、医疗器械、钟表、照相机和日用五金等多个行业。 （4）低压铸造(low pressure casting) 指使液体金属在较低压力(0.02～0.06MPa)作用下充填铸型,并在压力下结晶以形成铸件的方法。

铸造工艺流程介绍

铸造生产的工艺流程 铸造生产是一个复杂的多工序组合的工艺过程，它包括以下主要工序： 1）生产工艺准备，根据要生产的零件图、生产批量和交货期限，制定生产工艺方案和工艺文件，绘制铸造工艺图； 2）生产准备，包括准备熔化用材料、造型制芯用材料和模样、芯盒、砂箱等工艺装备； 3）造型与制芯； 4）熔化与浇注； 5）落砂清理与铸件检验等主要工序。 成形原理 铸造生产是将金属加热熔化，使其具有流动性，然后浇入到具有一定形状的铸型型腔中，在重力或外力（压力、离心力、电磁力等）的作用下充满型腔，冷却并凝固成铸件（或零件）的一种金属成形方法。 图1 铸造成形过程

铸件一般作为毛坯经切削加工成为零件。但也有许多铸件无需切削加工就能满足零件的设计精度和表面粗糙度要求，直接作为零件使用。 型砂的性能及组成 1、型砂的性能 型砂（含芯砂）的主要性能要求有强度、透气性、耐火度、退让性、流动性、紧实率和溃散性等。2、型砂的组成 型砂由原砂、粘接剂和附加物组成。铸造用原砂要求含泥量少、颗粒均匀、形状为圆形和多角形的海砂、河砂或山砂等。铸造用粘接剂有粘土（普通粘土和膨润土）、水玻璃砂、树脂、合脂油和植物油等，分别称为粘土砂，水玻璃砂、树脂砂、合脂油砂和植物油砂等。为了进一步提高型（芯）砂的某些性能，往往要在型（芯）砂中加入一些附加物，如煤份、锯末、纸浆等。型砂结构，如图2所示。 图2 型砂结构示意图 工艺特点 铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料（如各种铸铁件、有色合金铸件等）的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点：1）铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到数百吨；铸件壁厚可以从0．5毫米到1米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。 2）铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。 3）铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。 4）铸件一般使用的原材料来源广、铸件成本低。 5）铸造工艺灵活，生产率高，既可以手工生产，也可以机械化生产。 铸件的手工造型 手工造型的主要方法 砂型铸造分为手工造型（制芯）和机器造型（制芯）。手工造型是指造型和制芯的主要工作均由手工完成；机器造型是指主要的造型工作，包括填砂、紧实、起模、合箱等由造型机完成。泊头铸造工量具友介绍手工造型的主要方法： 手工造型因其操作灵活、适应性强，工艺装备简单，无需造型设备等特点，被广泛应用于单件小批量生产。但手工造型生产率低，劳动强度较大。手工造型的方法很多，常用的有以下几种： 1．整模造型 对于形状简单，端部为平面且又是最大截面的铸件应采用整模造型。整模造型操作简便，造型时整个模样全部置于一个砂箱内，不会出现错箱缺陷。整模造型适用于形状简单、最大截面在端部的铸件，如齿轮坯、轴承座、罩、壳等（图2）。

快速成型技术的原理

快速成型技术的原理、工艺过程及技术特点： 1 快速成型介绍 RP技术简介 快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）； 英文：RAPID PROTOTYPING（简称RP技术），或 RAPID PROTOTYPING MANUFACTUREING，简称RPM。 快速成型（RP）技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是为制造业企业新产品开发服务的一项关键共性技术, 对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极的推动作用。自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。 RP技术的优越性显而易见：它可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受产品设计（CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。因此，RP技术的推广应用可以大大缩短新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量。由传统的"去除法"到今天的"增长法"，由有模制造到无模制造，这就是RP技术对制造

业产生的革命性意义。 2、它具体是如何成形出来的呢？ 形象地比喻：快速成形系统相当于一台"立体打印机"。 快速成型属于离散／堆积成型。它从成型原理上提出一个全新的思维模式维模型，即将计算机上制作的零件三维模型，进行网格化处理并存储，对其进行分层处理，得到各层截面的二维轮廓信息，按照这些轮廓信息自动生成加工路径，由成型头在控制系统的控制下，选择性地固化或切割一层层的成型材料，形成各个截面轮廓薄片，并逐步顺序叠加成三维坯件．然后进行坯件的后处理，形成零件。 快速成型的工艺过程具体如下： l ）产品三维模型的构建。由于 RP 系统是由三维 CAD 模型直接驱动，因此首先要构建所加工工件的三维CAD 模型。该三维CAD模型可以利用计算机辅助设计软件（如Pro/E , I-DEAS , Solid Works , UG 等）直接构建，也可以将已有产品的二维图样进行转换而形成三维模型，或对产品实体进行激光扫描、 CT 断层扫描，得到点云数据，然后利用反求工程的方法来构造三维模型。 2 ）三维模型的近似处理。由于产品往往有一些不规则的自由曲面，加工前要对模型进行近似处理，以方便后续的数据处理工作。由于STL格式文件格式简单、实用，目前已经成为快速成型领域的准标准

国内外铸造技术发展现状

国内外铸造技术发展现状 铸造成型是制造复杂零件的最灵活的方法。先进铸造技术的应用给制造工业带来了新的活力。为数众多的软件问世和计算机技术的迅独猛发展使得为生产在几何形状、尺寸、使用性能等方面都符合要求的铸件提出确切可靠的信息成为可能。铸造厂在其用户进行产品设计和开发阶段就能成为后者在CAD层次上一个有力的伙伴。与此同时，铸造厂也遇到了来自铸造行业内部和外部的巨大挑战。或许可以说，处于世纪之交的各国铸造厂都把下述四项目标作为自己的主要任务： 1．提高铸件质量和可靠性，生产优质近终形铸件； 2．加强环保，实现可持续性发展； 3．降低生产成本； 4．缩短交货期。 不言而谕，其中第一项是最重要的，如果不能生产出优质铸件，其它目标就无从谈起。 一．信息技术在铸造生产中得到广泛应用

由计算机、网络技术、传感技术、人工智能等所构成的信息技术近年来在铸造生产中得到更为广泛的应用。这正在改变着铸造生产的面貌。可以说，现代铸造技术的主要特征就是将传统的铸造工艺与信息技术溶于一体。 铸件充型和凝固模拟在世界各国铸造厂中得到越来越多的实际应用。据不完全统计，仅仅包括MAGMASOFT、AFS SOLIDFICATION SYSTEM（3D）在内的欧美八种软件共已销售出1200多套。 为了优化铸造厂的生产组织和车间设计，铸造工作者已经着手对铸造生产过程进行仿真研究。人们可以通过在屏幕上进行整个铸造厂或其中某一局部的生产，以找出其中的薄弱环节，提出优化生产组织和车间设计的方案。这已在美国、瑞典的一些铸造厂中得到应用，取得了良好结果。德国Laempe公司、Honttinger 公司、西班牙Loramandi公司等对其用户的制芯工段也进行三维仿真的实现优化设计。 造型、制芯过程的数值模拟正在成为国际铸造界关注的前沿领域之一。清华大学、日本新东工业等对湿型粘土砂紧实过程进

快速成型技术的介绍

快速成型技术的介绍 ————3D打印技术的介绍及设计 摘要：快速成型制造技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，自该技术问世以来，已经在发达国家的制造业中得到了广泛应用，并由此产生一个新兴的技术领域。3D打印即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术；3D打印现在运用在生产生活的各个领域。 关键词：快速成型；3D打印 1 快速成型制造技术 1.1 简介 快速原型制造技术，又叫快速成形技术，（简称RP技术）。 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是"分层制造，逐层叠加"，类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台"立体打印机"。 1.2 产生背景 随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为主要矛盾。在这种情况下，西安交通大学机械学院，快速成型国家工程研究中心，教育部快速成型工程研究中心自主快速产品开发(快速设计和快速工模具)的能力(周期和成本)成为制造业全球竞争的实力基础。 制造业为满足日益变化的用户需求，要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此，产品的开发速度和制造技术的柔性就十分关键。 从技术发展角度看，计算机科学、CAD技术、材料科学、激光技术的发展和普及为新的制造技术的产生奠定了技术物质基础。 1.3 技术特点 (1) 制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用； (2) 原型的复制性、互换性高； (3) 制造工艺与制造原型的几何形状无关，在加工复杂曲面时更显优越； (4) 加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，一般制造费用降低50%，加工周期节约70%以上； (5) 高度技术集成，可实现了设计制造一体化。 1.4 基本原理 快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。

快速成型技术及其发展综述

计算机集成制造技术与系统——读书报告 题目名称： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导老师

快速成型技术及其发展 摘要：快速成型技术兴起于20世纪80年代，是现代工业发展不可或缺的一个重要环节。本文介绍了快速成型技术的产生、技术原理、工艺特点、设备特点等方面，同时简述快速成型技术在国内的发展历程。 关键词：快速成型烧结固化叠加发展服务 1 快速成形技术的产生 快速原型（Rapid Prototyping，RP）技术，又称快速成形技术，是当今世界上飞速发展的制造技术之一。快速成形技术最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，美国3M公司的阿伦赫伯特于1978年、日本的小玉秀男于1980年、美国UVP公司的查尔斯胡尔1982年和日本的丸谷洋二1983年，在不同的地点各自独立地提出了RP的概念，即用分层制造产生三维实体的思想。查尔斯胡尔在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为Stereolithography Apparatus (SLA)的完整系统SLA-1，1986年该系统获得专利，这是RP发展的一个里程碑。同年，查尔斯胡尔和UVP的股东们一起建立了3D System公司。与此同时，其它的成形原理及相应的成形系统也相继开发成功。1984年米歇尔法伊杰提出了薄材叠层（Laminated Object Manufacturing，以下简称LOM）的方法，并于1985年组建Helisys 公司，1992年推出第一台商业成形系统LOM-1015。1986年，美国Texas大学的研究生戴考德提出了选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，简称SLS)的思想，稍后组建了DTM 公司，于1992年开发了基于SLS的商业成形系统Sinterstation。斯科特科瑞普在1988年提出了熔融成形(Fused Deposition Modeling，简称FDM)的思想，1992年开发了第一台商业机型3D-Modeler。 自从80年代中期SLA光成形技术发展以来到90年代后期，出现了几十种不同的RP技术，但是SLA、SLS和FDM几种技术，目前仍然是RP技术的主流，最近几年LJP（立体喷墨打印）技术发展迅速，以色列、美国、日本等国的RP设备公司都力推此类技术设备。 2基本原理 快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。 1、从成形角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加。从CAD电子模型中离散得到“点”或“面”的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。 2、从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。 3快速成型技术特点 RP技术与传统制造方法（即机械加工）有着本质的区别，它采用逐渐增加材料的方法（如凝固、焊接、胶结、烧结、聚合等）来形成所需的部件外型，由于RP技术在制造产品的过程中不会产生废弃物造成环境的污染，（传统机械加工的冷却液等是污染环境的），因此在当代讲究生态环境的今天，这也是一项绿色制造技术。 RP技术集成了CAD、CAM、激光技术、数控技术、化工、材料工程等多项技术，解决了传统加工制造中的许多难题。 RP技术的基本工作原理是离散与堆积，在使用该技术时，首先设计者借助三维CAD或者

快速成型的原理及应用

题目：1、快速成型原理是什么？其技术有何特点？ 2、按制造工艺原理分，快速成型工艺主要分成哪几类？ 3、简述快速成型技术有哪些应用？ 4、典型的快速成型工艺有哪几种？试分析成型工艺的特点。 5、反求工程的基本含义是什么？应用在那几个方面？ 6、结合课程知识点，谈谈快速成型技术对新产品设计的作用。

1、快速成型原理是什么？其技术有何特点？ 快速成型原理 RP系统可以根据零件的形状，每次制做一个具有一定微小厚度和特定形状的截面，然后再把它们逐层粘结起来，就得到了所需制造的立体的零件。当然，整个过程是在计算机的控制下，由快速成形系统自动完成的。不同公司制造的RP系统所用的成形材料不同，系统的工作原理也有所不同，但其基本原理都是一样的，那就是"分层制造、逐层叠加"。这种工艺可以形象地叫做"增长法"或"加法"。 每个截面数据相当于医学上的一张CT像片；整个制造过程可以比喻为一个"积分"的过程。 RP技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。RP技术的基本原理是：将计算机内的三维数据模型进行分层切片得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地烧结一层接一层的粉末材料（或固化一层又一层的液态光敏树脂，或切割一层又一层的片状材料，或喷射一层又一层的热熔材料或粘合剂）形成一系列具有一个微小厚度的的片状实体，再采用熔结、聚合、粘结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出所设计的新产品样件、模型或模具。自美国3D公司1988年推出第一台商品SLA快速成形机以来，已经有十几种不同的成形系统，其中比较成熟的有SLA、SLS、LOM和FDM等方法。其成形原理分别介绍如下： （1）SLA快速成形系统的成形原理： 成形材料：液态光敏树脂； 制件性能：相当于工程塑料或蜡模； 主要用途：高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。 （2）SLS快速成形系统的成形原理： 成形材料：工程塑料粉末； 制件性能：相当于工程塑料、蜡模、砂型； 主要用途：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。 （3）LOM快速成形系统的成形原理： 成形材料：涂敷有热敏胶的纤维纸； 制件性能：相当于高级木材； 主要用途：快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。 （4）FDM快速成形系统的成形原理： 成形材料：固体丝状工程塑料； 制件性能：相当于工程塑料或蜡模； 主要用途：塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。 快速原形技术的特点： （1）、自由成型制造：自由成型制造也是快速成型技术的另外一个用语。作为快速成型技术的特点之一的自由成型制造的含义有两个方面：一是指无需要使用工模具而制作原型或零件，由此可以大大缩短新产品的试制周期，并节省工

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材料成型技术基础 第二章铸造 一、铸造的定义、优点、缺点： 铸造指熔融金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。 优点：铸造的工艺适应性强，铸件的结构形状和尺寸几乎不受限制；工业上常用的合金几乎都能铸造；铸造原材料来源广泛，价格低廉，设备投资少；铸造适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯，尤其是要求承压、抗振或耐磨的零件。 缺点：铸件的质量取决于成形工艺、铸型材料、合金的熔炼与浇注等诸多因素，易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷，且往往组织疏松，晶粒粗大。 二、充型能力的定义、影响它的三个因素： 金属液的充型能力指金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。 影响因素：①金属的流动性；②铸型条件；③浇注条件。 三、影响流动性的因素；纯金属和共晶成分合金呈逐层凝固流动性最好；影响充型能力的铸型的三个条件；浇注温度和压力对充型能力是如何影响的：影响流动性的因素： ①合金成分：纯金属和共晶成分的合金，结晶过程呈逐层凝固方式，流动性好；非共晶成分的合金，呈中间凝固方式，流动性较差；凝固温度范围过大，铸件断面呈糊状凝固方式，流动性最差。结晶温度范围越窄，合金流动性越好。 ②合金的质量热容、密度和热导率：合金质量热容和密度越大、热导率越小，流动性越好。 影响充型能力的铸型的三个条件： ①铸型的蓄热系数：铸型从其中金属液吸收并储存热量的能力。蓄热系数越大，金属液保持液态时间短，充型能力越低。（在型腔喷涂涂料，减小蓄热系数） ②铸型温度：铸型温度越高，有利于提高充型能力。 ③铸型中的气体：铸型的发气量过大且排气能力不足，就会使型腔中气压增大，阻碍充型。 浇注温度和压力对充型能力的影响： ①浇注温度：提高浇注温度，延长保持液态的时间，从而提高流动性。温度不能过高，否则金属液吸气增多，氧化严重，增大了缩孔、气孔、粘砂等缺陷倾向。 ②充型压力（流动方向上的压力）：充型压力越大，流动性越好。但充型压力不宜过大，以免金属飞溅，加剧氧化，气体来不及排出产生气孔、浇不到等缺陷。 四、铸造时液态和凝固收缩易产生缩孔和缩松；固态收缩易产生应力、变形和裂纹： 液态收缩（金属在液态时，由于温度降低而发生的体积收缩）和凝固收缩（熔

认识快速成型技术

《产品逆向工程技术》教案 页第页授课教师:教研室：备课日期：年月日 课题：项目四快速成型技术认识 任务一认识快速成型技术 教学准备：PPT 教学目的与要求：掌握快速成型技术的原理、工作流程和特点。 授课方式：讲授（90＇） 教学难点与重点：难点： 重点：快速成型技术的原理、工作流程和特点。 教学过程：上节课回顾→讲授课题→课堂小结

上节课回顾： 讲授课题： 项目四快速成型技术认识 通过前面的几节课我们学习了什么是逆向工程。通过逆向工程技术，企业可以迅速的设计出符合当前流行趋势，以及符合人们消费需求的产品，快速抢占市场。市场这块蛋糕就那么大，谁先抢到谁先吃，后来的就只能看别人吃。现在的企业发展战略已经从以前的“如何做的更多、更好、更便宜”转变成了“如何做的更快”。所以快速的响应市场需求，已经是制造业发展的必经之路。 但是一件产品是不是设计出来就完事了？从设计到产品，中间还有一个制造的过程，逆向工程解决了快速设计的问题，但是如果在制造加工阶段耗费太长的时间，最后依然是无法快速的响应市场。尤其是在加工复杂薄壁零件的时候，往往加工一件零件的周期要好几周，甚至几个月才能完成，比如飞机发动机上的涡轮，加工周期要90天。 怎么解决这个问题呢？这就要用到今天我们这节课要讲的内容：快速成型技术。快速成型技术就是在这种背景需求下发展起来的一种新型数字化制造技术，利用这项技术可以快速的将设计思想转化为具有结构和功能的原型或者是直接制造出零部件，以便可以对设计的产品进行快速评价、修改。按照以往的技术，在生产一件样品的时候，要么开模、要么通过复杂的机加工艺来生产，这样不管是从成本的角度还是时间的角度来讲，都会带来成本的提高。而快速成型技术可以极大地缩短新产品的开发周期，降低开发成本，最大程度避免产品研发失败的风险，提高了企业的竞争力。 任务一认识快速成型技术 快速成型技术（Rapid Prototype，简称RP)有许多不同的叫法，比如“3D 打印”( 3D printing)、“分层制造”( layered manufacturing，LM) 、“增材制造” （additive manufacturing，AM) 等。同学们最熟悉的应该就是“3D 打印”，其实刚开始的时候，3D打印本是特指一种采用喷墨打印头的快速成型技术，演变至今，3D打印成了所有快速成型技术的通俗叫法，但是现在在学术界被统一称为“增材制造”。 增材制造是一种能够不使用任何工具（模具、各种机床），直接从三维模型快速地制作产品物理原型也就是样件的技术，可以使设计者在产品的设计过程中很少甚至不需要考虑制造工艺技术的问题。使用传统机加的方法来加工零件时，在设计阶段设计师就需要考虑到零件的工艺性，是不是能够加工出来。对于快速成型技术来讲，任意复杂的结构都可以利用它的三维设计数据快速而精确的制造出来，解决了许多过去难以制造的复杂结构零件的成型问题，实现了“自由设计，快速制造”。 一、物体成型的方式 之所以叫“增材制造”很好理解就是通过“堆积”材料的方式进行制造。与之相应的还有“减材制造”和“等材制造”。在现代成型学的观点中，物体的成型方式可分以下几类： 1）去除成型（Dislodge Forming）：