1、1本科毕业论文（20 届）冲压模具（一）快速成型技术研究所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期2诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日1冲压模具（一）快速成型技术研究摘 要：快速成型技术是九十年代发展起来的一项先进制造技术，是基于材料堆积法的一种高新制造技术。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
2、面提供了一种高效低成本的实现手段。本文主要介绍快速成型技术的原理和特点，以及基于冲压模具的快速成型过程和三坐标测量机对快速成型零件的测量。关键字：快速成型，三坐标测量，冲压模具Stamping Die(one)Study On Rapid Prototyping TechnologyAbstract:Rapid prototyping technology is the nineties developed an advanced manufacturing technology, material deposition method is based on a high-tech manuf
3、acturing techniques. It combines mechanical engineering, CAD, reverse engineering, layered manufacturing technology, numerical control technology, materials science, laser technology in one, Automatic, direct, fast, accurate design ideas to transform the prototype has a certain function or directly
4、in manufacturing parts, So as part prototyping, validation and other aspects of the new design concept provides a cost-effective means of achieving.This paper describes the principles of rapid prototyping technology and features, as well as stamping dies based on rapid prototyping process and coordi
5、nate measuring machine for rapid prototyping of parts.Keywords :Rapid Prototyping, CMM, Stamping diesI目 录1 引言 .61.1.3 快速成型技术的种类 .71.1.2 快速成型技术的应用 .91.1.3 快速成型技术发展方向 .101.1.4 快速成型技术材料问题 .101.1.5 快速成型技术工艺问题 .111.1.6 快熟成型技术精度问题 .111.1.7 快熟成型技术软件问题 .111.1.8 快熟成型技术能源问题 .111.1.9 快速成型技术应用领域问题 .121.2 三坐标测量简
6、介 .121.2.1 三坐标测量机发展史 .121.2.2 坐标测量机的精度评定标准 .131.2.3 如何选择合适的坐标测量机 .141.2.4 合理的测量精度 .151.2.5 合理测量范围 .151.2.6 合适的测量机类型 .151.2.7 测量软件系统 .162 凹凸模和弯曲模的快速成型加工 .182.1 熔融沉积快速成型技术 .182.2 熔融沉积工艺原理及过程 .192.2.1 工艺原理 .192.2.2 工艺过程 .202.3 FDM 成型技术特点 .222.3.2 FDM 成型技术的缺点 .222.4 FDM 快速成型的系统组成 .242.4.1 硬件系统 .242.4.3
7、供料系统 .25II2.5 FDM 的成型材料 .262.5.1 成型材料特点 .262.5.2 主要材料 .262.6 FDM 快速成型技术的支撑 .262.7 成型过程影响因素分析 .272.8 熔融沉积快速成型工作原理 .272.9 凹凸模的快速成型过程 .283.1 开机 .303.2 测头设定 .303.3 测头校验 .303.4 建坐标系 .313.4.1 校验合格后，手动建立工件坐标系 .323.4.2 自动建立坐标系 .323.5 工件测量 .33结论与感言 .34参考文献 .36致谢 .3711 引言1.1 快速成型技术简述快速成形技术又称快速原型制造（Rapid Proto
8、typing Manufacturing，简称RPM）技术，诞生于 20 世纪 80 年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，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。即，快速成形技术就是利用三维 CAD 的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。1.1.1 快速成型技术的特点（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；
9、（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；1.1.2 快速成型技术产生的背景（1）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，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。（2）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
10、度和制造技术的柔性就十分关键。2（3）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。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。1.1.3 快速成型技术的
11、种类近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和 CAD/CAM 技术的广泛应用，使得 RP 技术得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。快速成形技术发展至今，以其技术的高集成性、高柔性、高速性而得到了迅速发展。目前，快速成形的工艺方法已有几十种之多，其中主要工艺有四种基本类型：光固化成型法、分层实体制造法、选择性激光烧结法和熔融沉积制造法。1.1.3.1 光固化成形SLA（Stereo lithography Apparatus）工艺也称光造型、立体光刻及立体印刷，其工艺过程是以液态光敏树脂为材料充满液槽，由计算机控制激光束跟
12、踪层状截面轨迹，并照射到液槽中的液体树脂，而使这一层树脂固化，之后升降台下降一层高度，已成型的层面上又布满一层树脂，然后再进行新一层的扫描，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 1 个三维实体模型。该工艺的特点是：原型件精度高，零件强度和硬度好，可制出形状特别复杂的空心零件，生产的模型柔性化好，可随意拆装，是间接制模的理想方法。缺点是需要支撑，树脂收缩会导致精度下降，另外光固化树脂有一定的毒性而不符合绿色制造发展趋势等。31.1.3.2 分层实体制造LOM（Laminated Object Manufacturing）工艺或称为叠层实体制造，其工艺原理是根据零件分
13、层几何信息切割箔材和纸等，将所获得的层片粘接成三维实体。其工艺过程是：首先铺上一层箔材，然后用 CO，激光在计算机控制下切出本层轮廓，非零件部分全部切碎以便于去除。当本层完成后，再铺上一层箔材，用滚子碾压并加热，以固化黏结剂，使新铺上的一层牢固地粘接在已成形体上，再切割该层的轮廓，如此反复直到加工完毕，最后去除切碎部分以得到完整的零件。该工艺的特点是工作可靠，模型支撑性好，成本低，效率高。缺点是前、后处理费时费力，且不能制造中空结构件。1.1.3.3 选择性激光烧结SLS（Selective Laser Sintering）工艺，常采用的材料有金属、陶瓷、ABS 塑料等材料的粉末作为成形材料。
14、其工艺过程是：先在工作台上铺上一层粉末，在计算机控制下用激光束有选择地进行烧结（零件的空心部分不烧结，仍为粉末材料） ，被烧结部分便固化在一起构成零件的实心部分。一层完成后再进行下一层，新一层与其上一层被牢牢地烧结在一起。全部烧结完成后，去除多余的粉末，便得到烧结成的零件。该工艺的特点是材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、金属、蜡等材料的零件。造型精度高，原型强度高，所以可用样件进行功能试验或装配模拟。1.1.3.4 熔融沉积成形FDM（Fused Deposition Manufacturing）工艺又称为熔丝沉积制造，其工艺过程是以热塑性成形材料丝为材料，材料丝通过加热器的挤压
15、头熔化成液体，由计算机控制挤压头沿零件的每一截面的轮廓准确运动，使熔化的热塑材料丝通过喷嘴挤出，覆盖于已建造的零件之上，并在极短的时间内迅速凝固，形成一层材料。之后，挤压头沿轴向向上运动一微小距离进行下一层材料的建造。这样逐层由底到顶地堆4积成一个实体模型或零件。该工艺的特点是使用、维护简单，成本较低，速度快，一般复杂程度原型仅需要几个小时即可成型，且无污染。除了上述 4 种最为熟悉的技术外，还有许多技术也已经实用化，如三维打印技术、光屏蔽工艺、直接壳法、直接烧结技术、全息干涉制造等。1.1.2 快速成型技术的应用不断提高 RP 技术的应用水平是推动 RP 技术发展的重要方面。目前，快速成型技
16、术已在工业造型、机械制造、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到了广泛应用。并且随着这一技术本身的发展，其应用领域将不断拓展。RP 技术的实际应用主要集中在以下几个方面：（1）在新产品造型设计过程中的应用快速成形技术为工业产品的设计开发人员建立了一种崭新的产品开发模式。运用 RP 技术能够快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的实物模型（样件） ，这不仅缩短了开发周期，而且降低了开发费用，也使企业在激烈的市场竞争中占有先机。（2）在机械制造领域的应用。由于 RP 技术自身的特点，使得其在机械制造领域内，获得广泛的应用，多用于制造单件、小批量
17、金属零件的制造。有些特殊复杂制件，由于只需单件生产，或少于 50 件的小批量，一般均可用 RP 技术直接进行成型，成本低，周期短。（3）快速模具制造。传统的模具生产时间长，成本高。将快速成型技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具制造的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。快速成形技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用 RP 技术直接堆积制造出模具，间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具。（4）在医学领域的应用近几年来，人们对 RP 技术在医学领域的应用研究较多。以医学影像数据为基础，利用 RP 技术制作人体器
18、官模型，对外科手术有极大的应用价值。（5）在文化艺术领域的应用在文化艺术领域，快速成形制造技术多用于艺术创作、文物复制、数字雕塑等。（6）在航空航天技术领域的应用在航空航天领域中，空气动力学地面模拟实验（即风洞实验）是设计性能先进的天地往返系统（即航天飞机）所必不可少的重要5环节。该实验中所用的模型形状复杂、精度要求高、又具有流线型特性，采用 RP 技术，根据 CAD 模型，由 RP 设备自动完成实体模型，能够很好的保证模型质量。（7）在家电行业的应用目前，快速成形系统在国内的家电行业上得到了很大程度的普及与应用，使许多家电企业走在了国内前列。如：广东的美的、华宝、科龙；江苏的春兰、小天鹅；青
19、岛的海尔等，都先后采用快速成形系统来开发新产品，收到了很好的效果。快速成形技术的应用很广泛，可以相信，随着快速成形制造技术的不断成熟和完善，它将会在越来越多的领域得到推广和应用。1.1.3 快速成型技术发展方向从目前 RP 技术的研究和应用现状来看，快速成型技术的进一步研究和开发工作主要有以下几个方面：（1）开发性能好的快速成型材料，如成本低、易成形、变形小、强度高、耐久及无污染的成形材料。（2）提高 RP 系统的加工速度和开拓并行制造的工艺方法。（3）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，尤其是提高成形件的精度、表面质量、力学和物理性能，为进一步进行模具加工和功能实验提供基础。（4）开发快速成形的高性能 RPM 软件。提高数据处理速度和精度，研究开发利用 CAD 原始数据直接切片的方法，减少由 STL 格式转换和切片处理过程所产生精度损失。（5）开发新的成形能源。（6）快速成形方法和工艺的改进和创新。直接金属成形技术将会成为今后研究与应用的又个热点。（7）进行快速成形技术与 CAD、CAE、RT、CAPP、CAM 以及高精度自动测量、逆向工程的集成研究。（8）提高网络化服务的研究力度，实现远程控制。1.1.4 快速成型技术材料问题
