SevenLikeSmile
摘要:介绍快速成型技术的原理,重点讨论了与快速成型相关的技术,并试图将此技术充分应用于产品设计评价,以期缩短产品的开发周期。 关键词:快速成型;RP;反求工程引言随着科技进步和全球市场一体化的形成,现在工业正面临产品的生命周期越来越短的代写论文问题,作为一种新产品开发的重要手段,快速成型能够迅速将设计思想转化为产品的现代先进制造技术。它为零件原型制作、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,提高产品研发的效率。1快速成型技术原理在工业产品设计过程中,设计师往往希望能快速由三维CAD模型,得到产品的实物模型,快速成型技术可以满足这种需求。快速成型(Rapid Prototyping,RP)技术是一种基于离散/堆积成型思想的新型成型技术,它根据零件或物体的三维模型数据,快速、精确地制造出零件或物体的实体模型。2关键技术制造工艺目前,世界上已有几十种不同的快速成型工艺方法,比较成熟的就有十余种。其中光固化成型法(Stereo Lithography Apparatus,SLA)、叠层实体制造法(Laminated Object Manufactur-ing,LOM)、熔融沉积法(Fused Deposition Model-ing,FDM)、选择性激光烧结法(Selective LaserSintering,SLS)和3DP(Three DimensionalPrinting and Gluing,也称3DPG)五种方法,在世界范围内应用最为广泛。对于RP制造工艺的研究,一方面是在原有技术基础上进行改进,另一方面是研究新的成型技术。新的成型方法,如三维微结构制造、生物活性组织的工程化制造、激光三维内割技术、层片曝光方式等。成型材料成型材料是决定快速成型技术发展的基本要素之一,它直接影响到原型的精度、物理化学性能以及应用等。与RP制造的4个目标(概念型、测试型、模具型、功能零件)相适应,使用的材料不同,概念型对材料成型精度和物理化学特性要求不高,主要要求成型速度快。如对光固化树脂,要求较低的临界曝光功率、较大的穿透深度和较低的粘度。测试型对于材料成型后的强度、刚度、耐温性、抗蚀性等有一定要求,以满足测试要求。如果用于装配测试,则对于材料成型的精度还有一定要求。模具型要求材料适应具体模具制造要求,如对于消失模铸造用原型,要求材料易于去除。快速功能零件要求材料具有较好的力学性能和化学性能。从解决的方法看,一个是研究专用材料以适应专门需要;另一个是根据用途分类,研究几类通用材料以适应多种需要。加工精度影响成型件精度的主要因素有两方面:一是由CAD模型转换成STL格式文件以及随后的切片处理所产生的误差;二是成型过程中制件翘曲变形,成型后制件吸入水分,以及由于温度和内应力变化等所造成的无法精确预计的变形。为了解决第一类问题,正在研制直接切片软件和自适应切片软件。所谓直接切片是不将CAD模型转换成STL格式文件,而直接对CAD模型进行切片处理,得到模型的各截面层轮廓信息,从而可以减少三角面近似化带来的误差,所谓自适应切片是快速成型机能根据成型零件表面的曲率和斜率自动调整切片的厚度,从而得到高品质的光滑表面。为解决第二类问题,正在研究、开发新的成型方法、新的成型材料及成型件表面处理方法,使成型过程中制件的翘曲变形小,成型后能长期稳定不变形。与RP技术相关软件软件是RP系统的灵魂,其中作为CAD到RP接口的数据转换和处理软件是其关键。不同CAD系统所采用的内部数据格式不同,RP系统无法一一适从,这就要求有一种中间数据格式既便RP系统接受又便于不同CAD系统生成,STL(Stereo Lithography)格式应运而生了,STL文件是用大量空间小三角形面片来近似逼近实体模型。由于STL格式具有易于转换、表示范围广、分层算法简单等特点,为大多数商用快速成形系统所采用,现己成为快速成形行业的工业标准。但是,STL模型也存在许多不足之处:精度不足。由于STL模型用大量小三角形面片来近似逼近CAD模型表面,造成STL模型对产品几何模型的描述存在精度损失,并且在对多张曲面进行三角化时,在曲面的相交处往往产生裂缝、孔洞、覆盖及相邻面片错位等缺陷。数据冗余度大。STL模型不包含拓扑信息,三角形面片的公用点、边单独存储,数据的冗余度大。随着网络时代的到来,STL模型数据冗余大的不足也使其不利于远程RF的数据传输,难以有效支持远程制造。3快速成型技术的应用在外观及人机评价中的应用新产品开发的设计阶段,虽然可借助设计图纸和计算机模拟,但并不能展现原型,往往难以做出正确和迅速的评价,设计师可以通过制作样机模型达到检验的目的。传统的模型制作中主要采用的是手工制作的方法,制作工序复杂,手工制作的样机模型不仅工期长,而且很难达到外观和结构设计要求的精确尺寸,因而其检查外观及人机设计合理性的功能大打折扣。快速成型设备制作的高精度、高品质样机与传统的手工模型相比较可以更直观地以实物的形式把设计师的创意反映出来,方便产品的外观造型和人机特性评价。现在的快速成型加工得到的成型件都是单一颜色,颜色主要由材料决定,为了对产品色彩外观进行评价,有时需要手工涂色,随着彩色成型技术的发展,这方面的问题可以解决。人机评价主要包括成型件尺寸及操作宜人性,快速成型可以很好地满足这方面的要求。在产品结构评价中的应用通过快速成型制成的样机和实际产品一样是可装配的,所以它能直观地反映出结构设计合理与否,安装的难易程度,使结构工程师可以及早发现和解决问题。由于模具制造的费用一般很高,比较大的模具往往价值数十万乃至几百万,如果在模具开出后发现结构不合理或其他问题,其损失可想而知。而应用快速成型技术的样机制作可以把问题解决在开出模具之前,大大提高了产品开发的效率。与反求工程结合反求工程(Reverse Engineering,RE)也称逆向工程,就是用一定的测量手段对实物或模型进行测量,然后根据测量数据通过三维几何建模方法重建实物的CAD数字模型,从而实现产品设计与制造过程。对于大多数产品来说,可以在通用的三维CAD软件上设计出它们的三维模型,但是由于对某些因素,如对功能、工艺、外观等的考虑,一些零件的形状十分复杂,很难在CAD软件上设计出它们的实体模型,在这种情况下,可以通过对模型测量和数据处理,获得三维实体模型。作为一种新产品开发以及消化、吸收先进技术的重要手段,反求工程和快速成型技术可以胜任消化外来技术成果的要求。对于已存在的实体模型,可以先通过反求工程,获取模型的三维实体,经过对三维模型处理后,使用快速成型技术,实现产品的快速复制,缩短了产品开发周期,大大提高产品的开发效率。结束语快速成型技术可以大大缩短产品的开发周期,满足产品的个性化、多样化需求,在工业设计中得到广泛应用。但由于该技术的制作精度、强度和耐久性还不能满足工程实际的需要,加之设备的运行及制作成本高,一定程度上制约着RP技术的普遍推广。随着研究的不断深入,制约快速成型发展的因素会逐步解决,应用领域会不断得到拓展。参考文献[1]孙秀英.面向RP的VRML模型浏览与分层研究[D].西安科技大学,2006.[2]丘宏扬,谢嘉生,刘斌.快速成型技术研究中的若干关键问题[J].锻造机械,2001.[3]徐江华,张敏.快速成型技术在工业设计中的应用[J].包装工程,2004
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高热稳定性热锻模具钢5Cr2NiMoVSi的热处理来源:数控机床网 时间:2008-6-3 16:01:46国际模具网摘要：5Cr2NiMoVSi钢是近年来我国研制出的高热稳定性热锻模具钢。虽然尚未纳入GB/T1299-2000《合金工具钢》国家标准，但已在实际生产中应用多年，效果亦很好。是值得试用推广的热锻模具新钢种。 关键词：5Cr2NiMoVSi钢；高热稳定性；高韧性；高寿命 5Cr2NiMoVSi钢是在5CrNiMo和4Cr5MoSiV(H11)钢的基础上研制的新钢种。强度高于5CrNiMo钢而稍低于4Cr5MoSiV(H11)钢；冲击韧度高于5CrNiMo钢和4Cr5MoSiv(H11)钢；淬透性接近5CrNiMo钢。加热时奥氏体晶粒长大倾向小，热处理温度范围较宽，有利于大尺寸模块长时间加热保温。特别是，钢的热稳定性高于5CrNiMo钢，接近于4Cr5MoSiv(H11)钢。因此特别适合于与锻件接触时间较长因而模具工作面温升较高的压力机锻模，和模锻锤锻模。 虽然5Cr2NiMoVSi钢未纳入GBT1299-2000《合金工具钢》国家标准，但已在实际生产中应用多年，效果亦好。是值得试用推广的热锻模具新钢种。 1 5Cr2NiMoVSi钢的成份与性能 5Cr2NiMoVSi钢的化学成分 5Cr2NiMoVSi钢的物理性能 热导率λ(室温)·W/(m·k)：。 比热容Cp(室温)·J/(Kg·k)：。 2 5Cr2NiMoVSi钢的热加工与锻造 热加工锻造是模具制造工艺过程中的重要工序，模具锻造质量的优劣，直接影响到模具热处理质量的优劣，关系到模具的使用寿命。锻造的目的不仅是为了将坯料锻造成所需要的形状，更重要的是可以改善和提高模具的性能，保证模具的使用寿命。 模具钢经合理锻造后，有如下效果： A.使块状、网状、带状碳化物破碎，分布均匀。 B.改变模具中流线的方向，使流线合理分布。 C.改善模具中的气孔，疏松，提高钢的比重和致密度。3 5Cr2NiMoVSi钢的热处理工艺 预先热处理5Cr2NiMoVSi钢等温退火后的组织为粒状珠光体+极少量未溶碳化物(合金渗碳体.M23C6和少量M6C、Mc，总含量为％)硬度为220-230HBW。 淬火工艺规范5Cr2NiMoVSi钢的淬火温度范围较宽，可在960-1010℃范围内选择。在此温度范围内加热，钢的奥氏体晶粒度在9-10级之间，温度升到1060℃时，奥氏体晶粒开始急剧长大。5Cr2NiMoVSi钢的淬火加热和冷却工艺，是影响模具变形和开裂，获得理想淬火组织和理想力学性能的关键。由于锤锻模具尺寸较大，在冷却过程中产生的热应力及组织应力也很大，因此，锤锻模淬火冷却前要进行适当的预冷。一般应预冷至钢的，AC3温度附近，既880℃左右。预冷的方式：一是模具随炉预冷，均温后出炉淬火冷却；二是出炉在空气中预冷，小模块(≤250mm)的预冷时间3-5min，大模块(≥300mm)约5-8min。然后放入30-80℃的油中冷却。为了冷却均匀，最好进行搅拌冷却。锻模一般冷至约150-200℃时就应从油槽中取出，并立即回火。这时既可根据经验确定：模具提出油面时冒青烟而不再着火；也可以使用红外测温仪确定。锻模在油中淬火冷却的时间请参照表4。5Cr2NiMoVSi钢在960-1010℃温度范围内淬火后的组织为板条马氏体+孪晶马氏体及少量残余奥氏体。淬火后硬度为54-61HRC。 回火工艺规范5Cr2NiMoVSi钢具有较好的回火抗力，经550℃回火后仍能保持高硬度(51-53HRC)。经600℃回火后，硬度为47-48HRC，650℃回火后下降为42-44HRC。而5CrNiMo钢经650℃回火后硬度不足30HRC。可见5Cr2NiMoVSi钢的热稳定性比5CrNiMo钢高出150℃左右。在450-550℃范围内回火时，从基体中析出M2C和VC等碳化物，具有较高的弥散度，产生二次硬化效应。由于大、中、小型模具的硬度要求不同，截面尺寸(主要是高度H)也不同，因此推荐的回火温度范围也较宽(请参照表5)。一般情况下，由于模具淬火应力很大，如果回火时加热速度过快，会产生新的应力，也常会使模具的变形或开裂的可能性增大，所以在回火加热时，应采用等温预热分段加热回火形式。预热温度不应高于350℃，高于350℃时，模具心部的残余奥氏体将向上贝氏体转变，不仅会降低模具的强度，而且会显著降低模具的冲击韧性。因此等温预热的温度一般取280℃左右，此温度下，残余奥氏体将向下贝氏体转变。由于下贝氏体具有高的强韧性和冲击韧性，因而获得下贝氏体组织是有利于提高模具的使用寿命。由于5Cr2NiMoVSi钢含有％的Mo，因此对第二类回火脆性并不敏感，所以回火后的冷却可采用空冷。虽然慢冷对钢的冲击韧性略有降低，但绝对值仍然满足技术条件要求。在生产条件下，常常采用一次回火。但由于回火不足(特别是大、中型模块)，在生产中经常发生采用一次回火(加上回火时问短)后，模具极易产生开裂，有的甚至在未使用的情况下产生开裂。因此，在第一次回火后，应当再进行第二次回火，将模具的内应力降至最低。第二次回火必须在第一次回火后模具冷却至室温，使残余奥氏体充分转变后才能进行。第二次回火温度应低于第一次回火温度约10℃左右。4 5Cr2NiMoVSi钢热处理后的力学性能5Cr2NiMoVSi钢经960-1010℃加热淬火，600-680℃加热回火后，可获得较高的综合力学性能。 5Cr2NiMoVSi钢985℃淬火后的力学性能。 5Cr2NiMoVSi钢的高温强度5Cr2NiMoVSi钢在500℃以下试验时，高温强度与5CrNiMo钢相近，当试验温度高于600℃时，5Cr2NiMoVSi钢的高温强度比5CrNiMo钢高出一倍以上。这与5CrNiMo钢中的M3C碳化物在高温下易聚集长大有关。 5Cr2NiMoVSi钢高温冲击韧度500-550℃是模具工作面的工作温度范围，在此温度下，5CrNiMo钢的冲击韧度处于谷值，而5Cr2NiMoVSi钢的冲击韧度仅有少许下降，比5CrNiMo钢高出一倍。5 5Cr2NiMoVSi钢在汽车前轴锻模中的应用东风EQ140型汽车前轴锻模的尺寸为1825×395×300mm，热处理后的硬度要求为37-41HRC。锻模在工作中所受的冲击力比较小，但与锻件接触的时间长。模具表面的工作温度较高。因此要求模具有高的高温强度、耐磨性、抗回火稳定性及耐热疲劳性。原前轴模在采用5CrNiMo钢制造时，由于热稳定性及强度低，不能满足压力机模具对性能的要求，使用中常因热磨损和热裂严重而失效，使用寿命一般为5500-6000件。在改用5Cr2NiMoVSi钢制造后，使用寿命显著提高。按上述热处理工艺生产的5Cr2NiMoVSi钢制前轴锻模的使用寿命达到了9000件左右，比5CrNiMo钢提高了50％左右，效果比较明显。6 结语(1)5Cr2NiMoVSi钢经960-1010℃加热淬火，600-680℃加热回火后，可获得较高的综合力学性能。(2)5Cr2NiMoVSi钢具有较高的热稳定性，比5CrNiMo钢高150℃以上。(3)5Cr2NiMoVSi钢锻模的使用寿命比5CrNiMo钢锻模提高50％以上。(4)5Cr2NiMoVSi钢是值得试用推广的热锻模具新钢种。(5)45Cr2NiMoVSi钢的化学成分除C和Si比5Cr2NiMoVSi钢略低外，其它化学成分基本一致，因此可参照上述工艺进行热处理。国际模具网
沁水冰心
大锻件具有载荷大、工作条件差、安全可靠性要求高等特点，而钢铁冶金过程决定了钢锭内部不可避免地会存在空洞,内部空洞的存在将严重影响大锻件的性能。近来，随着能源的日益紧张和大型工业的快速发展，特别是电力、冶金、造船、核能和航天等重大工程和装备对相关核心零件的高质量、高性能的要求，大锻件内部缺陷的相关研究开始得到高度重视。 CHAABAN和ALEXANDER[1]、任猛[2]和任广升等[3]通过实验研究了空洞位置、砧宽比和压下率对大锻件内部空洞闭合的影响，发现锻件内部不同位置空洞闭合情况并不相同，而砧宽比和压下率是对空洞闭合有重要影响的两个工艺参数。STÅHLBERG等[4-6]、WALLERÖ[7]和TANAKA等[8]的理论分析和实验研究表明，大锻件材料属性和空洞周围的应力应变状态对空洞闭合均有影响。崔振山等[9]运用有限元法分析了不同形状和大小的空洞闭合情况。这些研究虽然给出了一些定性结论[1-14]，但是都不能很好地揭示材料属性和工艺参数对空洞闭合的影响机理，没有建立空洞周围应力应变状态与空洞闭合的定量关系，没有提出有效的空洞闭合判定准则。 参 考 文 献 [1] CHAABAN M A and ALEXANDER J M. A study of the closure of cavities in swing forging [C]// TOBIAS S A ed. International Machine Tool Design and Research Conference. Proceedings of the 17th International Machine Tool Design and Research Conference, September 20-24, 1976, Birmingham. Macmillan, London, 1977：633-645. [2] 任猛. 大型钢锭内部孔洞性缺陷锻合过程的数值模拟和实验研究[D]. 北京：清华大学. 1986. REN Meng. Numerical simulation and experimental investigation of the void closing in a large ingot during forging processes [D]. Beijing: Tsinghua University, 1986. [3] 任广升，黄朝晖，白志斌. 大型钢锭内部孔洞性缺陷锻合过程的数值模拟和实验研究[J]. 机械工程学报, 1995, 31 (2)：93 98. REN Guangsheng, HUANG Zhaohui, BAI Zhibin. Experimental investigation of strain distribution in cylinder model with void in the center during upset processes by photoplastic simulation [J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 1995, 31(2)：93-98. [4] STÅHLBERG U, KEIFE H, LUNDBERG M, et al. A study of void closure during plastic deformation [J]. J. Mech. Work. Technol. 1980, 4：51-63. [5] STÅHLBERG U. Influence of spread and stress on the closure of a central longitudinal hole in the hot rolling of steel [J]. J. Mech. Work. Technol. 1986, 13：65-81. [6] KEIFE H, STÅHLBERG U. Influence of pressure on the closure of voids during plastic deformation [J]. J. Mech. Work. Technol. 1980, 4: 133-143. [7] WALLERÖ A. Closing of a central longitudinal pore in hot rolling [J]. J. Mech. Work. Technol. 1985, 12：233-242. [8] TANAKA M, ONO S, TSUNENO M. Factors contributing to crushing of voids during forging [J]. J. Jpn. Soci. Technol. Plast. 1986, 27：927-934. [9] 崔振山, 任广升, 徐秉业, 等. 圆柱体内部空洞的热锻闭合条件[J]. 清华大学学报, 2003, 43(2)：227-229, 233. CUI Zhenshan, REN Guangsheng, XU Bingye, et al. Void closing conditions for solid cylinders during hot forging [J]. J. Tsinghua Univ., 2003, 43(2)：227-229, 233. [10] 孙捷先,郭会光. FM锻造法的试验与有限元分析研究[J].机械工程学报, 1986, 22(4)：47-55. [11] HAMZAH S, STÅHLBERG U. A new pore closure concept for the manufacturing of heavy rings [J]. J. Mater. Process. Technol. 2001, 110：324-333. [12] 马庆贤, 钟约先, 曹起骧. 高温塑性加工过程中缺陷修复规律[J]. 清华大学学报, 1999, 39(11)：94-96. MA Qingxian, ZHONG Yuexian, CAO Qixiang. Principle of internal defects recovery in processes of high temperature plastic deformation [J]. J. Tsinghua Univ., 1999, 39(11)：94-96. [13] 金宁. 大锻件孔隙性缺陷的压合与焊合规律的研究及高温栅的研究[D]. 北京：清华大学. 1990. JIN Ning. Investigation of collapse and welding law of cavities and porous defects in large forgings, and development of high temperature Moire grids [D]. Beijing：Tsinghua University, 1990. [14] 任运来. 大型锻件内部缺陷修复条件和修复方法研究[D]. 秦皇岛：燕山大学. 2003. REN Yunlai. Study on healing condition and method of internal defect of large forgings [D]. Qinhuangdao：Yanshan University, 2003.
现代化的机械制造技术是一种一体化、综合性、系统的技术手段。下面是我为大家整理的机械制造自动化毕业论文，供大家参考。 摘要：随着现代科技的迅速发展，我国正朝着工业
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