《特种加工技术》教案8.docx

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《特种加工技术》教案8

《特种加工技术》教案

2016学年第2学期

课程类型：

理实一体化

授课班级：

15级数控技术

授课教师：

蔡文华

2016年9月21日

一体化教案

课题名称

超声加工

理论课时

2

课题目标

1．理解超声加工的原理；

2．掌握超声加工的特点；

3．理解超声加工设备的组成及各部分功用；

4.理解常用快速成型技术的原理；

5.掌握快速成型加工的特点及分类。

实训课时

2

合计课时

4

授课日期

2016.10.22

教具

多媒体、实物、挂图等

教学重点

快速成型原理及特点

教学难点

快速成型工艺过程及分类；

教学回顾

说明

教学过程

一、组织教学。

（5分钟）

1、点名并登记好出勤情况。

2、讲解注意事项、检查学生自身安全隐患并排除。

3、让学生合编成几个小组、以小组组长为每组负责人。

二、导入新课。

（5分钟）

快速成形（RapidPrototyping）技术是近年来发展起来的直接根据CAD模型快速生产样件或零件的成组技术总称，它集成了CAD技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果，是先进制造技术的重要组成部分。

与传统制造方法不同，快速成形从零件的CAD几何模型出发，通过软件分层离散和数控成型系统，用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。

由于它把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。

三、理论新授。

（一）快速成型原理及特点（35分钟）（重点讲解）

1、快速成型技术原理

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、精确的由点到面，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。

2、快速成型技术特点与不足（结合实际讲解）

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，可实现设计制造一体化。

同时快速成型也存在一些问题：

材料问题；高昂的设备价格；功能单一；成型精度和质量问题；应用问题。

3、快速成型技术应用

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

2）在机械制造领域的应用

3）快速模具制造

4）在医学领域的应用

5）在文化艺术领域的应用

6）在航空航天技术领域的应用

（二）快速成型工艺过程及分类（20分钟）（难点，通过观看视频方法讲解）

1、快速成型工艺过程

图5—1快速成型制造过程

2、快速成型分类

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）光固化成型

2）叠加实体制造

3）选择性激光烧结

4）熔融沉积制造　　

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。

（三）光敏树脂液相固化成形（15分钟）

1、液相光敏树脂固化成形——SL工艺原理

激光器：

紫外光激光器

氦-镉（He-Cd）：

波长λ=325nm，激光器寿命2000-3000h

氩离子激光器：

输出功率100~500mW，波长351～365nm

光敏树脂：

遇紫外光凝固

计算机控制：

选择扫描：

X-Y工作台

升降工作台：

步距＜0.02mm

成型精度

截层厚度：

0.04~0.07mm

可控精度：

0.1mm

液相光敏树脂固化成形（SL）样件

2、特点和成形材料

优点

（1）成型过程自动化程度高。

（2）尺寸精度高（可达±0.1mm）。

，表面质量好

（3）材料利用率接近100%

（4）可以制作结构十分复杂精细的的模型。

（5）可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失模。

缺点

（1）成型过程中伴随著物理和化学变化，所以制品较易弯曲，需要支撐，否則会引起制品变形。

（2）设备运转及维护成本较高。

（3）可使用的材料种类较少。

（4）液态树脂具有气味和毒性

（5）需要二次固化。

（6）液态树脂固化后的性能尚不如常用的工业塑料，一般较脆、易断裂，不便进行机械加工。

光敏树脂材料的组成

低聚物、反应性稀释剂、光引发剂

光敏树脂材料的分类：

依据光引发剂分类：

自由基树脂，该类树脂主要有三种。

（1）环氧树脂丙烯酸酯，特点是聚合快、聚合强度高，但脆性大，易泛黃。

（2）聚酯丙烯酸酯，特点是流平和固化好，性能可調节。

（3）聚氨酯丙烯酸酯，特点是柔順性和耐磨性好，但聚合速度慢。

阳离子光固化树脂

与自由基树脂比较起來其优点如下：

（1）固化收缩率低，约2%～3%，而丙烯酸类的自由基树脂的收缩率约为5%～7%。

（2）黏度低，成型后易于排淨多余的树脂。

（3）成型件精度高、强度大，可直接用于注塑模具。

3.混杂型光固化树脂

SCR-710，SCR-735，SCR-950，SCR-11120

3、SL光敏树脂液相固化成形设备和应用

直接制作各种树脂功能件，用作结构验证和功能测试

制作比较精细和复杂的零件

制作有透明效果的零件

用制作出来的原型翻制模具

SL件的后处理

后处理的目的

原型制作完毕，需进行剥离，以便去除废料和支撑结构

有时还需进行后固化、修补、打磨、抛光、表面涂覆、表面强化处理等。

后固化处理

后固化工序是采用很强的紫外光源使刚刚成形的原型件充分固化，

这一工序可以在紫外烘干箱中进行。

固化时间根据制件的尺寸大小、形状和树脂特性而定，一般不少于30min。

四、小结（5分钟）

1．理解快速成型工艺过程加工的原理；

2．掌握快速成型工艺过程及分类。

五、实操

（一）选择性激光粉末烧结成形（40分钟）

1、SLS工艺原理

成型原理

铺粉：

0.1～0.2mm，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度。

扫描烧结：

用CO2激光器

按照该层的截面轮廓在粉层上扫描激光器使粉末的温度升至熔化点，进行烧结并与下面已成形的部分实现粘接

成形材料：

塑料粉末：

聚碳酸酯、尼龙

金属粉末：

钢、铜合金

2、特点和成形材料（结合实物讲解）

优点：

（1）可采用多种材料：

金属、塑料、陶瓷、蜡型。

（2）制造工艺比较简单。

（3）高精度。

（4）材料利用率高，价格便宜，成本低。

（5）无需支撑结构。

因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。

缺点

成形速度比较慢

成形式精度和表面质量不太高

成形过程中能量消耗较高。

3、成形设备和应用

组成：

机械系统

光学系统和

计算机控制系统组成。

机械系统和光学系统在计算机控制系统的控制下协调工作，自动完成制件的加工成形。

机械系统构成

主要由机架、工作平台、铺粉机构、两个活塞缸、集料箱、加热灯和通风除尘装置组成。

（二）薄片分层叠加成形（结合实物讲解）（30分钟）

1、LOM工艺原理

成型原理

黏贴纸材

用CO2激光器沿轮廓切割

工作台下降

成型材料

特种纸——背面抹了热熔胶（热敏胶）

厚度：

0.1mm

2、LOM成型工艺过程

1）基底制作：

由于叠层在制作过程中要由工作台带动频繁升降，为实现原型与工作台之间的连接，需要制作基底，通常制作3~5层。

为保证基底的牢同，在制作基底之前要将工作台预热。

2）原型制作：

制作完基底后，即可由设备根据给定的工艺参数自动完成原型所有叠层的制作过程。

3）余料去除：

主要是将成形过程中产生的网状废料与工件剥离，通常采用手工剥离的方法。

4）后处理：

余料去除以后，为提高原型表面状况和机械强度，保证其尺寸稳定性、精度等方面的要求，需对原型进行后置处理，如修补、打磨、抛光、表面涂覆等，经处理的LOM原型表现出类似硬木的效果和性能。

3、特点和成形材料

LOM成形优点：

LOM工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面。

因此成形厚壁零件的速度较快，易于制造大型零件。

工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翅曲变形，零件的精度较高。

工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所有LOM工艺无需加支撑。

原材料价格便宜，原型制作成本低。

设备可靠性高，寿命长,操作方便。

LOM成形缺点：

（1）不能直接制作塑料工件。

（2）工件（特别是薄壁件）的抗拉强度和弹性不够好。

（3）工件易吸湿膨胀，因此，成型后应尽快进行表面防潮处理。

（4）工件表面有台阶纹，其高度等于材料的厚度（通常为0.lmm左右）,因此，成型后需进行表面打磨。

4、LOM分层叠加成形设备和应用

设备组成

激光系统、走纸机构、XY扫描机构和Z升降机构、加热辊

图8-8　SSM—800型分层叠加成形设备

a）前面部分　b）背后部分

1—X、Y轴　2—热压系统　3—测高　4—收纸辊　5—Z轴　6—送纸辊　7—工作平台　8—激光头

六、实操小结。

（3分钟）

了解SL光敏树脂液相固化成形设备和应用。

七、课后作业。

（2分钟）

P5-7

八、整理清洁。

（5分钟）

1、设备恢复和整理

2、整理工量具

3、教学场地的清洁

4、人走五关（关门、关窗、关灯、关风扇、关工具箱）