《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)