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《大连理工大学》 2002年 博士论文
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熔融沉积制造精度及快速模具制造技术的研究

邹国林  
【摘要】: 现代社会市场竞争日趋激烈,新产品的“上市时间”已成为取胜的关键,因此,要求设计者及制造者尽量缩短产品的开发、制造周期,以适应批量小、品种多、改型快的现代制造模式。快速成型技术(RPM)与快速模具制造技术(RT)能分别用来快速制造具有复杂形状的原型及具有高尺寸精度和低表面粗糙度的各类工模具,因而利用这两种技术能实现快速产品开发的目的。 熔融沉积制造技术(FDM)在零件原型快速制造上已获得成功的应用。基于FDM快速制造模具——生成注塑模或EDM电极时,原型的尺寸、几何精度和表面粗糙度对于最终产品的质量起着决定性的作用,因而必须研究FDM工艺的精度。 本论文首先从粘性和弹性两个方面阐述和研究了熔融态ABS熔体从喷头挤出过程中的流变性能,流变性能的分析和研究不仅有助于更好地理解FDM工艺的挤出丝过程,而且为建立理想轮廓线的补偿模型提供了理论依据。 在对FDM工艺精度进行系统分析的基础上,提出了精度研究的具体内容,即成型过程中的材料收缩及其补偿、由喷头导致的理想轮廓线的补偿和FDM工艺参数的优化。 首先通过理论和实验研究了成型过程中ABS树脂材料收缩对零件尺寸精度的影响,以及收缩的控制与补偿方法。 根据ABS丝从喷头挤出过程中的流变性能,在研究FDM工艺喷头挤出丝截面形状的基础上,建立了理想轮廓线的补偿模型,并提出了根据挤出丝实际宽度(而非喷嘴孔直径)和零件尺寸实际收缩量补偿零件内、外轮廓的新方法,验证试验结果表明该补偿模型和补偿方法正确可行。 针对FDM快速成型工艺,确定出影响原型件质量的主要工艺参数,通过正交试验,对加工出的27个标准测试件的各种特征进行测量与数据处理,研究了FDM工艺参数对原型件质量的影响规律,进而优化FDM工艺参数,并形成了一套完整的基于参数优化设置的FDM成型工艺规程。 继FDM工艺精度研究后,开展了快速模具制造技术的研究,建立了基于FDM原型快速制造电加工电极的工艺。该工艺将脉冲电铸和电弧喷涂紫铜背衬相结合,获得了结晶致密的电极工作层和结合强度高、导电与导热性良好的电极背衬层,得到的电极达到了常规机加工紫铜电极的电加工性能。同时,该工艺有效地缩短和降低了模具制造周期和成本。 最后,针对目前国内市场应用较普遍的分层实体制造(LOM)快速成型设备,提出了基于特殊涂料喷涂法的LOM纸质原型封闭处理新技术,通过快速化学镀铜解决了LOM纸质原型导电化的难题,建立了基于LOM纸质原型快速制造电加工电极的工艺。该工艺不仅减少了工序,还避免了因翻制过渡模型带来的转换误差,将脉冲电铸和电弧 摘要 喷涂紫铜背村相结合制造电极,能保证电极的电加工性能,可以实现高效率、高精度和 低成本的快速模具制造。


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