3D 打印技術(shù)在鉬絲張力裝置新產(chǎn)品開發(fā)的應(yīng)用

張念川

(廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院，廣州510075)

創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，科技是戰(zhàn)勝困難的有力武器。然而一款創(chuàng)新產(chǎn)品的成功還是失敗，取決于產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能否達(dá)到預(yù)期效果。在鉬絲張力裝置開發(fā)過(guò)程中，由于鉬絲張力裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且零件較多，同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要對(duì)各零件的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行修改，若采用傳統(tǒng)工藝去研發(fā)和生產(chǎn)，將消耗大量的時(shí)間和資金投入。為了加快產(chǎn)品零件生產(chǎn)速度，縮短研發(fā)周期，本文利用3D 打印技術(shù)具有制造速度快、加工精度高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，開發(fā)鉬絲張力裝置新產(chǎn)品，取得良好效果。

1 鉬絲張力裝置

1.1 技術(shù)介紹

電火花線切割DK77 系列機(jī)床應(yīng)用比較廣泛，機(jī)床結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，如圖1 所示，特別是鉬絲的恒張力調(diào)節(jié)完全由掛錘重量控制，給操作者帶來(lái)很多的不便：一是需要緊絲輪來(lái)手工緊絲、鉬絲拉緊、鉬絲校垂直等頻繁操作，特別在緊絲過(guò)程中，由于絲筒以12 m/s 高速轉(zhuǎn)速，很容易造成鉬絲割手的安全隱患；二是在加工過(guò)程中，電極絲在電離產(chǎn)生的高溫腐蝕下，使絲線長(zhǎng)度受熱伸長(zhǎng)，絲徑損耗變細(xì)，從而使得張力不能有效控制，導(dǎo)致松了的電極絲會(huì)脫離導(dǎo)輪的位置，使得加工過(guò)程極不穩(wěn)定，加工速度明顯下降，加工質(zhì)量變壞，特別是加工錐度時(shí)，由于切割方向的變化，使鉬絲忽松忽緊，嚴(yán)重影響切割質(zhì)量。圖1 電火花線切割DK77 系列機(jī)床結(jié)構(gòu)

圖1 電火花線切割DK77 系列機(jī)床結(jié)構(gòu)

1.2 現(xiàn)有產(chǎn)品分析

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查與比較，雖然有極個(gè)別專利性產(chǎn)品能夠較好解決電火花線切割DK77 系列機(jī)床電極絲恒張力控制問(wèn)題，如：雙導(dǎo)輪款鉬絲松緊調(diào)節(jié)器、自動(dòng)緊絲器、微敏感鉬絲緊絲器等(圖2)，所有產(chǎn)品調(diào)節(jié)鉬絲的原理基本都是靠扭力彈簧擺動(dòng)導(dǎo)輪，形成一段彈性扭距來(lái)控制鉬絲的張緊力。但是，大部分產(chǎn)品裝上新絲后或在電極絲受熱伸長(zhǎng)超過(guò)彈簧扭距控制范圍，仍需手工緊絲，使操作變得麻煩又存在一定的安全隱患。

圖2 線切割自動(dòng)緊絲器

1.3 鉬絲張力裝置設(shè)計(jì)

鉬絲張力裝置主要由定輪裝置、 動(dòng)輪裝置和滑動(dòng)裝置等組成(圖3)，該結(jié)構(gòu)具有較好的滑動(dòng)性，軸承與圓柱導(dǎo)軌配合精度高的特點(diǎn)，通過(guò)波輪手柄移動(dòng)鉬絲進(jìn)行張力調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)距離達(dá)320 mm，能夠簡(jiǎn)化手工緊絲的環(huán)節(jié)，無(wú)需手工緊絲操作。而彈簧能夠控制鉬絲始終保持恒定的張緊力，防止電極絲因長(zhǎng)時(shí)間的工作發(fā)熱變形松弛的情況發(fā)生，同時(shí)減少了工件加工面“腰鼓形”和短路情況，保證了加工精度。定輪裝置主要由雙邊導(dǎo)輪總成與定輪座組成。該結(jié)構(gòu)能夠始終保持鉬絲的一個(gè)理想的繞絲軌跡，增大導(dǎo)輪調(diào)節(jié)距離，具有較好的導(dǎo)向和定位功能，而動(dòng)輪機(jī)構(gòu)與絲筒距離相對(duì)減少，能夠避免在裝絲過(guò)程中的疊絲現(xiàn)象。安裝圖見圖4。

圖3 鉬絲張力調(diào)裝置

圖4 鉬絲張力調(diào)節(jié)裝置的安裝

2 零件制造

2.1 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)中的意義

在設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)者不僅要考慮滿足使用要求的前提下，還要考慮制造的可行性、經(jīng)濟(jì)性、難易程度等，是否能夠制造和便于制造，現(xiàn)有的條件既能方便制造，又有較低的制造成本。

2.2 鉬絲張力調(diào)節(jié)裝置制造

由于鉬絲張力調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)零件較多(圖5)，為減少制造成本，較多采用標(biāo)準(zhǔn)零件(如：?jiǎn)卧瑝K、單元支撐、圓柱直線軸承、導(dǎo)軌等)，而這些標(biāo)準(zhǔn)零件在淘寶、京東等都可以買到，而且比較便宜；對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)零件只能自己加工，其中有幾個(gè)零部件加工工藝比較復(fù)雜(如：定輪座、滑動(dòng)固定座、動(dòng)輪座)，通過(guò)傳統(tǒng)切削工藝去研發(fā)和生產(chǎn)，將消耗大量的時(shí)間和資金投入。因此，為提高研發(fā)效率，先利用3D 打印機(jī)試制零件原型，來(lái)驗(yàn)證鉬絲張力調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)的效果和功能，做一個(gè)大膽嘗試。如果零件滿足設(shè)計(jì)要求，則可進(jìn)行產(chǎn)品定型切削加工；如果不滿足要求，修改零件設(shè)計(jì)直至滿足要求為止。

圖5 鉬絲張力調(diào)節(jié)裝置零件分類

3 3D 打印零部件

3.1 打印設(shè)備及材料

本文使用北京太爾D255 型號(hào)雙噴頭熔融擠壓快速成型3D 打印機(jī)，成型空間：255 mm*255 mm*310 mm，打印精度在±0.2 mm 之間，打印方式采用熔融擠壓快速成形技術(shù)(MEM～Melted Extrusion Modeling)，打印材料為絲狀材料ABS B601。該設(shè)備可在計(jì)算機(jī)控制與管理下，根據(jù)零件的CAD 模型，通過(guò)三維實(shí)體數(shù)據(jù)分割成二維實(shí)體數(shù)據(jù)，以材料精確堆積平面加工方式，由低到高順序粘結(jié)出多層實(shí)體的方法制造原型或零件。

3.2 模型文件切片

先利用UG 三維軟件導(dǎo)出STL 格式零件圖，然后利用Modelwizard 軟件進(jìn)行切片處理。將前面處理好的三維模型stl 文件導(dǎo)入到軟件Modelwizard 中，調(diào)整好模型擺放方位。模型放置位置不同，其成型時(shí)間、成型表面質(zhì)量以及添加支撐方式都會(huì)不一樣［1］。為保證零件表面質(zhì)量，必須根據(jù)零件形狀合理放置，設(shè)置好切片參數(shù)：設(shè)置層高為0.25 mm，其它設(shè)置為默認(rèn)。由于太爾D255 型號(hào)打印機(jī)工作空間比較大，因此，定輪座、滑動(dòng)固定座、動(dòng)輪座3 個(gè)零件可一次性設(shè)置完成打印，具體參數(shù)設(shè)置見圖6。

圖6 切片參數(shù)設(shè)置

3.3 打印及后處理

將Modelwizard 切片生成的數(shù)據(jù)，再通過(guò)三維打印設(shè)置(見圖7)，選擇好打印的輸出質(zhì)量及成型室的溫度，輸出質(zhì)量軟件只提供“快速”“普通”“精細(xì)”三種模式選擇，一般要求的零件，選擇“快速”“普通”基本可以滿足零件要求，反之，精度高的零件選擇“精細(xì)”即可；而成型室的溫度一般設(shè)定在80°，如果在冬天室內(nèi)的溫度比較低時(shí)，成型室的溫度應(yīng)設(shè)定在80°以上；最后把設(shè)置好參數(shù)生成模型切片數(shù)據(jù)，傳輸至打印機(jī)SD 卡中，即可完成打印。待打印完成后，需要對(duì)打印的產(chǎn)品進(jìn)行后期處理，去除支撐材料，最后形成成品。

圖7 三維打印設(shè)置

4 專利申報(bào)

鉬絲張力調(diào)節(jié)裝置在3D 打印的幫助下，很快進(jìn)入安裝和調(diào)試階段。由于電火花線切割DK77 系列機(jī)床絲架與絲桶距離較小，這就意味著鉬絲張力調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)尺寸不能與機(jī)床有干涉，并具有合理的安裝角度。除此之外，還需要保證零件的工作可靠性，避免零件強(qiáng)度不夠引發(fā)脫落等因素［2］。經(jīng)反復(fù)調(diào)試修改，該裝置在調(diào)試過(guò)程中工作穩(wěn)定，使用方便，能夠較好的保持鉬絲的張緊力，而且能夠降低鉬絲的損耗，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，并達(dá)到預(yù)期的效果，滿足了產(chǎn)品定型條件(圖8)。

圖8 鉬絲張力調(diào)節(jié)裝置實(shí)物安裝

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)3D 打印技術(shù)試制零件原型，可以在裝配過(guò)程中可以看出設(shè)計(jì)中存在的不足，然后進(jìn)行改進(jìn)。避免因某一個(gè)點(diǎn)的失誤而影響了整個(gè)設(shè)計(jì)帶來(lái)的損失，節(jié)省了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程所消耗的時(shí)間和成本［3］。讓設(shè)計(jì)者可以充分發(fā)揮自己的想象力，可以獨(dú)立的進(jìn)行創(chuàng)作，不再把自己的想法限制在傳統(tǒng)工藝去研發(fā)和生產(chǎn)，給人們提供更廣闊的視野［4］。