20世紀(jì)80年代,全球制造業(yè)技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn),催生出了以“3D打印”技術(shù)為代表的增材制造技術(shù),從美國科學(xué)家Charles Hull博士開發(fā)出第一臺3D打印至今已過去了近40年,增材制造技術(shù)作為區(qū)別于傳統(tǒng)減材加工技術(shù)的新技術(shù),已在工業(yè)發(fā)達(dá)國家實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,尤其是金屬材料增材制造技術(shù),因其快速成型、分層制造、節(jié)約原料等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療服務(wù)、模型制造等需快速原型制造的領(lǐng)域,但因金屬增材制造的產(chǎn)品通常是通過激光熔融燒結(jié)而成,表面精度往往達(dá)不到設(shè)計要求,無法直接使用,還需進(jìn)一步減材加工實現(xiàn)零件表面精度的提升?;谝陨蠁栴},國內(nèi)外學(xué)者展開了進(jìn)一步研究,提出了增材制造+減材制造(數(shù)控多軸加工)的一體化應(yīng)用解決方案,在復(fù)雜零部件加工中,融合增、減材制造兩者優(yōu)勢,克服工藝缺點,為拓寬高精度復(fù)雜零部件制造工藝提供了新思路
。
增材制造技術(shù)又稱為3D打印技術(shù),其原理是使用三維造型軟件進(jìn)行計算機(jī)建模,對模型進(jìn)行切片后,采用層層堆積的方式完成零件成型。增材制造技術(shù)適用于PLA、光敏樹脂、石膏、金屬等多種材料,通用電氣(GE)、德國EOS、瑞士GF等工業(yè)巨頭已經(jīng)將該技術(shù)推向了產(chǎn)業(yè)化,主流的增材制造方法包括選擇性激光熔化(SLM),選擇性激光燒結(jié)(SLS),熔融沉積建模(FDM),激光工程凈成形(LENS),電弧增材制造(WAAM)和電子束熔化(EBM)等。
金屬增材制造是將不銹鋼、鈷鉻合金、鋁合金等粉末或絲狀材料,采用激光熔融燒結(jié)的方法,逐層累積成型零件的工藝方法,相較于傳統(tǒng)加工方法,突破了刀具材料、夾具設(shè)計和零件復(fù)雜程度的限制,主要具有以下優(yōu)點
:
對長沙市內(nèi)5座垃圾填埋場分別進(jìn)行適宜性評價,根據(jù)各填埋場的影響子因素的實際情況,確定出各項因子的實際權(quán)重,并按式3計算出各個制約因子的實際得分,求和即得出場地的適宜性最后得分見表5,對照城市垃圾填埋場適宜性分級得出各垃圾填埋場適宜性結(jié)果見表6。
(1)能夠制造外形復(fù)雜,對于內(nèi)有封閉空腔或孔洞的復(fù)雜零件可進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,一次成型,避免了傳統(tǒng)加工多次裝夾的重復(fù)定位誤差;
(2)金屬材料的利用率高,避免了貴重金屬的浪費,為產(chǎn)品試制降低了成本,綜合成本為傳統(tǒng)減材制造的50%左右。
葉輪增材制造采用甘肅機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)有的EOS M 290工業(yè)級3D打印機(jī),該機(jī)型采用SLS(選擇性激光燒結(jié))技術(shù),最大行程為250x 250x 325mm,打印材料為316L不銹鋼材料,增材制造參數(shù)設(shè)置如表1所示。葉輪三維模型如圖2所示。
(4)打印件的綜合力學(xué)性能優(yōu)異,具有高質(zhì)量、高強(qiáng)度、高精度、超長壽命。
多軸聯(lián)動數(shù)控機(jī)床是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等加工的重要手段,所以每當(dāng)人們在設(shè)計、研制復(fù)雜曲面遇到無法解決的難題時,往往轉(zhuǎn)向于求助多軸數(shù)控系統(tǒng)
。五軸聯(lián)動加工能協(xié)調(diào)3個直線軸和2個旋轉(zhuǎn)軸,使他們同時動作,解決了三軸和“3+2”軸加工的干涉問題,刀具可以非常短,而短刀具會明顯降低刀具偏差,從而獲得良好的表面質(zhì)量。五軸聯(lián)動數(shù)控加工具有以下優(yōu)點:
2004-2007年規(guī)劃,中西部23個省份新建、改擴(kuò)建徐誒下7727所,在全國覆蓋了953個縣,其中西部地區(qū)404個縣。農(nóng)村義務(wù)教育經(jīng)費保障機(jī)制改革涉及廣泛,政策強(qiáng)而有力,任務(wù)十分艱巨而緊迫。各地區(qū),各有關(guān)部門要從政治高度和全局深入對農(nóng)村義務(wù)教育經(jīng)費保障機(jī)制進(jìn)行深化改革,認(rèn)真部署和協(xié)調(diào)安排,落實各項改革政策。
如圖3所示,為葉輪增材制造完成的表面精度情況,可以看出,表面葉輪表面粗糙度較大,葉片壁厚較厚,還需進(jìn)一步減材加工,以達(dá)到零件設(shè)計要求的精度。因葉輪增材加工完成后加工余量較小,減材加工工藝流程為:確定數(shù)控加工設(shè)備、安裝毛坯、半精加工、精加工。葉輪外形復(fù)雜,加工精度要求高,減材制造設(shè)備選用DMG 50數(shù)控五軸加工中心,該設(shè)備X軸、Y軸、Z軸最大行程分別為500mm、450mm、400mm,最大工件直徑為630mm,最大工件高度500mm,工件最大重量300kg,技術(shù)參數(shù)完全滿足葉輪加工需求。葉輪數(shù)控多軸加工采用PowerMILL軟件生成加工程序,Vericut軟件仿真加工驗證加工過程。PowerMILL自帶葉輪加工模塊,可以極大簡化復(fù)雜的編程過程,按照給定步驟進(jìn)行操作,系統(tǒng)會自動生成數(shù)控五軸加工程序。葉輪精加工過程如下:
(3)五軸加工時使刀具相對于工件表面可處于最有效的切削狀態(tài),避免了刀具(刀位點)零線速度加工帶來的切削效率極低、加工表面質(zhì)量嚴(yán)重惡化等情況的出現(xiàn)。
(4)對于直紋面類零件,可采用側(cè)銑方式一刀成形。
(2)生成毛坯。打開建模生成的葉輪模型,軟件通過計算,生成出帶有加工余量的毛坯外形。
(5)在對上表面、側(cè)面等大平面加工時,通常采用較大直徑的面銑刀進(jìn)行加工,加工效率較高。
上世紀(jì)90年代,歐美制造業(yè)發(fā)達(dá)國家的研究人員就提出了增減材復(fù)合加工的理念,美國、德國、奧地利、瑞士等制造業(yè)發(fā)達(dá)國家首先開始了相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用。我國高校和企業(yè)也進(jìn)行了增減材復(fù)合加工工藝、裝備和應(yīng)用的探索,但相對于國外發(fā)達(dá)國家尚處于起步階段,存在較大進(jìn)步空間。綜合現(xiàn)有對增減材一體化應(yīng)用的研究,都是為了解決兩方面工藝難題:一是增材制造過程中尺寸、表面精度不足;二是減材制造難以加工復(fù)雜零件,材料利用率低。融合兩方面的優(yōu)點:一是增材制造復(fù)雜零件,成型速度快,材料利用率高;二是減材制造尺寸、表面精度高,加工效率高。增減材一體化應(yīng)用加工工藝過程如圖1所示
。
(7)多軸聯(lián)動機(jī)床可實現(xiàn)一次裝夾、多面加工,避免了重復(fù)定位誤差,提高了加工精度、質(zhì)量和效率。
(1)因其多軸聯(lián)動特性,可加工三軸聯(lián)動數(shù)控銑床無法加工的復(fù)雜外形零件,如倒勾曲面、變斜角、異型零件等。
(6)在粗加工、大曲面加工中,刀具通常可采用大直徑、短長度,避免發(fā)生加工干涉。
我國的航天航空業(yè)經(jīng)過幾代科學(xué)家的不懈奮斗,在自主制造航空航天器種類方面取得了非凡的成就,從殲10、殲20、運20等軍用飛機(jī),到C919、Arj21等民航客機(jī)及體系完整的“東風(fēng)”系列火箭,如雨后春筍般研發(fā)成功,我國成為世界上極少數(shù)幾個具有自主研發(fā)航空航天器的國家之一,但我國航空業(yè)長期面臨缺乏航空發(fā)動機(jī)的現(xiàn)狀,多款航空發(fā)動機(jī)依賴進(jìn)口。航空發(fā)動機(jī)制造涉及學(xué)科多、工藝復(fù)雜,被譽(yù)為“工業(yè)皇冠上的明珠”,葉輪作為小型渦輪發(fā)動機(jī)的核心零件,研究其制造過程,應(yīng)用新技術(shù)、新工藝提高其制造精度和質(zhì)量具有重要意義。本文前述中提出,增減材制造一體化技術(shù)適合于加工外形復(fù)雜,傳統(tǒng)加工手段難以加工的零件,葉輪的零件特征正好適合采用該工藝。
葉輪形狀比較復(fù)雜,共分為為輪轂層、左葉片層、右葉片層、分流葉片層、套層等,加工精度要求高,屬于薄壁零件,加工容易產(chǎn)生變形,因本研究增減材加工設(shè)備是分開的,為保證定位精度,采用先增材、后減材的加工順序。增材工藝流程為:葉輪三維造型、選擇增材設(shè)備、確定增材順序、制訂增材加工參數(shù)、進(jìn)行增材加工。
(3)產(chǎn)品試制周期短,能夠?qū)崿F(xiàn)快速成型,節(jié)省大量的產(chǎn)品設(shè)計和改型時間。
(2)可一次裝夾完成加工出連續(xù)、平滑的自由曲面。
“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下科技型小微企業(yè)創(chuàng)業(yè)行為關(guān)鍵影響因素研究 ……… 張 楠,斯 姣,張旭軍,曹 潔(59)
(1)創(chuàng)建刀具。選擇一把直徑為6mm的球頭銑刀,頂部、底部直徑50mm,長度20mm。
本研究在分區(qū)時以城市為單位,根據(jù)2002年行政區(qū)域的劃分,流域一共包括39個地級市,為增加分區(qū)的準(zhǔn)確性,只選取了全部或超過一半面積在流域內(nèi)的城市作為研究對象,共包括29個,最終將小于一半面積的城市采取就近原則劃入相應(yīng)的區(qū)域。
選取2016年8月~2018年8月在我院進(jìn)行尿常規(guī)檢驗的患者93例作為研究對象,其中,男53例,女40例,年齡10~63歲,平均年齡(44.67±5.43)歲[1] 。
(3)切入切出和連接參數(shù)設(shè)置。根據(jù)精加工要求,設(shè)置相關(guān)參數(shù)。
(4)Vericut仿真加工。設(shè)置工作目錄,新建一毫米制文件;根據(jù)DMG 50數(shù)控五軸加工中心參數(shù)添加機(jī)床;根據(jù)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng),選hei530.ctl控制系統(tǒng);將葉輪三維模型導(dǎo)入,添加工裝;設(shè)置G代碼偏置;添加刀具庫,選擇tool.tls文件;后處理得到加工程序;后處理器選擇“hei530_AC”,指定合適文件路徑和文件名,得到加工程序;導(dǎo)入生成好的G代碼;點擊開始,完成葉輪加工仿真;驗證完成后,保存項目。
030香料的合成實驗即將接近尾聲的時候,也是北京輕工業(yè)學(xué)院的教學(xué)樓里飄起火腿腸味的時候。那天,出了實驗室的孫寶國正往同事們中間走去,其中一人突然張口:“誒,哪來的火腿腸味?”聽到這話,孫寶國心中泛起一陣喜悅,從研發(fā)的角度講,他的合成實驗即將告終,從群眾實踐的角度講,他的合成結(jié)果看來也接近真實。
(5)零件加工。安裝刀具和零件:選擇機(jī)床型號,選擇BT40刀柄,對照工序卡,安裝刀具。所有刀具保證伸出長度大于50mm。將自定心卡盤安裝在加工中心工作臺面上,并使用百分表校準(zhǔn)并固定,將毛坯夾緊。對刀:零件加工原點設(shè)置毛坯上端面中心,使用機(jī)械尋邊器,找正毛坯中心,并設(shè)置G54參數(shù),使用Z向?qū)Φ秲x,分別找正每把刀的Z向補(bǔ)償值,并設(shè)置刀具補(bǔ)償參數(shù),精加工刀具路徑如圖4所示。程序傳輸并加工:將數(shù)控加工程序?qū)隓MG 50數(shù)控系統(tǒng),將機(jī)床設(shè)置為“自動加工”模式,啟動后進(jìn)行葉輪試切,觀察無誤后,完成零件加工,零件成品如圖5所示。
用三坐標(biāo)測量儀對葉輪成品進(jìn)行測量,其關(guān)鍵尺寸、形位精度均達(dá)到設(shè)計要求,表面精度滿足設(shè)計要求。
北京探礦工程研究所研發(fā)了一套應(yīng)用于土壤取樣的TGQ-30C淺層輕便取樣鉆機(jī)(圖1)。TGQ-30C土壤取樣鉆機(jī)模塊化設(shè)計,拆裝方便、操作簡單,可滿足30 m以內(nèi)的土壤取樣要求。然而在施工過程中發(fā)現(xiàn),在一些縮孔嚴(yán)重,深度超過10 m,大口徑的孔中需要非常大的起拔力才能夠?qū)@具提出。如果使用絞車起拔,拉力10 kN的液壓絞車質(zhì)量達(dá)到50 kg左右,拉力30 kN以上的液壓絞車質(zhì)量超過120 kg,并且使用拉力大的絞車會使得支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜,鉆機(jī)本身的重量也會加大,這會極大地影響鉆機(jī)的輕便性,移動過程中增加操作者的勞動強(qiáng)度。因此需要研制一款獨立的起拔裝置代替液壓絞車起拔鉆桿。
增減材一體化制造應(yīng)用工藝,其特點是融合了增材制造快速原型制造和數(shù)控多軸加工高精度的優(yōu)點,該技術(shù)能夠縮短新產(chǎn)品的試制周期、節(jié)省了貴重金屬、降低了產(chǎn)品開發(fā)成本。該工藝適合于單件、小批量復(fù)雜零件的制造,有著廣闊的市場空間。本文以小型渦輪發(fā)動機(jī)核心部件—葉輪為例,對增減材一體化制造應(yīng)用工藝進(jìn)行了實踐與探索,對增減材制造研究有一定的參考價值。
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