第一篇：3D打印技術(shù)以及在快速鑄造成形中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)以及在快速鑄造成形中的應(yīng)用

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來源：環(huán)球市場 2017年11期

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摘要：3D打印技術(shù)是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，其核心思想為增材制造。它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體。它無需模具，產(chǎn)生極少的廢料，有效縮短了加工周期，在非批量化生產(chǎn)中具有明顯的成本和效率優(yōu)勢。3D打印技術(shù)在鑄造行業(yè)中的引入推動了傳統(tǒng)鑄造成形技術(shù)的發(fā)展和革新，并迅速改變著鑄造行業(yè)的面貌。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；快速鑄造成形；應(yīng)用3D打印技術(shù)概述

隨著科學(xué)與生產(chǎn)技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，快速成型技術(shù)，尤其是3D打印技術(shù)逐漸在制造業(yè)中已經(jīng)占據(jù)非常重要的地位，成為不可或缺的一種成形制造方法。在不久的未來，以個性化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、定制化為突出特點(diǎn)的3D打印制造技術(shù)將推動第三次工業(yè)革命。

3D打印，又稱作增材制造技術(shù)，是根據(jù)前期設(shè)計(jì)的CAD三維模型，借助計(jì)算機(jī)軟件控制，在打印設(shè)備上逐層增加材料堆積成所需制品造型的一種快速成形制造技術(shù)。其運(yùn)作原理和傳統(tǒng)打印機(jī)工作原理基本相同。傳統(tǒng)打印機(jī)是只要輕點(diǎn)電腦屏幕上的“打印”按鈕，一份數(shù)字文件便被傳送到一臺噴墨打印機(jī)上，它將一層墨水噴到紙的表面以形成一副2D圖像。而3D打印機(jī)首先將物品轉(zhuǎn)化為一組3D數(shù)據(jù)，然后打印機(jī)開始逐層分切，針對分切的每一層構(gòu)建，按層次打印。其最大的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是能簡化制造程序，縮短產(chǎn)品研制周期，降低開發(fā)成本和風(fēng)險。相比傳統(tǒng)的制造工藝，應(yīng)用3D打印技術(shù)節(jié)省原材料，用料只有原來的1/3到1/2，制造速度快了3～4倍。3D打印的鑄造應(yīng)用

2.1 3D打印技術(shù)在精鑄模樣制作中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)首先被應(yīng)用于鑄造模樣的制作，尤其是熔模精鑄中的模樣制作。SLS、FDM、SLA技術(shù)均可用于蠟?zāi)５某尚?，但是由于獲得的蠟?zāi)?qiáng)度較低，在后續(xù)處理工序中易于破損，并不適合于薄壁件的鑄造生產(chǎn)。為解決模樣強(qiáng)度不足的問題，人們將成形所用的蠟料替換為其它類型材料，這樣制備出的模樣可以進(jìn)行一定程度的加工以改善其表面光潔度，提高鑄件的表面質(zhì)量；但是此后又暴露出了新的問題，如基于非蠟?zāi)又苽涞男蜌と菀组_裂、脫模后殘余灰分高等。

在早期采用3D打印技術(shù)獲得模樣的嘗試中，型殼開裂在使用非蠟基模料的情況下非常常見，其原因是在去除模樣的過程中，模樣因受熱膨脹而導(dǎo)致了型殼的開裂。為解決這一問題，3Dsystem公司采用了被稱為QuickCast的成形方案，通過在制備模樣時采用六角形、四方形或三角形的非實(shí)體打印模式，將模樣內(nèi)部材料重量減小95%，形成為內(nèi)部疏松的樹脂模樣，這種結(jié)構(gòu)可以在較低的溫度下就軟化并向模樣內(nèi)部潰縮，避免對型殼造成過大的應(yīng)力，因而可降低型殼的開裂風(fēng)險。需要注意的是，由于模樣內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為疏松，在涂掛工藝之前有必要在模樣表面浸蠟并進(jìn)行表面修整，以便獲得平整的型殼內(nèi)腔，進(jìn)而澆注出較高質(zhì)量的鑄件。ZCorp公司則采用一種膠質(zhì)淀粉原料Zp14進(jìn)行3D打印，所獲得的制件經(jīng)浸蠟后涂掛耐火材料，以制備型殼并最終澆注零件。

2.2 3D打印技術(shù)在精鑄蠟?zāi)盒椭谱髦械膽?yīng)用

受打印周期的限制，模樣的直接3D打印一般適用于單件或數(shù)件鑄件的鑄造生產(chǎn)。為了適應(yīng)于較大批量的鑄件需求，有研究者開始將3D打印技術(shù)應(yīng)用于蠟?zāi)盒偷闹谱?，而后在通過所制作的壓型來批量壓制蠟?zāi)＃蕴岣哞T件的生產(chǎn)效率。

壓型的3D打印制備分為直接打印和間接獲得兩種方式。壓型的直接獲得意味著通過3D打印直接制備出壓型，所制得的壓型再用于壓制一定批量的蠟?zāi)！Ｖ苯咏饘偌す鉄Y(jié)（DMLS）、激光凈形制造（LENS）技術(shù)均被成功地應(yīng)用于壓型的3D打印[6，7]，以滿足快速將中等或較大批量鑄件快速推向市場的需求。一些情況下，人們通過3D打印首先獲得母模，然后使用母模翻制壓型，即間接獲得用于壓制蠟?zāi)５膲盒汀Ｊ覝毓袒柘鹉z制模、環(huán)氧樹脂制模、噴涂金屬制模等技術(shù)都被成功應(yīng)用于壓型的間接3D打印制造。以采用室溫固化硅橡膠制模工藝的精密鑄造為例，其工藝實(shí)施過程如圖5所示，蠟?zāi)５闹苽湫枰ㄟ^如下步驟來完成：（a）建立鑄件的CAD模型；（b）采用SLA方法制備光固化模樣；（c）翻制RTV硅橡膠壓型；（d）壓制蠟?zāi)?。所壓制的蠟?zāi)＝?jīng)修整、組合后，即可進(jìn)行涂掛制備型殼，完成后續(xù)的精鑄流程。工藝適用性評估表明，當(dāng)鑄件需求量在數(shù)十個的量級時，這一工藝具有較佳的適用性。

2.3 3D打印技術(shù)在鑄型制作中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)也被應(yīng)用于陶瓷型殼的直接成形。1993年，位于美國加州的Soligen Technology公司在麻省理工學(xué)院發(fā)展的3DPAM技術(shù)基礎(chǔ)上，搭建了直接型殼制作鑄造系統(tǒng)（DSPC），直接制備出包含內(nèi)部芯子的陶瓷型殼，減少了傳統(tǒng)熔模精鑄中蠟?zāi)褐平M合、制殼脫蠟等繁瑣工序。該DSPC系統(tǒng)通過多個噴頭噴射硅溶膠的方式將剛玉粉末粘結(jié)起來，未被粘接的剛玉粉被移除，從而獲得型殼，所制備的型殼在進(jìn)行高溫焙燒以建立足夠的機(jī)械強(qiáng)度后，即可進(jìn)行金屬液的澆注。DSPC系統(tǒng)可以用于實(shí)現(xiàn)任意形狀的零件生產(chǎn)，同時也可適用于包括銅、鋁、不銹鋼、工具鋼、鈷鉻合金在內(nèi)的多種不同金屬材料的鑄件獲取，鑄件的生產(chǎn)周期可由傳統(tǒng)熔模精鑄的數(shù)周縮減至2-3天，目前這一系統(tǒng)已經(jīng)被用于制造鑄件原型及小批量的全功能鑄件生產(chǎn)。

3D打印技術(shù)也正在改變砂型鑄造工藝流程現(xiàn)狀。在傳統(tǒng)的砂型鑄造生產(chǎn)過程中，需要熟練的技術(shù)工人依據(jù)圖紙或模樣來制作砂型，造型、制芯等工序往往耗費(fèi)大量人力和時間。通過引入3D打印技術(shù)，這種局面也正在得到改變———人們已經(jīng)可以通過3D打印技術(shù)快速制備所需的砂型結(jié)構(gòu)，從而縮短造型工藝周期，減少對熟練技術(shù)工人的依賴。結(jié)語

3D打印技術(shù)作為目前一種先進(jìn)制造技術(shù)，近年來已得到快速發(fā)展，實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域逐漸增多。但其推廣力度還不夠大，應(yīng)該加強(qiáng)教育培訓(xùn)，促進(jìn)3D打印技術(shù)的社會化推廣；加大科技扶持力度，提升3D打印技術(shù)水平，擴(kuò)大其在鑄造成形領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用。

第二篇：快速成型技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用

快速成型技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用

快速成形制造技術(shù)是目前國際上成型工藝中備受關(guān)注的焦點(diǎn)。鑄造作為一項(xiàng)傳統(tǒng)的工藝，制造成本低、工藝靈活性大，可以獲得復(fù)雜形狀和大型的鑄件。充分發(fā)揮兩者的特點(diǎn)和優(yōu)勢，可以在新產(chǎn)品試制中取得客觀的經(jīng)濟(jì)效益。

快速成形制造技術(shù)又稱為快速原型制造技術(shù)(Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM)，是一項(xiàng)高科技成果。它包括SLS、SLA、SLM等成型方法,集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。與傳統(tǒng)制造方法不同，快速成型從零件的CAD幾何模型出發(fā)，通過軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，用激光束或其他方法將材料堆積而形成實(shí)體零件，所以又稱為材料添加制造法(Material Additive Manufacturing 或 Material Increase Manufacturing)。由于它把復(fù)雜的三維制造轉(zhuǎn)化為一系列二維制造的疊加，因而可以在不用模具和工具的條件下幾乎能夠生成任意復(fù)雜形狀的零部件，極大地提高了生產(chǎn)效率和制造柔性。與數(shù)控加工、鑄造、金屬冷噴涂、硅膠模等制造手段一起，快速自動成型已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強(qiáng)有力手段，是目前適合我國國情的實(shí)現(xiàn)金屬零件的單件或小批量敏捷制造的有效方法，在航空航天、汽車摩托車、家電等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

快速成型技術(shù)能夠快捷地提供精密鑄造所需的蠟?zāi)；蚩上勰Ｒ约坝糜谏靶丸T造的木模或砂模，解決了傳統(tǒng)鑄造中蠟?zāi)；蚰灸５戎苽渲芷陂L、投入大和難以制作曲面等復(fù)雜構(gòu)件的難題。而精密鑄造技術(shù)（包括石膏型鑄造）和砂型鑄造技術(shù)，在我國是非常成熟的技術(shù)，這兩種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的低成本和高效益，達(dá)到了快速制造的目的。

RPM技術(shù)的特點(diǎn)

快速成型的過程是首先生成一個產(chǎn)品的三維CAD實(shí)體模型或曲面模型文件，將其轉(zhuǎn)換成特定的文件格式，再用相應(yīng)的軟件從文件中“切” 出設(shè)定厚度的一系列片層，或者直接從CAD文件切出一系列的片層。這些片層按次序累積起來仍是所設(shè)計(jì)零件的形狀。然后，將上述每一片層的資料傳到快速自動成型機(jī)中去，用材料添加法并以激光為加熱源，依次將每一層燒結(jié)或熔結(jié)并同時連結(jié)各層，直到完成整個零件。成型材料為各種可燒結(jié)粉末，如石蠟、塑料、低熔點(diǎn)金屬粉末或它們的混合粉末。

快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比具有獨(dú)特的優(yōu)越性，其特點(diǎn)如下：

1.方便了設(shè)計(jì)過程和制造過程的集成，整個生產(chǎn)過程數(shù)字化，與CAD模型具有直接的關(guān)聯(lián)性，零件所見即所得，可隨時修改、隨時制造，緩解了復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件CAD/CAM過程中CAPP的瓶頸問題。

2.可加工傳統(tǒng)方法難以制造的零件材質(zhì)，如梯度材質(zhì)零件、多材質(zhì)零件等，有利于新材料的設(shè)計(jì)。

3.制造復(fù)雜零件毛坯模具的周期和成本大大降低，用工程材料直接成形機(jī)械零件時，不再需要設(shè)計(jì)制造毛坯成形模具。

4.實(shí)現(xiàn)了毛坯的近凈型成形，機(jī)械加工余量大大減小，避免了材料的浪費(fèi)，降低了能

源的消耗，有利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

5.由于工藝準(zhǔn)備的時間和費(fèi)用大大減少，使得單件試制、小批量生產(chǎn)的周期和成本大大降低，特別適用于新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)。

6.與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)快速鑄造、快速模具制造、小批量零件生產(chǎn)等功能，為傳統(tǒng)制造方法注入新的活力。

RPM技術(shù)在鑄造中的應(yīng)用

（1）精密鑄造

精密鑄造是所有鑄造方法中最精確的一種，精度一般優(yōu)于0.5％，且可重復(fù)性好，鑄件只需少量的機(jī)加工就可以投入使用。由于鑄模是一次性使用，使得制造內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件成為了可能，能生產(chǎn)鍛造或機(jī)加工不能生產(chǎn)的零件。盡管精密鑄造有著很多的優(yōu)越性，但其生產(chǎn)過程復(fù)雜且冗長。壓制蠟?zāi)５匿X模制作，視其復(fù)雜程度和尺寸大小，一般要花幾周到幾個月時間。得到鋁模后，還要幾周時間才能得到鑄件。這幾周主要是用于制作型殼。除了耗時外，精密鑄造還很費(fèi)工，50％～80％的費(fèi)用都出自于人工。此外，小批量生產(chǎn)中的模具費(fèi)用分?jǐn)傊潦箚蝺r昂貴?？焖俪尚秃途荑T造是互補(bǔ)的，這兩種方法都適用于復(fù)雜形狀零件的制造。如果沒有快速自動成型，鑄模的生產(chǎn)就是精密鑄造的瓶頸過程；然而沒有精密鑄造，快速自動成型的應(yīng)用也會存在很大的局限性。快速成型技術(shù)在精密鑄造中的應(yīng)用，可以分為三種：一是消失成型件（模）過程，用于小批量件生產(chǎn)；二是直接型殼法，用于小量生產(chǎn)；三是快速蠟?zāi)Ｄ＞咧圃?，用于大批量生產(chǎn)。

圖1 快速蠟?zāi)Ｄ＞咧圃炝鞒虉D

（2）快速鑄造

在制造業(yè)特別是航空、航天、國防、汽車等重點(diǎn)行業(yè)，其基礎(chǔ)的核心部件一般均為金屬零件，而且相當(dāng)多的金屬零件是非對稱性的、有著不規(guī)則曲面或結(jié)構(gòu)復(fù)雜而內(nèi)部又含有精細(xì)結(jié)構(gòu)的零件。這些零件的生產(chǎn)常采用鑄造或解體加工的方法，快速鑄造是所有采用快速成型件做母?；蜻^渡模來復(fù)制金屬件的方法中最具吸引力的一種。這是因?yàn)殍T造工藝能生產(chǎn)復(fù)雜形狀的零件。

在鑄造生產(chǎn)中，模板、芯盒、壓蠟型、壓鑄模的制造往往是用機(jī)加工的方法來完成的，有時還需要鉗工進(jìn)行修整，周期長、耗資大，從模具設(shè)計(jì)到加工制造是一個多環(huán)節(jié)的復(fù)雜過程，略有失誤就可能會導(dǎo)致全部返工。特別是對一些形狀復(fù)雜的鑄件，如葉片、葉輪、發(fā)動機(jī)缸體和缸蓋等，模具的制造更是一個難度非常大的過程，即使使用數(shù)控加工中心等昂貴的設(shè)備，在加工技術(shù)與工藝可行性方面仍存在很大困難。

RPM 技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合，可以揚(yáng)長避短，收到事半功倍的效果。利用快速成型技術(shù)直接制作蠟?zāi)?，快速鑄造過程無需開模具，因而大大節(jié)省了制造周期和費(fèi)用。圖2為采用快速鑄造方法生產(chǎn)的四缸發(fā)動機(jī)的蠟?zāi)＜拌T件，按傳統(tǒng)金屬鑄件方法制造，模具制造周期約需半年，費(fèi)用幾十萬；用快速鑄造方法，快速成型鑄造熔模3天，鑄造10天，使整個試制任務(wù)比原計(jì)劃提前了5個月。

（3）石膏型鑄造

精密鑄造通常被用來從快速成型件制造鋼鐵件。但對低熔點(diǎn)金屬件，如鋁鎂合金件、石膏型鑄造，效率更高。同時鑄件質(zhì)量能得到有效的保證，鑄造成功率較高。在石膏型鑄造過程中，快速成型件仍然是可消失模型，然后由此得到石膏模進(jìn)而得到所需要的金屬零件。

石膏型鑄造的第一步是用快速成型件制作可消失模，然后再將快速成型消失模埋在石膏漿體中得到石膏模，再將石膏模放進(jìn)培燒爐內(nèi)培燒。這樣將快速成型消失模通過高溫分解，最終完全消失干凈，同時石膏模干燥硬化，這個過程一般要兩天左右。最后在專門的真空澆鑄設(shè)備內(nèi)將熔溶的金屬鋁合金注入石膏模，冷卻后，破碎石膏模就得到金屬件了。這種生產(chǎn)金屬件的方法成本很低，一般只有壓鑄模生產(chǎn)的2％～5％。生產(chǎn)周期很短，一般只需2～3周。石膏型鑄件的性能也可與精鑄件相比，由于是在真空環(huán)境完成澆注，所以性能甚至更優(yōu)于普通精密鑄造。

第三篇：電子束快速成形技術(shù)的研究進(jìn)展

電子束快速成形技術(shù)的研究進(jìn)展

1.引言

電子束快速成形技術(shù)是集成了計(jì)算機(jī)、數(shù)控、高能束和新材料等技術(shù)而發(fā)展起來的先進(jìn)制造技術(shù)。它采用電子束在計(jì)算機(jī)的控制下按零件截面輪廓的信息有選擇性地熔化金屬粉末。并通過層層堆積，直至整個零件全部熔化完成，最后去除多余的粉末便得到所需的三維產(chǎn)品。與激光及等離子束快速成形相比，電子束快速成形技術(shù)具有能量利用率高、功率大、加工速度快、運(yùn)行成本低、高真空保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，是高性能復(fù)雜粉末冶金件的理想快速制造技術(shù)，在航空航天、汽車及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景。

目前金屬零件快速制造工藝多數(shù)采用激光在氣體保護(hù)下進(jìn)行金屬粉末的燒結(jié)或熔化。激光作為一種金屬材料的加工手段，技術(shù)比較成熟、可控性好，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)控，能夠較好的實(shí)現(xiàn)材料的“離散/堆積”，成型激光燒結(jié)在小功率范圍內(nèi)應(yīng)用比較經(jīng)濟(jì)，但是當(dāng)燒結(jié)或熔化諸如鎢、鈦及高溫合金特種性能金屬材料關(guān)鍵件時有強(qiáng)度不夠高的缺點(diǎn)。而電子束加工作為另一種高能束加工手段，它是采用高能電子束作為加工熱源，成型可通過操縱磁偏轉(zhuǎn)線圈進(jìn)行。已在金屬零件快速成型領(lǐng)域中得到應(yīng)用，并顯示出了一系列獨(dú)特的優(yōu)勢：

1）功率能量利用率高

電子束可以很容易的做到幾千瓦級的輸出，而激光器的一般輸出功率在1 kW~5 kW之間。電子束加工的最大功率能達(dá)到激光的數(shù)倍，其連續(xù)熱源功率密度比激光高很多，可達(dá)1×107 W/mm2。同時比起激光15%的能量利用率，電子束的能量利用率要高很多，可達(dá)到75%。

2）對焦方便

激光在理論上光斑直徑可達(dá)1 nm，但在實(shí)際應(yīng)用中一般達(dá)不到。而電子束則可以通過調(diào)節(jié)聚束透鏡的電流來對焦，束徑可以達(dá)到0.1 nm。因而可以作到極細(xì)的聚焦。加工出的產(chǎn)品粒度高，純度高，性能更優(yōu)越。

3）可加工材料廣泛

大部分金屬對激光的反射率很高，熔化潛熱也很高，從而導(dǎo)致不易熔化。而且一旦熔化形成熔池后，反射率迅速降低，使得熔池溫度急劇上升，導(dǎo)致材料汽化。而電子束可以不受加工材料反射的影響，很容易加工用激光難于加工的材料，而且具有的高真空工作環(huán)境可以避免金屬粉末在液相燒結(jié)或熔化過程中被氧化。這一點(diǎn)對鈦及鈦合金的加工尤為可貴。

4）成形速度高，運(yùn)行成本低

電子束設(shè)備可以進(jìn)行二維掃描，掃描頻率可達(dá)到20 kHz，無機(jī)械慣性，可以實(shí)現(xiàn)快速掃描。且不像激光那樣消耗諸如N2、CO2、H2等氣體，價格相比較低廉。只需消耗數(shù)量不大的燈絲。

由上可知，電子束加工較激光加工有能量利用率高、可應(yīng)用材料廣泛、真空環(huán)境無污染、成形速度快等優(yōu)勢。

除此之外，電子束在金屬焊接、電子束蒸發(fā)涂覆、電子束熔煉、電子束表面處理、電子束打孔、電子束制粉、電子束消毒滅菌、電子束顯微技術(shù)等領(lǐng)域近些年來也不斷得到發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的拓寬?？傊娮邮夹g(shù)符合21世紀(jì)綠色制造的宗旨，正受到更多的關(guān)注和研究，可以預(yù)見電子束在金屬零件快速制造技術(shù)領(lǐng)域必將占有主導(dǎo)地位。

圖1-1電子束熔化技術(shù)加工過程

2.研究進(jìn)展

相對于激光及等離子束快速成形，電子束快速成形出現(xiàn)較晚，2001年瑞典Arcam公司確立電子束快速制造技術(shù)，其工作原理與選擇性激光燒結(jié)類似(如圖 1-1 所示)，加熱能量是電子束。由于該技術(shù)在粉末近凈成形精度、效率、成本及零件性能等方面具有的獨(dú)特優(yōu)勢，電子束快速成形的研究在國外很快成為前沿和發(fā)展方向，美國北卡羅來納州大學(xué)、英國華威大學(xué)、德國紐倫堡大學(xué)、波音公司、美國Synergeering集團(tuán)、德國Fruth Innovative Technologien公司及瑞典VOLVO公司積極開展了相關(guān)研究工作。在工藝方面：美國Calcam公司采用EBM技術(shù)已制備出了全致密、力學(xué)性能優(yōu)于鍛造件的Ti6Al4V葉輪部件。

2.1 國外電子束快速成型研究

電子束快速成型是電子束加工與快速制造技術(shù)的相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新技術(shù)，不僅可以充分利用電子束真空加工環(huán)境、高能量密度、掃描速度快、精密控制等優(yōu)點(diǎn)，而且可以發(fā)揮快速制造無需工模具、開發(fā)周期短及制造成本低等優(yōu)勢，預(yù)計(jì)將在汽車、航空航天及醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到快速發(fā)展和應(yīng)用。電子束在快速制造領(lǐng)域的應(yīng)用在國際上剛剛開始興起，比較領(lǐng)先的是瑞典Gothenburg的Arcam AB公司研制的電子束熔化技術(shù)EBM(Electron Beam Melting)，其工作原理類似于選擇性激光燒結(jié)，加熱能量是電子束，采用了一套嚴(yán)格的溫度檢測控制系統(tǒng)。該電子束加工設(shè)備具有能量密度高、掃描速度快、精密控制等優(yōu)勢，主要研究高性能金屬材料研究制造工藝，如鈦合金Ti6Al4V、Ti6Al4VELI；鈷鉻合金ASTM F75；鎳基合金718、625；鈹/AlBeMet；可用于火箭引擎中的粉末冶金新材料GRCop-84；不銹鋼316L，17-4PH不銹鋼；鋁合金和H13鋼等，可以得到制件致密度接近100％的制件，圖1-2(a)～(d)所示為使用該設(shè)備制造的鈦合金(Ti6Al4V)零件。該公司電子束熔化成型的最大成型件尺寸為200mm×200mm×160mm，精度為±0.3mm。

圖1-2 EBM成型件

目前該公司的產(chǎn)品已經(jīng)在英國Warwick大學(xué)及美國南加州大學(xué)等多家快速 制造的研究機(jī)構(gòu)得到了使用，并與英國劍橋真空工程研究所CVE建立了合作關(guān)系，應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)延伸到汽車，航空航天及醫(yī)療器械領(lǐng)域。美國麻省理工學(xué)院也開展了基于電子束的直接金屬快速制造工藝研究。John Edward Matz在他的博士論文中研究了另一種電子束快速制造工藝，稱作EBSFF，其工藝裝備如圖1-3所示。

1-3 EBSFF工藝裝備原理圖

EBSFF系統(tǒng)由電子槍、三維數(shù)控工作臺、送絲機(jī)構(gòu)、真空系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等組成。在EBSFF工藝中電子束實(shí)時熔化從側(cè)向送進(jìn)的金屬絲，形成熔滴；工作臺移動，使熔化的金屬沉積在基體上，堆積形成零件。在EBSFF工藝中電子束焦點(diǎn)位置是固定不變的，通過工作臺的相對運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)任意形狀截面的制造。NASA Langley Research Center利用電子束實(shí)體自由制造技術(shù)來制造具有高反射率的航空航天用合金如鎂合金和鈦合金的結(jié)構(gòu)件。圖1-4(a)~(d)為EBF3制件，制件完全致密，屈服極限和強(qiáng)度極限均大于手冊給出的同種材料標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值，且性能穩(wěn)定；斷裂延伸率也與標(biāo)準(zhǔn)值接近。

圖1-4 EBF3成型件

P.Wanjara等人用電子束自由制造技術(shù)在SU321不銹鋼基板上堆積SU347不銹鋼，通過微觀組織的觀察分析，以及硬度、拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度的測量證明電子束自由制造技術(shù)在修補(bǔ)應(yīng)用上能使堆積成型部分與基體部分很好的結(jié)合，經(jīng)修復(fù)的結(jié)構(gòu)件性能很好。與此相似的研究有鎳基高溫合金718，鋁合金2219，鈦合 金Ti6Al4V材料電子束自由制造。

2.2國內(nèi)電子束快速成型研究

國內(nèi)，清華大學(xué)激光快速成型中心聯(lián)合國內(nèi)主要的電子束設(shè)備提供單位進(jìn)行了多方論證，開發(fā)出電子束選區(qū)同步燒結(jié)工藝及三維分層制造設(shè)備，并已在國內(nèi)申請專利。他們發(fā)明的三維分層制造設(shè)備以粉末類材料為原料，通過電子束掃描控制裝置控制電子束在指定區(qū)域內(nèi)以圖形投影的方式快速掃描，均勻地加熱粉末材料。電子束快速掃描的顯著特點(diǎn)是：電子束每一次掃描選定區(qū)域的時間極短，以至掃描起始點(diǎn)的溫度還沒有發(fā)生較大變化時，整個成型區(qū)域就已經(jīng)掃描完成，經(jīng)過一幀或多幀掃描，成型區(qū)域內(nèi)材料階梯式同步升溫，共同達(dá)到燒結(jié)或重熔所需的溫度，并一起沉積到成型區(qū)域上，并同步的降溫。由于整體成型區(qū)域內(nèi)的材料同步升溫、燒結(jié)、沉積和降溫，因此產(chǎn)生的熱應(yīng)力可大大減小，提高零件成型的精度和質(zhì)量。

圖 1-4 電子束選區(qū)熔化成型件(316L 不銹鋼粉末)

該中心利用電子束選區(qū)熔化成型設(shè)備進(jìn)行了316L不銹鋼粉末熔化成型試驗(yàn)研究，通過工藝試驗(yàn)和數(shù)值模擬，得出氣霧化粉末的比例在40 %～60%之間的混合粉末具有較好的成型性能；并對316L不銹鋼粉末的微觀組織及熔化成型機(jī)理進(jìn)行了研究，圖1-4為該設(shè)備制作的316不銹鋼成型件。西安交通大學(xué)劉海濤等人建立了描述電子束熔融316不銹鋼粉末掃描線寬規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，揭示了掃描線寬與電子束電流、加速電壓和掃描速度呈線性關(guān)系，搭接率為0.5時的層面質(zhì)量優(yōu)于搭接率小于0.5時的層面質(zhì)量。清華大學(xué)齊海波等人采用 SiCP/ A1復(fù)合材料進(jìn)行了電子束燒結(jié)快速制造試驗(yàn)研究，采用這種工藝它可擺脫傳統(tǒng)工藝制造過程中陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料易氧化、增強(qiáng)顆粒分散不均勻及界面結(jié)合差等制約其應(yīng)用的難題，能制造出任意復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)件。韓建棟等人研究了電子束選區(qū)熔化成型技術(shù)中粉末預(yù)熱工藝對Ti-6Al-4V合金粉末在高能高速電子束作用下抗?jié)⑸⑿阅艿挠绊懀υ摲勰┻M(jìn)行了三維零件成型試驗(yàn)以驗(yàn)證粉末預(yù)熱在實(shí)際成型中的作用。陜西科技大學(xué)楊鑫等人研究了在電子束對金屬粉末的作用力，建立了TA7金屬粉末受力模型，并對其進(jìn)行受力分析和計(jì)算，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)球形和非球形粉末以3：2的比例混合時，可以得到很好的成型效果。

目前國內(nèi)航空航天、汽車及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域?qū)?fù)雜結(jié)構(gòu)及多孔結(jié)構(gòu)有巨大需求，但由于EBM工藝及設(shè)備還不成熟，暫時無法滿足航空航天高性能復(fù)雜零件實(shí)際應(yīng)用要求，關(guān)鍵問題有吹粉、球化、零件變形、殘余應(yīng)力、表面粗糙度等。以下從設(shè)備、工藝及專用粉末等方面著重分析，并根據(jù)分析提出具體解決措施和研究重點(diǎn)。

3.關(guān)鍵問題分析

3.1吹粉

電子質(zhì)量遠(yuǎn)大于光子，所以相對于激光束，電子束動量大，在選擇燒結(jié)時，會出現(xiàn)特有的吹粉問題，即預(yù)制松散粉末在電子束的壓力作用下被推開的現(xiàn)象。吹粉問題會導(dǎo)致金屬粉末在成形熔化前即已偏離原來位置，從而無法進(jìn)行后續(xù)成形工作。吹粉實(shí)質(zhì)上是電子束與粉末相互作用問題，齊海波建立了松散粉末簡單靜力學(xué)模型，確定了電子束作用條件下粉末的潰散臨界條件。楊鑫針對球形、非球形以及不同比例混合粉末潰散臨界條件進(jìn)行了受力計(jì)算分析和實(shí)驗(yàn)，確定具有較好的抗?jié)⑸⒛芰Ψ勰┗旌媳壤rcam公司采用電子束通過逐漸提高電流預(yù)熱粉末，通過預(yù)熱粉末增加黏度并形成微燒結(jié)粉末層，使后續(xù)高能量束流熔化過程中粉末能被固定在原位。目前通過適當(dāng)改變粉末的表面狀態(tài)和堆積方式或粉末間的摩擦因數(shù)提高粉末抗?jié)⑸⒛芰?，然后在粉末不潰散的條件下，通過逐步提高電子束掃描電流，預(yù)熱燒結(jié)并固定粉末解決吹粉已形成共識。而電子束與粉末相互作用，尤其電子束對粉末動態(tài)沖擊過程的研究有待深入，粉末預(yù)熱及預(yù)燒結(jié)機(jī)理有待揭示。3.2球化

球化現(xiàn)象又稱為形球現(xiàn)象，是指金屬粉末雖熔融但沒形成一條完整平滑的掃描線，而是各自團(tuán)聚成小球，其原因主要是由于熔融粉末形成的金屬小液滴表面張力過大所致。劉海濤實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)球化與功率P和掃描速度V的比值?有關(guān)：

?=P/V

(1)只有當(dāng)?大于0.1時，才能得到連續(xù)的掃描線，否則掃描線會被球化。Cormier D則采用預(yù)熱增加粉末的黏度，將待燒結(jié)粉末加熱到一定的溫度，可有效減少球化現(xiàn)象。球化現(xiàn)象實(shí)際上取決于三方面因素：熔融小液滴表面張力、粉末是否潤濕、粉末間的黏結(jié)力。如果熔融小液滴不潤濕粉末，在表面張力的作用下各自團(tuán)聚成小球，產(chǎn)生球化現(xiàn)象；如果熔融小液滴潤濕粉末，但粉末間的黏結(jié)力小于表面張力，則熔融小液滴裹挾粉末團(tuán)聚成小球，產(chǎn)生球化現(xiàn)象；如果熔融小液滴潤濕粉末，且粉末間的黏結(jié)力大于表面張力，則熔融小液滴在粉末表面鋪展，不產(chǎn)生球化現(xiàn)象。所以，提高粉末間的黏結(jié)力、促使熔融小液滴潤濕粉末是抑制球化現(xiàn)象的關(guān)鍵。預(yù)熱粉末一方面提高粉末顆粒的溫度，熔融小液滴更易潤濕粉末，另一方面增加粉末的黏度、固定粉末，從而抵御粉末熔融小液滴表面張力，有利于熔融小液滴在粉末表面鋪展。劉海濤、Cormier D正是增加熱輸入，有效地減少球化現(xiàn)象。目前還缺乏對球化現(xiàn)象系統(tǒng)的理論研究及定量描述，球化模擬分析機(jī)理有待揭示。

3.3變形及殘余應(yīng)力控制

零件在直接成形過程中，由于熱源迅速移動，加熱、熔化、凝固和冷卻速度快，受熱不平衡嚴(yán)重、溫度梯度高，組織及熱應(yīng)力大。隨著零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的提高，零件產(chǎn)生較大變形甚至開裂，同時成形結(jié)束后，存在殘余應(yīng)力分布。而殘余應(yīng)力作為一種內(nèi)應(yīng)力會影響成形構(gòu)件靜載強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、抗應(yīng)力腐蝕等性能及尺寸的穩(wěn)定性。由于還沒有有效的實(shí)驗(yàn)方法能檢測成形過程應(yīng)力/應(yīng)變的演變，復(fù)雜鈦合金結(jié)構(gòu)零件金屬直接成形過程應(yīng)力/應(yīng)變的演變機(jī)理研究，主要是通過數(shù)值方法模擬，并通過殘余應(yīng)力測試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的。早期，K.DAI、N.W.Klingbeil等人對于簡單熔覆層，石力開等人對于多層直薄壁試件的溫度場及簡單熔覆層應(yīng)力進(jìn)行了模擬分析，取得了較為滿意的研究結(jié)果。賈文鵬建立了嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的熱彈塑性激光快速成形數(shù)值模型，并對航空發(fā)動機(jī)空心葉片激光快速成形過程溫度、形變及殘余應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行了模擬分析。在控制變形開裂、消除應(yīng)力方面，哈佛大學(xué)A.H.Nickel等人發(fā)現(xiàn)采用短路徑激光掃描方式熔覆應(yīng)力比長路徑激光掃描方式熔覆應(yīng)力小。而Li-ang Ma(馬良)等人進(jìn)一步指出采用分形掃描路徑可使零件溫度場更為均勻，同時用短折線替代長直線，有利于減小應(yīng)力。賈文鵬提出隨形熱處理工藝，即在金屬零件直接成形時，溫度場趨于均勻，減小溫度梯度，降低熱應(yīng)力，同時在熱處理溫度保溫，通過塑性及蠕變使應(yīng)力松弛，防止應(yīng)力應(yīng)變累積，達(dá)到成形同時減小變形、抑制零件開裂、降低殘余應(yīng)力水平的目的。目前在復(fù)雜零件電子束成形零件變形、殘余應(yīng)力消除方面還有待深入，其中關(guān)鍵是在隨形熱處理應(yīng)力松弛機(jī)理，隨形熱處理過程溫度、應(yīng)力演化的基礎(chǔ)上，研究隨形熱處理塑性變形及蠕變的演化及分布規(guī)律，定量分析工藝參數(shù)、約束形式對塑性變形及蠕變的影響，確定不同時刻、不同部位塑性變形及蠕變的主導(dǎo)形式，通過隨形熱處理工藝對電子束快速制造過程應(yīng)力、變形控制，減小零件變形，降低殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)電子束快速制造及隨形熱處理工藝的優(yōu)化。

3.4 表面粗糙度

電子束成形零件表面粗糙度一般低于精鑄表面，對于不能加工的表面，很難達(dá)到精密產(chǎn)品的要求。影響電子束成形零件表面粗糙度的因素主要有：切片方式及鋪粉厚度、電子掃描精度、表面粘粉等。其中切片方式及鋪粉精度、電子掃描精度與成形設(shè)備有關(guān)，而表面粘粉與預(yù)熱、預(yù)燒結(jié)及溶化凝固工藝過程有關(guān)。

目前國內(nèi)電子束成形設(shè)備還不成熟，關(guān)鍵問題是沒有電子束成形專用的電子槍，而一般用于電子束焊機(jī)的電子槍很少高速掃描，所以在掃描速度、范圍、精度、能量密度分布方面與電子束成形工藝要求差距較大，比如如何實(shí)現(xiàn)寬幅掃描、動態(tài)聚焦、能量密度均布等功能，電子槍需要重新設(shè)計(jì)，控制及偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)有待于研制。另一方面，預(yù)熱及預(yù)燒結(jié)工藝在固定粉末抵抗電子束流轟擊中起關(guān)鍵作用，但如果預(yù)熱溫度過高，造成在粉末溶化凝固時，周圍熱量傳導(dǎo)粉末溶化燒結(jié)，從而造成表面粘粉降低表面質(zhì)量。所以預(yù)熱溫度、區(qū)域選擇，尤其是成形區(qū)邊緣的溫度必須嚴(yán)格控制，防止在成形時成形區(qū)邊緣粉末溶化造成表面粘粉。該方面的工藝研究亟待開展，而表面粘粉機(jī)理研究還有待深入。3.5缺陷控制

電子束成形采用逐層熔化堆積形成零件，在成形過程易受偶然因素影響，難免形成融合不良、隔冷、球化等缺陷，所以必須發(fā)展缺陷控制技術(shù)。目前，電子束成形缺陷控制技術(shù)主要有：在成形過程中實(shí)時發(fā)現(xiàn)缺陷并對其采用電子束重熔消除及在成形后采用熱等靜壓工藝消除兩種方法。熱等靜壓易實(shí)施，并在鑄件及高溫合金激光快速成形件消除內(nèi)部缺陷上廣泛應(yīng)用，但成本較高、效果有限。目前采用紅外線陰影模式識別技術(shù)，通過實(shí)時檢測每一層表面缺陷，實(shí)現(xiàn)電子束快速制造內(nèi)部和表面缺陷實(shí)時電子束重熔消除是缺陷控制研究重點(diǎn)。而準(zhǔn)確識別缺陷、內(nèi)部缺陷電子束重熔機(jī)理分析有待進(jìn)一步研究。

4總結(jié)與展望

電子束快速制造技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種快速制造技術(shù)，國內(nèi)外在此項(xiàng)技術(shù)研究水平上的差距不太大，這為我國在該技術(shù)的研發(fā)上與國際同步提供了很好的契機(jī)。國內(nèi)清華大學(xué)及西北有色金屬研究院等單位在電子束快速制造裝置及工藝方面進(jìn)行了跟蹤研究。但要實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)雜零件電子束快速制造及廣泛應(yīng)用，還需做巨大努力。目前面臨的吹粉、球化、零件變形、殘余應(yīng)力、表面粗糙度等主要問題，可通過粉末搭配、預(yù)熱及預(yù)燒結(jié)、隨形熱處理、缺陷重熔等工藝有效解決，其關(guān)鍵是電子束與粉末相互作用、粉末燒結(jié)及熔化、溫度場及應(yīng)力應(yīng)變演化等工藝過程的研究。此外專用電子槍的研制、動態(tài)聚焦及掃描精度的提高、溫度閉環(huán)控制等設(shè)備的保障也是不可或缺的條件。

第四篇：沖壓模具的快速成形技術(shù)介紹

沖壓模具的快速成形技術(shù)介紹

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和市場需求的多樣化,人們對產(chǎn)品生產(chǎn)周期的要求越來越短,尤其在小批量甚至單件生產(chǎn)方面,要求現(xiàn)代制造技術(shù)不僅要有較高的柔性,還要有更新的、更能滿足市場要求迅速變化的生產(chǎn)模式。數(shù)控單元沖壓模具快速成形技術(shù),就是為適應(yīng)此種狀態(tài)而產(chǎn)生的。

單元沖?？焖俪尚蔚臄?shù)字化編碼鈑

鈑件的形狀可分割成一些簡單的圖形元素,然后合成所需圖形。例如:矩形是4個直角的合成;波浪形是一些曲線的合成等。因此,對于一些精度要求較高的小批量甚至單件生產(chǎn)的鈑金件,可以用一些通用件迅速組裝成單元沖壓模具,采用數(shù)控技術(shù),使之快速成形。將被加工鈑金件看成一個可被分割的平面圖形,對分割出來的簡單圖形元素進(jìn)行數(shù)字化處理。即按其方位進(jìn)行定位編碼。非等距簡單圖形零件的數(shù)字化,缺口1、2、3、4的(Δx,Δy)均相等,方孔5的(Δx,Δy)均等于2倍的(Δx,Δy),設(shè)現(xiàn)有通用沖頭的寬等于Δx,長等于Δy。缺口1由位置(2,0)以及位置(3,0)合成,缺口2、3、4同樣由兩個位置合成,方孔由8個位置合成。如果采用矩形單元快速成形,可以獲得如圖2所示的二維編碼,由于劃分過細(xì)使得到的編碼較長。如果采用正方形單元快速成形,則可以獲得如圖3所示的二維編碼,其編碼減小一半。

快速成形的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，大部分中小型企業(yè)尚不具備購買高檔數(shù)控沖床的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，數(shù)控單元沖壓模具可以直接安裝在普通沖床上作為簡易數(shù)控沖床來使用，上模為凸模機(jī)構(gòu)。光電頭安裝在上模板下方以檢測凸模的起落。坯料的裝夾要根據(jù)不同的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。料板由步進(jìn)電機(jī)控制絲杠分X,Y方向驅(qū)動。下模為凹模機(jī)構(gòu)，直接安裝在工作臺上。

快速成形的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電機(jī)驅(qū)動及選用，步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。共有3種:永磁式、反應(yīng)式和混合式。混合式集中了前二種的優(yōu)點(diǎn)，從性價比方面進(jìn)行綜合考慮，擬選用步進(jìn)角1.8o的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。驅(qū)動器的型號、種類較多，細(xì)分型為考慮對象。因?yàn)榧?xì)分型可消除電機(jī)的低頻振蕩，可提高電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩及分辨率。顧及速度和精度細(xì)分系數(shù)定為4。

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)數(shù)控單元沖模是安裝在曲軸式壓力機(jī)上的，機(jī)床的沖壓原理不變。需要控制的是兩方面內(nèi)容:首先要確定零點(diǎn)以及各工位點(diǎn)的位置;其次在上沖模往復(fù)動作的啟停間被加工件的按編碼所得的X,Y方向的快速進(jìn)給送料運(yùn)動以及這兩個動作的協(xié)調(diào)。即實(shí)現(xiàn)沖壓和送料動作的同步控制。

數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)界面采用鍵盤輸入LED顯示鍵盤具有數(shù)字鍵、設(shè)定、修改、查尋、X及Y方向的調(diào)整、執(zhí)行等的功能鍵，可用來完成加工程序的輸入、修改及對控制的操作和調(diào)整等。操作人員根據(jù)被加工件的形狀在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行編碼，自動生成加工程序，通過串行口將加工程序下載給單片機(jī)并且保存在FLASH ROM中。工模安裝后手動調(diào)整零位。進(jìn)入執(zhí)行后單片機(jī)從FLASH ROM中取得加工程序，并計(jì)算X,Y方向的步進(jìn)距離后再將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的步進(jìn)脈沖數(shù)控制X,Y方向的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動步數(shù)。當(dāng)光電信號檢測到上模位于開啟位置時數(shù)控系統(tǒng)迅速將待加

工件定位到加工位置，并且啟動沖床上沖模下壓，實(shí)現(xiàn)一次沖壓。在沖床帶動上沖模開啟時數(shù)控系統(tǒng)迅速地將待加工件移動到下一加工位置等待下次沖壓，直到完成加工停止沖床運(yùn)動。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個系統(tǒng)由上位機(jī)來管理。系統(tǒng)軟件語言采用Visual Basic 6.0編制其集成開東莞市拓步電子有限公司電話：0769-82123458傳真：0769-82123428 網(wǎng)址：http:///發(fā)環(huán)境(IDE)集設(shè)計(jì)、修改、調(diào)試、生成等功能于一體，人機(jī)交互界面十分友好。它是功能強(qiáng)大的Windows環(huán)境下的編程語言簡單易學(xué)可視化程度高。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)，共有5個功能模塊:系統(tǒng)開機(jī)后進(jìn)入Windows界面雙擊“數(shù)控單元沖?！眻D標(biāo)，即彈出應(yīng)用界面，可選擇功能模塊。

隨著數(shù)控技術(shù)、伺服技術(shù)、運(yùn)動元件的發(fā)展，以及市場經(jīng)濟(jì)的需要，數(shù)控單元沖壓模具快速成形技術(shù)得到迅速發(fā)展。對于中小型傳統(tǒng)企業(yè)，這種結(jié)合傳統(tǒng)制造工藝的高新技術(shù)無疑是一種投資省，見效J陜，方便、快捷的技術(shù)。隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自動上下料裝備、外置模具庫自動換模裝備等，已經(jīng)擺在人們的面前?？梢姡瑪?shù)控沖壓的發(fā)展是以相關(guān)技術(shù)和新結(jié)構(gòu)的研制為基礎(chǔ)的。單元沖壓模具快速成形技術(shù)，無疑是先進(jìn)沖壓技術(shù)發(fā)展的一個新起點(diǎn) 模內(nèi)攻牙技術(shù)

模內(nèi)攻牙又稱模內(nèi)攻絲,是一種替代了傳統(tǒng)人工攻牙的新技術(shù),目前傳統(tǒng)的攻牙設(shè)備已經(jīng)不能適應(yīng)沖壓產(chǎn)品需求,效率太低,加工時間長.遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場的需要.模內(nèi)攻牙技術(shù)的導(dǎo)入使得沖壓模具真正的實(shí)現(xiàn)了自動化,效率化,攻牙范圍可達(dá)到最小M0.6,最大可達(dá)到M45.精度可達(dá)到0.01mm,模內(nèi)攻牙技術(shù)使的沖出來的產(chǎn)品不需要再進(jìn)行第二次人工攻牙,其擠壓出來的產(chǎn)品質(zhì)量有保證,表面光潔度好,效率高,成本低.廣泛應(yīng)用于沖壓。

制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鋅基合金、低熔點(diǎn)合金、鋁青銅、高分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主，常用的模具工作部件材料的種類有：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻或中鉻工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等等。基本分類

a.碳素工具鋼在模具中應(yīng)用較多的碳素工具鋼為T8A、T10A等，優(yōu)點(diǎn)為加工性能好，價格便宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低。

b.低合金工具鋼低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，減少了淬火變形和開裂傾向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代號CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代號GD)等。

c.高碳高鉻工具鋼常用的高碳高鉻工具鋼有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代號D2）、SKD11，它們具有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼，承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏析嚴(yán)重，必須進(jìn)行反復(fù)鐓拔（軸向鐓、徑向拔）改鍛，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。

d.高碳中鉻工具鋼用于模具的高碳中鉻工具鋼有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它們的含鉻量較低，共晶碳化物少，碳化物分布均勻，熱處理變形

小，具有良好的淬透性和尺寸穩(wěn)定性。與碳化物偏析相對較嚴(yán)重的高碳高鉻鋼相比，性能有所改善。

e.高速鋼高速鋼具有模具鋼中最高的的硬度、耐磨性和抗壓強(qiáng)度，承載能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代號8-4-1）和含鎢量較少的W6Mo5 Cr4V2（代號6-5-4-2，美國牌號為M2）以及為提高韌性開發(fā)的降碳降釩 高速鋼 6W6Mo5 Cr4V（代號6W6或稱低碳M2）。高速鋼也需要改鍛，以改善其碳化物分布。

f.基體鋼在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素，適當(dāng)增減含碳量，以改善鋼的性能。這樣的鋼種統(tǒng)稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點(diǎn)，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲勞強(qiáng)度和韌性均優(yōu)于高速鋼，為高強(qiáng)韌性冷作模具鋼，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有 6Cr4W3Mo2VNb（代號65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代號LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代號012AL）等。

g.硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性高于其它任何種類的模具鋼，但抗彎強(qiáng)度和韌性差。用作模具的硬質(zhì)合金是鎢鈷類，對沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用含鈷量較低的硬質(zhì)合金。對沖擊性大的模具，可選用含鈷量較高的硬質(zhì)合金。

鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鐵粉加入少量的合金元素粉末（如鉻、鉬、鎢、釩等）做粘合劑，以碳化 鈦或碳化鎢為硬質(zhì)相，用粉末冶金方法燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的基體是鋼，克服了硬質(zhì)合金韌性較差、加工困難的缺點(diǎn)，可以切削、焊接、鍛造和熱處理。鋼結(jié)硬質(zhì)合金含有大量的碳化物，雖然硬度和耐磨性低于硬質(zhì)合金，但仍高于其它鋼種，經(jīng)淬火、回火后硬度可達(dá) 68 ~ 73HRC。

h.新材料沖壓模具使用的材料屬于冷作模具鋼，是應(yīng)用量大、使用面廣、種類最多的模具鋼。主要性能要求為強(qiáng)度、韌性、耐磨性。目前冷作模具鋼的發(fā)展趨勢是在高合金鋼D2（相當(dāng)于我國Cr12MoV）性能基礎(chǔ)上，分為兩大分支：一種是降低含碳量和合金元素量，提高鋼中碳化物分布均勻度，突出提高模具的韌性。如美國釩合金鋼公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊鋼公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一種是以提高耐磨性為主要目的，以適應(yīng)高速、自動化、大批量生產(chǎn)而開發(fā)的粉末高速鋼。如德國的320CrVMo13，等。

選用原則

在沖壓模具中，使用了各種金屬材料和非金屬材料，主要有碳鋼、合金鋼、鑄鐵、鑄鋼、硬質(zhì)合金、低熔點(diǎn)合金、鋅基合金、鋁青銅、合成樹脂、聚氨脂橡膠、塑料、層壓樺木板等。

制造模具的材料，要求具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性、適當(dāng)?shù)捻g性、高淬透性和熱處理不變形(或少變形)及淬火時不易開裂等性能。

合理選取模具材料及實(shí)施正確的熱處理工藝是保證模具壽命的關(guān)鍵。對用途不同的模具，應(yīng)根據(jù)其工作狀態(tài)、受力條件及被加工材料的性能、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)率等因素綜合考慮，并對上述要求的各項(xiàng)性能有所側(cè)重，然后作出對鋼種及熱處理工藝的相應(yīng)選擇。

當(dāng)沖壓件的生產(chǎn)批量很大時，模具的工作零件凸模和凹模的材料應(yīng)選取質(zhì)量高、耐磨性好的模具鋼。對于模具的其它工藝結(jié)構(gòu)部分和輔助結(jié)構(gòu)部分的零件材料，也要相應(yīng)地提高。在批量不大時，應(yīng)適當(dāng)放寬對材料性能的要求，以降低成本。

當(dāng)被沖壓加工的材料較硬或變形抗力較大時，沖模的凸、凹模應(yīng)選取耐磨性好、強(qiáng)度高的材料。拉深不銹鋼時，可采用鋁青銅凹模，因?yàn)樗哂休^好的抗粘著性。而導(dǎo)柱導(dǎo)套則要求耐磨和較好的韌性，故多采用低碳鋼表面滲碳淬火。又如，碳素工具鋼的主要不足是淬透性差，在沖模零件斷面尺寸較大時，淬火后其中心硬度仍然較低，但是，在行程次數(shù)很大的壓床上工作時，由于它的耐沖擊性好反而成為優(yōu)點(diǎn)。對于固定板、卸料板類零件，不但要有足夠的強(qiáng)度，而且要求在工作過程中變形小。另外，還可以采用冷處理和深冷處理、真空處理和表面強(qiáng)化的方法提高模具零件的性能。對于凸、凹模工作條件較差的冷擠壓模，應(yīng)選取有足夠硬度、強(qiáng)度、韌性、耐磨性等綜合機(jī)械性能較好的模具鋼，同時應(yīng)具有一定的紅硬性和熱疲勞強(qiáng)度等。

應(yīng)考慮材料的冷熱加工性能和工廠現(xiàn)有條件。注意采用微變形模具鋼，以減少機(jī)加工費(fèi)用。對特殊要求的模具，應(yīng)開發(fā)應(yīng)用具有專門性能的模具鋼，選擇模具材料要根據(jù)模具零件的使用條件來決定，做到在滿足主要條件的前提下，選用價格低廉的材料，降低成本。

第五篇：飼料快速檢測技術(shù)應(yīng)用

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飼料快速檢測技術(shù)應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，飼料檢驗(yàn)的手段與方法有多種多樣，檢測儀器也越來越靈敏，檢測方法的檢測限量也越來越低。由于飼料行業(yè)的檢測多在生產(chǎn)第1線，試驗(yàn)條件千差萬別，采用快速常見的快速檢測方法尤為重要。快速檢測法因其檢測所需的時間短、儀器要求簡單、結(jié)果判別容易，人員技術(shù)要求低、對環(huán)境沒有特別的要求。一般的快逮檢測產(chǎn)品都可滿足飼料檢測的要求，得到檢測人員的一致認(rèn)同，同時解決了基層檢測的技術(shù)困難，既快速又簡便，還可明顯降低檢測成本。

酶聯(lián)免疫檢測法(ELISA)

ELISA法原理是利用免疫學(xué)抗原抗體特異性結(jié)合和酶的高效催化作用，通過化學(xué)方法將植物辣根過氧化物酶(HRP)與檢測物結(jié)合，形成酶偶聯(lián)物。酶聯(lián)免疫檢測試劑盒已經(jīng)有很多的品種，試紙條的品種還不算太多，主要可滿足瘦肉精、氯霉素、磺胺、激素、安定等常見藥物殘留的檢測。

免疫金技術(shù)

免疫金技術(shù)即是用膠體金標(biāo)記抗原抗體反應(yīng)，當(dāng)這些標(biāo)記物在相應(yīng)的配體處大量聚集時，肉眼可見帶顏色的斑點(diǎn)，因而可用于定性或半定量的快速檢測技術(shù)。該技術(shù)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)品往往以檢測試紙的形式出現(xiàn)，目前已經(jīng)上市的產(chǎn)品有沙門氏菌等微生物檢測試紙、氯霉素等抗生素檢測試紙、磺胺檢測試紙和藥物殘留瘦肉精檢測試紙等，而且品種在不斷增加。篩選法

這是檢測的第1步，用于大量樣品的高通量分析，目的是檢測某種或某類危害物是否存在，它簡單、快速、不需要特殊的場地、不需要大型儀器設(shè)備和專門的人才，花費(fèi)一般也比較低。篩選法可基于許多原理，但目前應(yīng)用最多的是生物試驗(yàn)法和酶聯(lián)免疫(ELISA)法，如美國利用抗生素對細(xì)菌生長的抑制作用，設(shè)計(jì)的USDAStopTest和

Fourplate(SevenPlate)檢測抗生素殘留的方法就是典型的生物試驗(yàn)法，而當(dāng)前出現(xiàn)的眾多檢測B．激動劑、性激素、氯霉素、磺胺藥、霉菌毒素和廈芻動物蛋白的各種試劑盒則大多屬ELISA法。由于ELISA具有抗原．抗體特異反應(yīng)，又有足夠的靈敏度，所以對它的要求主要是不出現(xiàn)假陰性和盡可能少的假陽性。篩選法只能定性，回答yes或no，至多給出半定量的結(jié)果。

確證法

該法是對篩選法定為陽性反應(yīng)的樣品做出進(jìn)一步檢測，能給出確信無疑的結(jié)論和結(jié)果，常常用于殘留分析及禁用獸藥的定性與定量分析。確證法應(yīng)用多種技術(shù)原理，如應(yīng)用兩種以上檢測原理的高效液相色譜（HPLC）法或氣相色譜(GC)法、色譜和放射免疫技術(shù)聯(lián)用法等，但應(yīng)用最多的是色譜與質(zhì)譜(MS)的聯(lián)用技術(shù)-GC-MS(GC-MSn)或LC-MS(LC-MSn)。由于特定測定條件下，待測物會形成特有的分子離子（準(zhǔn)分子離子）及其加合物和碎片離子組成的質(zhì)譜圖，因此與使用常規(guī)檢測器的GC、LC相比，MS能給出反映化合物結(jié)構(gòu)本質(zhì)的信息，故而給出更令人信服的確證結(jié)果。歐盟第二版關(guān)于獸藥殘留的參考方法多半是用GC-MS作確證法的。近年來隨著LC-MS儀器的成熟與普及，以及它在測定不揮發(fā)、極性、半極性和熱不穩(wěn)定化合物中的種種優(yōu)勢，使之在獸藥、獸藥殘留和其他有機(jī)物檢測方面得到了越來越廣泛的應(yīng)用。GC-MS，LC-MS或LC-MSn還有較低的檢測限(LOD)和定量限(LOQ)，因此更適用于微量危害物和殘留的定量分析。確證法由于需要大型儀器，所以要求特殊的場地和專門的人才，分析費(fèi)用高，前處理一般也比較費(fèi)時。對確證法的要求是：其LOD和LOQ要低于規(guī)定的MRL值（至少3～10倍），不出假陽性和盡可能低的假陰性。

定量法

要任務(wù)是給出待測物的定量結(jié)果，大多用于法律法規(guī)準(zhǔn)用但限量的藥物、添加劑或其他危害物的測定。常用的技術(shù)有紫外．可見光分光光度法(UV-VIS)、熒光分光光度法、原子吸收分光光度法(AAS)、誘導(dǎo)耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP)、GC、LC和薄層色譜法(TLC)等。盡管光譜法和色譜法，特別是色譜法也可給出定性的信息，但一般不用于確證。定量法應(yīng)有足夠低的LOQ、準(zhǔn)確度和精密度。