第一篇：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行數(shù)字化處理。即按其方位進行定位編碼。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)設計

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)濟實力，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)不同的需要進行設計。料板由步進電機控制絲杠分X,Y方向驅(qū)動。下模為凹模機構(gòu)，直接安裝在工作臺上。

快速成形的控制系統(tǒng)設計

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

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

數(shù)控系統(tǒng)的人機界面采用鍵盤輸入LED顯示鍵盤具有數(shù)字鍵、設定、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算機上進行編碼，自動生成加工程序，通過串行口將加工程序下載給單片機并且保存在FLASH ROM中。工模安裝后手動調(diào)整零位。進入執(zhí)行后單片機從FLASH ROM中取得加工程序，并計算X,Y方向的步進距離后再將其轉(zhuǎn)換成相應的步進脈沖數(shù)控制X,Y方向的步進電機的轉(zhuǎn)動步數(shù)。當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動。

系統(tǒng)軟件設計

整個系統(tǒng)由上位機來管理。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)集設計、修改、調(diào)試、生成等功能于一體，人機交互界面十分友好。它是功能強大的Windows環(huán)境下的編程語言簡單易學可視化程度高。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)開機后進入Windows界面雙擊“數(shù)控單元沖?！眻D標，即彈出應用界面，可選擇功能模塊。

隨著數(shù)控技術(shù)、伺服技術(shù)、運動元件的發(fā)展，以及市場經(jīng)濟的需要，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)濟和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，實現(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)的研制為基礎的。單元沖壓模具快速成形技術(shù)，無疑是先進沖壓技術(shù)發(fā)展的一個新起點 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)的攻牙設備已經(jīng)不能適應沖壓產(chǎn)品需求,效率太低,加工時間長.遠遠滿足不了市場的需要.模內(nèi)攻牙技術(shù)的導入使得沖壓模具真正的實現(xiàn)了自動化,效率化,攻牙范圍可達到最小M0.6,最大可達到M45.精度可達到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?；痉诸?/p>

a.碳素工具鋼在模具中應用較多的碳素工具鋼為T8A、T10A等，優(yōu)點為加工性能好，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。但碳化物偏析嚴重，必須進行反復鐓拔（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，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲勞強度和韌性均優(yōu)于高速鋼，為高強韌性冷作模具鋼，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，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 68 ~ 73HRC。

h.新材料沖壓模具使用的材料屬于冷作模具鋼，是應用量大、使用面廣、種類最多的模具鋼。主要性能要求為強度、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（相當于我國Cr12MoV）性能基礎上，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、高強度、高耐磨性、適當?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性能有所側(cè)重，然后作出對鋼種及熱處理工藝的相應選擇。

當沖壓件的生產(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，也要相應地提高。在批量不大時，應適當放寬對材料性能的要求，以降低成本。

當被沖壓加工的材料較硬或變形抗力較大時，沖模的凸、凹模應選取耐磨性好、強度高的材料。拉深不銹鋼時，可采用鋁青銅凹模，因為它具有較好的抗粘著性。而導柱導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。對于固定板、卸料板類零件，不但要有足夠的強度，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，應選取有足夠硬度、強度、韌性、耐磨性等綜合機械性能較好的模具鋼，同時應具有一定的紅硬性和熱疲勞強度等。

應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，以減少機加工費用。對特殊要求的模具，應開發(fā)應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。

第二篇：沖壓模具CADCAM技術(shù)狀況

沖壓模具CAD/CAM技術(shù)狀況

近年來，我國沖壓模具水平已有很大提高。大型沖壓模具已能生產(chǎn)單套重量達50多噸的模具。為中檔轎車配套的覆蓋件模具國內(nèi)也能生產(chǎn)了。精度達到1～2μm，壽命2億次左右的多工位級進模國內(nèi)已有多家企業(yè)能夠生產(chǎn)。表面粗糙度達到Ra≦1.5μm的精沖模，大尺寸（Φ≧300mm）精沖模及中厚板精沖模國內(nèi)也已達到相當高的水平。

模具CAD/CAM技術(shù)狀況

我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展已有20多年歷史。由原華中工學院和武漢733廠于1984年共同完成的精沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國第一個自行開發(fā)的模具CAD/CAM系統(tǒng)。由華中工學院和北京模具廠等于1986年共同完成的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)是我國自行開發(fā)的第一個沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)。上海交通大學開發(fā)的冷沖模CAD/CAM系統(tǒng)也于同年完成。20世紀90年代以來，國內(nèi)汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用CAD/CAM技術(shù)。國家科委863計劃將東風汽車公司作為CIMS應用示范工廠，由華中理工大學作為技術(shù)依托單位，開發(fā)的汽車車身與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)于1996年初通過鑒定。在此期間，一汽和成飛汽車模具中心引進了工作站和CAD/CAM軟件系統(tǒng)，并在模具設計制造中實際應用，取得了顯著效益。1997年一汽引進了板料成型過程計算機模擬CAE軟件并開始用于生產(chǎn)。

21世紀開始CAD/CAM技術(shù)逐漸普及，現(xiàn)在具有一定生產(chǎn)能力的沖壓模具企業(yè)基本都有了CAD/CAM技術(shù)。其中部分骨干重點企業(yè)還具備各CAE能力。

模具CAD/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設計與制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，已成為人們的共識。在“八五”、“九五”期間，已有一大批模具企業(yè)推廣普及了計算機繪圖技術(shù)，數(shù)控加工的使用率也越來越高，并陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。如美國EDS的UG，美國ParametricTechnology公司的Pro/Engineer，美國CV公司的CADS5，英國DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，還引進了AutoCAD、CATIA等軟件及法國Marta-Daravision公司用于汽車及覆蓋件模具的Euclid-IS等專用軟件。國內(nèi)汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)普遍采用了CAD/CAM技術(shù)。DL圖的設計和模具結(jié)構(gòu)圖的設計均已實現(xiàn)二維CAD，多數(shù)企業(yè)已經(jīng)向三維過渡，總圖生產(chǎn)逐步代替零件圖生產(chǎn)。且模具的參數(shù)化設計也開始走向少數(shù)模具廠家技術(shù)開發(fā)的領域。

在沖壓成型CAE軟件方面，除了引進的軟件外，華中科技大學、吉林大學、湖南大學等都已研發(fā)了較高水平的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件，并已在生產(chǎn)實踐中得到成功應用，產(chǎn)生了良好的效益。

快速原型（RP）與傳統(tǒng)的快速經(jīng)濟模具相結(jié)合，快速制造大型汽車覆蓋件模具，解決了原來低熔點合金模具*樣件澆鑄模具，模具精度低、制件精度低，樣件制作難等問題，實現(xiàn)了以三維CAD模型作為制模依據(jù)的快速模具制造，并且保證了制件的精度，為汽車行業(yè)新車型的開發(fā)、車身快速試制提供了覆蓋件制作的保證，它標志著RPM應用于汽車車身大型覆蓋件試制模具已取得了成功。

圍繞著汽車車身試制、大型覆蓋件模具的快速制造，近年來也涌現(xiàn)出一些新的快速成型方法，例如目前已開始在生產(chǎn)中應用的無模多點成型及激光沖擊和電磁成型等技術(shù)。它們都表現(xiàn)出了降低成本、提高效率等優(yōu)點。

第三篇：電子束快速成形技術(shù)的研究進展

電子束快速成形技術(shù)的研究進展

1.引言

電子束快速成形技術(shù)是集成了計算機、數(shù)控、高能束和新材料等技術(shù)而發(fā)展起來的先進制造技術(shù)。它采用電子束在計算機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、運行成本低、高真空保護等優(yōu)點，是高性能復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)學等領域有廣闊的發(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下進行金屬粉末的燒結(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，便于實現(xiàn)數(shù)控，能夠較好的實現(xiàn)材料的“離散/堆積”，成型激光燒結(jié)在小功率范圍內(nèi)應用比較經(jīng)濟，但是當燒結(jié)或熔化諸如鎢、鈦及高溫合金特種性能金屬材料關(guān)鍵件時有強度不夠高的缺點。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)線圈進行。已在金屬零件快速成型領域中得到應用，并顯示出了一系列獨特的優(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，可達到75%。

2）對焦方便

激光在理論上光斑直徑可達1 nm，但在實際應用中一般達不到。而電子束則可以通過調(diào)節(jié)聚束透鏡的電流來對焦，束徑可以達到0.1 nm。因而可以作到極細的聚焦。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。這一點對鈦及鈦合金的加工尤為可貴。

4）成形速度高，運行成本低

電子束設備可以進行二維掃描，掃描頻率可達到20 kHz，無機械慣性，可以實現(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)等領域近些年來也不斷得到發(fā)展，其應用領域也在不斷的拓寬?？傊娮邮夹g(shù)符合21世紀綠色制造的宗旨，正受到更多的關(guān)注和研究，可以預見電子束在金屬零件快速制造技術(shù)領域必將占有主導地位。

圖1-1電子束熔化技術(shù)加工過程

2.研究進展

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、英國華威大學、德國紐倫堡大學、波音公司、美國Synergeering集團、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，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，預計將在汽車、航空航天及醫(yī)療器械等領域得到快速發(fā)展和應用。電子束在快速制造領域的應用在國際上剛剛開始興起，比較領先的是瑞典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，采用了一套嚴格的溫度檢測控制系統(tǒng)。該電子束加工設備具有能量密度高、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大學及美國南加州大學等多家快速 制造的研究機構(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，應用領域已經(jīng)延伸到汽車，航空航天及醫(yī)療器械領域。美國麻省理工學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工藝中電子束實時熔化從側(cè)向送進的金屬絲，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工藝中電子束焦點位置是固定不變的，通過工作臺的相對運動來實現(xiàn)任意形狀截面的制造。NASA Langley Research Center利用電子束實體自由制造技術(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，屈服極限和強度極限均大于手冊給出的同種材料標準強度值，且性能穩(wěn)定；斷裂延伸率也與標準值接近。

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、拉伸強度、屈服強度的測量證明電子束自由制造技術(shù)在修補應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)，清華大學激光快速成型中心聯(lián)合國內(nèi)主要的電子束設備提供單位進行了多方論證，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備，并已在國內(nèi)申請專利。他們發(fā)明的三維分層制造設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)熔化成型設備進行了316L不銹鋼粉末熔化成型試驗研究，通過工藝試驗和數(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理進行了研究，圖1-4為該設備制作的316不銹鋼成型件。西安交通大學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。清華大學齊海波等人采用 SiCP/ A1復合材料進行了電子束燒結(jié)快速制造試驗研究，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鋁基復合材料易氧化、增強顆粒分散不均勻及界面結(jié)合差等制約其應用的難題，能制造出任意復雜形狀的結(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行了三維零件成型試驗以驗證粉末預熱在實際成型中的作用。陜西科技大學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，并對其進行受力分析和計算，研究發(fā)現(xiàn)當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)學等領域?qū)碗s結(jié)構(gòu)及多孔結(jié)構(gòu)有巨大需求，但由于EBM工藝及設備還不成熟，暫時無法滿足航空航天高性能復雜零件實際應用要求，關(guān)鍵問題有吹粉、球化、零件變形、殘余應力、表面粗糙度等。以下從設備、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。

3.關(guān)鍵問題分析

3.1吹粉

電子質(zhì)量遠大于光子，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。吹粉問題會導致金屬粉末在成形熔化前即已偏離原來位置，從而無法進行后續(xù)成形工作。吹粉實質(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行了受力計算分析和實驗，確定具有較好的抗?jié)⑸⒛芰Ψ勰┗旌媳壤?。Arcam公司采用電子束通過逐漸提高電流預熱粉末，通過預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，粉末預熱及預燒結(jié)機理有待揭示。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。劉海濤實驗發(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?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，球化模擬分析機理有待揭示。

3.3變形及殘余應力控制

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，受熱不平衡嚴重、溫度梯度高，組織及熱應力大。隨著零件結(jié)構(gòu)復雜程度的提高，零件產(chǎn)生較大變形甚至開裂，同時成形結(jié)束后，存在殘余應力分布。而殘余應力作為一種內(nèi)應力會影響成形構(gòu)件靜載強度、疲勞強度、抗應力腐蝕等性能及尺寸的穩(wěn)定性。由于還沒有有效的實驗方法能檢測成形過程應力/應變的演變，復雜鈦合金結(jié)構(gòu)零件金屬直接成形過程應力/應變的演變機理研究，主要是通過數(shù)值方法模擬，并通過殘余應力測試實驗驗證的。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力進行了模擬分析，取得了較為滿意的研究結(jié)果。賈文鵬建立了嚴格實驗驗證的熱彈塑性激光快速成形數(shù)值模型，并對航空發(fā)動機空心葉片激光快速成形過程溫度、形變及殘余應力分布規(guī)律進行了模擬分析。在控制變形開裂、消除應力方面，哈佛大學A.H.Nickel等人發(fā)現(xiàn)采用短路徑激光掃描方式熔覆應力比長路徑激光掃描方式熔覆應力小。而Li-ang Ma(馬良)等人進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，降低熱應力，同時在熱處理溫度保溫，通過塑性及蠕變使應力松弛，防止應力應變累積，達到成形同時減小變形、抑制零件開裂、降低殘余應力水平的目的。目前在復雜零件電子束成形零件變形、殘余應力消除方面還有待深入，其中關(guān)鍵是在隨形熱處理應力松弛機理，隨形熱處理過程溫度、應力演化的基礎上，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形式，通過隨形熱處理工藝對電子束快速制造過程應力、變形控制，減小零件變形，降低殘余應力，實現(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備有關(guān)，而表面粘粉與預熱、預燒結(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，電子槍需要重新設計，控制及偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)有待于研制。另一方面，預熱及預燒結(jié)工藝在固定粉末抵抗電子束流轟擊中起關(guān)鍵作用，但如果預熱溫度過高，造成在粉末溶化凝固時，周圍熱量傳導粉末溶化燒結(jié)，從而造成表面粘粉降低表面質(zhì)量。所以預熱溫度、區(qū)域選擇，尤其是成形區(qū)邊緣的溫度必須嚴格控制，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)，通過實時檢測每一層表面缺陷，實現(xiàn)電子束快速制造內(nèi)部和表面缺陷實時電子束重熔消除是缺陷控制研究重點。而準確識別缺陷、內(nèi)部缺陷電子束重熔機理分析有待進一步研究。

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。國內(nèi)清華大學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行了跟蹤研究。但要實現(xiàn)高性能復雜零件電子束快速制造及廣泛應用，還需做巨大努力。目前面臨的吹粉、球化、零件變形、殘余應力、表面粗糙度等主要問題，可通過粉末搭配、預熱及預燒結(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、溫度場及應力應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)控制等設備的保障也是不可或缺的條件。

第四篇：簡單介紹一下沖壓模具的概念

簡單介紹一下沖壓模具的概念 Posted by wujinmuju on 2011 年 2 月 24 日 in 沖壓模具入門 |Subscribe

簡單介紹一下沖壓模具的概念，限本人寫作水平，描述不準確的地方，可以通過回復來指正，這也是一個相互學習的過程。沖壓模具，也稱沖模、五金模具、五金沖壓模具，意思差不多都是一樣的。是指利用固定在沖床或壓力機上的模具對金屬或非金屬板材施加一定的壓力，使材料產(chǎn)生分離或成型，從而獲得一定尺寸要求、外觀質(zhì)量合格的零件的壓力加工方法。模具分為很多種，我這里主要是針對我熟悉的五金沖壓模具來講。

通過模具加工出來的產(chǎn)品，尺寸、外觀都基本一樣，沒什么大的區(qū)別，因為能快速成型，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，精度符合要求，材料利用率高，操作簡單、工人勞動強度低，對操作工人技術(shù)要求不高，一般人只要一進來，跟著別人學習操作一兩天，很快就能上手，有的甚至不用一兩天，幾分鐘就能學會。如果是產(chǎn)線主機手，要學會操作沖床、送料機、整平機、拆模架模等，都是一些很簡單的活，有力氣、肯吃苦耐勞就行。

平時注意安全不要隨便往模具里面放任何的東西在里面，扳手啊、剪刀啊、其它工具等不要放模具里邊，有模修來修過模具(專業(yè)術(shù)語：修模)之后，你打之前就要看好了，看他們有沒有把東西忘記在模具里面，當然一般模修是不會犯這樣的錯誤的，不過你也要注意一下。別把模具打壞了、或者把身上手上哪里傷著了，干這個切記注意安全，一不小心模具里面東西忘記拿出來了，沖床打下來就有可能把模具打壞，萬一里面的東西要是飛出來了?，人有可能也會受傷。

有時候叉車叉模具的時候，沒叉好，模具掉下來了，這個時候千萬別用手去扶，讓遠一點，模具摔壞了沒事，別把人砸到了；天車吊模具的時候也要注意離模具遠一點，小心模具晃過來碰著了就不好了。

搞模具這行、或與模具打交道經(jīng)常容易出事，新人進廠特別要注意這些安全事項。

第五篇：介紹沖壓模具的設計過程

沖壓模具設計培訓內(nèi)容

一.介紹沖壓模具的設計過程：產(chǎn)品圖檢查、產(chǎn)品展開、估價、工程布料圖、開立模具料單、模具設計、模具裝配、試模、維修等的常規(guī)工作；

產(chǎn)品介紹：五金產(chǎn)品的公差、成型工藝分析、后處理工藝（氧化、電鍍、噴砂、烤漆、拉絲、焊接等）

五金產(chǎn)品材料介紹：常用的五金材料，如鍍鋅板（SECC）、不銹鋼(SUS系列)、馬口鐵、熱軋板、磷青銅、合金鋁等材料特性及沖壓注意事項

二繪圖軟件：

1、AutoCAD二維零件設計、二維圖形創(chuàng)建和編輯、圖層使用和面域造型、圖案填充方法和技巧、環(huán)境設置、工程圖制作等；

2、Presscad的學習及應用、cad二次開發(fā)程序的應用

3、UG或 PRO/E在五金模具中的應用

三.沖模簡述：

1.簡要介紹沖壓模具的基本結(jié)構(gòu)(連續(xù)模、工程模、復合模、拉伸模)，建立對模具的初步認識；

2.模具材料與熱處理： 介紹常用的國產(chǎn)和進口合金模具鋼的特性，熱處理的要求等；

3.模具標準件：介紹模具常用標準件的材質(zhì)、規(guī)格、用途等；

4.工程拆分與排料：工程模的工程拆分和連續(xù)模的料帶排布；

5.精密模具零件加工：精密工程模和連續(xù)模的零件加工方法介紹及注意事項；

6.典型精密產(chǎn)品的模具設計：

a、電腦周邊五金件（轉(zhuǎn)軸、支架、外殼、端子等）

b、手機周邊五金件（屏蔽罩、天線彈片、滑軌、外殼）

c、連接器（端子、USB外殼）

d、拉伸件（馬達殼、雞眼模）

e、涉及各類形式各異的精密連續(xù)模以及各種常規(guī)工程模、非常規(guī)工程模（如旋切、側(cè)沖、翻版等等）；

學員獨立完成模具設計，老師仔細評審。學員在三個月時間內(nèi)前后應完成20套模具的設計工作, 學會為止.