非均質(zhì)材料零件沉積成形技術(shù)研究.pdf

1、隨著航空航天技術(shù)、生物工程技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)等尖端技術(shù)的迅猛發(fā)展，對材料和零件的功能要求也愈來愈高，由單一或均質(zhì)材料構(gòu)成的零件已常常難以滿足產(chǎn)品對零件的性能要求，而應按零件的最佳使用功能來設計制造零件，以滿足零件梯度功能和智能等方面的要求。展望21世紀，具有非均質(zhì)組織結(jié)構(gòu)與細微機械結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)材料組織結(jié)構(gòu)與零件功能和性能的最佳組合的零件，將是科學技術(shù)發(fā)展的必然需求。 由于非均質(zhì)材料零件的大量需求，非均質(zhì)材料零件的設計制造成

2、為制造業(yè)研究的熱點?？焖俪尚渭夹g(shù)采用增材制造原理，不需要工具或模具，而能迅速制造出由一種或多種材料構(gòu)成的、任意復雜形狀又具有一定功能的三維實體模型或零件，因此成為非均質(zhì)材料零件制造的一種重要方法。熔融沉積制造技術(shù)是典型的快速成形技術(shù)之一，開發(fā)熔融沉積制造技術(shù)制造非均質(zhì)材料零件的潛力將具有重大意義。 通過改變填充密度與方向角可以得到不同力學性能的零件。借鑒復合材料力學分析方法，從宏觀力學和細觀力學兩個層面來分析零件的力學性能。宏觀

3、力學是從假定材料是均質(zhì)的和只從材料的平均表觀性能來研究材料的性能；細觀力學是從細觀角度檢驗材料組分之間的相互影響來研究材料的性能。應用層合理論建立了零件的宏觀力學模型。根據(jù)ABS絲一層構(gòu)成的特點，引入均勻化理論對一層的結(jié)構(gòu)進行分析，建立了細觀力學模型。 對各種噴射技術(shù)進行了比較，選用了連續(xù)噴射方式的螺旋擠壓式作為成形系統(tǒng)的噴射方式。在分析ABS絲各部分構(gòu)成作用的基礎上，從粘性和彈性兩個方面研究了熔融態(tài)ABS絲從噴頭擠出過程中的流

4、變性能。 建立了非均質(zhì)材料零件的CAD模型。提出了兩種支撐自動生成算法。采用基于實體模型的直接分層技術(shù)和自適應分層技術(shù)進行分層處理。通過非均勻填充實現(xiàn)了非均質(zhì)零件的制造，闡述了不同填充方式以及路徑規(guī)劃對填充效率、填充精度等的影響。建立了適于非均質(zhì)材料零件的CLI模型。 根據(jù)非均質(zhì)材料零件沉積制造的功能要求，設計制造了X-Y軸聯(lián)動，Z軸上下運動的機電一體化系統(tǒng)。構(gòu)建了由工業(yè)控制計算機和開放性良好的PMAC多軸運動控制器組成

5、的雙CPU控制系統(tǒng)，采用穩(wěn)定性好的半閉環(huán)控制方式，同時該系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性。提出了具有良好動態(tài)特性的復合PID與串級控制相結(jié)合的控制策略。調(diào)節(jié)并設定了系統(tǒng)的控制參數(shù)。應用激光干涉儀對系統(tǒng)進行了標定，通過間隙補償和絲杠補償提高了系統(tǒng)的定位精度。 建立了不同絲距下的絲寬模型。在實驗的基礎上，確定了擠出速度與絲距的關(guān)系曲線以及影響成形質(zhì)量的主要工藝參數(shù)。建立了擠出速度與填充速度的匹配關(guān)系。通過制造的單一絲向試件和不同絲向?qū)ΨQ層合