三通管的快速原型和快速模具制作研究

陕西理工学院毕业设计论文三通管的快速原型和快速模具制作研究摘要 快速成型技术是九十年代发展起来的一项高新技术，具有非常广阔的应用前景。它的出现，摆脱了传统的加工方法，很大程度上缩短了产品的开发周期和开发成本，目前，无论是在国外还是在国内，已经成为先进制造技术的一大热点，就目前的发展状况，与国外相比，国内该技术的发展还有一定的差距，还不够完善。从而国内企业应用快速成型技术依赖国外生产的设备，导致应用成本高昂，影响了快速成型技术在国内的推广和应用。因此，研究该技术和开发国产化的快速成型设备具有重要的意义。然而。随着近年来 RP 技术的迅速发展，由于传统模具制作过程复杂、耗时长、费用高，往往成为设计和制造的瓶颈，从而出现了一个新领域即基于 RP 技术的快速模具技术（RT） ，实现了快速原型技术的一次飞跃。针对传统的机械加工模具制造技术的缺点，近年来研究开发了适用于新产品、样机试制和中、小批量规模生产的基于快速原型技术的快速模具制造技术已经得到了广泛的发展和应用。本文主要介绍了以一简单三通管为研究对象，利用三维软件 PRO/E 对其的快速原型和快速模具设计，并通过该软件的 NC 加工模块对模具元件进行仿真加工过程。最后，利用本校实验室新购的基于 FDM 工艺原理的快速成型机对其进行快速原形制作，叙述了其的制作流程，重点分析了影响通过 FDM 工艺成型的快速原型件的制作精度的主要因素，并提出了相应的改善措施。从整个设计和制作过程中，对快速原型技术和快速模具制造技术做了进一步的研究。并且大力的推广该技术在我国的进一步发展。关键词 快速原型 快速模具制造 STL 文件 Pro/E 模具设计 NC 加工 陕西理工学院毕业设计论文熔融沉积制造 快速成型机 制作精度陕西理工学院毕业设计论文The research of Three-way pipe Rapid Prototyping and Rapid Tooling manufactureLiu Bo(Grade03,Class8, Major Machine design manufacture and automation，Mechanical engineering institute Dept，Shaanxi University of Technology ，Hanzhong 723003，Shaanxi ）tutor: Zhang ChangmingAbstract: The Rapid Prototyping technology is a high technology and new technology which had developed in 90s, it has the extremely broad application prospect. the appearance got rid of the traditional processing method, reduced to a great extent the product development cycle and the development cost, at present, regardless of is in overseas or in domestic, already became the advanced technique of manufacture a big hot spot, the present development condition, with overseas compares, the domestic this technical development also had certain disparity, but also insufficiently perfect. Thus the domestic enterprise applies the fast formation technology dependence overseas production the equipment, caused the application cost to be soaring, has affected the fast formation technology in the domestic promotion and the application. Therefore, studies this technical and the development manufacture domestically fast formation equipment has the vital significance.However, Along with recent years RP technology rapid development, because the traditional mold manufacture process complex, consumes time long, the expense is high, often becomes the design and the manufacture bottleneck, thus appeared a new domain namely to realize a fast prototype technology leap based on RP technical is Rapid Tooling. In view of the traditional machine-finishing mold technique of manufacture shortcoming, studied in recent years develops has been suitable for the new product, the prototypical trial manufacturing and, the small batch scale production already obtained the widespread development and the application based on the fast prototype technology fast mold technique of manufacture.This article mainly introduced take a simple three-way pipe as the object of study, use three dimensional software PRO/E to its fast prototype and the fast mold design, and carries on the simulation processing process through this software NC processing module to the mold part. Finally, uses this school laboratory to buy newly carries on the fast primary form manufacture based on the FDM craft principle fast shaper to it, narrated its manufacture flow, has analyzed the influence with emphasis through the FDM craft formation fast prototype manufacture precision primary factor, and proposed the corresponding improvement measure. From the entire design and the manufacture process, has done the further research to the Rapid Prototyping technology and the Rapid Tooling, And vigorously promoted this technology in our countrys further development.Key words: Rapid Prototyping Rapid Tooling STL document Pro/E Mold design NC processing Fusing deposition manufacture Fast shaper manufacture precision陕西理工学院毕业设计论文I 1 绪论 11.1 快速原型技术的产生及其在制造业中的地位和作用 .11.2 课题来源与任务分析、研究意义及技术路线 .21.2.1 课题来源与任务分析 21.2.2 本课题的研究意义 21.2.3 本课题技术路线 22 快速成型技术 42.1 快速成型技术的基本原理 .42.2 快速成型技术的成型过程 .62.3 成型快速技术的成型工艺方法及特点 .82.3.1 光固化立体造型（SLA） 92.3.2 分层物件制造（LOM） 102.3.3 选择性激光烧结（SLS） 112.3.4 熔融沉积造型（FDM） 112.3.5 其他的成型方法 122.4 快速成型技术的特点及应用 .132.5 快速成型技术的现状及发展前景 .163 基于 RP 的快速模具制造技术 213.1 快速模具技术的概述及在工业中的地位 .213.2 快速模技术的分类及工艺流程 .233.3 快速模具技术现状与发展 .264 三通管的快速原型与快速模具设计 30陕西理工学院毕业设计论文II 4.1 Pro/E 软件的 CAD/CAM 特点及应用简介 .304.1.1 Pro/E 的主要特性 304.1.2 Pro/E 主要功能 314.2 三通管的快速原型件设计 .354.2.1 三通管的方案设计 354.2.2 三通管的三维实体建模过程 354.3 三通管的模具设计 .414.31 三通管的模具方案设计 414.3.2 Pro/E 模具的设计一般流程 424.33 基于 Pro/E 软件三通管的模具设计过程 434.4 基于 Pro/E 三通管的 NC 加工 .534.41 Pro/NC 的加工流程 534.42Pro/NC 加工过程 555 三通管的快速成型制作及精度分析 625.1 STL 文件简介 .625.1.1 STL 格式转换精度 625.1.2 STL 文件的基本原则 635.1.3 Pro/E 软件 STL 文件的输出 645.2 FDM 快速成型机的原理简介及快速原型制作 .655.2.1 FDM 系统原理简介 655.2.2 Dimension BST 型 FDM 系统简介 665.2.3 FDM 快速成型机技术优势和缺点 67陕西理工学院毕业设计论文III 5.2.4 快速原型制作过程 685.3 影响快速原型件成型精度因素分析 .705.3.1 格式转换误差 705.3.2 分层切片误差 725.3.3 工艺成形过程影响因素分析 725.3.4 机器误差 755.3.5 后处理误差 756 总结与展望 776.1 本课题研究总结 .776.2 研究展望 .78致谢 80参考文献 81外文翻译附录陕西理工学院毕业设计论文第 1 页 共 81 页1 绪论1.1 快速原型技术的产生及其在制造业中的地位和作用随着全球市场的激烈竞争，加快产品开发速度已成为竞争的重要手段之一。制造业要满足日益变化的用户需求，其制造技术必须有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产迎合市场。因此，产品开发的速度和制造技术的柔性就变得十分关键。因而，在这种背景下便产生了快速原型技术(RP-Rapid Prototyping)。近年来，随着 RP 技术的迅速发展，由于传统模具制作过程复杂、耗时长、费用高，往往成为设计和制造的瓶颈，因此应用 RP 技术制造快速经济模具成为 RP 技术发展的主要推动力之一，从而出现了一个新领域快速模具制造(Rapid Tooling,简称 RT)。从而实现了从 RP 到 RT 是快速成型技术发展的第二次飞跃。RT 是采用 RP 技术直接或间接制造模具，只需传统加工方法的 10%30%工时和 20%35%的成本，既大大提高了新产品的研制速度，又节省了新产品试制和模具制造的费用。虽然当今的时代是信息、电子、网络的时代，但它们的发展都离不开先进制造技术 ATM（Advanced Manufacturing Technology)，所以先进制造技术是一个国家经济发展的基础和支柱，是国家综合国力的直接体现。RPM 技术涉及 CAD 技术、数据处理技术、数控技术、测试传感技术、激光技术等多种机械、电子技术及材料技术和计算机软件技术，是多学科的技术集成和交叉应用。因此，RP 技术是先进制造技术群的一个重要组成部分，同时也是未来产品创新的两大支柱技术之一，它对缩短产品开发周期，降低产品开发费用具有极其重要的意义。它的发展，直接影响着先进制造技术的发展，也关系到一个国家的发展战略地位。现在，快速成型技术己经与其他技术相互结合形成一个完整又庞大的技术体系。该体系具有技术系统化、需求多样化、技术多样化和复杂化以及技术更新速度不断加快等特点。当今 RP 技术发展的总趋势是完善现有技术和制件成型精度，探索新的成型工艺，开发新材料，寻找直接或间接制造高机械性能金属件的方法以及与其他技术的结合。预计该项技术在汽车、机械、电器、电子产品等行业和国防工业产品设计、开发和生产中得到更为广泛的应用，今后该技术必将成为各国相互研究的热点。目前，世界上主要先进工业国家的政府部门、企业、高等院校、研究机构纷纷投入巨资对 RP 技术进行研究开发和推广应用。他们无不站在 21 世纪世界制造业全球竞争的战略高度来对待这一技术。总之，当前世界上已形成强劲的 RP 热，发展十分迅猛。陕西理工学院毕业设计论文第 2 页 共 81 页1.2 课题来源与任务分析、研究意义及技术路线。1.2.1 课题来源与任务分析本课题是在研究当前国内外快速原型技术的发展状况和趋势，结合现有的实际情况提出来的，具有现实意义和实用价值。本课题的主要任务是：（1）选择简单的三通管作为研究对象，使用 Pro/E 软件做出三通管的三维模型。（2）做出三维模型后，使用 Pro/E 软件模具设计模块做出快速模具。（3）用 Pro/E 软件 NC 加工模块对部分模具元件进行仿真加工，并生成 NC 代码。（4）根据学校现有设备条件（快速成型机）做出其快速原型件和快速模具元件，并对该快速原型件的制作精度做分析研究，找出影响精度的因素，并提出相应的解决办法。（5）通过对简单的三通管件从实现从设计、建模以及试样的制作及研究分析的整个过程。从中对快速原型技术和快速模具技术认识、研究。 1.2.2 本课题的研究意义快速原型技术是一个全新的制造技术，它改变了人们的制造观念，是为了适应日趋激烈的市场竞争而产生的。就其目前我国的发展状况来看，还有许多不尽人意的地方，国内的一些大型企业在花巨资引进快速原型设备后，普遍存在设备利用率不足甚至不用的现象，其主要原因是缺乏全面掌握这项技术的人员，快速原型技术与基于其的快速模具制造技术的发展前景广阔，对未来制造业发展有着强大的冲击力。因此，为了能够进一步对快速原型技术及快速模具技术的认识和了解。使更多的同学了解 RP技术，为学习、传播和推广这项新技术奠定必要的理论基础，为今后推向社会服务做准备。与此同时，更重要的使自己对其原理、方法等的进一步深入研究，真实地涉及本领域，培养自己的学习研究和动手实践能力。另外，由于本课题研究的侧重点在于快速原型和快速模具的制作研究，对于三通管件不做太多地要求，本次毕业设计就拟以一简单的等径直三通管（三通接头）为研究对象，利用三维 PRO/E 软件实现从设计、建模和以学校现有的设备条件对其的快速原型与快速模具制制作、研究分析的整个过程。从中对自己大学所学的知识进行综合的应用和扩展，在整个过程中培养自己的学习和研究能力，与此同时为今后走上工作岗位也提供良好的基础。陕西理工学院毕业设计论文第 3 页 共 81 页1.2.3 本课题技术路线本课题研究的主要内容为：1.基于 PRO/E 的快速原型与快速模具的三维构建及 NC 加工。2.快速原型技术与快速模具制造技术的研究。3.快速原型件的制作及精度的分析研究。根据研究的内容制定的具体的技术路线如下：1.查阅本课题相关的资料,了解本课题相关知识，确定初步的设计方案。2.通过三维软件 PRO/E 对三通管件的原型件进行方案设计,并建立三维模型。3.利用 PRO/E 相应的模具模块设计出其快速模具。4利用 PRO/E 的 NC 加工模块对部分模具元件进行仿真加工，并生成 NC 代码。5.了解学校实验室快速成型机的构造、原理等。并绘制快速原型机工作原理图 1套,与此同时要能够对其进行实验操作。6.进行已经设计好的三通管件原型件的试制。7.对该快速原型件的制作精度做分析研究, 找出影响精度的因素，并提出相应的解决办法。8.完善实验条件并对原型件进行重新试制，得到最后的试样。9编写毕业论文和技术文件（三维软件到快速原型制作的流程图 1 套，快速原型机工作原理图 1 套，零件图若干等） 。陕西理工学院毕业设计论文 第 4 页 共 81 页2.快速成型技术2.1 快速成型技术的基本原理快速成型(Rapid Prototyping)技术（以下简称 RP）是 20 世纪 80 年代中后期发展起来的、观念全新的现代制造技术，该技术是一种基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机