[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】立体自由形式制造程序的几何粗糙度分析-中文翻译

附件 1：外文资料翻译译文 立体自由形式制造程序的几何粗糙度分析 摘要 现今在原型制造技术基础上的计算机辅助设计系统，使制造时间大大减少，然而在使用这些技术的许多方面还有待研究。 其中之一是表面粗糙度表征索取层加工工艺。为了描述有效粗糙度，通过制造过程所获得的对平均粗糙度（ RA）的研究取得成功。这使我们能够建立快速原型制造的两种可能的策略：制造固定层高度、制造出在给定束缚条件的粗糙度。原型部件均采用立体生产技术，表面粗糙度的实验结果使我们能够提出合理的理论模型。 关键字 ：快速原型设计 制造工艺 表面粗糙度表征 1.引言 快速原型一词可以被定义为任何一个零件，部件，机制或产品，进行与验证其全部或主要特征和理论的部分职能的目标之前，其产业化的物理模型制作，或作为功能元件直接在制造过程中采用 1,2。这些技术的使用意味着快速原型制造的时间以小时计算，而不是现在的几天，几周或几个月，这导致术语“快速 的使用，并在组件的制造成本大幅度降低 3,4。 此外，不同材料的数量，可显著增加就业，提高精度和最终产品的功能特性 5,6。 因此，快速原型制造技术现在作为对零件，部件或模型的直接生产制造过程中使用替代方法值得考虑 7,8。 自 1987 年首次商业化应用演示，大量的进程已经被开发出来，其目的是通过组合现有产品制造过程（烧结，消耗焊条焊接方法，激光技术等）原型和功能元素，由电脑辅助设计，制造和分析系统提供的多功能性 9。 各种原型制造工艺可分为不同的方式：由材料采用，能源使用，或他们已经使用的申请类型 10,11; 因此，我们有立体光刻（ SLA），选择性激光烧结（ SLS），喷墨印刷工艺，熔融沉积制造（ FDM）的，分层实体制造（ LOM）和形状沉积制造（ SDM）的过程等 12,13，。 在建设材料层造成重大的挑战可以从材料学，传热和应用力学的观点分析14,15。本研究的重点是通过原型自由格式技术获得的表面质量问题。 在通过这些制造工艺得到零件表面光洁度往往非常重要，特别是在案件中的组件将在与其他元素或在其使用寿命材料接触，例如在由部分组成模具制造的情况下通过以下方式无固相形式的制造过程，或者在其他的表面特性将会对如疲劳，磨损，腐蚀的机械性能等有重要影响 16,17。 为表征粗糙度最常用的方法之一是通过剖面 rugosimeters 手段的粗糙度平均评估。这是有效的粗糙，即实际上是由测量仪器测得的表面粗糙度。不过，从比较分析的观点来看，重要的是要使用，使用预测的先验知识或理论模型的表面质量。为此，进行了理论研究的原型平均粗糙度获得使用各种凝固模型，这主要取决于工艺条件和就业的技术 18,19。 一旦几何类型的特点被表征，使用的 SLA 原型制造的制造过程就实现了。 一旦获得部分，对有效粗糙度进行了实验研究，以比较和对比从一些由测量仪器所提供的真正价值提出的理论模型的结果。 2表面粗糙度表征 对于表面粗糙度的研究中，平均粗糙度（ RA）的被作为一个参数，是在采用 ISO428720作为从沿中线测量粗糙度轮廓算术平均偏差规范的基础上定义的。这个定义，载于下列公式： 在同一时间，其他工艺参数，建立了表征，可以得到表面的目标，这些都由图表示 1 表示。这些参数是指那些用于描述平均粗糙度，因为它们很容易在原型制造工艺所采用的仪器中被修改。 情况最简单，可用于研究表面粗糙度时，考虑的是层与层之间的水平空间（区）与层的厚度或高度（ HC）的一致。运用等式（ 1），表面粗糙度可以得到平均值，这是载于以下公式进行： 对上述情况的变化，可如果层的厚度或高度被修改，即考虑到 dc= hc，与 1。在此基础上，获得的 Ra 值 图 1.学习采用分层制造工艺参数 在等式（ 3）的基础上，可以进行比较研究，以确定哪些类型的制造过程中产生最佳的表面光洁度。据指出，为了获得同样的镭，在第一层高度情况下提出上述（ hc = dc）可能大于第二个，因此，它是一个快过程（等于 RA）的总高度是因为提前实现 hc1hc2。 如果问题是制定了四周，即其他方式，如果我们问什么样的 Ra 是在制造过程中获得在上述情况下具有相同的 HC，它可以推断出， RA2RA1。因此，第二种情况下会导致较差的表面光洁度。同样的分析可以进行，当 1 最高，对于给定的假设，我们得到式定义的表达式（ 3）。这个表达式将用于表面粗糙度，从而导致在下列公式所示的表达式评估： 由此，我们得到了“恒定的 Ra“，即工作在一个给定的公差带，层高度（ HC）的，应作为该组件的外部轮廓斜坡函数修改，上面的方程提供一个我们所希望获取作为 Ra 这个值的函数值。 图 4. 制造恒定层的厚度 如果，另一方面，其用意是与固定层的高度，它具有简化元素的部分破裂算法的优点，我们得到的 Ra 将是可变的。这种情况载于图 4。继上述相同的假设，我们得到的由方程（ 3）给出的平均粗糙度构成了这种情况的最大值。因此，如果考虑到 图 4 中的点将获得，正如式（ 7）中的（ i）和（ j）： 其中 k 是沉积层数最多的点 j 的高度 . 由此看来，调用 我们得到了定义 Ra 的表达式，其中，因为该层高度不变可以作为一种不同的希望制造原型的几何函数在式（ 8）观察。 4.表面粗糙度的实验分析 我们在有显示的粗糙度原型分层制造模型基础上，得到的原型如图 5 所示的结果。采用该技术设备是航天装置的 SLA -350，由三维系统，它采用的是Nd：钒酸钇 =354.7 nm 的固态激光器，并使用 0.25 mm 的光束直径。该材料采用的是树脂 CibatoolTM sl 的 5510，这是一个光敏聚合物和 photoindicator 混合物。原型制造如图 5 所示。由第一个原型展品坡度的变化，我们能够比较和对比以上平均粗糙度方面提出的理论成果。一旦原型被制造，有效的粗糙度是衡量一个泰勒霍布森系列 2 与半径为 2 mm 的探针轮廓 rugosimeter。 表 1 显示了粗糙度值由原型的量测的数据如图 5 表示。这些数据代表了从评价的平均粗糙度和表面粗糙度最大的取值，由角 j 的变化定义每个区域的结果平均值，层高度为 0.1 毫米，测量长度 10 毫米。对应粗糙 = 90的测量如图 5 所示的柱体垂直墙。 图 5.建议原型 表 1.原型平均有效粗糙度值使用的 SLA 在方程式（ 3）的基础上，考虑到角度的变化而确定的层间厚度（ HC）和横向空间，层与层之间的关系（区）的表现，我们获得对 RA 的载于表 2 结果的几何定义。 表 2. Ra 的理论值 可以看出，在这种标准的基础上，直边模型使我们能够获得的值，是在SLA 处理高达近坡度值获得的平均粗糙度上限 = 90，之后，该模型不再是有效的。正是由于这一事实，该边坡角趋于无穷大和不可能，因此，被采用。 实验表明，在垂直的墙面上的 SLA 的情况下该值获得的平均粗糙度，大约是 4.3 毫米。这粗糙度取决于机器的重复性和精确度，而这些都是主要的因素加以考虑。在同一时间，收缩，冷却的作用沉积层也应考虑。因此，有必要另外选取配置模型这些情况，这是在图 6 表示。 图 6. 分层制造：圆边模型 使用图 6 所示的参数，我们可以判断一个过程的特征参数的函数。这 Ra 值可从以下公式得出： 表 3 列出了从一个分层实施过程中，取得的理论值的集合如图 6 所示。从这些值与层高度 100 毫米的 HC 可以看出并获得，他们构成了 SLA 案件中获得的实验值的最大值。 在小角的情况下，近 500，比较表 2 理论粗糙度符合表 1 的实验值，可以看出，该模型是不准确的或者，因为在条件 =0，尽管没有 hc（层次高），它会给出了 Ra 为 25 毫米的理论粗糙度值，而真正的粗糙度值列于表 1中。 表 3.考虑 hc=100 毫米的 Ra 值 图 7-9 提出了一个例子，在有效粗糙度的 SLA（）不同坡度情况下测量得到轮廓的长度为 10 毫米的探索。 图 7. 当 L= 10 毫米， =0， 5 30 的有效粗糙度 图 8. 当 L= 10 毫米， = 60， 85和 90的有效粗糙度 图 9. 当 = 30的阿博特的曲线，频率分布及有效的表面粗糙度 可以看出，获得的实验结果与图 9 所示的理论模型显示了阿博特曲线为 = 30时和测量的 L=10 毫米的长度，也是频率分配和频率得到有效的表面粗糙度。这与预期的模型理论分布相一致。因此，这些理论模型使我们能够进行有效粗糙度表征，从而将获得使用 SLA 的技术，因为在划定的剖面上可以得到有效的粗糙度值。 5.结论 本研究报告了几何层加工过程所产生的表面粗糙度特性，这些模型已经应用在比较和对比使用 SLA 的制造技术上。 对于表面粗糙度研究提出的理论模型在应用 SLA 上吻合得很好。不过，有必要设立一个斜坡表面特性接近 0和 90。在所有情况下，这两种得到的理论粗糙度值构成一个有效粗糙度最大。因此平均粗糙度值在预先知道的情况下，有可能选用这些值来决定制造策略。 在本文提出研究表面粗糙度的基础上，快速原型制造两种策略可以是建立在不同的 Ra 值上：使 Ra 在一个恒定的公差范围内制造和使 Ra 的高度层一定的制造。有人指出，在 Ra 不变的情况下，高度层必须修改。 在同一时间，当高度层不变（这是通常的情况，因为它有助于产生“制造路径”），粗糙度不是常数，它可以在通过这一手段所提出的模型 SLA 中被描述出。 致谢 对于本文所分析的原型制造技术，我们要感谢加泰罗尼亚（ UPC）的技术中心和加泰罗尼亚技术研究所（ ICT）以及他们的大学的（ CIM）的合作。 参考文献 1多尔夫 ,库萨克 .设计制造及自动化手册，纽约出版社 ,1994. 2普林茨等 .第一卷快速成型 JTEC/WTEC 小组的报告 .欧洲和日本 :1997 ,1-2. 3 卡帕柯剑 .制造工程与技术 .埃迪森威尔森 ,在读硕士 ,1995. 4雅各布 .光固化快速成型技术和其他技术 .中小企业 ,1996. 5罗雷尔等 .性能评价快速成型制造系统 . 第 31 届机械工程研究所国际研讨会 .加利福尼亚州 :1998, 141-146. 6马库斯 ,布若尔 .固体自由曲面加工 . 1993. 7河梅尔茨等 ,形状沉积制造 .固体无模成形研讨会，得克萨斯州 :1994， 1-8. 8雅各布 .光固化快速成型技术和其他技术的发展 .中小企业 ,1995. 9法马洛伊 .塑料零件设计注射成型与固相萃取 .汉瑟出版社 ,1994. 10页库卡尼 ,四杜塔 .在分层制造和材料去除综合过程 .机械工程研究所第 31 届制造系统国际研讨会 .美国加州 :1998, 152 -158. 11庞 .光固化光敏系统光固化快速成型技术和其他技术的进展 .中小企业 ,1995. 12罗雷尔等 .性能评价快速成型制造系统 .机械工程研究所第 31 届国际制造系统研讨会 .1998. 13米格林等 .通过多相喷射凝固快速成型功能原型 .J1, 1995,20-25. 14阿蒙等 .重大问题形成分层固体无模成形 .得克萨斯州 :1993, 1-10. 15阿蒙等 .热建模和 MD 的喷雾形状沉积过程传热的实验测试 .第十届国际会议 ,布莱顿 ,1994. 16图莫等 .聚碳酸酯部件表面表征选择性激光烧结 .固体无模成形研讨会 ,1995. 17页库卡尼 ,四杜塔 .分层制造和材料去除过