大四~二专业综合试验2015

1、实验一3D打印零件的三维建模一、实验目的1、了解三维CAD/CA顺件造型技术的基本原理，掌握构建几何模型的思路和方法，为快速成型提供理想的数据模型。2、掌握零件三维造型的基本操作方法，获得用于3D打印零件。3、熟悉常用的三维CAD/CAMUGgeomagic等软件环境和使用方法。二、基本知识1、三维CAD/CA瞰件的功能三维CAD/CA顺件根据功能不同分为综合集成型和单一功能型两种。(1)综合集成型软件功能综合集成型CAD/CA岐撑软件功能比较完备，综合提供三维造型、设计计算、工程分析、数控编程以及加工仿真等功能模块，综合性强、系统集成性较好。一般包括：CAD?分：三维造型，装配，工程图绘制；

2、CAEFB分：结构有限元分析，运动机构仿真分析优化设计；CAMB分：数控编程，后处理，加工过程仿真；用户开发工具：二次开发编程语言(UPD或高级语言开发接口。常用的综合集成型CAD/CA顺件有：UGPro/E、CATIA等。(2)单一功能型软件功能单一功能型软件主要支持产品设计或制造过程中的某个作业过程及相关操作，功能上相当于综合集成型CAD/CA啾件的某个模块。单一功能型软件完成任务单一、专业性处理能力强。三维设计CAD系统，主要完成三维造型、装配与工程图绘制，常用软件有SolidWorks、Solidedge等；数控编程软件有MasterCAMSurfCAM等；工程分析软件：动力学仿真分析

3、主要有ADAM博，有限元分析主要有ANSYSABAQUSNASTRAN。三、实验内容为快速成型提供理想的数据模型。包括正向建模或逆向两部分，任选其中一种建模方式。(1) UG正向建模1 .UG/SolidModeling(实体建模)提供业界最强的复合建模功能。UG/SolidModeling无缝地集成基于约束的特征建模和显式几何建模，用户可以取得集成于一个高级的基于特征环境内的传统实体，曲线和框线建模的功能，UG/SolidModeling使用户能够方便地建立二维和三维线框模型，扫描和旋转实体，布尔运算及进行参数化编辑，包括对快速和有效的概念设计的变量化的草图绘制工具以及更通用的建模和编辑任务

4、的工具，模块的易于了解和基于图符的图形环境是同一基础，从那里，所有其它建模模块被存取与操作，UG/SolidModeling是对UG/FeatureModeling和UG/FreefrmModeling两者的必要基础。2 .UG/FeaturesModeling(特征建模)这个模块提高了表达式的级别，因而设计可以在工程特征的意义中来定义，提供对建立和编辑标准设计特征的支持，包括，几种变形的孔，键槽，型腔，凸垫，凸台及全集的园柱，块，锥，球，管道，杆，倒圆，倒角等等，也包括实体模型控空和建立薄壁对象，为了基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑参数化地定义特征，已经存贮在一共同目录中的用户定义特征也可以添加

5、到设计模型上，特征可以相对于任一其它特征或对象定位，也可以被引用阵列考贝，以建立特征的相关集或是个别地定位或是在一简单图案和阵列中定位。3 .UG/FreeformModeling(自由形状建模)使得能够进行复杂自由形状的设计如机翼和进气道，以及工业设计的产品，UG/Freeform建模形成对合并实体和曲面建模技术到一单个强大功能的工具集的基础，技术包括沿曲线的扫描，利用1,2和3个轨道方法比例地建立形状，从标准二次锥方法的放样体，园形或锥形模截面的倒园(圆角)，在二个或更多的其它体间充顺桥接间隙的曲面，也支持通过一个曲线/点网格定义形状或对逆向工程任务通过点出去拟合建立形形状模型可以或通过修

6、改定义的曲线，改变参数的数值，或通过利用图形的或数字的规律控制来进行编缉。例如，一个可变半径的倒园或改变一个扫描的横截面积，模型是与所有其它UG功能完全集成的，UG/FreeformModding也包括为评估复杂模型的形状、尺寸和曲率的易于使用的工具。(2) Geomagic®向建模GeomagicStudio软件是美国Raindrop公司出品的逆向工程和三维检测软件，它可根据物体扫描所得的点阵模型创建出良好的多边形模型或网格模型，并将它们转换NURB珈面。该软件主要特点是支持多种扫描仪的文件格式的读取和转换、海量点云数据的预处理、智能化NURB的面等等。它采用的点云数据的采样精简算

7、法，克服了其他同类软件中对点云数据操作时，软件进行图形的拓扑运算速度慢、显示慢等弊端。工作流程：(1)(2)(3)理等;(5)点云数据预处理，包括去噪、采样等；自动将点云数据转换为多边形(Polygons);多边形阶段处理，主要有删除钉状物、补洞、边界修补、重叠三角形清把多边形转换为NURB釉面；输出与CAD/CAM/CAE配的文件格式(IGES,STL,DXF?)。实验二FDM三维打印成形实验（一）实验目的理解三维打印技术的基本原理熟悉FDMG维打印成形机的结构掌握FDMG维打印成形机的模型制作过程（二）实验仪器CUBEPRO维打印机（桌面型）（三）实验内容1 .三维打印基本原理3D打印机又

8、称三维打印机，是一种累积制造技术，即快速成形技术的一种机器，它是一种数字模型文件为基础，运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过打印一层层的粘合材料来制造三维的物体。现阶段三维打印机被用来制造产品。逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印机的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器会按照程序把产品一层层造出来。3D打印机堆叠薄层的形式有多种多样。3D打印机与传统打印机最大的区别在于它使用的“墨水”是实实在在的原材料，堆叠薄层的形式有多种多样，可用于打印的介质种类多样，从繁多的塑料到金属、陶瓷以及橡胶类物质。有些打印机还能结合不同介质，令打印出来的物体一头坚硬而另一头柔软。学院的3D打印

9、机使用“喷墨”的方式。即使用打印机喷头将一层极薄的液态塑料物质喷涂在铸模托盘上，此涂层然后被置于紫外线下进行处理。之后铸模托盘下降极小的距离，以供下一层堆叠上来该工艺以ABM料为原材料，在其熔融温度下靠自身的粘接性逐层堆积成形。在该工艺中，材料连续地从喷嘴挤出，零件是由丝状材料的受控积聚逐步堆积成形。图1FDME维打印系统烯融挤压成形方法原理图图2FDME维打印原理2 .基本工作过程a.首先设计出所需零件的计算机三维模型，并按照通用的格式存储（STL文件）；b.跟据工艺要求选择成形方向（Z方向），然后按照一定的规则将该模型离散为一系列有序的单元，通常将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层），把原

10、来的三维CAD真型变成一系列的层片；c.再根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生成控制代码；d.最后由成形机成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体；e.后处理，小心取出原型，去除支撑，避免破坏零件。用砂纸打磨台阶效应比较明显处。如需要可进行原型表面上光。（四）实验报告及思考1 .FDM成形系统的组成有哪些？2 .三维打印模型的来源有哪些？实验三材料成型残余应力的测定与分析残余应力测试是工程实际中经常遇到的问题，残余应力分析在建筑、机械、航空航天等领域都有广泛的应用。了解结构中材料所承受的残余应力水平对于分析结构的承载能力和寿命是非常重要的。由于残余应力分析的复杂性，测试

11、残余应力的方法多种多样，切割法、有钻盲孔法，X射线衍射法等。一、实验目的1、学会钻盲孔法测量结构残余应力的方法。2、掌握钻盲孔法测量残余应力的基本操作。3、学会残余应力的数据处理和误差分析。二、实验原理目前在焊接件和铸件上应用的较多的残余应力测量方法是盲孔法，盲孔法就是在工件上钻一小通孔或不通孔，使被测点的应力得到释放，并由事先贴在孔周位的应变计测得释放的应变量，再根据弹性力学原理计算出残余应力来。钻孔的直径和深度都不大，不会影响被测构件的正常使用。并且这种方法具有较高的精度，因此它已成为应用比较广泛的方法。（一）理论公式的推导当残余应力沿厚度方向的分布比较均匀时，可采用一次钻孔法测量残余应力

12、的量值。用图3.6表示被测点o附近的应力状态：61和62为o点的残余主应力。在距被测点半径为r的P点处，（rr和（H分别表示钻孔释放径向应力和切向应力。并且打和（T1的夹角为力。产，Sie被测点附近的应力状态在一般情况下，主应力方向是未知的则上式中含有三个未知数（71,«2和。如果在与主应力成任意角的1,2,3三个方向上贴应变片，由上式可得三个方程，即可求出（71,（72和来。为了计算方便，三个应变片之间的夹角采用标准角度，如，+45°,+90°,这样测得的三个应变分别为80,£45和e90即：（二）钻孔设备及钻孔要求（1） .钻孔设备的结构应该简单，便

13、于携带，易于固定在构件上，同时要求对中方便，钻孔深度易于控制，并能适应在各种曲面上工作。图3.10为小孔钻的结构图，这种钻具能较好地实现上述要求，借助4个可调节X、Y方向的位置和上、下位置，以保持钻孔垂直于工件表面，用万向节与可调速手电钻连接施行钻孔图3.10钻具示意图L放大镜2套筒3：舄/向调整螺丝4 .支架高度调整螺母5 .粘接垫6 .直角应变片/万向节&钻杆9.钻头(2).钻孔的技术要求：被测表面的处理要符合应变测量的技术要求，直角应变片应用502胶水准确地粘贴在测点位置上，并用胶带覆盖好丝栅，防止铁屑破坏丝栅。钻孔时要保证钻杆与测量表面垂直，钻孔中心偏差应控制在土0.025mn

14、i内。钻孔时要稳，机座不能抖动。钻孔速度要低，钻孔速度快易导致应变片的温度漂移，孔周切削应变增大使测量不稳定。为消除切削应变的影响，可先采用小钻头钻孔然后再用铳刀洗孔。如果无法使用小孔钻，可以使用喷沙打孔法打一盲孔，喷沙打孔的方法就是利用压缩空气带动A12O3或SiO2粉末，通过回转的喷嘴对准应变花中心打孔标志，喷吹表面而得一盲孔。这种方法实际上是一种磨削过程，其产生的热量由气流冷却，加之切削量很小，因此打孔时引起的附加应力较小，喷沙打孔法的测量精度较高。三、实验设备和仪器1、RSD1型钻孔装置。2、静态电阻应变仪。3、万用表4、测残余应力的BE350-3CD-K应变花5、其它贴片工具四、实验

15、内容及步骤盲孔法测残余应力的步骤如下：、将BE350-3CD-K应变花按应变计粘贴通用方法准确粘贴在试样测量点上，并焊好测量导线。粘贴前试样表面应打磨，但在打磨时不能破坏原有残余应力场。、连接静态电阻应变仪。以待测的应变花作为补偿片，将各应变计所接电桥调零。、安装钻具。将带观察镜的钻具放在试样表面上，必要时开启照明灯,在观察镜里观察，初步对准应变花中心位置。然后在钻具支腿与试样接触处滴少许502胶水，胶水固化后拧紧钻具支腿上的锁帽，将钻具固定于试样表面。再松开锁紧压盖，调X-Y方向的四个调节螺钉3（必须先松后紧），使观察镜1的十字线中心在转动观察镜观察时始终与应变花中心保持重合。锁紧压盖2,静

16、态电阻应变仪重新调零。、钻孔，取下观察镜，将专用端面铳刀的钻杆擦干净，滴上润滑油（需用缝纫机油，不可使用一般机油），插入钻具的套筒内，用手轻轻转动，划去钻孔部位的应变花基底后，取出钻杆。此时，每个应变计的应变读数应当变化不大，再次调整静态电阻应变仪的零点。将配置61.0mm钻头的钻杆擦干净，滴上润滑油插入钻具套筒内，松开钻杆上的定位卡圈11,在钻杆卡圈与钻具套筒7间塞入厚度为2.0mm的钻孔深度控制垫块8,使钻头与工件接触后固定卡圈。除去2.0mm的垫块，连接好手电钻，调压器调至60-70V,即可开钻。保持合适的压力，钻至卡圈与夹具套筒间贴合，即预定孔深（2.0mm,拔出钻杆。再换上配置小1.

17、5mm麻花钻杆，按以上相同步骤进行钻孔，实验四微弧(阳极)氧化实验一、实验目的1 .了解微弧阳极氧化国内外发展现状及该工艺的优点2 .掌握铝合金微弧氧化工艺实验室所用设备3 .掌握操作方法4 .研究微弧氧化的机理5 .掌握微弧阳极氧化膜层的性质6 .分析影响膜层性质的因素二、概述1 .微弧阳极氧化国内外发展现状及该工艺的优点微弧阳极氧化(MAO,microarcoxidation)又称等离子体氧化或阳极火花沉淀，是一种在有色金属表面生长陶瓷层的新技术。在电场的作用下，浸在液体里的金属表面出现火花放电现象，火花对氧化膜有破坏作用，但有可以生成氧化膜。20世纪70年代，美国和德国分别用直流或脉冲电

18、源研究铝镁钛等金属表面火花放电沉淀积膜，取名为阳极火花沉淀和火花放电阳极氧化。俄罗斯科学院无机化学化学研究所1977年采用交流模式研究，称之为微弧氧化。由于该技术先进而且应用前景十分广阔，进入90年代，美、德、俄等国加快了研究步伐，微弧氧化技术正成为国际材料科学的研究热点之一。我国从90年代开始关注此技术，有些单位研究正在开展。优点：可用于复杂件的表面处理，无环境污染，电解液寿命长等。2 .阳极氧化工艺设备1 2图1微弧载化装置示意图1.功率衣2.高压电源3.控制器4.不锈钢电蟀槽5.工件6.搅拌器7一电犍液皮热交换器9.冷却塔3 .操作方法选择合适的铝合金材料，进行表面清洗处理，作为阳极制备足够的蒸储水配置一定成分的电解质溶液连接好阴极、阳极开电源进行微弧阳极氧化处理4. 阳极氧化机理铝合金样品放入电解质溶液中，通电后金属表面立即生成很薄一层A12O3绝缘层,当电压超过某一临界值时，这层绝缘层的某些薄弱环节被击穿，发生微弧放电现象，浸在溶液里的样品表面可以看到无数