成型零部件

2024-10-05

成型零部件（共3篇）

成型零部件篇1

0 引言

传统的农机设计过程是设计、试制样机、测试、修改和重新试制样机,如此反复调试、修改、导致了产品的开发周期长、成本高。将SLS技术引入农机部件的设计开发过程,能有效降低开发成本,缩短开发周期。选区激光烧结技术(SLS,Selective Laser Sintering)是快速成型技术(RP,Rapid Prototyping)的一种,零件是靠激光束逐层扫描粉末固化成型的。该技术以加工速度快、成本低、选材广泛和能制造任意复杂零件等优点而成为发展最快和应用最广泛的RP技术之一[1]。但受成型原理和激光与材料相互作用等条件的限制,目前SLS快速成型系统均采用等厚度切片,加工过程中铺粉的厚度不能够根据所加工零件的特征变化而改变,因此在保证精度的情况下降低了成型效率。为了解决以上问题,本文在分析了等厚度切片缺点的基础上提出了自适应切片算法。

1 切片厚度的计算

从理论上讲,对CAD模型进行切片的厚度是不受限制的。但事实上,在SLS快速成型系统中,切片厚度必须等于烧结厚度,而激光烧结层厚却受到激光快速成型各最大、最小烧结层厚和制件精度的限制。在对CAD模型进行切片时,切片厚度的选取应同时考虑成型制件精度和成型效率的要求。切片厚度越小,精度越高,成型时间也越长。在满足制件表面精度的情况下,切片层厚(烧结层厚)应尽可能取其上限,以便缩短成型时间。因此,在切片和烧结之前就应根据实际表面精度需要,事先计算出烧结成型后的制件表面粗糙度值,从而确定切片的厚度。

零件表面粗糙度计算示意图如图1所示。由于切片有一定厚度,在烧结方向(z轴)上成型制件表面呈现阶梯状。设切片厚度为H,则AB即为成型件表面粗糙度Ra值[2](如图1所示)。

由式(1)可以看出,切片厚度H是关于Ra与α的函数(α为直线轮廓边界的斜率或曲线轮廓边界上某点切线的斜率。当成型件的摆放位置和表面精度确定后,就可以根据式(1)计算出切片厚度H。

2 自适应切片算法

2.1 SLS快速成型系统的文件输入格式

目前,SLS快速成型系统采用的是STL格式的文件,包括ASCⅡ和二进制形式[3,4]。STL文件表述了三角面片的法矢量n和它的3个顶点坐标(x,y,z),如图2所示。其描述方式是将制件的三维模型自由曲面用一系列的小三角形平面来逼近,根据曲面近似程度的不同,选择不同的三角形网格划分[5]。显然,精度要求越高,网格划分的三角形应该越多;越逼近实物,计算机处理的时间越长。

2.2 等厚度切片分析

为了将三维CAD模型转换成SLS快速成型系统能够识别的文件,必须沿着烧结方向(通常是z轴方向)按照一定厚度进行切片,将一个三维复杂CAD模型分解成一片一片厚度相等的一维柱状体,这种切片方式为等厚度切片。对于和烧结方向(z轴方向)不平行的三角面片而言,烧结后都会有阶梯效应。根据式(1),通过计算模型表面切片处的斜率,可以根据成型件设计时预先给出的表面粗糙度值反求切片和烧结厚度,以便得到合乎要求的表面质量。然而,一般的制件形状都比较复杂,切片时无论如何摆放,都可能会产生阶梯效应,而且各处的阶梯效应都不均匀。因此,采用等厚度切片时,烧结只能按成型制件阶梯效应最大的地方确定切片厚度和烧结层厚,这必然使加工效率降低。

2.3 自适应切片分析

由于等厚度切片在保证烧结精度的同时降低了成型效率,为了在烧结成型时兼顾成型制件的表面精度和成型效率,本文采用自适应切片。所谓自适应切片,就是由公式(1)计算切片厚度值,在保证成型制件精度的情况下,在0.08～0.30m的范围内(当前SLS快速成型设备的烧结厚度范围为0.08～0.30mm)尽量采用大的切片厚度。当计算出的切片厚度值小于0.08mm时,按0.08mm切片(再小的切片厚度实际烧结不出来)。

切片时,在0.08～0.30mm的范围内预先给定一个切片层厚度值z=0h,计算该切平面与相交三角面片外法矢之间的夹角(如图2所示)。确定了成型制件表而粗糙度后,就可以根据式(1)计算出该层切片厚度的最大值Hmax。如果Hmax在0.08～0.30m之间,则切片厚度H取Hmax;如果Hmax<0.08mm,则取H=0.08mm进行切片。以此类推,完成整个模型的切片工作,流程如图3所示。

3 实例

根据本文提出的自适应切片算法流程,对如图4所示的农机部件进行自适应切片烧结成型。按SLS快速成型系统的最小允许烧结厚度0.08mm进行切片,共有501层;按最大允许烧结厚度0.30mm进行切片,共有134层;而按自适应算法切片,共有217层,切片厚度从0.08mm到0.30mm不等。表1给出了等厚度切片和自适应切片的比较。

从表1可以看出,自适应切片的表面精度与等厚度切片相同,但烧结时间只是等厚度切片的2/3,在保证精度的同时,提高了烧结效率。

4 结束语

将选区激光烧结(SLS)技术引入农机设计过程,降低了农机开发成本,缩短了开发周期。但当前SLS快速成型系统中广泛应用等厚度切片方法,存在成型精度和成型效率不能兼顾的缺陷。本文研究了基于三角面片外法矢量方向判别的自适应切片算法,通过实验证明,该算法在保证成型制件精度的同时有效地提高了成型效率。

参考文献

[1]潘琰蜂,沈以赴,顾冬冬,等.选择性激光烧结技术的发展现状[J].工具技术,2004,38(6):3-7.

[2]吴松青.表而粗糙度应用指南[M].北京:机械工业出版社,1990:60-70.

[3]Roscoe L E.Stereolithography interface speci-fication[M].America:3D Systems Inc,1988.

[4]M Burns.Improving productivity in manu Factu-ring[J].Amazon,1993(6):227-231.

[5]刘斌,黄树槐.快速原型制造技术中实切片算法的研究与实现[J].计算机辅助设计与图形学学报,1997,11(6):489-492.

汽车部件热冲压成型专利技术综述篇2

1 检索系统、数据库及检索方法

为了了解汽车部件热冲压成型相关专利的申请情况, 通过检索VEN数据库、CNABS以及CNTXT数据库来获得进行统计分析的专利样本。总共得到349件有关汽车部件热冲压成型的全球专利样本, 其中CNABS数据库中样本数为178件。

2 汽车部件热冲压成型专利申请整体状况

截至2016年05月30日已经公开的全球汽车部件热冲压成型相关专利申请总量为349件, 汽车部件热冲压成型技术在早20世纪90年代就有专利申请, 最早申请的专利为1998年07月09日申请, 优先权日为1997年08月7日, 1999年02月18日公布的PCT:WO99/07492A1 (Press hardening of sheet steel products) , 该专利通过热冲压并冲孔制作汽车保险杠/缓冲梁 (bumper beam) 部件;在1998年至2007年汽车部件热冲压成型技术刚刚起步, 相关专利申请量较少, 增长缓慢, 年申请量低于10件;但从2008年至2012年申请量迅速提升, 在2012年达到顶峰, 年申请量为62件;从2012年之后, 申请量处于震荡下行状态, 年申请量基本处于30-50件之间。

3 汽车部件热冲压成型的专利技术发展路线

汽车部件热冲压成型按照成型方式可分为:直接热冲压成型和间接热冲压成型;按照成型目的可分为:普通热冲压成型和伴随热处理热冲压 (压淬) 成型, 压淬成型可分为:相同强度压淬成型和差异化强度压淬成型;按照加热方式可分为电磁加热、高频加热以及模具内部加热;按照差异冷却方式可分为:模具方式、坯料方式以及工艺方式, 模具方式可分为:模具管道冷却、模具材料冷却以及模具结构冷却, 坯料方式可分为:坯料不同厚度形成不同冷却速度和坯料不同部位加热温度不同形成不同冷却速度, 工艺方式可分为:级进模多次冲压和多次加热。

笔者主要根据汽车部件热冲压成型后部件的强度特点进行梳理, 归纳相同强度和差异强度两个技术发展路线, 如图4-1-1所示。

4 结语

通过对汽车部件热冲压成型相关专利申请的分析, 主要结论如下:

(1) 全球汽车部件热冲压成型专利技术已经发展比较成熟, 早在21世纪初, 日本和欧美就申请了大量汽车部件热冲压成型专利, 汽车部件热冲压成型技术经过将近16年的发展, 从最初的单一热压成型逐渐发展为复合热压成型, 在成型过程中伴随有冲孔、切边等;并且随着研究的深入, 逐步意识到热冲压过程中伴随的淬火过程对钢板部件强度的改善作用, 并且具体的根据汽车部件的要求, 在2003-2011年间, 大量申请了关于差异化强度的专利申请, 差异化强度主要的研究方向体现在模具方式、坯料方式以及工艺方式。

(2) 我国汽车部件热冲压成型专利技术起步比较晚, 总申请量不多, 但是最近两年发展迅速;主要申请人集中在高等院校, 但是企事业单位没有比较典型申请专利, 由此可知, 在我国汽车部件热冲压成型专利技术还处在弱势地位, 被日韩和欧美国家垄断。

摘要：本文利用专利检索系统, 检索了汽车部件热冲压成型技术领域的专利申请, 分析了全球汽车部件热冲压成型相关专利的分布情况, 重点分析了我国汽车部件热冲压成型相关专利的分布情况, 从专利申请的年度分布、申请人类型、主要技术分支等方面进行统计分析, 通过上述统计分析, 总结出汽车部件热冲压成型相关专利技术的一些规律:1) 全球汽车部件热冲压成型专利技术已经发展比较成熟, 并已经进入产业化;2) 我国汽车部件热冲压成型专利技术起步比较晚, 主要申请人为高等院校, 企事业单位典型专利申请比较少, 汽车部件热冲压成型相关专利技术处于被日韩和欧美垄断的格局。

成型零部件篇3

巢础是人工制造蜜蜂巢房的房基,是供蜜蜂筑造巢脾的基础,是养蜂的必需品。巢础质量优劣直接影响着蜂群的繁殖、发展和养蜂者的经济效益,对蜂农养蜂生产的发展有举足轻重的作用[1]。自1857 年发明了平面巢础压印器以后,我国先后研制出各式各样的巢础压印器和巢础机,有效地提高了生产效率和产品质量,但自动化程度低,生产过程人为控制因素多,污染严重,产品合格率低,不能满足巢础出口需求。例如,用水泥巢础压印器印出的巢础房眼浅,不清晰,厚薄不匀,且生产周期长,生产效率低[2,3]。目前,我国巢础有蜡制巢础和塑料巢础两种:蜡制巢础原材料中含有新鲜纯净蜂蜡,易被蜜蜂接受,造脾快,产卵快,可直接使用;塑料巢础需在其表面再涂一层蜂蜡才能使用,塑料巢础色泽和蜜蜂幼虫色彩难区分,致使移虫效率降低。在造脾方面,塑料巢础在大流蜜期或大量喂糖时可造出整片巢脾;在非流蜜期或贮蜜不多时,蜜蜂不愿接受,即使勉强接受,造脾速度也慢,边角造脾更慢。所以,养蜂者主要使用的是蜡制巢础。在我国,生产腊质巢础的巢础机主要有手摇式和电动式两种。由于手摇式巢础机的手摇速度和力度掌握不好,生产的巢础便会厚薄不均,质量轻重不一,甚至还会出现凸凹不平和坠脾现象[4]; 而某些电动巢础机需要由人输送蜡片,用力不均便会出现蜡片断裂现象。同时,巢础生产过程非常复杂,要完成配料、溶蜡、压制光板和压花等8道工序,每个工序都由人工操作,存在自动化程度低、生产效率不高、产品质量不稳定和污染严重等问题。因此,需要研制自动化程度高的蜜蜂巢础自动成型机。

1 蜡制巢础结构

蜜蜂天然巢脾两边是由许多巢房组成的。每一巢房呈柱状正六角体,有6个房壁,相邻巢房之间互为公共房壁。巢房从房底至房口稍微向上倾斜约9°～14°。每个巢房房底由3个面积和角度相等的菱形面组成,呈六角菱锥形凹状。每一菱形面既是正面房底部分,又是反面房底部分。根据天然巢础生物特性,人工制成蜂蜡巢础见图1所示。蜡制巢础是一张用蜂蜡制成的蜡片,其两面具有凹凸的正六角巢房基础和巢房壁开始部分,将它安装到巢框里,工蜂以此为基础,分泌蜂蜡,将每个正六角形房壁加高而成典型的六角形棱柱(巢一房)。巢脾就是由几千个排列整齐、相互衔接的巢房构成的。

2 蜡制巢础生产过程

蜡制巢础通常由微晶蜡、脾蜡、石蜡和蜜蜡等蜡质作为原料,将这些原材料按一定配比经过加温和控温等工序后,针对不同类型蜂群按不同蜡质配方比例均匀混合后制成巢础。生产过程如图 2 所示。

蜡制巢础生产过程中,将按一定比例配比的原料放进容器中,充分搅拌加温,使之熔解成蜡液,蜡液温度不宜过高,否则会损坏原料生物特性; 经恒温控制,蜡液冷却成蜡片,冷却温度和时间决定了蜡片的柔韧性,柔韧性好的蜡片在压印时断裂几率小,产品合格率高;将冷却好的蜡片压印成巢础的基本形状,蜡片比较柔软,压印后需要及时脱模;按巢础标准尺寸将多余的巢础边界裁切掉,就生产出了巢础。工艺流程见图3所示。在生产蜡制巢础时,蜡液温度、冷却温度和时间控制非常重要,如果控制不好,就会在压印时出现断裂的现象。

3 关键部件设计

3.1 比例可调连续式切碎混合熔蜡釜

比例可调连续式切碎混合熔蜡釜将原料蜡按比例配比均匀切碎和熔化,为制坯工序提供连续均匀混合的蜡液,见图4所示。

1.电动机 2.蜡块 3.支座 4.安装座 5.蛇形加热管6.辅助支座 7.釜体 8.支撑腿 9.出料口 10.搅拌器11.釜顶支架 12.刀辊 13.螺栓 14.伺服电动机 15.料斗

釜体上方安装多套由料斗、刀辊和伺服电动机组成的切碎部件,见图5所示。料斗截面尺寸根据蜡块长方体尺寸确定。伺服电动机与刀辊同轴且通过联轴器连接,伺服电动机驱动刀辊旋转。各种原料蜡块在各自切碎部件内进行切碎,各刀辊转速由伺服电动机按照配方中原料的比例进行调节。

1.料斗 2.伺服电动机 3.刀辊 4.蜡块

釜体中部安装有蛇形加热管,管内通入高温蒸汽,主要功能是将落在蛇形加热管上的碎屑状蜡质熔化为蜡液,同时还起漏液阻屑作用,见图6所示。蛇形加热管相邻管壁之间留有较窄的缝隙,蜡液从窄缝中漏到蛇形加热管下方的釜体腔,釜体上方电动机带动螺旋桨式搅拌器对蜡液进行搅拌混合。

熔蜡釜中下部安置测温热电阻检测釜内温度,控制釜内蜡液温度。釜内蜡液储量15kg,温度设定值为75℃,实测温度在68～77℃范围内,基本满足毛坯蜡板的连续生产。

3.2 压花成型机构

巢脾凸模是巢础轧辊的基本单元,是一个在对称六棱柱一端进行削面加工得到的对称三棱底面。巢础成型机的关键部件是轧辊辊筒,现有制造方法采用在滚轴表面雕刻巢房凸模。新型巢础自动成型机轧辊采用在铸造辊筒表面生成方形防退安装孔的方法,单独制造巢房凸模,单独组装轧辊,个别凸模坏损可单独更换,而整体雕刻辊筒不可修复,见图7所示。

目前,人工蜜蜂巢础机两个轧辊依靠直齿轮啮合对正, 对正调整过程复杂,精度难易控制。巢础成型加工时,两个轧辊容易出现不对正错型,造成巢础格子壁厚不均。

斜齿轮副轧辊压花对正机构采用通用斜齿轮作为驱动元件。在两个轧辊的轴头上加工键槽,以安装平键,两个互相啮合的斜齿轮分别安装在两个轧辊的轴头上,并镶入平键。首先,将轴向尺寸较大的齿轮固定在一个轧辊的轴头上,调整两个轧辊到啮合的正确位置后,将另一个齿轮安装在另一个轧辊的轴头上。为保证轧辊的对正不变,在齿轮的轴向选择添加不同厚度的垫片(或修配垫片),齿轮通过螺栓固定,则齿轮在啮合传动过程中保持轧辊始终对正,并且在齿轮磨损或需更换时只需再次选择不同厚度的垫片即可,见图8所示。

1.侧支架 2.底座 3.下轧辊 4.从动斜齿轮 5.调整垫片 6,7.键 8.主动斜齿轮 9.上轧辊 10.皮带轮

3.3 巢础片飞刀裁剪机构

目前,巢础片裁剪靠人工完成,裁剪误差大,同时人手接触巢础致使巢础片变形严重。巢础片飞刀裁剪机构由PLC控制固态继电器驱动电磁铁完成,见图9所示。此机构能快速将巢础裁剪为规定规格尺寸,在预紧弹簧驱动下快速复位。采用两个连杆长度不相等的四连杆机构,当电磁铁牵引主动连杆转动时,动刀以滑切的方式剪断巢础,对巢础边缘损伤小,不易出现边缘裂纹,巢础成型率高。

1.长连杆牵引端 2.动刀 3.预紧弹簧 4.短连杆 5.定刀

4 实验分析

大量实验表明:制作巢础原材料的最佳配方为75%的纯净蜂蜡、总含量不超过17%的矿蜡、不超过8%的米心蜡(川蜡)、老脾蜡以及微晶蜡辅料。另外,为保证巢础在不同温度下都具有好的柔韧度,应该随不同季节气温的下降适当增加脾蜡含量。

5 结论

1)研究设计了一种适应于蜜蜂巢础生产要求的新型蜜蜂巢础自动成型机,能完成配料、溶蜡、压制光板和压花等多工序作业。

2)原料蜡在混合熔蜡釜按比例配比连续式均匀切碎和熔化,切碎部件刀辊速度随配方原料比例的改变进行调节。

3)压花成型机构的轧辊巢房凸模单独组装,个别凸模坏损可更换。对正机构采用通用斜齿轮作为驱动元件,安装和调整方便。

4)飞刀裁剪机构动作迅速,对巢础边缘损伤小。

摘要：针对人工生产蜡制巢础效率低、质量不稳定和污染严重等问题,设计了蜜蜂巢础自动成型机;介绍了该机的生产过程和工艺流程,同时对关键部件进行了设计。试验表明,该机生成效率和巢础成型率高,巢础房眼清晰,厚薄均匀,满足蜜蜂对巢房的要求。

关键词：蜜蜂巢础,成型机,熔蜡釜,巢础轧辊,裁剪机构

参考文献

[1]方文富.机制蜡片初探[J].养蜂科技,1996(6):24-25.