第一篇：基于超声波焊接的木塑复合材料分层实体制造技术?
龙源期刊网 http://www.xiexiebang.comC laser to cut WPC sheet into specific shape, then apply the ultrasonic welding to accumulate wood sheets together layer by layer.The feasibility of ultrasonic welding to WPC and its LOM technology was verified, and the advantages and relative technical parameters related were analyzed. Key wordsLOM;Laser cutting;Ultrasonic welding;Woodplastic sheet 基金项目 中央高校基本科研业务费专项（DL12CB02）。
作者简介 赵辉（1973-），男，黑龙江哈尔滨人，副教授，博士，从事先进制造技术与企业工程、创新设计理论（TRIZ），生物质材料科学与技术研究。
龙源期刊网 http://www.xiexiebang.com 收稿日期 20140530 分层实体制造技术简称LOM技术，即将原材料按照需要的形状一层层叠加成型，是一种适合薄片原料的快速成型技术。传统的LOM系统是将单面涂有热熔胶的纸、陶瓷箔或金属箔等通过加热辊加热黏接成一层，位于上方的激光器按照CAD模型数据，用激光将材料切割成所需要的轮廓，然后用热压辊再在上面贴一层材料，并再次切割，如此循环往复直至加工完成整个零件造型（需手工剥除边角料）［1-2］。
现今有很多高等院校、公司以及单位在研究、生产和改进LOM系统，如国外的Sparx、Helisys、Kira公司等，国内有华中科技大学、清华大学等单位。西安交通大学的余国兴等［3］人对LOM系统进行了改进，提出用经济适用的刀切法代替激光切割法；中北大学的郭平英［4］提出了一种基于大厚度切片的金属功能零件的LOM技术；北京工商大学的徐明君等［5］人研究了超声波焊接金属材料在LOM中的应用；北京工业大学的李小明等［1］人也利用质量鱼骨图研究了基于超声波焊接的LOM技术等。
由于传统方法存在一些不足，比如热熔胶的可塑性使得焊件不耐高温，热熔胶不能均匀熔化导致叠层厚度不均匀，焊件整体强度无法保证；黏接过程中不停的热压、冷却以及对成型零件剥离废料时的残余热应力等都可能造成制件变形，从而影响焊件整体精度等。该文根据LOM技术的原理，提出一种新型分层实体制造的实现方法——超声波焊接木塑薄片成型的LOM技术。该技术以木塑薄片代替原来的纸作为原材料，同时用超声波焊接取代现有的热压辊作用在涂有热熔胶的纸上进行分层焊接，在一定程度上克服了传统LOM技术的一些缺陷，改进了LOM成型技术。 1 焊接成型原理
材料的可焊性取决于其硬度和晶格结构。超声波焊接是利用超声波的高频振荡对焊件接头进行局部加热和表面清理，然后对材料施加压力实现焊接的方法［6］。超声波焊接木塑薄片不需要外加热源，具有不受焊接性的约束，没有气、液相污染，能够连接同种或异种金属、半导体、塑料等特点。因其不存在热传导与电阻率的问题，容易焊接高热导率及高电导率的材料，目前已经广泛应用于工程塑料的焊接领域［7］。
超声波焊接木塑复合薄片实现分层叠加成型的原理与分层实体制造的快速成型原理类似。主要是超声波发生器将工频电流（50 Hz）转变为高频振荡电流（15 kHz），换能器利用逆压电效应将其转换成弹性机械能，聚能器放大振幅，并将其通过耦合杆、上声极（焊头）传递至木塑复合薄片［8］。该试验使用的焊接模具如图1所示，焊接过程中将已切割好的木塑薄片按要求放置在模具上，然后启动按钮，施加能量即可。由于2焊件结合处有很大阻力，超声波能量聚集于此，2焊件在高频振动下剧烈地摩擦，产生的热量使焊件结合处熔化，实现焊接。在上述基础上，根据分层实体制造的成型原理，逐层累加木塑薄片焊接直至完成整个制件的分层焊接。
龙源期刊网 http://www.xiexiebang.com 图1 超声波焊接机模具 2 焊接试验 2.1 试验仪器与设备
明和ME3015KC 型超声波塑料焊接机（上海明和公司），额定功率2 200 W，工作频率15 kHz；ZS406E电动加硫成型机（东莞卓胜机械设备有限公司）；SJSH30/SJ45双阶塑料挤出机组（南京橡塑机械厂）；SHR10A高速混粉机（张家港市通河橡塑有限公司）；CLS3500激光高速切割机（北京神州镭射激光切割有限公司）。 2.2 试验材料选取和制备
在美国材料试验协会标准（ASTM）中对木塑复合材料（WoodPlastic Composites，缩写为WPC）给出的定义是“一种主要由木材或者纤维素为基础材料与塑料（也可以是多种塑料）制成的复合材料”［9］。试验选用的木塑薄片是木塑复合材料的一种，它兼有木材和塑料的优点，制作原材料简单、来源广，成本也相应较低，且对环境污染小。
试验选用了PP/木粉和PE/木粉2种木塑薄片，2种薄片中木粉含量均为50%，加上46%的PP或HDPE，再加4%的其他助剂进行混合。首先，将材料按配比要求进行配料，经高速混料机混合均匀，再由双阶塑料挤出机挤出，挤出的熔融态材料不冷却，直接经过电动加硫成型机压延成300 mm×200 mm块状、厚度在1.0~1.5 mm之间的薄片。为了便于试验的进行，根据超声波焊接机的特性和选用模具的大小，对热压成型后的大块木塑薄片，根据三维CAD模型驱动，选取适当的参数，利用激光切割机将大块木塑薄片统一切割为30 mm×30 mm的小块正方形木塑薄片。切割好的原材料PP/木粉、PE/木粉正侧面样品如图2a、b所示。
图2 PP/木粉薄片（a）和PE/木粉薄片（b）2.3 试验方法
该试验直接采用超声波焊接机对2种木塑复合薄片进行逐层累加焊接，发生器的工频电流为 50 Hz，焊接压力 0.5 MPa，延迟时间和固化时间固定，焊机焊头振动时间（以下简称发振时间）根据试验需求进行调整。
2.3.1焊接工艺参数对试件性能的影响。
主要研究焊接机发振时间对试件性能的影响。在焊接压力、延迟时间和固化时间固定的情况下，连续调整发振时间对2种材料分别进行焊接，寻找各自的最优化焊接参数。其中焊接压力为0.5 MPa，延迟时间为2 s，固化时间1.5 s，发振时间的调整范围是0.8~1.4 s，每间隔0.15 s改变1次发振时间，重复试验。
龙源期刊网 http://www.xiexiebang.com 2.3.2材料厚度和种类对试件性能的影响。
由于材料的种类会影响焊接的效果，当材料厚度和焊接参数一定时，选取PP/木粉和PE/木粉2种硬度不同的木塑薄片进行对比试验。受其他外部因素影响，压延材料的厚度不是很均匀，为了便于一层层的累加焊接以达到最佳焊接效果，同时也更符合分层实体制造对材料厚度的要求，选取了厚度在1.0~1.5 mm之间相对均匀的木塑薄片。试验过程中，当材料种类和焊接参数不变时，分别对厚度为1.0 mm、1.2 mm和1.4 mm 3种规格的材料进行焊接。 3 结果与分析 3.1 焊接工艺参数的影响
由试验可知，发振时间对焊接的效果有着重要影响。由于超声功率较大，当其他参数固定，焊接材料逐层累加时，发振时间过长，超声振动会波及到已经焊好的材料，导致开焊或者是材料相对错动，影响焊件强度；时间太短，又可能出现焊接不成功的现象，同样影响焊件整体强度。因此，选取适当的发振时间，有利于焊接过程中各层材料原子间的充分熔化和均匀结合，使焊件整体效果较好，从而提高焊件的强度。
表1描述了PP/木粉和PE/木粉在延迟时间2 s和固化时间1.5 s不变时，改变发振时间的焊接情况。对比分析不同发振时间下的焊件效果可知：发振时间太短，木塑薄片不能完成焊接或是焊接面积小于50%，焊件强度明显不够；发振时间过长，焊接的偶然性很大，而且会导致材料边缘翘起、本体熔化或是变黑，焊件强度同样受到影响。综合各项因素发现：焊接PP/木粉薄片发振时间为1.2 s、PE/木粉薄片发振时间为1.0 s时焊件达到较佳的效果，且在逐层累加的过程中，薄片间依然能够很好地结合，焊件外形可观且整体具有一定的强度。
表1 不同发振时间下PP、PE薄片的焊接情况对比
发振时间∥s PP/木粉的木塑薄片 PE/木粉的木塑薄片
0.8 材料结合面积小于50%，能手动分开 材料结合面积在50%左右，效果不明显 0.9 材料结合面积在50%左右，效果不明显 材料结合面积在70%左右，有一定的强度 1.0 材料结合面积略大于50%，焊接偶然性较大 结合面积达到90%，焊件厚度均匀、边缘规整
1.1 材料结合面积在70%左右，有一定的强度 材料有相对滑动，结合面积不理想 1.2 结合面积达到90%，焊件厚度均匀、边缘规整 材料相对错动明显，本体部分变黑
龙源期刊网 http://www.xiexiebang.com 1.3 材料相对错动，本体有变黑趋势 本体变黑，边缘翘皮 1.4 相对滑动明显，本体变黑，边缘翘皮 本体部分振碎，破坏明显 3.2 材料种类和厚度的影响
由试验可知，对于2种不同的木塑薄片材料，硬度越低的焊接越容易，由于PE/木粉材料的硬度小于PP/木粉材料，试验中当材料厚度和焊接参数一定时，PE/木粉薄片较PP/木粉的薄片更容易被焊接上，焊接后效果也更明显。由于材料的厚度会直接影响焊件的均匀度及强度，而经热压机压出的木塑薄片厚度存在不均匀的现象。试验发现，在材料种类和焊接参数一定时，选用厚度越薄的材料越容易被焊接，焊接熔融结合也更好；对于厚度较大的同一种材料，要达到一定的焊接效果，必须延长其焊接的发振时间。 4 结语
该文提出的试验方法中，用木塑薄片代替纸作为成型材料，来源广、成本低且环保；重要的是材料层与层之间的连接不再依靠黏接剂、堆焊材料和自熔合金，而是选取适当的参数直接利用超声波焊接机焊接木塑薄片，在高频振荡下通过材料原子间的相互扩散实现固态连接。
通过试验发现，利用超声波焊接木塑薄片实现分层实体制造的快速成型方法是可行的，且具有较好的外观效果。将分层叠片技术和超声波焊接技术结合起来对木塑薄片进行分层叠片焊接，不仅能保护材料本体不被污染，不产生焊渣、污水、有害气体等废物污染，也能较快地制作出需要的零件（模型），是一种既节能环保又高效的方法。该文提出的成型方法符合当今对产品生产短周期、低成本、高质量的要求，是一种新型的LOM快速成型方法。
参考文献
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龙源期刊网 http://www.xiexiebang.com ［6］ 王运赣.快速成形技术［M］.武汉：华中科技大学出版社，1998.
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第二篇：分层实体技术的应用
分层实体技术的应用
上世纪80年代末出现了一项高新制造技术——快速成型技术(Rapid Prototypin)。按照快速成型技术使用的材料及工艺特点，主要分为LOM(Laminated Object Manufacturing)分层实体制造工艺、SLA(Stereolithography Apparatus)立体光刻工艺、SLS(Selective Laser Sintering)选择性烧结工艺、FDM(Fused Depostion Modeling)熔融沉积制造工艺等几大类，在汽车、摩托车、家电、航空、医疗等行业获得了广泛的应用。
·如果零件结构需要，还应像钢模一样设计抽芯、滑块、顶杆等结构，其设计是否合理对于注塑件能否顺利脱模至关重要，也是纸基注塑模具设计的技术关键之一。
·流道、浇口、排气口设纸基模具的流道与浇口，不必像钢模那样设计主流道、分流道、浇口、冷料穴等完整的浇注系统，而采用模具表面直接到注塑件的简易浇口设计，浇口位置选取时主要考虑一般应在最低点或相对低点以利于聚氨酯材料充满型腔及自然排气，尽量设置在不影响注塑件外观的部位，尽量设置在残留冷料少以及便于取出的位置。排气口一般应设计在相对高点及排气死角位置以保证聚氨酯材料充满型腔。
·锁模、定位设计锁模、定位设计主要是考虑反应式低压注塑过程是以手工操作为主，应在适当位置设计孔位，以便注塑时用螺栓紧固锁模并定位。
纸基注塑模具制造纸基模具的制造过程实际上就是纸基快速原型件的制作过程，即按照纸基快速原型件的制作方法来制造纸基注塑模具的动模、定模、抽芯、滑块、顶杆、嵌块等各个部件，分别处理、装配，制作出完整的纸基注塑模具。
首先将设计好的纸基模具各个部件的三维CAD模型按照有效用纸、强度优化、便于剥离等纸基件制作原则在三维设计软件中合理装配，一次或数次制作完成，将装配好的文件转换为快速成型机所能接受的STL文件并输入快速成型机进行纸基件的制作，然后将制作完成的纸基模具快速原型件进行废料剥离、零部件分离，反复多次涂漆、打磨，各部件修整、试装配，最终完成纸基模具各零部件快速原型件的制作。
反应式低压注塑
首先将各个零部件在适当的表面喷涂脱模剂，然后按照设计好的孔位进行定位、锁模，模具装配完成后将反应式树脂与固化剂在常温常压下用电动低压注塑机注入纸基模具中，完成注塑件的浇注过程。待完全固化后，拆开模具，取出注塑零件。按需要进行修整、打磨、喷漆等处理以满足工艺要求。
由于反应式注塑材料与纸基件表面强化漆同为聚氨酯类材料，为防止两者之间发生反应而影响脱模，应采取有效的隔离措施或喷涂具有隔离作用的脱模剂。
这一快速模具技术已在摩托车空滤盖及护板等塑料覆盖件的研制中得到应用，实践表明纸基注塑模具具有制作周期短、精度高、使用寿命较硅胶模长(可达数十件至数百件)的特点，注塑工艺简便、注塑件质量良好，完全满足新产品研制与开发中小批量生产的要求。
基于LOM技术的注塑模具无论是在新产品试制还是在中小批量生产方面都得到了广泛应用，其中直接制造反应式低压注塑模具的工艺方法具有模具制作速度快、成本低、工艺简便的特点，有着良好的应用前景。
纸基注塑模具在模具设计思路、考虑要素以及模具结构等方面与钢模设计类似，纸基注塑模具的设计实际上已经完成了钢模设计的前期准备工作，稍加改变并完善模框等外围辅助结构设计就可迅速投入模具生产，为并行工程的顺利实施提供了有力的保障。(end)
光固化成型技术的应用应用
要将一种新产品成功地投入到竞争激烈的市场中需要其产品开发的速度快及生产周期短。只有将快速与柔性制造工艺结合才能达到理想效果。SLA集现代控制技术、CAD/CAM技术、激光技术和新材料科学的成果与一体，突破了传统加工模式，大大缩短了产品的生产周期，提高了产品的市场竞争力。目前光固化快速成型技术的应用主要有:
(1)用SLA制造模具
用SLA工艺快速制成的立体树脂模可以代替蜡模进行结壳，型壳焙烧时去除树脂膜，得到中空型壳，即可浇注出具有高尺寸精度和几何形状、表面光洁度较好的合金铸件或直接用来制注射模的型腔，可以大大缩短制模过程，缩短制品开发周期，降低制造成本。
(2)对样品形状及尺寸设计进行直观分析
在新产品设计阶段，虽然可以借助设计图纸和计算模拟对产品进行评价，但不直观，特别是形状复杂产品，往往因难于想象其真实形貌而不能作出正确、及时的判断。采用SLA可以快速制造样品，供设计者和用户直观测量，并可迅速反复修改和制造，可大大缩短新产品的设计周期，使设计符合预期的形状和尺寸要求。
(3)用SLA制件进行产品性能测试与分析
在塑料制品加工企业，由于SLA制件有较好的机械性能，可用于制品的部分性能测试与分析，提高制品设计的可靠性。
(4)进行单件或小批量产品的制造
在一些特殊行业，有些制件只需单件或少于50的小批量，这样的产品通过制模再生产，成本高，周期长。一般可用SLA直接进行成型，成本低，周期短。
(5)在医学上的应用
外科医生已利用CT与MRI所得数据，用SLA制造模型，以便策划头颅和面部手术。他们还用SLA制成模型进行复杂手术练习，为牙齿、骨移植等手术设计样板。
选择性激光烧结技术应用烧结工艺的研究
为使成型零件获得预期的效果，必须对烧结过程进行控制。除了材料、设备方面提供必要的条件外，一些烧结工艺参数的控制尤为重要，如激光束的光斑直径大小、扫描速度、扫描间隔、扫描的粉层厚度等，都会影响到材料在熔化和凝固结晶的过程，从而直接影响成型零件的精度、内部组织结构、表面物理化学性能等。研究的方向主要集中在建立起可供选择的方案和参数模块，用户根据需要从中选取某一方案及参数，并可对其进行更改和调整，从而使成型零件达到很好的制造效果。目前这一技术主要由成型设备研发生产厂家来进行研究，随设备提供服务，由于缺少实际经验的积累，很不完善，大多作为参考推荐使用。3 该技术的应用及其影响
在金属钢模具的制造中，制造成本高、制造周期长是很普遍的现象，特别是型腔、型芯类关键零部件，往往成为整个模具生产制造的关键，它的制造工艺也成为制造周期、制造成本、模具质量、使用寿命等的主要影响因素。在传统模具制造工艺中，由于它的生产工序多且复杂，所需制造设备的类型也很多，锻、刨、铣、车、镗、磨，包括较先进的数控、电火花和精密雕刻等等加工技术都能用得上，是集各种加工技术综合应用的一个领域，尽管如此，一些复杂型腔的制造仍感觉很困难，还得借助其他特殊方法。由此可见，它的高成本慢速度是不睁的事实。
选择性激光烧结制作金属钢模具技术的出现，恰好弥补了这一缺陷，它的优势在于只需用SLS设备和相应的金属粉末材料在较短的时间内制造出形状复杂的型腔零件，总的制造成本下降了，是一种快速价廉的模具制造方法。特别是新产品的开发试制、产品改型等以快、变为主要特点的试制用生产模具的制造尤其适用，再就是形状较复杂的模具型腔零件，采用该技术其制造工艺的周期就大为缩短，对竞争激烈的模具制造业来说，为迅速地抢占市场、赢得商机提供了先进的制造工艺和加工手段。
在金属钢模具领域中，这一技术已经被注射模等以塑料制品为主要加工对象的模具制造业所采用。另一个以铝、锌、镁等低熔点合金为加工对象的压铸模行业也成为了该技术的又一个重要应用领域。随着对SLS技术研究的深入，对成型粉末材料和工艺控制技术的改进，还可以扩大到强度、硬度有着更高要求的其它钢模具制造行业，如冲压模具等。
SLS技术在金属钢模具领域的研究与应用不仅对模具的制造带来了全新的方法，也促进了SLS技术在其他领域的应用研究与进步，比如在功能性的金属零件制造方面。因此，加快它的研究，提高成型精度、物理力学性能和工作寿命，扩大其应用领域，对模具制造业来说有着重大和深远的意义。
第三篇：最新国家标准《钢结构焊接规范》和《输电线路铁塔制造技术条件》学习研讨
最新国家标准《钢结构焊接规范》和《输电线路铁塔制造技术条件》学习心得
2010年10月9-13日，本人和牟主任参加了由中国工程技术标准化协会举办的：最新国家标准《钢结构焊接规范》和《输电线路铁塔制造技术条件》解析暨钢结构焊接与输电线路铁塔、钢管塔新技术、新工艺和新材料应用研讨班。
最新国家标准《钢结构焊接规范》（报批稿），由规范主编单位：中冶建筑研究总院有限公司的马德志高工上课。新版《输电线路铁塔制造技术条件》GB/T2694，由中国电力科学研究工作院的徐德录高工上课。
最新国家标准《钢结构焊接规范》是针对，现行钢结构焊接标准都是行业标准或企业标准，还没有一本统一的国家标准。行业标准之间存在协调不够，统一性差，特别是涉及跨行业、跨部门应用的共性技术，给标准的应用带来了诸多不方便，制约了行业之间相互的交流，给使用造成不应该的混乱；是以现行行业标准和参照欧、美、日等先进国家的标准规而编写。
规范适用于工业与民用钢结构工程中承受静荷载或动荷载、钢材厚度大于或等于3mm的结构的焊接。本规范适用的焊接方法包括焊条电弧焊、气体保护电弧焊、自保护电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气电立焊、栓钉焊及其组合。规范并没有规定适用的具体结构类型，一般桁架或网架（壳）结构、多层和高层梁—柱框架结构的工业与民用建筑钢结构、公路桥梁钢结构、电站电力塔架、非压力容器罐体以及各种设备钢构架、工业炉窑罐壳体、照明塔架、通廊、工业管道支架、人行过街天桥或城市钢结构跨线桥等钢结构的焊接均可依据或参考本规范规定执行。
对我们厂焊接工艺技术管理有重要的指导意义的内容有：焊接工艺编写制定；焊接工艺评定一般规定；替代原则；试件和检验试样的制备；免予焊接工艺评定；承受静荷载结构焊接质量的检验；需疲劳验算结构的焊缝质量检验；焊工考试等。
新版《输电线路铁塔制造技术条件》GB/T2694与2003版的主要区别，在总结、吸收了近年来架空输电线路铁塔制造中的新技术、新工艺和新材料应用成果。主要技术内容的改变：
1、考虑特高压铁塔产品的特点；
2、增加了术语和定义、符号；
3、增加了对原材料的要求；
4、调整、增减了部分项目和公差；
5、增加了试组装的指标要求；
6、修改了检验要求。
要求每种焊材第一次使用前应进行熔敷试验；要求8.8级及以上的螺栓应有强度和塑性试验的合格证明；制弯要求更明确：其边缘应圆滑过渡，表面不应有裂纹和明显的折皱、凹面和损伤，划痕深度不应大于0.5 mm，角钢边厚最薄处不应小于原厚度的70%，增加了豁口制弯焊接要求：切割处应采用相同材质和厚度的材料补焊，焊缝质量等级不应低于二级焊缝要求，且焊缝处不应影响安装，增加了热弯冷却要求：应自然冷却，必要时采取适当保温措施使其缓冷（考虑了高强钢的特殊要求），规定了制弯允许偏差要求（包含了大规格角钢）。新增制孔后孔壁与零件表面的边界交接处，不应有大于0.5mm的缺棱或塌角的要求，新提出了不同材质钻孔最低要求，如Q420钢12mm厚以下可以以冲孔（但没有Q460的要求），提出了制孔允许偏差（部分尺寸有所放宽）。
焊接，新增了焊接工艺评定要求，新增了焊工资格要求，明确了焊接基本规定，新增焊缝坡口要求，新增焊接返工要求，详细规定了焊缝外观与内部质量要求，增加了焊后去应力处理要求。与2003版相比，变化较大，考虑了高强钢的诸多焊接要求，规定更加详细，要求也更高。
与旧版标准比新增加内容和变化都很多，都是在吸取工程经验基础上的改进。
以上是本人此次培训的一点心得和想法，不对之处敬请见谅。
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