冲压模具的快速成形技术介绍

第一篇：冲压模具的快速成形技术介绍

冲压模具的快速成形技术介绍

随着经济的快速发展和市场需求的多样化,人们对产品生产周期的要求越来越短,尤其在小批量甚至单件生产方面,要求现代制造技术不仅要有较高的柔性,还要有更新的、更能满足市场要求迅速变化的生产模式。数控单元冲压模具快速成形技术,就是为适应此种状态而产生的。

单元冲模快速成形的数字化编码钣

钣件的形状可分割成一些简单的图形元素,然后合成所需图形。例如:矩形是4个直角的合成;波浪形是一些曲线的合成等。因此,对于一些精度要求较高的小批量甚至单件生产的钣金件,可以用一些通用件迅速组装成单元冲压模具,采用数控技术,使之快速成形。将被加工钣金件看成一个可被分割的平面图形,对分割出来的简单图形元素进行数字化处理。即按其方位进行定位编码。非等距简单图形零件的数字化,缺口1、2、3、4的(Δx,Δy)均相等,方孔5的(Δx,Δy)均等于2倍的(Δx,Δy),设现有通用冲头的宽等于Δx,长等于Δy。缺口1由位置(2,0)以及位置(3,0)合成,缺口2、3、4同样由两个位置合成,方孔由8个位置合成。如果采用矩形单元快速成形,可以获得如图2所示的二维编码,由于划分过细使得到的编码较长。如果采用正方形单元快速成形,则可以获得如图3所示的二维编码,其编码减小一半。

快速成形的结构设计

目前，大部分中小型企业尚不具备购买高档数控冲床的经济实力，数控单元冲压模具可以直接安装在普通冲床上作为简易数控冲床来使用，上模为凸模机构。光电头安装在上模板下方以检测凸模的起落。坯料的装夹要根据不同的需要进行设计。料板由步进电机控制丝杠分X,Y方向驱动。下模为凹模机构，直接安装在工作台上。

快速成形的控制系统设计

电机驱动及选用，步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。共有3种:永磁式、反应式和混合式。混合式集中了前二种的优点，从性价比方面进行综合考虑，拟选用步进角1.8o的两相混合式步进电机。驱动器的型号、种类较多，细分型为考虑对象。因为细分型可消除电机的低频振荡，可提高电机的输出转矩及分辨率。顾及速度和精度细分系数定为4。

系统硬件设计数控单元冲模是安装在曲轴式压力机上的，机床的冲压原理不变。需要控制的是两方面内容:首先要确定零点以及各工位点的位置;其次在上冲模往复动作的启停间被加工件的按编码所得的X,Y方向的快速进给送料运动以及这两个动作的协调。即实现冲压和送料动作的同步控制。

数控系统的人机界面采用键盘输入LED显示键盘具有数字键、设定、修改、查寻、X及Y方向的调整、执行等的功能键，可用来完成加工程序的输入、修改及对控制的操作和调整等。操作人员根据被加工件的形状在计算机上进行编码，自动生成加工程序，通过串行口将加工程序下载给单片机并且保存在FLASH ROM中。工模安装后手动调整零位。进入执行后单片机从FLASH ROM中取得加工程序，并计算X,Y方向的步进距离后再将其转换成相应的步进脉冲数控制X,Y方向的步进电机的转动步数。当光电信号检测到上模位于开启位置时数控系统迅速将待加

工件定位到加工位置，并且启动冲床上冲模下压，实现一次冲压。在冲床带动上冲模开启时数控系统迅速地将待加工件移动到下一加工位置等待下次冲压，直到完成加工停止冲床运动。

系统软件设计

整个系统由上位机来管理。系统软件语言采用Visual Basic 6.0编制其集成开东莞市拓步电子有限公司电话：0769-82123458传真：0769-82123428 网址：http:///发环境(IDE)集设计、修改、调试、生成等功能于一体，人机交互界面十分友好。它是功能强大的Windows环境下的编程语言简单易学可视化程度高。系统软件结构采用模块化结构，共有5个功能模块:系统开机后进入Windows界面双击“数控单元冲模”图标，即弹出应用界面，可选择功能模块。

随着数控技术、伺服技术、运动元件的发展，以及市场经济的需要，数控单元冲压模具快速成形技术得到迅速发展。对于中小型传统企业，这种结合传统制造工艺的高新技术无疑是一种投资省，见效J陕，方便、快捷的技术。随着经济和科学技术的不断发展，实现自动上下料装备、外置模具库自动换模装备等，已经摆在人们的面前。可见，数控冲压的发展是以相关技术和新结构的研制为基础的。单元冲压模具快速成形技术，无疑是先进冲压技术发展的一个新起点 模内攻牙技术

模内攻牙又称模内攻丝,是一种替代了传统人工攻牙的新技术,目前传统的攻牙设备已经不能适应冲压产品需求,效率太低,加工时间长.远远满足不了市场的需要.模内攻牙技术的导入使得冲压模具真正的实现了自动化,效率化,攻牙范围可达到最小M0.6,最大可达到M45.精度可达到0.01mm,模内攻牙技术使的冲出来的产品不需要再进行第二次人工攻牙,其挤压出来的产品质量有保证,表面光洁度好,效率高,成本低.广泛应用于冲压。

制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。基本分类

a.碳素工具钢在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。

b.低合金工具钢低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。

c.高碳高铬工具钢常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2）、SKD11，它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。

d.高碳中铬工具钢用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形

小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。

e.高速钢高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开发的降碳降钒 高速钢 6W6Mo5 Cr4V（代号6W6或称低碳M2）。高速钢也需要改锻，以改善其碳化物分布。

f.基体钢在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有 6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代号012AL）等。

g.硬质合金和钢结硬质合金硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较高的硬质合金。

钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、钼、钨、钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达 68 ~ 73HRC。

h.新材料冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13，等。

选用原则

在冲压模具中，使用了各种金属材料和非金属材料，主要有碳钢、合金钢、铸铁、铸钢、硬质合金、低熔点合金、锌基合金、铝青铜、合成树脂、聚氨脂橡胶、塑料、层压桦木板等。

制造模具的材料，要求具有高硬度、高强度、高耐磨性、适当的韧性、高淬透性和热处理不变形(或少变形)及淬火时不易开裂等性能。

合理选取模具材料及实施正确的热处理工艺是保证模具寿命的关键。对用途不同的模具，应根据其工作状态、受力条件及被加工材料的性能、生产批量及生产率等因素综合考虑，并对上述要求的各项性能有所侧重，然后作出对钢种及热处理工艺的相应选择。

当冲压件的生产批量很大时，模具的工作零件凸模和凹模的材料应选取质量高、耐磨性好的模具钢。对于模具的其它工艺结构部分和辅助结构部分的零件材料，也要相应地提高。在批量不大时，应适当放宽对材料性能的要求，以降低成本。

当被冲压加工的材料较硬或变形抗力较大时，冲模的凸、凹模应选取耐磨性好、强度高的材料。拉深不锈钢时，可采用铝青铜凹模，因为它具有较好的抗粘着性。而导柱导套则要求耐磨和较好的韧性，故多采用低碳钢表面渗碳淬火。又如，碳素工具钢的主要不足是淬透性差，在冲模零件断面尺寸较大时，淬火后其中心硬度仍然较低，但是，在行程次数很大的压床上工作时，由于它的耐冲击性好反而成为优点。对于固定板、卸料板类零件，不但要有足够的强度，而且要求在工作过程中变形小。另外，还可以采用冷处理和深冷处理、真空处理和表面强化的方法提高模具零件的性能。对于凸、凹模工作条件较差的冷挤压模，应选取有足够硬度、强度、韧性、耐磨性等综合机械性能较好的模具钢，同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度等。

应考虑材料的冷热加工性能和工厂现有条件。注意采用微变形模具钢，以减少机加工费用。对特殊要求的模具，应开发应用具有专门性能的模具钢，选择模具材料要根据模具零件的使用条件来决定，做到在满足主要条件的前提下，选用价格低廉的材料，降低成本。

第二篇：冲压模具CADCAM技术状况

冲压模具CAD/CAM技术状况

近年来，我国冲压模具水平已有很大提高。大型冲压模具已能生产单套重量达50多吨的模具。为中档轿车配套的覆盖件模具国内也能生产了。精度达到1～2μm，寿命2亿次左右的多工位级进模国内已有多家企业能够生产。表面粗糙度达到Ra≦1.5μm的精冲模，大尺寸（Φ≧300mm）精冲模及中厚板精冲模国内也已达到相当高的水平。

模具CAD/CAM技术状况

我国模具CAD/CAM技术的发展已有20多年历史。由原华中工学院和武汉733厂于1984年共同完成的精冲模CAD/CAM系统是我国第一个自行开发的模具CAD/CAM系统。由华中工学院和北京模具厂等于1986年共同完成的冷冲模CAD/CAM系统是我国自行开发的第一个冲裁模CAD/CAM系统。上海交通大学开发的冷冲模CAD/CAM系统也于同年完成。20世纪90年代以来，国内汽车行业的模具设计制造中开始采用CAD/CAM技术。国家科委863计划将东风汽车公司作为CIMS应用示范工厂，由华中理工大学作为技术依托单位，开发的汽车车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统于1996年初通过鉴定。在此期间，一汽和成飞汽车模具中心引进了工作站和CAD/CAM软件系统，并在模具设计制造中实际应用，取得了显著效益。1997年一汽引进了板料成型过程计算机模拟CAE软件并开始用于生产。

21世纪开始CAD/CAM技术逐渐普及，现在具有一定生产能力的冲压模具企业基本都有了CAD/CAM技术。其中部分骨干重点企业还具备各CAE能力。

模具CAD/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、“九五”期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高，并陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统。如美国EDS的UG，美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer，美国CV公司的CADS5，英国DELCAM公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE及space-E，以色列公司的Cimatron，还引进了AutoCAD、CATIA等软件及法国Marta-Daravision公司用于汽车及覆盖件模具的Euclid-IS等专用软件。国内汽车覆盖件模具生产企业普遍采用了CAD/CAM技术。DL图的设计和模具结构图的设计均已实现二维CAD，多数企业已经向三维过渡，总图生产逐步代替零件图生产。且模具的参数化设计也开始走向少数模具厂家技术开发的领域。

在冲压成型CAE软件方面，除了引进的软件外，华中科技大学、吉林大学、湖南大学等都已研发了较高水平的具有自主知识产权的软件，并已在生产实践中得到成功应用，产生了良好的效益。

快速原型（RP）与传统的快速经济模具相结合，快速制造大型汽车覆盖件模具，解决了原来低熔点合金模具*样件浇铸模具，模具精度低、制件精度低，样件制作难等问题，实现了以三维CAD模型作为制模依据的快速模具制造，并且保证了制件的精度，为汽车行业新车型的开发、车身快速试制提供了覆盖件制作的保证，它标志着RPM应用于汽车车身大型覆盖件试制模具已取得了成功。

围绕着汽车车身试制、大型覆盖件模具的快速制造，近年来也涌现出一些新的快速成型方法，例如目前已开始在生产中应用的无模多点成型及激光冲击和电磁成型等技术。它们都表现出了降低成本、提高效率等优点。

第三篇：电子束快速成形技术的研究进展

电子束快速成形技术的研究进展

1.引言

电子束快速成形技术是集成了计算机、数控、高能束和新材料等技术而发展起来的先进制造技术。它采用电子束在计算机的控制下按零件截面轮廓的信息有选择性地熔化金属粉末。并通过层层堆积，直至整个零件全部熔化完成，最后去除多余的粉末便得到所需的三维产品。与激光及等离子束快速成形相比，电子束快速成形技术具有能量利用率高、功率大、加工速度快、运行成本低、高真空保护等优点，是高性能复杂粉末冶金件的理想快速制造技术，在航空航天、汽车及生物医学等领域有广阔的发展前景。

目前金属零件快速制造工艺多数采用激光在气体保护下进行金属粉末的烧结或熔化。激光作为一种金属材料的加工手段，技术比较成熟、可控性好，便于实现数控，能够较好的实现材料的“离散/堆积”，成型激光烧结在小功率范围内应用比较经济，但是当烧结或熔化诸如钨、钛及高温合金特种性能金属材料关键件时有强度不够高的缺点。而电子束加工作为另一种高能束加工手段，它是采用高能电子束作为加工热源，成型可通过操纵磁偏转线圈进行。已在金属零件快速成型领域中得到应用，并显示出了一系列独特的优势：

1）功率能量利用率高

电子束可以很容易的做到几千瓦级的输出，而激光器的一般输出功率在1 kW~5 kW之间。电子束加工的最大功率能达到激光的数倍，其连续热源功率密度比激光高很多，可达1×107 W/mm2。同时比起激光15%的能量利用率，电子束的能量利用率要高很多，可达到75%。

2）对焦方便

激光在理论上光斑直径可达1 nm，但在实际应用中一般达不到。而电子束则可以通过调节聚束透镜的电流来对焦，束径可以达到0.1 nm。因而可以作到极细的聚焦。加工出的产品粒度高，纯度高，性能更优越。

3）可加工材料广泛

大部分金属对激光的反射率很高，熔化潜热也很高，从而导致不易熔化。而且一旦熔化形成熔池后，反射率迅速降低，使得熔池温度急剧上升，导致材料汽化。而电子束可以不受加工材料反射的影响，很容易加工用激光难于加工的材料，而且具有的高真空工作环境可以避免金属粉末在液相烧结或熔化过程中被氧化。这一点对钛及钛合金的加工尤为可贵。

4）成形速度高，运行成本低

电子束设备可以进行二维扫描，扫描频率可达到20 kHz，无机械惯性，可以实现快速扫描。且不像激光那样消耗诸如N2、CO2、H2等气体，价格相比较低廉。只需消耗数量不大的灯丝。

由上可知，电子束加工较激光加工有能量利用率高、可应用材料广泛、真空环境无污染、成形速度快等优势。

除此之外，电子束在金属焊接、电子束蒸发涂覆、电子束熔炼、电子束表面处理、电子束打孔、电子束制粉、电子束消毒灭菌、电子束显微技术等领域近些年来也不断得到发展，其应用领域也在不断的拓宽。总之电子束技术符合21世纪绿色制造的宗旨，正受到更多的关注和研究，可以预见电子束在金属零件快速制造技术领域必将占有主导地位。

图1-1电子束熔化技术加工过程

2.研究进展

相对于激光及等离子束快速成形，电子束快速成形出现较晚，2001年瑞典Arcam公司确立电子束快速制造技术，其工作原理与选择性激光烧结类似(如图 1-1 所示)，加热能量是电子束。由于该技术在粉末近净成形精度、效率、成本及零件性能等方面具有的独特优势，电子束快速成形的研究在国外很快成为前沿和发展方向，美国北卡罗来纳州大学、英国华威大学、德国纽伦堡大学、波音公司、美国Synergeering集团、德国Fruth Innovative Technologien公司及瑞典VOLVO公司积极开展了相关研究工作。在工艺方面：美国Calcam公司采用EBM技术已制备出了全致密、力学性能优于锻造件的Ti6Al4V叶轮部件。

2.1 国外电子束快速成型研究

电子束快速成型是电子束加工与快速制造技术的相结合而产生的一种新技术，不仅可以充分利用电子束真空加工环境、高能量密度、扫描速度快、精密控制等优点，而且可以发挥快速制造无需工模具、开发周期短及制造成本低等优势，预计将在汽车、航空航天及医疗器械等领域得到快速发展和应用。电子束在快速制造领域的应用在国际上刚刚开始兴起，比较领先的是瑞典Gothenburg的Arcam AB公司研制的电子束熔化技术EBM(Electron Beam Melting)，其工作原理类似于选择性激光烧结，加热能量是电子束，采用了一套严格的温度检测控制系统。该电子束加工设备具有能量密度高、扫描速度快、精密控制等优势，主要研究高性能金属材料研究制造工艺，如钛合金Ti6Al4V、Ti6Al4VELI；钴铬合金ASTM F75；镍基合金718、625；铍/AlBeMet；可用于火箭引擎中的粉末冶金新材料GRCop-84；不锈钢316L，17-4PH不锈钢；铝合金和H13钢等，可以得到制件致密度接近100％的制件，图1-2(a)～(d)所示为使用该设备制造的钛合金(Ti6Al4V)零件。该公司电子束熔化成型的最大成型件尺寸为200mm×200mm×160mm，精度为±0.3mm。

图1-2 EBM成型件

目前该公司的产品已经在英国Warwick大学及美国南加州大学等多家快速 制造的研究机构得到了使用，并与英国剑桥真空工程研究所CVE建立了合作关系，应用领域已经延伸到汽车，航空航天及医疗器械领域。美国麻省理工学院也开展了基于电子束的直接金属快速制造工艺研究。John Edward Matz在他的博士论文中研究了另一种电子束快速制造工艺，称作EBSFF，其工艺装备如图1-3所示。

1-3 EBSFF工艺装备原理图

EBSFF系统由电子枪、三维数控工作台、送丝机构、真空系统以及控制系统等组成。在EBSFF工艺中电子束实时熔化从侧向送进的金属丝，形成熔滴；工作台移动，使熔化的金属沉积在基体上，堆积形成零件。在EBSFF工艺中电子束焦点位置是固定不变的，通过工作台的相对运动来实现任意形状截面的制造。NASA Langley Research Center利用电子束实体自由制造技术来制造具有高反射率的航空航天用合金如镁合金和钛合金的结构件。图1-4(a)~(d)为EBF3制件，制件完全致密，屈服极限和强度极限均大于手册给出的同种材料标准强度值，且性能稳定；断裂延伸率也与标准值接近。

图1-4 EBF3成型件

P.Wanjara等人用电子束自由制造技术在SU321不锈钢基板上堆积SU347不锈钢，通过微观组织的观察分析，以及硬度、拉伸强度、屈服强度的测量证明电子束自由制造技术在修补应用上能使堆积成型部分与基体部分很好的结合，经修复的结构件性能很好。与此相似的研究有镍基高温合金718，铝合金2219，钛合 金Ti6Al4V材料电子束自由制造。

2.2国内电子束快速成型研究

国内，清华大学激光快速成型中心联合国内主要的电子束设备提供单位进行了多方论证，开发出电子束选区同步烧结工艺及三维分层制造设备，并已在国内申请专利。他们发明的三维分层制造设备以粉末类材料为原料，通过电子束扫描控制装置控制电子束在指定区域内以图形投影的方式快速扫描，均匀地加热粉末材料。电子束快速扫描的显著特点是：电子束每一次扫描选定区域的时间极短，以至扫描起始点的温度还没有发生较大变化时，整个成型区域就已经扫描完成，经过一帧或多帧扫描，成型区域内材料阶梯式同步升温，共同达到烧结或重熔所需的温度，并一起沉积到成型区域上，并同步的降温。由于整体成型区域内的材料同步升温、烧结、沉积和降温，因此产生的热应力可大大减小，提高零件成型的精度和质量。

图 1-4 电子束选区熔化成型件(316L 不锈钢粉末)

该中心利用电子束选区熔化成型设备进行了316L不锈钢粉末熔化成型试验研究，通过工艺试验和数值模拟，得出气雾化粉末的比例在40 %～60%之间的混合粉末具有较好的成型性能；并对316L不锈钢粉末的微观组织及熔化成型机理进行了研究，图1-4为该设备制作的316不锈钢成型件。西安交通大学刘海涛等人建立了描述电子束熔融316不锈钢粉末扫描线宽规律的数学模型，揭示了扫描线宽与电子束电流、加速电压和扫描速度呈线性关系，搭接率为0.5时的层面质量优于搭接率小于0.5时的层面质量。清华大学齐海波等人采用 SiCP/ A1复合材料进行了电子束烧结快速制造试验研究，采用这种工艺它可摆脱传统工艺制造过程中陶瓷颗粒增强铝基复合材料易氧化、增强颗粒分散不均匀及界面结合差等制约其应用的难题，能制造出任意复杂形状的结构件。韩建栋等人研究了电子束选区熔化成型技术中粉末预热工艺对Ti-6Al-4V合金粉末在高能高速电子束作用下抗溃散性能的影响，并对该粉末进行了三维零件成型试验以验证粉末预热在实际成型中的作用。陕西科技大学杨鑫等人研究了在电子束对金属粉末的作用力，建立了TA7金属粉末受力模型，并对其进行受力分析和计算，研究发现当球形和非球形粉末以3：2的比例混合时，可以得到很好的成型效果。

目前国内航空航天、汽车及生物医学等领域对复杂结构及多孔结构有巨大需求，但由于EBM工艺及设备还不成熟，暂时无法满足航空航天高性能复杂零件实际应用要求，关键问题有吹粉、球化、零件变形、残余应力、表面粗糙度等。以下从设备、工艺及专用粉末等方面着重分析，并根据分析提出具体解决措施和研究重点。

3.关键问题分析

3.1吹粉

电子质量远大于光子，所以相对于激光束，电子束动量大，在选择烧结时，会出现特有的吹粉问题，即预制松散粉末在电子束的压力作用下被推开的现象。吹粉问题会导致金属粉末在成形熔化前即已偏离原来位置，从而无法进行后续成形工作。吹粉实质上是电子束与粉末相互作用问题，齐海波建立了松散粉末简单静力学模型，确定了电子束作用条件下粉末的溃散临界条件。杨鑫针对球形、非球形以及不同比例混合粉末溃散临界条件进行了受力计算分析和实验，确定具有较好的抗溃散能力粉末混合比例。Arcam公司采用电子束通过逐渐提高电流预热粉末，通过预热粉末增加黏度并形成微烧结粉末层，使后续高能量束流熔化过程中粉末能被固定在原位。目前通过适当改变粉末的表面状态和堆积方式或粉末间的摩擦因数提高粉末抗溃散能力，然后在粉末不溃散的条件下，通过逐步提高电子束扫描电流，预热烧结并固定粉末解决吹粉已形成共识。而电子束与粉末相互作用，尤其电子束对粉末动态冲击过程的研究有待深入，粉末预热及预烧结机理有待揭示。3.2球化

球化现象又称为形球现象，是指金属粉末虽熔融但没形成一条完整平滑的扫描线，而是各自团聚成小球，其原因主要是由于熔融粉末形成的金属小液滴表面张力过大所致。刘海涛实验发现球化与功率P和扫描速度V的比值ŋ有关：

ŋ=P/V

(1)只有当ŋ大于0.1时，才能得到连续的扫描线，否则扫描线会被球化。Cormier D则采用预热增加粉末的黏度，将待烧结粉末加热到一定的温度，可有效减少球化现象。球化现象实际上取决于三方面因素：熔融小液滴表面张力、粉末是否润湿、粉末间的黏结力。如果熔融小液滴不润湿粉末，在表面张力的作用下各自团聚成小球，产生球化现象；如果熔融小液滴润湿粉末，但粉末间的黏结力小于表面张力，则熔融小液滴裹挟粉末团聚成小球，产生球化现象；如果熔融小液滴润湿粉末，且粉末间的黏结力大于表面张力，则熔融小液滴在粉末表面铺展，不产生球化现象。所以，提高粉末间的黏结力、促使熔融小液滴润湿粉末是抑制球化现象的关键。预热粉末一方面提高粉末颗粒的温度，熔融小液滴更易润湿粉末，另一方面增加粉末的黏度、固定粉末，从而抵御粉末熔融小液滴表面张力，有利于熔融小液滴在粉末表面铺展。刘海涛、Cormier D正是增加热输入，有效地减少球化现象。目前还缺乏对球化现象系统的理论研究及定量描述，球化模拟分析机理有待揭示。

3.3变形及残余应力控制

零件在直接成形过程中，由于热源迅速移动，加热、熔化、凝固和冷却速度快，受热不平衡严重、温度梯度高，组织及热应力大。随着零件结构复杂程度的提高，零件产生较大变形甚至开裂，同时成形结束后，存在残余应力分布。而残余应力作为一种内应力会影响成形构件静载强度、疲劳强度、抗应力腐蚀等性能及尺寸的稳定性。由于还没有有效的实验方法能检测成形过程应力/应变的演变，复杂钛合金结构零件金属直接成形过程应力/应变的演变机理研究，主要是通过数值方法模拟，并通过残余应力测试实验验证的。早期，K.DAI、N.W.Klingbeil等人对于简单熔覆层，石力开等人对于多层直薄壁试件的温度场及简单熔覆层应力进行了模拟分析，取得了较为满意的研究结果。贾文鹏建立了严格实验验证的热弹塑性激光快速成形数值模型，并对航空发动机空心叶片激光快速成形过程温度、形变及残余应力分布规律进行了模拟分析。在控制变形开裂、消除应力方面，哈佛大学A.H.Nickel等人发现采用短路径激光扫描方式熔覆应力比长路径激光扫描方式熔覆应力小。而Li-ang Ma(马良)等人进一步指出采用分形扫描路径可使零件温度场更为均匀，同时用短折线替代长直线，有利于减小应力。贾文鹏提出随形热处理工艺，即在金属零件直接成形时，温度场趋于均匀，减小温度梯度，降低热应力，同时在热处理温度保温，通过塑性及蠕变使应力松弛，防止应力应变累积，达到成形同时减小变形、抑制零件开裂、降低残余应力水平的目的。目前在复杂零件电子束成形零件变形、残余应力消除方面还有待深入，其中关键是在随形热处理应力松弛机理，随形热处理过程温度、应力演化的基础上，研究随形热处理塑性变形及蠕变的演化及分布规律，定量分析工艺参数、约束形式对塑性变形及蠕变的影响，确定不同时刻、不同部位塑性变形及蠕变的主导形式，通过随形热处理工艺对电子束快速制造过程应力、变形控制，减小零件变形，降低残余应力，实现电子束快速制造及随形热处理工艺的优化。

3.4 表面粗糙度

电子束成形零件表面粗糙度一般低于精铸表面，对于不能加工的表面，很难达到精密产品的要求。影响电子束成形零件表面粗糙度的因素主要有：切片方式及铺粉厚度、电子扫描精度、表面粘粉等。其中切片方式及铺粉精度、电子扫描精度与成形设备有关，而表面粘粉与预热、预烧结及溶化凝固工艺过程有关。

目前国内电子束成形设备还不成熟，关键问题是没有电子束成形专用的电子枪，而一般用于电子束焊机的电子枪很少高速扫描，所以在扫描速度、范围、精度、能量密度分布方面与电子束成形工艺要求差距较大，比如如何实现宽幅扫描、动态聚焦、能量密度均布等功能，电子枪需要重新设计，控制及偏转系统有待于研制。另一方面，预热及预烧结工艺在固定粉末抵抗电子束流轰击中起关键作用，但如果预热温度过高，造成在粉末溶化凝固时，周围热量传导粉末溶化烧结，从而造成表面粘粉降低表面质量。所以预热温度、区域选择，尤其是成形区边缘的温度必须严格控制，防止在成形时成形区边缘粉末溶化造成表面粘粉。该方面的工艺研究亟待开展，而表面粘粉机理研究还有待深入。3.5缺陷控制

电子束成形采用逐层熔化堆积形成零件，在成形过程易受偶然因素影响，难免形成融合不良、隔冷、球化等缺陷，所以必须发展缺陷控制技术。目前，电子束成形缺陷控制技术主要有：在成形过程中实时发现缺陷并对其采用电子束重熔消除及在成形后采用热等静压工艺消除两种方法。热等静压易实施，并在铸件及高温合金激光快速成形件消除内部缺陷上广泛应用，但成本较高、效果有限。目前采用红外线阴影模式识别技术，通过实时检测每一层表面缺陷，实现电子束快速制造内部和表面缺陷实时电子束重熔消除是缺陷控制研究重点。而准确识别缺陷、内部缺陷电子束重熔机理分析有待进一步研究。

4总结与展望

电子束快速制造技术是近几年发展起来的一种快速制造技术，国内外在此项技术研究水平上的差距不太大，这为我国在该技术的研发上与国际同步提供了很好的契机。国内清华大学及西北有色金属研究院等单位在电子束快速制造装置及工艺方面进行了跟踪研究。但要实现高性能复杂零件电子束快速制造及广泛应用，还需做巨大努力。目前面临的吹粉、球化、零件变形、残余应力、表面粗糙度等主要问题，可通过粉末搭配、预热及预烧结、随形热处理、缺陷重熔等工艺有效解决，其关键是电子束与粉末相互作用、粉末烧结及熔化、温度场及应力应变演化等工艺过程的研究。此外专用电子枪的研制、动态聚焦及扫描精度的提高、温度闭环控制等设备的保障也是不可或缺的条件。

第四篇：简单介绍一下冲压模具的概念

简单介绍一下冲压模具的概念 Posted by wujinmuju on 2011 年 2 月 24 日 in 冲压模具入门 |Subscribe

简单介绍一下冲压模具的概念，限本人写作水平，描述不准确的地方，可以通过回复来指正，这也是一个相互学习的过程。冲压模具，也称冲模、五金模具、五金冲压模具，意思差不多都是一样的。是指利用固定在冲床或压力机上的模具对金属或非金属板材施加一定的压力，使材料产生分离或成型，从而获得一定尺寸要求、外观质量合格的零件的压力加工方法。模具分为很多种，我这里主要是针对我熟悉的五金冲压模具来讲。

通过模具加工出来的产品，尺寸、外观都基本一样，没什么大的区别，因为能快速成型，生产效率高，产品质量稳定，精度符合要求，材料利用率高，操作简单、工人劳动强度低，对操作工人技术要求不高，一般人只要一进来，跟着别人学习操作一两天，很快就能上手，有的甚至不用一两天，几分钟就能学会。如果是产线主机手，要学会操作冲床、送料机、整平机、拆模架模等，都是一些很简单的活，有力气、肯吃苦耐劳就行。

平时注意安全不要随便往模具里面放任何的东西在里面，扳手啊、剪刀啊、其它工具等不要放模具里边，有模修来修过模具(专业术语：修模)之后，你打之前就要看好了，看他们有没有把东西忘记在模具里面，当然一般模修是不会犯这样的错误的，不过你也要注意一下。别把模具打坏了、或者把身上手上哪里伤着了，干这个切记注意安全，一不小心模具里面东西忘记拿出来了，冲床打下来就有可能把模具打坏，万一里面的东西要是飞出来了?，人有可能也会受伤。

有时候叉车叉模具的时候，没叉好，模具掉下来了，这个时候千万别用手去扶，让远一点，模具摔坏了没事，别把人砸到了；天车吊模具的时候也要注意离模具远一点，小心模具晃过来碰着了就不好了。

搞模具这行、或与模具打交道经常容易出事，新人进厂特别要注意这些安全事项。

第五篇：介绍冲压模具的设计过程

冲压模具设计培训内容

一.介绍冲压模具的设计过程：产品图检查、产品展开、估价、工程布料图、开立模具料单、模具设计、模具装配、试模、维修等的常规工作；

产品介绍：五金产品的公差、成型工艺分析、后处理工艺（氧化、电镀、喷砂、烤漆、拉丝、焊接等）

五金产品材料介绍：常用的五金材料，如镀锌板（SECC）、不锈钢(SUS系列)、马口铁、热轧板、磷青铜、合金铝等材料特性及冲压注意事项

二绘图软件：

1、AutoCAD二维零件设计、二维图形创建和编辑、图层使用和面域造型、图案填充方法和技巧、环境设置、工程图制作等；

2、Presscad的学习及应用、cad二次开发程序的应用

3、UG或 PRO/E在五金模具中的应用

三.冲模简述：

1.简要介绍冲压模具的基本结构(连续模、工程模、复合模、拉伸模)，建立对模具的初步认识；

2.模具材料与热处理： 介绍常用的国产和进口合金模具钢的特性，热处理的要求等；

3.模具标准件：介绍模具常用标准件的材质、规格、用途等；

4.工程拆分与排料：工程模的工程拆分和连续模的料带排布；

5.精密模具零件加工：精密工程模和连续模的零件加工方法介绍及注意事项；

6.典型精密产品的模具设计：

a、电脑周边五金件（转轴、支架、外壳、端子等）

b、手机周边五金件（屏蔽罩、天线弹片、滑轨、外壳）

c、连接器（端子、USB外壳）

d、拉伸件（马达壳、鸡眼模）

e、涉及各类形式各异的精密连续模以及各种常规工程模、非常规工程模（如旋切、侧冲、翻版等等）；

学员独立完成模具设计，老师仔细评审。学员在三个月时间内前后应完成20套模具的设计工作, 学会为止.