应用SLA快速成型技术制作内燃机光弹模型的研究

发布时间：2020-09-19 14:05

　　光弹分析中模型制作的传统方法主要是通过制作模具浇注基本模型,再辅以手工、机加工修整。不仅需要很高的模具费用,还要解决许多铸型工艺问题,而且延长了实验周期,更重要的是传统方法制作复杂的光弹模型时不得不省略某些复杂的局部特征,导致在应力分析过程中也就出现了失真现象。快速成型技术的出现使得快速、自动化制作任意复杂的模型成为可能,而这项新技术所采用的成型材料之一——光敏树脂,与传统光弹材料环氧树脂的主要成分都是环氧类化合物。本文在分析激光固化快速成型技术工作原理的基础上,对比成型材料光敏树脂和传统光弹材料环氧树脂的特性,理论分析了应用激光固化快速成型技术制作光弹模型的可行性;对现有光敏树脂材料进行广泛研究筛选后,选定适于光弹实验的光敏树脂材料,并对其进行基础的光弹特性研究并提出改善措施;经对径受压圆盘和梁的纯弯曲光弹性实验,验证采用激光固化快速型SLA技术制作的光弹模型具有明显的光弹性特征,并获取了理想的热光特性曲线;进一步研究结果标明,采用优化的成型工艺及后处理技术,快速成型技术可以制造符合实验要求的光弹模型。内燃机气缸盖因其结构和受力的复杂,一直是内燃机上强度和可靠性研究的一个难点。本文依据前期研究成果,制造了光敏树脂材料的气缸盖光弹模型,并进行了应力冻结实验。模型切片后的数据处理与应力分析,与有限元分析结果相对比,两者基本一致。本文研究结果表明,光敏树脂材料的光弹模型其光弹灵敏度与成型材料和模型制备工艺有密切关系,优化后的模型热处理工艺可以明显改善其光弹性能,降低材料条纹值。完成气缸盖应力冻结实验后,本文确定激光快速成型制作光弹模型进行三维应力场分析的工艺路线,与传统的浇注、机加工工艺相比,可以大大缩短模型制作周期,快速实现新产品设计强度的实验评估,提升光弹分析的竞争力。本文技术属国际先进水平,并填补了国内在这一技术领域的空白。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TH16
【部分图文】：

流程图,流程

型制造技术。其核心是由三维设计模型直接通过软件驱动快速成型设备，基于离散、堆集成型原理，逐步堆积成型材料，层层叠加形成物理模型。快速成型技术制作模型流程如图3-1所示【16】。图 3-1 成型流程2.1.2 优越性和特点RP系统综合了机械工程、CAD、数控技术、激光技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验，有效地缩短了产品的研发周期，其主要特点如下：1) 通过 STL 格式文件，RP 系统几乎可以与所有的 CAD 造型系统无缝连接，从 CAD 模型到完成原型制作通常只需几小时到几十小时，可实现产品开发的快速闭环反馈；2) 产品制造过程几乎与零件的复杂性无关，而只与其净体积有关可实现自由制造(Free Form Fabrication)

成型机

图 3-2 SLA 成型机图 3-3 SLA 工作原理图能保证聚合反应不发生在激光点之外，因而加工精度高，表面质量好，原材料的利用率接近100％，能制造形状复杂(如空心零件)、精细的零件(如手饰、工艺品等)，效率高。对于尺寸较大的零件，则可采用先分块成形然后粘接的方法进行制作。缺点是成型材料稍脆，加工零件时需制作支撑；此外，材料在固化过程中伴随有收缩，可能导致零件变形。目前全球销售的SLA设备约占RP设备总数的70％左右。美国3D System公司的SLA技术在国际市场上占的比例最大，图3-4为应用SLA技术制作的用于空气动力学实验的汽车空调导流罩。

工作原理图

【参考文献】