熔融沉积阶梯效应的成本和公差研究
发布时间：2021-08-13 21:08
近年来,3D打印凭借其自身独特的优势越来越受到人中的重视,其中熔融沉积（FDM）技术以其环保性好、成本低、操作简单等特点在各类3D打印技术中应用最广,并迅速风靡各个制造领域。但由于FDM技术采用逐层堆叠的原理进行制造,使得制件存在明显的阶梯效应,阶梯效应不仅使得工件的精度和表面质量下降,还造成顾客满意度下降,严重影响熔融沉积技术的应用和发展。对于FDM制件阶梯效应问题,主要是具有阶梯效应的熔融沉积制件精度无法满足公差的要求的问题;或制件精度能够满足公差要求,但由于生产成本或质量管理成本等一系列成本过高,客户不愿购买的问题。即阶梯效应对FDM制件的成本和公差之间矛盾的问题。本研究将FDM阶梯效应的成本和公差作为研究对象,首先引入田口玄一的质量管理理念,用质量损失函数作为处理阶梯效应成本和公差之间矛盾问题的理论依据。然后从FDM技术原理和制造过程出发,分析阶梯效应产生的原因,并结合工艺参数对阶梯效应进行分析建模,建立关于零度和非零度阶梯效应的工艺参数模型。接下来将FDM制件的阶梯效应作为特性值并用粗糙度进行衡量,分别对零度和非零度阶梯效应进行参数设计,得出影响非零度阶梯效应的主要工艺参数为...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
熔融沉积3D打印模型
中北大学学位论文4矛盾问题进行分析，以及最佳的工艺参数组合下FDM制件阶梯效应的公差范围。1.2.2公差与成本问题研究现状在公差与成本研究中，国内外主要集中于对公差与制造成本之间的关系的研究，并且产生出众多的研究成果。其中公差与成本的定量关系是国内外研究的重点。Chase[19]等人在制造过程中对公差与成本之间的关系进行了分析和描述，如图1-2[19]所示，当公差缩小时，对应的制造成本增加；当把公差进行放大，其对应的制造成本降低。图1-2公差-成本关系图Fig1-2Tolerance-costcurve为了获得公差与成本之间的具体函数关系，通常采用设计实验的方法获得初步数据，得到离散点并利用归一化方法进行处理，最终形成近似曲线[20]。经过研究人员的长期实践与总结，比较有代表性的公差-成本之间的函数模型有：Chase的倒数模型[19]，Spott的倒数平方模型[21]、Sutherland和Roth提出的幂指数模型[22]，Speckhart的指数模型[23]，Michael和Siddall的指数与倒指数模型[24,25]，Dong和Hu提出的三次多项式模型[26]等。各公差-成本的函数模型与其对应的表达式如表1-1所示。国内外众多学者根据公差成本函数关系模型以最低制造成本为目标，将产品总公差进行公差设计和公差分配至产品各个零部件，来处理成本与公差间的问题。Rajiskera[27]等将指数模型作为处理公差成本函数关系模型，以装配成本和加工成本总和最小为目标函数，采用极限法和零件加工经济性作为公差范围的约束条件，对零件的公差进行分配和优化。Hallmann[28]等根据公差成本模型以制造过程中的废品率为研究对象，进行公差成本优化，在满足质量要求的同时实现最低的总成本，并找到满足各零件公差设计要求的最佳公差。Alfredo[29]以制造过程设备的不确定性为研究对象来建立公差成本关系模型?
中北大学学位论文112.2田口质量损失函数2.2.1望目质量损失函数设某一产品或产品零部件的质量特性为y，目标值为m。当my，即my0，由于质量特性值与目标值发生偏离，则会产生质量损失成本yL)(。当my=时，质量特性值与目标值相等，质量损失成本最校根据这一特点将质量损失成本yL)(在目标值m的上下范围内用泰勒公式展开[45]：...)()!1()(...)(!2)()(!1)()()()1(12+++++=nnmynmLmymLmymLymLL（2-1）当my=时，yL0)(=且为最小值，则mL0)(=；同时忽略二阶以上项有：2)(!2)()(mymLyL=（2-2）其中!2mL)(为常数，令!2mL)(k=，得：2=mykyL)()(（2-3）其中：k为质量损失系数。其函数图像如图2-1[47]。图2-1望目特性的质量损失函数曲线图Fig2-1Nominal-the-bestqualitylossfunctioncurve.图2-1显示，望目特性质量损失函数为抛物线，当目标值m确定，质量特性值y能够测量，只需确定yL)(上的一个点，便可确定质量损失系数k。当0my，即质量特性与目标值的偏离不超过公差范围0Δ，则产品或零部件可正常发挥功能；而当
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向综合成本优化的前纵梁零件公差分配研究[J]. 张鑫,刘银华. 农业装备与车辆工程. 2019(04)
[2]压力机质量与成本多目标公差分配数学模型研究[J]. 陈启升,辛柏青,别世清,门忠聚,孙彦斌. 锻压装备与制造技术. 2019(01)
[3]基于离散化成本—公差模型的多目标公差优化设计[J]. 胡西彪,张卫,陆宝春,黄龙振,王水,王敏其. 计算机集成制造系统. 2019(01)
[4]熔融沉积快速成型工艺参数对阶梯效应的影响[J]. 李刚. 机械工程与自动化. 2017(06)
[5]FDM工艺参数对制件表面质量的影响分析与实验研究[J]. 梁松松,张弓,侯至丞,王卫军,王建,李均,顾星,韩彰秀. 制造技术与机床. 2017(11)
[6]竹塑复合3D打印材料研制与性能表征[J]. 刘晓帅,赵大旭,吴强,王佩欣,寿国忠. 竹子学报. 2017(03)
[7]改进质量损失函数的多响应稳健优化设计[J]. 伍建军,谢周伟,黄裕林,吴小明. 机械科学与技术. 2017(04)
[8]基于非对称质量损失函数的分段参数设计[J]. 卓德保,胥京波,张浙. 系统管理学报. 2016(06)
[9]基于非对称质量损失模型的函数机构稳健设计[J]. 杨昌明,段胜秋. 西华大学学报(自然科学版). 2016(02)
[10]FDM工艺参数对成型制品表面粗糙度影响的研究[J]. 邬宗鹏. 机械工程师. 2015(02)
博士论文
[1]机械产品质量损失建模与公差体系优化设计方法研究[D]. 赵延明.中南大学 2013
[2]质量损失函数与测量系统校准研究[D]. 张月义.南京理工大学 2010
硕士论文
[1]FDM 3D打印制件性能的影响因素分析与试验研究[D]. 郑小军.浙江理工大学 2019
[2]基于FDM的TPU材料鞋底3D打印工艺研究[D]. 谢艰.苏州大学 2018
[3]FDM支撑原理及支撑工艺研究[D]. 李锋.西南交通大学 2017
[4]面向熔融沉积的竹塑材料及工艺的关键技术研究[D]. 蔡羡.浙江农林大学 2015
[5]考虑质量损失的复杂多响应问题优化设计研究[D]. 吴事浪.江西理工大学 2015
[6]熔融沉积成型零件精度及机械性能研究[D]. 李生鹏.中国矿业大学 2015
[7]基于蒙特卡洛法的公差分析及优化设计方法研究[D]. 高磊.哈尔滨理工大学 2015
[8]熔融沉积快速成型精度及工艺研究[D]. 张媛.大连理工大学 2009
[9]基于田口理论的装备部件质量设计研究[D]. 刘德智.西北工业大学 2003
本文编号：3341140
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
熔融沉积3D打印模型
中北大学学位论文4矛盾问题进行分析，以及最佳的工艺参数组合下FDM制件阶梯效应的公差范围。1.2.2公差与成本问题研究现状在公差与成本研究中，国内外主要集中于对公差与制造成本之间的关系的研究，并且产生出众多的研究成果。其中公差与成本的定量关系是国内外研究的重点。Chase[19]等人在制造过程中对公差与成本之间的关系进行了分析和描述，如图1-2[19]所示，当公差缩小时，对应的制造成本增加；当把公差进行放大，其对应的制造成本降低。图1-2公差-成本关系图Fig1-2Tolerance-costcurve为了获得公差与成本之间的具体函数关系，通常采用设计实验的方法获得初步数据，得到离散点并利用归一化方法进行处理，最终形成近似曲线[20]。经过研究人员的长期实践与总结，比较有代表性的公差-成本之间的函数模型有：Chase的倒数模型[19]，Spott的倒数平方模型[21]、Sutherland和Roth提出的幂指数模型[22]，Speckhart的指数模型[23]，Michael和Siddall的指数与倒指数模型[24,25]，Dong和Hu提出的三次多项式模型[26]等。各公差-成本的函数模型与其对应的表达式如表1-1所示。国内外众多学者根据公差成本函数关系模型以最低制造成本为目标，将产品总公差进行公差设计和公差分配至产品各个零部件，来处理成本与公差间的问题。Rajiskera[27]等将指数模型作为处理公差成本函数关系模型，以装配成本和加工成本总和最小为目标函数，采用极限法和零件加工经济性作为公差范围的约束条件，对零件的公差进行分配和优化。Hallmann[28]等根据公差成本模型以制造过程中的废品率为研究对象，进行公差成本优化，在满足质量要求的同时实现最低的总成本，并找到满足各零件公差设计要求的最佳公差。Alfredo[29]以制造过程设备的不确定性为研究对象来建立公差成本关系模型?
中北大学学位论文112.2田口质量损失函数2.2.1望目质量损失函数设某一产品或产品零部件的质量特性为y，目标值为m。当my，即my0，由于质量特性值与目标值发生偏离，则会产生质量损失成本yL)(。当my=时，质量特性值与目标值相等，质量损失成本最校根据这一特点将质量损失成本yL)(在目标值m的上下范围内用泰勒公式展开[45]：...)()!1()(...)(!2)()(!1)()()()1(12+++++=nnmynmLmymLmymLymLL（2-1）当my=时，yL0)(=且为最小值，则mL0)(=；同时忽略二阶以上项有：2)(!2)()(mymLyL=（2-2）其中!2mL)(为常数，令!2mL)(k=，得：2=mykyL)()(（2-3）其中：k为质量损失系数。其函数图像如图2-1[47]。图2-1望目特性的质量损失函数曲线图Fig2-1Nominal-the-bestqualitylossfunctioncurve.图2-1显示，望目特性质量损失函数为抛物线，当目标值m确定，质量特性值y能够测量，只需确定yL)(上的一个点，便可确定质量损失系数k。当0my，即质量特性与目标值的偏离不超过公差范围0Δ，则产品或零部件可正常发挥功能；而当
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向综合成本优化的前纵梁零件公差分配研究[J]. 张鑫,刘银华. 农业装备与车辆工程. 2019(04)
[2]压力机质量与成本多目标公差分配数学模型研究[J]. 陈启升,辛柏青,别世清,门忠聚,孙彦斌. 锻压装备与制造技术. 2019(01)
[3]基于离散化成本—公差模型的多目标公差优化设计[J]. 胡西彪,张卫,陆宝春,黄龙振,王水,王敏其. 计算机集成制造系统. 2019(01)
[4]熔融沉积快速成型工艺参数对阶梯效应的影响[J]. 李刚. 机械工程与自动化. 2017(06)
[5]FDM工艺参数对制件表面质量的影响分析与实验研究[J]. 梁松松,张弓,侯至丞,王卫军,王建,李均,顾星,韩彰秀. 制造技术与机床. 2017(11)
[6]竹塑复合3D打印材料研制与性能表征[J]. 刘晓帅,赵大旭,吴强,王佩欣,寿国忠. 竹子学报. 2017(03)
[7]改进质量损失函数的多响应稳健优化设计[J]. 伍建军,谢周伟,黄裕林,吴小明. 机械科学与技术. 2017(04)
[8]基于非对称质量损失函数的分段参数设计[J]. 卓德保,胥京波,张浙. 系统管理学报. 2016(06)
[9]基于非对称质量损失模型的函数机构稳健设计[J]. 杨昌明,段胜秋. 西华大学学报(自然科学版). 2016(02)
[10]FDM工艺参数对成型制品表面粗糙度影响的研究[J]. 邬宗鹏. 机械工程师. 2015(02)
博士论文
[1]机械产品质量损失建模与公差体系优化设计方法研究[D]. 赵延明.中南大学 2013
[2]质量损失函数与测量系统校准研究[D]. 张月义.南京理工大学 2010
硕士论文
[1]FDM 3D打印制件性能的影响因素分析与试验研究[D]. 郑小军.浙江理工大学 2019
[2]基于FDM的TPU材料鞋底3D打印工艺研究[D]. 谢艰.苏州大学 2018
[3]FDM支撑原理及支撑工艺研究[D]. 李锋.西南交通大学 2017
[4]面向熔融沉积的竹塑材料及工艺的关键技术研究[D]. 蔡羡.浙江农林大学 2015
[5]考虑质量损失的复杂多响应问题优化设计研究[D]. 吴事浪.江西理工大学 2015
[6]熔融沉积成型零件精度及机械性能研究[D]. 李生鹏.中国矿业大学 2015
[7]基于蒙特卡洛法的公差分析及优化设计方法研究[D]. 高磊.哈尔滨理工大学 2015
[8]熔融沉积快速成型精度及工艺研究[D]. 张媛.大连理工大学 2009
[9]基于田口理论的装备部件质量设计研究[D]. 刘德智.西北工业大学 2003
本文编号：3341140
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