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快速成型在泵类产品的应用

2017/1/10    来源:互联网    作者:李晶      
关键字:速成型  高精度  叶轮实例  泵类应用  
快速成型技术是一门新兴的制造技术,并且被认为是近20年来制造领域的一个重大成果,该技术非常适合于结构复杂铸件及小批量高精度铸件的生产。本文通过对某型号叶轮的快速成型应用实例的详细说明,介绍了快速成型技术在泵类产品的具体应用情况。

    随着世界经济竞争的日益激烈化和全球化,当代制造业随着市场的需求不断向多样化、高质量、高性能、低成本的方向发展,产品制造商们越来越需要以最短的时间制造出符合消费者需求的新产品来抢占市场。传统的制造方法不但需要多种的制造设备、模具、工具等,而且制作周期长、成本高,显然已经不能满足快速发展的时代要求。泵类产品的生产也是如此,新产品的不断设计、新材料的不断试验,产品的设计试制周期也在不断的缩短,急需一种快速、精准、可靠的新技术来打破传统制造的束缚。本文主要介绍了成型技术在泵类产品的应用,并以一个叶轮的快速成型设计及制作实例来详细介绍该技术的具体工序及注意事项。

1 快速成型技术简介

    快速成型(RapidPrototyping,简称RP)技术,诞生于上世纪80年代,是基于材料堆积法的一种新型制造技术。快速成型技术集机械工程技术、CAD技术、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术等现代科技成果于一身,它可以直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件,通过软件分层离散和数控成型系统,使用激光束或其他方法将材料堆积而形成实体零件。从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。近年来,快速成型技术在工业造型、制造、建筑、艺术、医学、航空、航天、考古和影视等领域均获得了迅速、良好的应用。快速成型技术发展至今,以其技术的高集成性、高柔性、高速性而得到了迅速发展。目前,快速成形的工艺方法已有几十种之多,其中主要工艺有四种基本类型:光固化成型法SLA(StereolithographyApparatus)、分层实体制造法LOM(Laminated 0bject Manufacturing)、选择性激光烧结法SLS(Selective Laser Sintering)和熔融沉积制造法FDM(Fused Deposition Manufacturing)。

2 快速成型技术的优点

    (1)产品制造过程几乎与零件的复杂性无关,可实现自由制造(FreeForm Fabrication),许多用传统方法所不能制造的高精度、复杂结构的零件都可以选用快速成型来制作。

    (2)产品的单价几乎与批量无关,不需要制作模具,特别适合于新产品的开发和单件小批量零件的生产。

    (3)整个生产过程数字化,与CAD模型具有直接的关联,零件可大可小,所见即所得,可随时修改,随时制造,缩短产品试制周期。

    (4)与传统方法相结合,可实现快速铸造,快速模具制造,小批量零件生产等功能,为传统制造方法注入新的活力。

    (5)与传统制造相比,可大大降低产品成本。

3 我公司生产现状

    我公司主要生产泵类产品中的耐磨高铬铸铁件,产品被广泛应用于冶金、电力、煤炭、化工等多个领域,使用的材料型号种类繁多,且各种材料的性能差异很大。目前我公司的发展正以每年几十套新产品的速度增长,原有的设计及生产模式早已不能满足于日益缩短的产品设计、试制周期,而且很多产品的制作难度已经超出了原有技术的使用范围,急需快速成型这样的先进技术来解决难题。

    由于泵类产品中的叶轮、导流器等零件有结构复杂、成型难度大、铸件要求精度高、受人为操作影响误差大等特点,在生产制作过程中很难达到设计及使用的高要求。综合其它一些因素,我公司目前使用的是选择性激光烧结法(SLS)来生产制作上述的复杂零件。

4 选择性激光烧结(SLS——Selected Laser Sintering)介绍

    选择性激光烧结法,大致的工作步骤如下:成型机的铺粉机构在工作台上均匀铺上一层很薄的(100la一200u)粉末,激光束在计算机控制下按照零件的分层轮廓信息来进行选择性地烧结,激光束扫过之处,粉末烧结成一定厚度的片层,未扫过的地方仍然是松散的粉末。一层烧结完成后工作台下降一定高度,再次铺粉后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉末,再进行打磨、烘干等处理便可直接获得零件,或者制作零件所需的砂型或砂芯。

5 快速成型在泵类产品的具体应用

    5.1 我公司快速成型情况

    我公司现有成型尺寸为700×700×500的快速成型机一台,成型原理为选择性激光烧结法(SLS),选用的成型材料为覆膜宝珠砂,覆膜宝珠砂的粒度为100μ-200μ。激光烧结得到的是产品铸件的砂型或砂芯,经过一定的处理后,将烧结出的砂型和砂芯组合在一起,再倒入铁水即可获得最终的铸件。该方法从设计到得到铸件不需要制作任何传统意义上的模具,大大缩短了试制周期,并且该方法获得的毛坯精度高,表面质量好,可获得传统方法无法比较的效果。

    5.2 叶轮的设计应用实例

    下面就以某型号的叶轮的设计及制作过程为例来介绍快速成型在泵类产品中的具体应用。

图1 叶轮的设计

图1 叶轮的设计

    滑动面均位于地下水位以下,验算饱水状态下其稳定系数K可取1.00~1.05,采用剖面l进行反演计算滑动面C、φ值。计算结果见下表。

表1 反演计算结果表

表1 反演计算结果表

    根据剖面l上下两个滑动面反演结果并结合相邻工区的经验值,确定在饱水状态下灰岩与下部泥岩接触层面C=19kPa,φ=9.5°;同样对2剖面进行反演计算得饱水状态下灰岩与下部泥岩接触层面C=17kPa,φ=8°。

6 滑坡体设计抗力计算与结果评述

    该滑坡属于欠稳定-不稳定状态,滑坡应按工况I-自重,抗滑动安全系数1.30-1.40,工况II-自重+地下水,抗滑动安全系数1.20-1.30进行支护设计。其设计所需抗力计算如下: 按照传递系数法计算公式如下:

公式

表2 滑坡体设计所需抗力计算结果表

表2 滑坡体设计所需抗力计算结果表

7 结束语

     滑坡滑动面的抗剪强度指标确定一直是工程建设中的难点问题,通过研究极限平衡状态下岩质滑坡滑动面c和φ值的反演计算,可以较准确度确定其参数,为滑坡工程的分析与设计提供了可靠的依据,对工程实际建设及滑坡地质灾害的治理具有重要的实际意义。

责任编辑:马倩
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