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2011 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文文獻(xiàn)翻譯
學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
姓 名： 曹興民
學(xué) 號： 070607221
(用外文寫)
外文出處： Journal of Materials Processing Technology 119(2001) 52-57
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
附件1：外文資料翻譯譯文
立體自由形式制造程序的幾何粗糙度分析
摘要
現(xiàn)今在原型制造技術(shù)基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，使制造時(shí)間大大減少，然而在使用這些技術(shù)的許多方面還有待研究。其中之一是表面粗糙度表征索取層加工工藝。為了描述有效粗糙度，通過制造過程所獲得的對平均粗糙度（RA）的研究取得成功。這使我們能夠建立快速原型制造的兩種可能的策略：制造固定層高度、制造出在給定束縛條件的粗糙度。原型部件均采用立體生產(chǎn)技術(shù)，表面粗糙度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果使我們能夠提出合理的理論模型。
關(guān)鍵字：快速原型設(shè)計(jì) 制造工藝 表面粗糙度表征
1.引言
快速原型一詞可以被定義為任何一個(gè)零件，部件，機(jī)制或產(chǎn)品，進(jìn)行與驗(yàn)證其全部或主要特征和理論的部分職能的目標(biāo)之前，其產(chǎn)業(yè)化的物理模型制作，或作為功能元件直接在制造過程中采用[1,2]。這些技術(shù)的使用意味著快速原型制造的時(shí)間以小時(shí)計(jì)算，而不是現(xiàn)在的幾天，幾周或幾個(gè)月，這導(dǎo)致術(shù)語“快速''的使用，并在組件的制造成本大幅度降低[3,4]。
此外，不同材料的數(shù)量，可顯著增加就業(yè)，提高精度和最終產(chǎn)品的功能特性[5,6]。
因此，快速原型制造技術(shù)現(xiàn)在作為對零件，部件或模型的直接生產(chǎn)制造過程中使用替代方法值得考慮[7,8]。
自1987年首次商業(yè)化應(yīng)用演示，大量的進(jìn)程已經(jīng)被開發(fā)出來，其目的是通過組合現(xiàn)有產(chǎn)品制造過程（燒結(jié)，消耗焊條焊接方法，激光技術(shù)等）原型和功能元素，由電腦輔助設(shè)計(jì)，制造和分析系統(tǒng)提供的多功能性[9]。
各種原型制造工藝可分為不同的方式：由材料采用，能源使用，或他們已經(jīng)使用的申請類型[10,11]; 因此，我們有立體光刻（SLA），選擇性激光燒結(jié)（SLS），噴墨印刷工藝，熔融沉積制造（FDM）的，分層實(shí)體制造（LOM）和形狀沉積制造（SDM）的過程等[12,13]，。
在建設(shè)材料層造成重大的挑戰(zhàn)可以從材料學(xué)，傳熱和應(yīng)用力學(xué)的觀點(diǎn)分析[14,15]。本研究的重點(diǎn)是通過原型自由格式技術(shù)獲得的表面質(zhì)量問題。
在通過這些制造工藝得到零件表面光潔度往往非常重要，特別是在案件中的組件將在與其他元素或在其使用壽命材料接觸，例如在由部分組成模具制造的情況下通過以下方式無固相形式的制造過程，或者在其他的表面特性將會(huì)對如疲勞，磨損，腐蝕的機(jī)械性能等有重要影響 [16,17]。
為表征粗糙度最常用的方法之一是通過剖面rugosimeters手段的粗糙度平均評估。這是有效的粗糙，即實(shí)際上是由測量儀器測得的表面粗糙度。不過，從比較分析的觀點(diǎn)來看，重要的是要使用，使用預(yù)測的先驗(yàn)知識或理論模型的表面質(zhì)量。為此，進(jìn)行了理論研究的原型平均粗糙度獲得使用各種凝固模型，這主要取決于工藝條件和就業(yè)的技術(shù)[18,19]。
一旦幾何類型的特點(diǎn)被表征，使用的SLA原型制造的制造過程就實(shí)現(xiàn)了。
一旦獲得部分，對有效粗糙度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，以比較和對比從一些由測量儀器所提供的真正價(jià)值提出的理論模型的結(jié)果。
2．表面粗糙度表征
對于表面粗糙度的研究中，平均粗糙度（RA）的被作為一個(gè)參數(shù)，是在采用ISO4287[20]作為從沿中線測量粗糙度輪廓算術(shù)平均偏差規(guī)范的基礎(chǔ)上定義的。這個(gè)定義，載于下列公式：
在同一時(shí)間，其他工藝參數(shù)，建立了表征，可以得到表面的目標(biāo)，這些都由圖表示1表示。這些參數(shù)是指那些用于描述平均粗糙度，因?yàn)樗鼈兒苋菀自谠椭圃旃に囁捎玫膬x器中被修改。
情況最簡單，可用于研究表面粗糙度時(shí)，考慮的是層與層之間的水平空間（區(qū)）與層的厚度或高度（HC）的一致。運(yùn)用等式（1），表面粗糙度可以得到平均值，這是載于以下公式進(jìn)行：
對上述情況的變化，可如果層的厚度或高度被修改，即考慮到dc=αhc，與α>1。在此基礎(chǔ)上，獲得的Ra值
圖1.學(xué)習(xí)采用分層制造工藝參數(shù)
在等式（3）的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)行比較研究，以確定哪些類型的制造過程中產(chǎn)生最佳的表面光潔度。據(jù)指出，為了獲得同樣的鐳，在第一層高度情況下提出上述（hc = dc）可能大于第二個(gè)，因此，它是一個(gè)快過程（等于RA）的總高度是因?yàn)樘崆皩?shí)現(xiàn)hc1>hc2。
如果問題是制定了四周，即其他方式，如果我們問什么樣的Ra是在制造過程中獲得在上述情況下具有相同的HC，它可以推斷出，RA2>RA1。因此，第二種情況下會(huì)導(dǎo)致較差的表面光潔度。同樣的分析可以進(jìn)行，當(dāng)α<1，獲得相反的情況。
圖2顯示了另一種類型的配置中的分層制造工藝考慮。無論是一個(gè)或其他類型的幾何條件得到直接相關(guān)的工藝特點(diǎn)和運(yùn)行條件[21]。在這個(gè)數(shù)字的基礎(chǔ)上，可以驗(yàn)證，作為制造過程的技術(shù)輔助，平均粗糙度由等式（4）定義，當(dāng)α=1時(shí)Ra值較尖銳的邊緣情況少；了約60％。
最后，另一個(gè)在分層制造可能的情況是考慮圖 3。必須指出，可能凝固的一些情況可能比研究中所采取的數(shù)量大，盡管我們認(rèn)為，這里提出的模型涵蓋了廣泛的價(jià)值和應(yīng)用后，對沉積模型中的材料行為基板進(jìn)行原型制造。在開展上述案件中，以同樣的方式對平均粗糙度分析，，得到了確切含義Ra = f (hc, dc,θ)。通過圖中描述的應(yīng)用程序可以導(dǎo)出Ra = 0.28hc。
表面處理往往是在大量應(yīng)用中起決定性的作用，在一般情況下，必須由制造后整理操作手段糾正。但是，也有材料，它不可能進(jìn)行這些操作，因此，材料及施工條件的最佳選擇是至關(guān)重要的。還有非常重要的，對于獲得事先應(yīng)確定產(chǎn)品所需的特點(diǎn)，并在此作業(yè)條件最密切適合被選用的材料及其特性是選擇的基礎(chǔ)。
圖2. 分層制造：圓角邊緣模型
圖3. 分層制造：凝固與圓邊
3.制造策略
論在生產(chǎn)過程中的分層平均粗糙度表征的基礎(chǔ)上，兩個(gè)不同的制造策略可以被采納。為此，我們提出兩個(gè)假設(shè)：第一，我們要制造出的革命和第二次幾何原型，該工藝參數(shù)（掃描速度，激光功率和部門寬度等）都可以以這樣的方式之間的聯(lián)合集確定，各層類似于圖2所示。
一旦上述因素已經(jīng)成立，可以研究出兩種制造策略：其中之一涉及RA將在一個(gè)給定的公差帶改變制造層高度（HC），第二個(gè)策略包括進(jìn)行制造階段與切片算法成層，相等的hc和制備的幾何模型相一致。
在第一種情況下，采取局部的方法來循環(huán)可靠的一階導(dǎo)數(shù)生成函數(shù)，我們得到
因此，由于它已被證明的情況載于圖 1構(gòu)成α>1最高，對于給定的假設(shè)，我們得到式定義的表達(dá)式（3）。這個(gè)表達(dá)式將用于表面粗糙度，從而導(dǎo)致在下列公式所示的表達(dá)式評估：
由此，我們得到了“恒定的Ra“，即工作在一個(gè)給定的公差帶，層高度（HC）的，應(yīng)作為該組件的外部輪廓斜坡函數(shù)修改，上面的方程提供一個(gè)我們所希望獲取作為Ra這個(gè)值的函數(shù)值。
圖4. 制造恒定層的厚度
如果，另一方面，其用意是與固定層的高度，它具有簡化元素的部分破裂算法的優(yōu)點(diǎn)，我們得到的Ra將是可變的。這種情況載于圖4。繼上述相同的假設(shè)，我們得到的由方程（3）給出的平均粗糙度構(gòu)成了這種情況的最大值。因此，如果考慮到 圖4中的點(diǎn)將獲得，正如式（7）中的（i）和（j）：
其中k是沉積層數(shù)最多的點(diǎn)j的高度. 由此看來，調(diào)用
我們得到了定義Ra的表達(dá)式，其中，因?yàn)樵搶痈叨炔蛔兛梢宰鳛橐环N不同的希望制造原型的幾何函數(shù)在式（8）觀察。
4.表面粗糙度的實(shí)驗(yàn)分析
我們在有顯示的粗糙度原型分層制造模型基礎(chǔ)上，得到的原型如圖5所示的結(jié)果。采用該技術(shù)設(shè)備是航天裝置的SLA -350，由三維系統(tǒng)，它采用的是Nd：釩酸釔λ=354.7 nm的固態(tài)激光器，并使用0.25 mm的光束直徑。該材料采用的是樹脂CibatoolTM sl的5510，這是一個(gè)光敏聚合物和photoindicator混合物。原型制造如圖5所示。由第一個(gè)原型展品坡度的變化，，我們能夠比較和對比以上平均粗糙度方面提出的理論成果。一旦原型被制造，有效的粗糙度是衡量一個(gè)泰勒霍布森系列2與半徑為2 mm的探針輪廓rugosimeter。
表1顯示了粗糙度值由原型的量測的數(shù)據(jù)如圖5表示。這些數(shù)據(jù)代表了從評價(jià)的平均粗糙度和表面粗糙度最大的取值，由角j的變化定義每個(gè)區(qū)域的結(jié)果平均值，層高度為0.1毫米，測量長度10毫米。對應(yīng)粗糙φ= 90°的測量如圖5所示的柱體垂直墻。
圖5.建議原型
表1.原型平均有效粗糙度值使用的SLA
在方程式（3）的基礎(chǔ)上，考慮到角度的變化而確定的層間厚度（HC）和橫向空間，層與層之間的關(guān)系（區(qū)）的表現(xiàn)，我們獲得對RA的載于表2結(jié)果的幾何定義。
表2. Ra的理論值
可以看出，在這種標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，直邊模型使我們能夠獲得的值，是在SLA處理高達(dá)近坡度值獲得的平均粗糙度上限φ= 90?，之后，該模型不再是有效的。正是由于這一事實(shí)，該邊坡角趨于無窮大和不可能，因此，被采用。
實(shí)驗(yàn)表明，在垂直的墻面上的SLA的情況下該值獲得的平均粗糙度，大約是4.3毫米。這粗糙度取決于機(jī)器的重復(fù)性和精確度，而這些都是主要的因素加以考慮。在同一時(shí)間，收縮，冷卻的作用沉積層也應(yīng)考慮。因此，有必要另外選取配置模型這些情況，這是在圖6表示。
圖6. 分層制造：圓邊模型
使用圖6所示的參數(shù)，我們可以判斷一個(gè)過程的特征參數(shù)的函數(shù)。這Ra值可從以下公式得出：
表3列出了從一個(gè)分層實(shí)施過程中，取得的理論值的集合如圖6所示。從這些值與層高度100毫米的HC可以看出并獲得，他們構(gòu)成了SLA案件中獲得的實(shí)驗(yàn)值的最大值。
在小角φ的情況下，近500°，比較表2理論粗糙度符合表1的實(shí)驗(yàn)值，可以看出，該模型是不準(zhǔn)確的或者，因?yàn)樵跅l件φ=0°，盡管沒有hc（層次高），它會(huì)給出了Ra為25毫米的理論粗糙度值，而真正的粗糙度值列于表1中。
表3.考慮hc=100毫米的Ra值
圖7-9提出了一個(gè)例子，在有效粗糙度的SLA（φ）不同坡度情況下測量得到輪廓的長度為10毫米的探索。
圖7. 當(dāng)L= 10毫米，φ=0°，5°?30 °的有效粗糙度
圖8. 當(dāng)L= 10毫米，φ= 60°，85°和90°的有效粗糙度
圖9. 當(dāng)φ= 30°的阿博特的曲線，頻率分布及有效的表面粗糙度
可以看出，獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與圖 9所示的理論模型顯示了阿博特曲線為φ= 30°時(shí)和測量的L=10毫米的長度，也是頻率分配和頻率得到有效的表面粗糙度。這與預(yù)期的模型理論分布相一致。因此，這些理論模型使我們能夠進(jìn)行有效粗糙度表征，從而將獲得使用SLA的技術(shù)，因?yàn)樵趧澏ǖ钠拭嫔峡梢缘玫接行У拇植诙戎怠?
5.結(jié)論
本研究報(bào)告了幾何層加工過程所產(chǎn)生的表面粗糙度特性，這些模型已經(jīng)應(yīng)用在比較和對比使用SLA的制造技術(shù)上。
對于表面粗糙度研究提出的理論模型在應(yīng)用SLA上吻合得很好。不過，有必要設(shè)立一個(gè)斜坡表面特性接近0°和90°。在所有情況下，這兩種得到的理論粗糙度值構(gòu)成一個(gè)有效粗糙度最大。因此平均粗糙度值在預(yù)先知道的情況下，有可能選用這些值來決定制造策略。
在本文提出研究表面粗糙度的基礎(chǔ)上，快速原型制造兩種策略可以是建立在不同的Ra值上：使Ra在一個(gè)恒定的公差范圍內(nèi)制造和使Ra的高度層一定的制造。有人指出，在Ra不變的情況下，高度層必須修改。
在同一時(shí)間，當(dāng)高度層不變（這是通常的情況，因?yàn)樗兄诋a(chǎn)生“制造路徑”），粗糙度不是常數(shù)，它可以在通過這一手段所提出的模型SLA中被描述出。
致謝
對于本文所分析的原型制造技術(shù)，我們要感謝加泰羅尼亞（UPC）的技術(shù)中心和加泰羅尼亞技術(shù)研究所（ICT）以及他們的大學(xué)的（CIM）的合作。
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附件2：外文原文
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