数学致术与点用
RP技术在汽车钣金件金属模具中的应用
董祯”孟凡江”方超?
（1.东北大学（10级研究生）辽宁沈阳1100X04；2.华晨汽车工程研究院辽宁沈阳110027）
应用研究
摘要：在汽车工业还猛发展的今天，为在短时间内获得高质量的版金件金属模具，提出了基于快速成形（RP-RapidPrototyping）技术的快速全属模具制造技术。所请快速成型能够迅速将设计思想转化为产品的现代先进制造接术。它为零件原型制作、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,提高产品研发的效率。本文分析了RP技术的离散/堆权成形原理，成型的材料分类，精度的影响。
关键词：快速成形材料精度相关软件
中图分类号：TP2
文献标识码：A
文章编号：10079416（2011)06~0063~01
目前我国汽车工业迅猛发展，自主研发车型将逐渐占领中国汽车市场，大型钣金件金属模具的快速、低成本制造是汽车更新换代、参与竞争的最关键因素之一，然而，我国的金属模具制造业从技术及开发周期上都很难满足汽车工业发展的需要，尤其是车身外板件金属模具几乎全部依靠进口，一个新车型钣金件模具需要几百套，价值数亿元。目前比较先进的汽车大型钣金件金属模具制造技术是建立在轻型数控铣、大型精密数控铣和消失模铸造技术基础之上的，初期投资巨大，生产周期长，费用高。快速成形技术的大型汽车钣金件金属模具制造技术，是解决上述问题的很好出路。
1、RP技术的金属模具制造技术
RP技术的基本原理是离散/堆积成形原理，三维形体在离散过程中被沿xyz，3个方向分解，生成形体的各个截面、截线和截点，称之为离散面、离散线和离散点，将这些离散体（面、线和点)转换成实体，并将它们依照原先的顺序堆积还原成三维形体的实体形状。
RP技术的特点是通过离散获得材料堆积的路径、顺序和方式，在数控系统控制下将材料逐层“选加”起来形成三维实体，实现数字化成形。三维CAD电子模型被沿Z向离散，生成一系列二维层面数据，再将分层后的数据进行处理，加入加工参数，生成数控代码，数控系统以平面加工方式顺序加工出每个层片并使
它们堆积、粘接成形，构成三维物理实体。 2、RP技术对材料的要求
材料是决定快速成型技术发展的基本要素之一，它将直接影响到原型的精度、物理化学性能以及应用等。根据使用材料的不同，可以将RP技术分为四个阶段：概念型、测试型、模具型、功能零件。概念型对材料成型精度和物理化学特性要求不高，主要要求成型速度快。如对光固化树脂，要求较低的临界曝光功率、较大的穿透深度和较低的粘度。测试型对于材料成型后的强度、刚度、耐温性、抗蚀性等有一定要求，以满足测试要求。如果用于装配测试则对于材料成型的精度还有一定要求。模具型要求材料适应具体模具制造要求，如对于消失模铸造用原型，要求材料易于去除。快速功能零件要求材料具有较好的力学性能和化学性能。从解决的方法看，一个是研究专用材料以适应专门需要：另一个是根
据用途分类,研究几类通用材料以适应多种需要 3、RP技术对加工精度的影响
成型件精度的主要因素有两方面：-是由CAD模型转换成STL 格式文件以及随后的切片处理所产生的误差；二是成型过程中制件翘曲变形，成型后制件吸人水分以及由于温度和内应力变化等所
万方数据
造成的无法精确预计的变形。为了解决第一类问题，正在研制直接切片软件和自适应切片软件。所谓直接切片是不将CAD模型转换成STL格式文件，面直接对CAD模型进行切片处理.得到模型的各截面层轮廊信息，从而可以减少三角面近似化带来的误差,所谓自适应切片是快速成型机能根据成型零件表面的曲率和斜率自动调整
切片的厚度，从而得到高品质的光滑表面。 4、与RP技术相关软件
软件是RP系统的灵魂.其中作为CAD到RP接口的数据转换和处理软件是其关键。不同CAD系统所采用的内部数据格式不同,RP系统无法一一适从,这就要求有一种中间数据格式既便RP 系统接受又便于不同CAD系统生成,STL(StereoLithography)格式应运面生了,STL文件是用大量空间小三角形面片来近似通近实体模型。由于STL格式具有易于转换、表示范围广、分层算法简单等特点，为大多数商用快速成形系统所采用，现已成为快速成形行业的工业标准。但是,STL模型也存在许多不足之处
精度不足。由于STL模型用大量小三角形而片来近似通近 CAD模型表面.造成STL模型对产品几何模型的描述存在精度损失并且在对多张曲面进行三角化时.在曲面的相交处往往产生裂缝，孔洞、覆盖及相邻面片错位等缺陷。
数据允余度大。STL模型不包含拓扑信息，三角形面片的公用点、边单独存储.数据的允余度大。随若网络时代的到来,STL模型数据允余大的不足也使其不利于远程RF的数据传输,难以有效支
持远程制造。 5、结语
快速成型技术可以大大缩短产品的开发周期.满足产品的个性化、多样化需求，在工业设计中得到广泛应用。但由于该技术的制作精度、强度和耐久性还不能满足工程实际的需要加之设备的运行及制作成本高，一定程度上制约着RP技术的普遍推广。随着研究的不断深入,制约快速成型发展的因素会逐步解决,应用领域
会不断得到拓展。参考文献
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