今天給各位分享模具制造工藝思考題答案的知識，其中也會對3D打印不銹鋼模具成型零件開裂的模擬分析研究進(jìn)行分享，希望能對你有所幫助！

本文導(dǎo)讀目錄：

1、模具制造工藝思考題答案

2、3D打印不銹鋼模具成型零件開裂的模擬分析研究

3、五金沖壓模具設(shè)計(jì)之A型沖頭

模具制造工藝思考題答案

3D打印不銹鋼模具成型零件開裂的模擬分析研究

　　a第一層打印完成時(shí)刻b第八層打印完成時(shí)刻。

　　為了對比打印過程中不同位置的熱循環(huán)過程差異，對第一層不同點(diǎn)與不同層中心點(diǎn)的熱循環(huán)曲線進(jìn)行分析，第一層分析點(diǎn)如圖5所示。

　　圖6a所示為第一層中心至邊緣不同點(diǎn)A、B、C的熱循環(huán)溫度曲線，各點(diǎn)經(jīng)歷了相同的熱循環(huán)過程，在打印第二層與第三層時(shí)，第一層表面仍會被加熱至熔點(diǎn)（1,478℃）以上，隨打印層數(shù)的增加，熱循環(huán)溫度逐漸降低。

　　不同點(diǎn)的區(qū)別在于掃描第一層時(shí)邊緣點(diǎn)C處的溫度最高，這是由于在激光轉(zhuǎn)向相鄰熔道過程中對金屬粉末作用時(shí)間延長導(dǎo)致的，并且從第七層開始中心點(diǎn)A處的熱循環(huán)峰值溫度開始高于靠近邊緣的兩點(diǎn)，這與中心位置散熱困難有關(guān)。

　　進(jìn)一步對圖6a中熱循環(huán)曲線的最低溫度觀察發(fā)現(xiàn)，隨打印層數(shù)增加，打印層冷卻的最低溫度先逐漸升高，然后趨于穩(wěn)定，這也證明了打印過程中的熱積累導(dǎo)致已成型層的溫度逐漸升高。

　　圖6b所示為不同層中心點(diǎn)（A）熱循環(huán)溫度曲線，圖6中的數(shù)字分別代表層數(shù)。

　　由圖可知，隨著打印層數(shù)的增加，不同層中心點(diǎn)的溫度增加，后續(xù)熱循環(huán)所能達(dá)到的溫度也隨之升高，這與打印過程中的熱積累效應(yīng)有關(guān)，隨著打印層數(shù)的增加，基板與已成型層的溫度逐漸升高，對于后續(xù)層的打印具有一定的預(yù)熱作用，使激光掃描區(qū)域溫度升高、熱影響范圍增大。

　　金屬粉末吸收激光能量熔化形成熔池，隨著光斑的迅速移動，熔融金屬來不及完全凝固，使得熔池具有前短后長的形態(tài)特征，如圖7所示。

　　熔體受熱膨脹（εth）時(shí)受到周圍金屬的限制而發(fā)生塑性壓縮變形（εpl），冷卻收縮（εth）時(shí)熔池及熱影響區(qū)受到約束而產(chǎn)生拉應(yīng)力（σtens），而遠(yuǎn)離熔池區(qū)域則產(chǎn)生壓應(yīng)力（σcomp），如圖8所示[14]。

　　對比圖7a與圖7b可知，打印過程中的熱積累效應(yīng)導(dǎo)致激光掃描區(qū)域溫度升高、熔池尺寸增加、熱影響范圍增大，這將導(dǎo)致冷卻收縮產(chǎn)生的應(yīng)力增加[15]。

　　3D打印過程中，基板固定在工作臺上，相當(dāng)于基板受到固定約束。

　　以溫度場分析得到的各節(jié)點(diǎn)溫度分布作為依據(jù)進(jìn)行應(yīng)力場分析計(jì)算，應(yīng)力場計(jì)算過程中材料應(yīng)力應(yīng)變行為遵循熱彈塑性理論，塑性變形過程中材料遵循米塞斯屈服準(zhǔn)則。

　　圖9所示為打印完成不同層時(shí)層厚方向（Z方向）正應(yīng)力分布情況，圖9中單位為Pa。

　　由圖9a可知，打印完成第一層時(shí)，Z方向正應(yīng)力整體較小，拉應(yīng)力最大值出現(xiàn)在邊角位置。

　　對比圖9a與圖9b可知，隨打印層數(shù)增加，Z方向正應(yīng)力最大值增加，并且應(yīng)力較大區(qū)域也由打印層與基板連接處轉(zhuǎn)移至打印零件的棱角處。

　　這是由于隨打印層數(shù)的增加，熱積累效應(yīng)逐漸體現(xiàn)，熔池的尺寸以及熱影響區(qū)體積均有所增加，冷卻收縮過程中產(chǎn)生的應(yīng)力也隨之增大。

　　而棱角處受到整個(gè)零件冷卻收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，所以此處的應(yīng)力最大。

　　a第一層打印完成時(shí)刻b第八層打印完成時(shí)刻。

　　為進(jìn)一步了解打印過程中各主應(yīng)力的演變規(guī)律，采用圖5中的分析點(diǎn)對應(yīng)力循環(huán)過程進(jìn)行分析。

　　圖10所示為第一層A、B、C點(diǎn)應(yīng)力循環(huán)曲線。

　　由圖10可知，打印過程中等效米塞斯應(yīng)力與各主應(yīng)力均隨時(shí)間不斷波動變化。

　　這是由于激光掃描過程中，打印層受熱對周圍金屬產(chǎn)生擠壓作用，使冷卻收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力迅速減小甚至轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，冷卻收縮時(shí)拉應(yīng)力又逐漸增加。

　　隨打印層數(shù)增加，熱循環(huán)效應(yīng)減弱，應(yīng)力波動變化的幅度也減小。

　　如圖10a所示，前六層打印過程中靠近中心位置（A、B）的等效米塞斯應(yīng)力大于邊緣位置（C），而從第七層開始，中心位置的等效米塞斯應(yīng)力逐漸減小，然后趨于穩(wěn)定，而邊緣位置的等效米塞斯應(yīng)力逐漸增加，最終邊緣位置的等效米塞斯應(yīng)力大于中心位置。

　　X方向正應(yīng)力循環(huán)曲線如圖10b所示，中心位置（A、B）的應(yīng)力先增大后減小，這與打印過程中的熱循環(huán)溫度有關(guān)，較高溫度的熱循環(huán)會使材料進(jìn)一步塑性變形，冷卻收縮時(shí)應(yīng)力增大，較低溫度的熱循環(huán)能夠釋放部分應(yīng)力，使應(yīng)力減小。

　　而邊緣位置（C）的應(yīng)力值與變化幅度均較小，這是由于打印過程中邊緣受到的約束作用較小，應(yīng)力也較小。

　　打印過程中的應(yīng)力除受熔池與熱影響區(qū)的凝固收縮影響外，已成型層的冷卻收縮也對其具有重要影響。

　　如圖10c所示,中心位置（A、B）的Y方向正應(yīng)力變化趨勢與X方向正應(yīng)力相似，邊緣位置（C）的應(yīng)力先減小后增大，這是由于打印層數(shù)增加，已成型層冷卻收縮產(chǎn)生的應(yīng)力增大。

　　圖10d為Z方向正應(yīng)力循環(huán)曲線，由圖10d可知，隨打印層數(shù)增加，Z方向正應(yīng)力不斷增加，中心位置（A、B）為壓應(yīng)力，邊緣位置（C）為拉應(yīng)力。

　　這是由于Z方向正應(yīng)力受已成型層整體收縮的影響，隨打印層數(shù)的增加，已成型層體積增大，冷卻收縮產(chǎn)生的應(yīng)力也隨之增加。

　　以上分析表明，隨打印層數(shù)的增加，X方向正應(yīng)力總體減小，Y方向正應(yīng)力值與總體變化幅度均較小，Z方向正應(yīng)力不斷增加，且邊緣位置的拉應(yīng)力最大，所以零件打印過程中Z方向正應(yīng)力對零件的開裂具有重要影響，開裂零件裂紋源平行于基板平面也證實(shí)了這一點(diǎn)。

　　圖10第一層沿X方向不同位置應(yīng)力循環(huán)曲線。

　　對開裂零件的分析表明，除零件前面的宏觀裂紋外，零件后面也存在微裂紋，為進(jìn)一步分析不同位置開裂程度不同的原因，對邊緣位置（圖5中D、C、E點(diǎn)）的Z方向正應(yīng)力應(yīng)力循環(huán)進(jìn)行分析。

　　如圖11所示，不同點(diǎn)的應(yīng)力變化趨勢一致，均為隨打印層數(shù)增加，應(yīng)力在波動變化中先逐漸增大后趨于穩(wěn)定。

　　但不同點(diǎn)的應(yīng)力值與波動幅度不同，這是由于不同位置熱循環(huán)過程不同，D點(diǎn)上方打印層數(shù)較少，熱循環(huán)次數(shù)較少，而E點(diǎn)上方打印層數(shù)較多，熱循環(huán)次數(shù)較多，所以E點(diǎn)應(yīng)力波動幅度較大，較大體積的材料收縮也導(dǎo)致應(yīng)力更大，較大的應(yīng)力值與波動幅度導(dǎo)致裂紋易從此處產(chǎn)生與擴(kuò)展。

　　而C點(diǎn)處于中間位置，冷卻收縮程度較弱，故應(yīng)力值與波動幅度均較小。

　　如圖12a所示，等效米塞斯應(yīng)力最大值為1,436MPa，接近3D打印420不銹鋼材料的抗拉強(qiáng)度（1,596MPa），應(yīng)力較大的區(qū)域?yàn)榇蛴×慵c基板連接的位置，在棱角處應(yīng)力最大。

　　如圖12b與12c所示，X方向正應(yīng)力與Y方向正應(yīng)力相對較小，在打印零件與基板連接處和臺階位置存在應(yīng)力較大區(qū)域。

　　Z方向正應(yīng)力的分布情況如圖12d所示，在打印零件與基板連接棱角處應(yīng)力較大，應(yīng)力最大值為1,636MPa，大于420不銹鋼的抗拉強(qiáng)度，并且應(yīng)力沿零件高度方向逐漸減小。

　　冷卻過程中，打印零件有向中心收縮的趨勢，而基板對打印零件的收縮具有約束作用，使打印零件與基板連接處產(chǎn)生應(yīng)力，棱角處受到的收縮拉伸程度最大，應(yīng)力也最大。

　　尤其是在打印層數(shù)較多、收縮體積較大的一側(cè)，出現(xiàn)應(yīng)力最大值。

　　零件打印過程中，隨打印層數(shù)的增加，零件體積增大，冷卻收縮在棱角位置產(chǎn)生的應(yīng)力也隨之增大，當(dāng)應(yīng)力最大值超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，零件出現(xiàn)初始裂紋，應(yīng)力部分釋放，并在裂紋尖端部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，隨著打印過程的進(jìn)行，在裂紋尖端應(yīng)力逐漸積累，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，裂紋在應(yīng)力的作用下進(jìn)一步擴(kuò)展。

　　5打印工藝參數(shù)調(diào)整前后的熱循環(huán)和應(yīng)力循環(huán)對比。

　　相關(guān)研究表明降低激光功率與預(yù)熱基板可以有效減小打印零件的應(yīng)力[1516]，因此對打印工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將激光功率從300W降低為250W，并采用200℃基板預(yù)熱進(jìn)行打印模擬，以對比工藝參數(shù)調(diào)整前后熱循環(huán)和應(yīng)力循環(huán)的變化。

　　圖13所示為調(diào)整工藝參數(shù)前后第一層中心點(diǎn)（A）的熱循環(huán)曲線。

　　第一層打印過程中調(diào)整參數(shù)前的溫度最大值略高于調(diào)整參數(shù)后，而后續(xù)層打印過程中調(diào)整參數(shù)后的熱循環(huán)峰值溫度更高，并且調(diào)整工藝參數(shù)的打印層冷卻最低溫度更高，打印過程中的熱循環(huán)溫度波動更小。

　　這是由于激光功率降低使打印過程中的溫度最大值下降，而基板預(yù)熱使打印零件整體的溫度升高，導(dǎo)致冷卻速度降低，并且使打印層冷卻至一定溫度后不再繼續(xù)冷卻。

　　圖14對比了打印完成時(shí)刻打印零件沿Z方向中心的溫度分布。

　　如圖14所示，調(diào)整參數(shù)前沿Z方向的最低、最高溫度分別為203.4℃、1,481.4℃，最大溫度差為1,278℃，而調(diào)整參數(shù)后的最低、最高溫度分別為339.9℃、1,386.4℃，最大溫差為1,046.5℃，較調(diào)整前降低了200℃以上。

　　這表明調(diào)整工藝參數(shù)后，溫度分布更加均勻，每一層打印完成后的冷卻最低溫度升高、整體的冷卻時(shí)間延長，有利于減小溫度梯度、釋放打印過程中產(chǎn)生的應(yīng)力。

　　圖14打印完成時(shí)刻打印零件中心沿Z方向溫度分布。

　　圖15所示為調(diào)整工藝參數(shù)前后第一層邊緣點(diǎn)（圖5中E點(diǎn)）Z方向正應(yīng)力循環(huán)曲線對比。

　　如圖15所示，調(diào)整工藝參數(shù)前后Z方向正應(yīng)力隨時(shí)間變化的趨勢一致，均為隨著打印層數(shù)的增加，應(yīng)力在循環(huán)波動中先逐漸增加然后趨于穩(wěn)定。

　　但調(diào)整工藝參數(shù)后完成每一層打印時(shí)應(yīng)力增加的量減少，應(yīng)力波動幅度減小。

　　圖15調(diào)整工藝參數(shù)前后的應(yīng)力循環(huán)曲線對比。

　　圖16所示為調(diào)整工藝參數(shù)后冷卻至室溫時(shí)的等效米塞斯應(yīng)力與各正應(yīng)力分布云圖。

　　如圖16a所示，調(diào)整工藝參數(shù)后等效米塞斯應(yīng)力最大值由1,436MPa下降至1,115MPa，應(yīng)力較大區(qū)域與調(diào)整工藝參數(shù)前一致，均為打印零件與基板連接的棱角處。

　　如圖16b所示，調(diào)整工藝參數(shù)后Z方向正應(yīng)力最大值由1,636MPa下降至1,388MPa，與圖12d對比可知，調(diào)整工藝參數(shù)后打印零件棱角處應(yīng)力較大區(qū)域的面積也有所減小。

　　圖16調(diào)整工藝參數(shù)后冷卻至室溫時(shí)的應(yīng)力云圖。

　　以上分析表明，降低激光功率與基板預(yù)熱有效減小了打印過程中的最大應(yīng)力值和波動幅度，此外冷卻至室溫時(shí)的應(yīng)力最大值也明顯減小，等效米塞斯應(yīng)力與各正應(yīng)力值均減小至材料的拉伸強(qiáng)度以下。

　　采用調(diào)整后的工藝參數(shù)重新打印模具零件，以驗(yàn)證調(diào)整工藝參數(shù)是否能有效抑制零件打印開裂。

　　調(diào)整工藝參數(shù)后打印的模具零件如圖17所示，零件表面無裂紋，表明降低激光功率與提高基板預(yù)熱溫度有效抑制了打印零件的打印開裂。

　　針對420不銹鋼模具零件打印開裂問題，進(jìn)行了打印過程的溫度場和應(yīng)力場模擬分析和工藝參數(shù)調(diào)整。

　　（1）3D打印過程中，每一層均經(jīng)歷多次熱循環(huán)過程，隨著打印層數(shù)的增加引起熱量積累，打印零件與基板的溫度均升高，熔池尺寸與熱影響區(qū)增大，導(dǎo)致冷卻收縮時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力增加。

　　（2）由于熱循環(huán)過程的影響，應(yīng)力隨打印過程周期性波動變化，已成型層的冷卻收縮使打印零件與基板連接處產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，棱角處受到的收縮拉伸程度最大，應(yīng)力也最大。

　　打印層數(shù)較多的位置，應(yīng)力波動更為劇烈，棱角處的應(yīng)力值也更大。

　　（3）零件打印過程中，隨著打印層數(shù)增加，冷卻收縮在棱角位置產(chǎn)生的應(yīng)力增大，當(dāng)應(yīng)力最大值超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，零件出現(xiàn)初始裂紋，隨著打印過程的進(jìn)行，在裂紋尖端應(yīng)力逐漸積累，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)，裂紋在應(yīng)力的作用下進(jìn)一步擴(kuò)展。

五金沖壓模具設(shè)計(jì)之A型沖頭

　　其實(shí)說得通俗一點(diǎn),就是A沖由兩部分組成,而B沖只有一個(gè)直徑,當(dāng)然也有的地方不是這么叫的.在設(shè)計(jì)A沖時(shí),我們通常會要脫料板上做一定深度的讓位,如下圖:。

　　這是因?yàn)樵谀＞叩拈_模狀態(tài)下,我們要保證A型沖頭能在脫料板中有一定的導(dǎo)正量,只有這樣,模具的精度和壽命才能有保障,A型沖頭在脫料板中的導(dǎo)正量計(jì)算方法如下圖:。

那么以上的內(nèi)容就是關(guān)于模具制造工藝思考題答案的介紹了，3D打印不銹鋼模具成型零件開裂的模擬分析研究是小編整理匯總而成，希望能給大家?guī)韼椭?/p>