熔融沉积非均质零件弹性模量的研究.pdf

第23卷第3期 湖 北 工 业 大 学 学报 2008年06月 ofHubei of V01．23NO．3 Journal UniversityTechnology Jun．2008 [文章编号]1003--4684(2008)03—0058—02 熔融沉积非均质零件弹性模量的研究 江连会，章桥新，郑银环 (武汉理工大学机电学院，湖北武汉430070) [摘 要]弹性模量是零件力学性能的重要参数．熔融沉积制造件的弹性模量受ABS丝与丝之间粘结，及丝 与丝之间的空隙等影响．建立了弹性模量与制造参数之间的关系，并通过实验，验证了弹性模量模型． [关键词]弹性模量；熔融沉积制造；非均质零件 [中图分类号]TB301 [文献标识码]：A 熔融沉积制造是一种典型的快速成形技术，其 制造件主要作为模型来使用．由制造模型到制造零 件是快速成形技术一种重要的发展方向．随着熔融 沉积制造材料的不断改进，由其制造可直接使用的 零件已成为可能．熔融沉积制造过程中，结合时间和 鹆臼 温度不能使ABS丝与丝之间达到完美结合的状态， (a)代表性体积元 (b)等效的长方体尺寸 同时丝与丝之间的距离以及每层的填充方式不同， 图1代表性体积元 因此其制造的零件属于非均质零件． 力学性能要求是零件的最根本要求，弹性模量 2径向弹性模量 是零件力学性能的重要参数，均质零件的弹性模量 与构成零件的材料弹性模量相等．非均质零件的弹 当对由单一方向丝构成的熔融沉积件的长度方 性模量不仅与构成零件的材料有关，还与材料在空 向加载时，可把承载体看作是ABS丝的集合．假设 间的分布形式等有关，因此其数值不等于材料的弹 在径向载荷的作用下，平面仍然是平面．实际情况下 性模量，如何建立弹性模量模型便成为熔融沉积技 的延长为 术制造具有力学性能要求零件的关键． 8l—PL／AfE． 式中：P是力；L表示代表性体积元的长度；E是丝 1 代表性体积元 的杨氏模量；A，是构成丝的横截面面积．有效立方 体的延长为 应用材料力学方法计算弹性模量．定义代表性 艿、=PLfAEu． 体积元的概念：一个代表性体积元必须包括足够数 式中：A为有效立方体的横截面面积；E，，为有效径 量的微单元，并且是局部连续属性的统计表示． 向杨式弹性模量． 应用数学的均匀化理论，把非均质的复合材料 2个延长值应当是相同的．因此有效径向杨氏 构成特性转变为宏观上具有等效特性的均质材料． 弹性模量 对于单层，实际的代表性体积元的尺寸为L×w× E11一(A，／A)E一(1一lDl)E． h(图1(a))，这里的h是层的厚度．等效的长方体尺式中，lD。是丝的垂直方向的面的面积空隙率． 寸如图1(b)所示． 如果在径向载荷的作用下丝