CN107310147B - 一种光敏树脂模型冻结工艺 - Google Patents

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Abstract

一种光敏树脂模型冻结工艺，包括以下步骤：步骤1：光敏树脂模型冻结的预处理，其包括将光敏树脂模型冻放入模型加载装置，对光敏树脂模型施加载荷；步骤2：光敏树脂模型冻结，其中，在以下温控条件下对光敏树脂模型进行冻结：先用1小时从室温到30℃，然后以(5‑10)℃/小时的速率升温到65℃,根据光敏树脂模型大小保温(1‑3)小时，最后以(1‑3)℃/小时的速率降温到56℃,卸掉载荷；及步骤3：光敏树脂模型冻结后的处理，其包括将光敏树脂模型从模型加载装置中取出，以及对光敏树脂模型进行切割、抛光与条纹判读。

Description

一种光敏树脂模型冻结工艺
技术领域
本发明涉及一种模型冻结工艺，具体的是一种通过激光快速成型技术直接制作的光敏树脂模型的应力冻结工艺。
背景技术
采用光弹性试验获得试验件的应力分布是在产品原型设计中用来评估工作应力的主要技术手段，在产品设计强度分析上占有重要地位。光弹性试验对象为光弹性模型，目前国内外在研究采用激光快速成型技术直接成型光敏树脂模型作为光弹性模型，这种技术具有成型快，环保等特点。激光快速成型技术应用广泛，但在光弹性试验领域应用较少，尤其是用在航空发动机复杂构件的光弹性试验领域极少，光敏树脂模型的光弹性试验技术还需要进一步完善。光敏树脂模型用于光弹性冻结试验时，行业内技术人员还在努力寻找更合适的冻结工艺减小变形和提高模型的尺寸精度，进一步降低模型的内部初应力，以使试验精度进一步提高，从而扩大应用范围。
现有的冻结工艺都是针对各自的光敏树脂牌号，冻结工艺不能共用，目前没有针对光敏树脂11122#的冻结工艺，如果采用已有的冻结工艺，容易出现达到冻结温度时模型的公差配合面粘贴在一起，或光敏树脂模型剧烈变形导致试验的边界条件不符合相似原理从而严重影响试验精度；降低施加载荷，模型冻结后应力条纹稀少影响试验精度等问题。由于航空发动机复杂构件的部分关键尺寸精度高，在优化、细化阶段须准确掌握其应力分布，对光弹性试验的精度提出了更高要求，目前光敏树脂的冻结试验技术必须进一步提高其试验精度才能得到广泛应用。
发明内容
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种光敏树脂模型冻结工艺，以解决现有技术中存在的冻结温度高、施加较大载荷时模型的公差配合面粘贴在一起，施加大载荷光敏树脂模型变形大，以及载荷小应力条纹稀少等影响试验精度的难题。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的一个方面，提供了一种光敏树脂模型冻结工艺，包括以下步骤：
步骤1：光敏树脂模型冻结的预处理，其包括将光敏树脂模型冻放入模型加载装置，对光敏树脂模型施加载荷；
步骤2：光敏树脂模型冻结，其中，在以下温控条件下对光敏树脂模型进行冻结：先用1小时从室温到30℃，然后以(5-10)℃/小时的速率升温到65℃,根据光敏树脂模型大小保温(1-3)小时，最后以(1-3)℃/小时的速率降温到56℃,卸掉载荷；
步骤3：光敏树脂模型冻结后的处理，其包括将光敏树脂模型从模型加载装置中取出，以及对光敏树脂模型进行切割、抛光与条纹判读。
由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：本发明针对光敏树脂模型11122#提供一种冻结温度低、施加载荷较小、试验周期短并能提供合适应力条纹级数的冻结工艺，经过试验证明，解决了现有工艺中存在的冻结温度高，施加较大载荷时模型的公差配合面粘贴在一起，施加大载荷光敏树脂模型变形大以及载荷小应力条纹稀少等影响试验精度，严重时导致试验失败的难题。
附图说明
通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
图1为本发明的光敏树脂模型冻结工艺的温控曲线图。
图2为采用现有工艺对光敏树脂型号TDYT1#进行冻结的应力冻结曲线。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。
本申请人选用光敏树脂11122#为原材料制成光敏树脂模型，进行光弹性试验，相比于其他型号的光敏树脂模型，此种型号的光敏树脂模型的灵敏度更高，且市场常见，实用性高。然而目前没有针对光敏树脂11122#的冻结工艺，如果采用已有的冻结工艺(刁海.应用SLA快速成型技术制作内燃机光弹模型的研究[D].天津:天津大学机械工程学院,2007针对TDYT1#的应力冻结温度105℃，周期约25小时，见图2)对光敏树脂11122#制作的榫头榫槽模型(相同的加工方法制作了相同尺寸的模型3套，其中1套用用于已有工艺，一套用于本发明专利的工艺)进行冻结，施加载荷小时应力条纹少，施加拉伸载荷3Kg时榫头脱落，试验失败。为此，本申请人针对光敏树脂模型11122#设计了特定的冻结工艺，此工艺可使用现有的模型加载装置实施不需要新增设备，例如，专利号ZL 201410197906.7公开的模型混合加载装置(发明人郭天才，梅庆，苏楠阳)或，专利号ZL201110365872.4公开的模型加载装置(发明人文华,郭天才,徐华,刘飞春)。
本发明提供的光敏树脂模型冻结工艺可包括以下步骤：
步骤1：光敏树脂模型冻结的预处理，其包括将光敏树脂模型冻放入模型加载装置，对光敏树脂模型施加载荷；
步骤2：光敏树脂模型冻结，其中，在以下温控条件下对光敏树脂模型进行冻结：
先用1小时从室温到30℃，然后以(5-10)℃/小时的速率升温到65℃,根据光敏树脂模型大小保温(1-3)小时，最后以(1-3)℃/小时的速率降温到56℃,卸掉载荷；
步骤3：光敏树脂模型冻结后的处理，其包括将光敏树脂模型从模型加载装置中取出，以及对光敏树脂模型进行切割、抛光与条纹判读。
其中，本实施例是选用模型加载装置，可根据需要选择其他的现有的加载装置，例如模型混合加载装置和转接段等。
利用本发明的光敏树脂模型冻结工艺对上述光敏树脂模型11122#进行光弹性试验，施加拉伸载荷3Kg时，避免了剧烈变形，出现了超过3级的应力条纹并且应力条纹清晰，冻结时间低于10小时，用它作为光敏树脂模型的冻结，更能满足相似原理的边界条件相似和几何相似，试验周期短，有利于提高试验的精度和试验效率。并且，不需要新增加设备，利用已有的冻结装置即可实施。
因此，本发明的光敏树脂模型冻结工艺具有工艺流程简单，操作方便等优点。
根据一实施例，步骤1包括：将光敏树脂成型固化后形成光敏树脂模型，对光敏树脂模型进行打磨、抛光并涂甘油。根据原型的受力状态，采用相似原理和等效替代原理对光敏树脂模型施加同类载荷，载荷的大小以能在3mm厚的切片中最大应力点处出现3级左右应力条纹为宜。
其中，步骤1中对光敏树脂模型施加载荷的步骤包括利用模型加载装置达到试验加载与应力冻结所需的硬件条件。其中，根据试验需求从模型加载装置中选用不同模块。模型加载装置包括拉、压、弯、扭或离心载荷模块以及温控模块、转接段。
步骤1中，施加载荷为拉、压、弯或扭时，冻结使用模型加载装置的控温模块，并选用模型加载装置的加载模块。施加载荷为离心力时，冻结使用模型加载装置的控温模块，并选用模型加载装置的离心模块。
并且，步骤2中的温控数值不限于此，可以在实际使用过程中做部分优化。升温、降温速率及保温时间与光敏树脂模型的大小有关，光敏树脂模型越大，升温和降温的速率越小，保温时间越长，以确保模型内外的温差接近一致。
步骤3中，光敏树脂模型冻结好后，为了减少边缘效应对试验精度的影响，宜立即取出模型并开始进行切割与条纹判读，切割模型时应避免产生加工应力。
以榫头、榫槽拉伸力的光弹性试验为例说明一种光敏树脂模型冻结工艺，具体实施如下：
a)彻底清洁根据相似原理设计的几何相似的榫头、榫槽光敏树脂模型，对模型进行打磨、抛光并涂甘油。
b)利用模型加载装置的拉伸模块对榫头、榫槽施加3kg的拉伸载荷。
c)关闭模型加载装置的门，启动温控模块并编制好温控程序。
d)温控按照下面要求进行，先用1小时从室温到30℃，然后以10℃/小时的速率升温到65℃,对模型保温1小时，最后以3℃/小时的速率降温到56℃,设备自动停止。温控曲线如图1所示。
e)冻结结束后，打开模型加载装置，从加载装置中取出榫头、榫槽。
综上所述，本发明针对光敏树脂模型11122#提供一种冻结温度低、施加载荷较小、试验周期短并能提供合适应力条纹级数的冻结工艺，经过试验证明，解决了现有工艺中存在的冻结温度高施加较大载荷时模型的公差配合面粘贴在一起，施加大载荷光敏树脂模型变形大以及载荷小应力条纹稀少等影响试验精度的难题。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种光敏树脂模型冻结工艺，用以对光敏树脂模型11122#进行冻结，包括以下步骤：
步骤1：光敏树脂模型冻结的预处理，其包括将光敏树脂模型冻放入模型加载装置，对光敏树脂模型施加载荷；
步骤2：光敏树脂模型冻结，其中，在以下温控条件下对光敏树脂模型进行冻结：
先用1小时从室温到30℃，然后以(5-10)℃/小时的速率升温到65℃,根据光敏树脂模型大小保温(1-3)小时，最后以(1-3)℃/小时的速率降温到56℃,卸掉载荷；
步骤3：光敏树脂模型冻结后的处理，其包括将光敏树脂模型从模型加载装置中取出，以及对光敏树脂模型进行切割、抛光与条纹判读。
2.如权利要求1所述的光敏树脂模型冻结工艺，其中，步骤1包括将光敏树脂成型固化后形成光敏树脂模型，对光敏树脂模型进行打磨、抛光并涂甘油。
3.如权利要求1所述的光敏树脂模型冻结工艺，其中，步骤1中，对光敏树脂模型施加的载荷设计为在3mm厚的光敏树脂模型的切片中最大应力点处出现3级及以上应力条纹。
4.如权利要求1所述的光敏树脂模型冻结工艺，其中，步骤1中对光敏树脂模型施加载荷的步骤包括利用模型加载装置达到试验加载与应力冻结所需的硬件条件。
5.如权利要求1所述的光敏树脂模型冻结工艺，其中，步骤2中，在以下温控条件下对光敏树脂模型进行冻结：
先用1小时从室温到30℃，然后以10℃/小时的速率升温到65℃,对光敏树脂模型保温1小时，最后以3℃/小时的速率降温到56℃。
6.如权利要求1所述的光敏树脂模型冻结工艺，其中，步骤2中，升温、降温速率及保温时间与光敏树脂模型的大小有关，光敏树脂模型越大，升温和降温的速率越小，保温时间越长。
7.如权利要求1所述的光敏树脂模型冻结工艺，其中，步骤3中，将光敏树脂模型从模型加载装置中取出后，立即对光敏树脂模型进行切割、抛光与条纹判读。
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