电弧喷涂制模技术

1、题目：电弧喷涂制模技术学生姓名： 专业班级： 学 号： 学 院： 指导老师： 日 期：2009年10月18日 电弧喷涂制模技术专业班级： 学生姓名： 指导老师： 中文摘要：随着市场竞争的日渐加剧，工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，产品的更新换代越来越快，对模具的需求量也越来越大。传统机加工模具成本高、加工周期长、柔性差的缺点凸现出来，企业为了适应这种发展趋势，开始加大开发快速制作经济模具技术的研究力度。 近年来，快速模具制造技术(Rapid Tooling-RT)得到了飞速发展。电弧喷涂制模就是一种典型的快速模具制造技术，它具有制模工艺简单、制作周期短、模具成本低等显著

2、特点，特别适用于小批量、多品种的生产使用，尤其在当前市场竞争的情况下，电弧喷涂制模技术为产品的更新换代提供了一个全新的制模方法和捷径。关键词：电弧喷涂 模具 材料 结构 工艺Abstract：With the increasing market competition intensified, industrial products, increasing to a multi-variety, small batch, high-quality, low-cost direction, upgrading of products and faster and faster, to mold

3、the demand for bigger and bigger. The high cost of the traditional mold machining, processing cycle is long, flexible highlighted the shortcomings of poor out of the enterprise in order to adapt to this trend started to increase quickly create economic development of mold technology research efforts

4、. In recent years, Rapid Tooling (Rapid Tooling-RT) has been rapid development. Arc spraying is a typical mold rapid tooling manufacturing technology,It has a simple molding processes to produce short cycle, mold a distinctive feature of low cost, especially for small quantity and variety of product

5、ion and use, particularly in the current market competition, the arc spraying tooling for the upgrading of products and provision of an entirely new tooling methods and shortcuts.Keywords：electric arc spraying mould material structure technique 正文：电弧喷涂的原理电弧喷涂制模是金属喷涂制模的一种主要工艺方法。电弧喷涂是以两根分别连接直流电源正负极的金属

6、丝（23mm）作自耗性电极，利用其端部产生的电弧将金属丝熔化；处于电弧正后方的喷嘴射出高速、高压空气使熔化的金属脱离且雾化成微粒，以极高速度撞击基体表面，使其扁平化，形成光滑、致密、低气孔率的金属涂层。电弧喷涂工艺的特点电弧喷涂作为一种新型的热喷涂方法，有许多显著的优点。1.涂层结合强度较高、硬度高、孔隙率低电弧喷涂时，熔滴温度可达6000以上， 微滴点加热温度、喷射速度都比火焰喷涂时高，因此粒子的动能和热能都比较高，从而获得较高的结合强度和涂层强度。2.生产率高、安全可靠，喷涂工件不变形电弧喷涂的生产率正比于喷涂电流，它的高效率表现在单位时间内喷涂金属的用量大。电弧喷涂技术仅使用电源和压缩空

7、气，不用氧气、乙炔等易燃气体，安全性高，喷涂工件不变形。3.能源利用率高，喷涂成本低电弧喷涂的节能效果十分突出，能源利用率显著高于其他喷涂方法，而能源费用降低50以上。除它的能源利用率很高外，加之电能的价格又远低于氧气和乙炔，其费用通常仅为火焰喷涂的1/51/10，等离子喷涂成本的1/51/20，而其喷涂效率却提高了近一倍。5.设备造价低、使用维修方便、便于现场施工电弧喷涂设备成本只有等离子喷涂设备的1/41/6。而且电弧喷涂设备体积小、重量轻、移动方便、易损件少，维修方便，易于现场施工电弧喷涂设备电弧喷涂设备由电弧喷涂枪、控制箱、电源、送丝装置及压缩空气系统等组成。1.电弧喷涂电源电弧喷涂电

8、源采用平的安伏特性，可以在较低的电压下喷涂，使喷涂层中的碳烧损人为减少约50，可以保持良好的弧长自调节作用，能有效地控制电弧电压。平特性的电源在送丝速度变化时，喷涂电流迅速变化，按正比增大或减小，从而维持稳定的电弧喷涂过程。2.电弧喷枪电弧喷枪是电弧喷涂设备的关键装置。其作用是将连续送进的丝材在喷枪前部一定的角度相交，由于丝材各自接于直流电源的两极而产生电弧，从喷嘴喷射出的压缩空气流对着熔融金属吹散形成稳定的雾化金属粒子流。3.送丝机构 采用每根丝用双主动送丝轮报送的设计方案。电弧喷涂材料电弧喷涂材料主要包括有色金属丝材(铝、锌、铜、镍等金属及其合金)、黑色金属丝材(碳钢，不锈钢)。1.锌及锌

9、合金锌为银白色金属，在大气中或水中具有良好的耐腐蚀性。在锌中加入铝可以提高喷涂后的耐腐蚀性能，因此目前也大量使用ZnAl合金喷涂材料。锌喷涂层已广泛应用于室外露天的钢铁构件，如水门闸、桥梁、铁塔和容器等。2.铝及铝合金铝用作防腐蚀喷涂层时，作用与锌相似。在铝及铝合金中加入稀土不仅提高涂层的结合强度而且降低孔隙率。铝还可以用作耐热喷涂层。铝喷涂层已广泛用于贮水容器、硫磺气体包围中的钢铁构件、食品贮存器、燃烧室、船体和闸门等。3.铜及铜合金纯铜主要用作电器开关和电子元件的导电喷涂层及人像、工艺品、水泥等建筑表面的装饰喷涂层。黄铜喷涂层广泛用于修复磨损及加工超差的零件，修补有铸造砂眼、气孔的黄铜件，

10、也可作为装饰喷涂层使用。铝青铜涂层的结合强度高，抗海水腐蚀能力强，并具有很好的耐腐蚀疲劳和耐磨性。主要用于喷涂水泵叶片、气闸阀门、活塞、轴瓦表面。4.镍及镍铬合金镍合金中用作喷涂材料的主要为镍铬合金。这类合金具有非常好的抗高温氧化性能。可在880高温下使用，是目前应用很广的热阻材料。镍铬合金被大量用作耐腐蚀及耐高温热喷涂层。5.碳钢和低合金钢碳钢和低合金钢是广泛应用的电弧喷涂材料。它具有强度较高、耐磨性好、价格低廉等特点。电弧喷涂过程中碳和合金元素易烧损，易于造成涂层多孔和氧化物夹渣，使涂层性能下降，因此采用碳元素较高的碳钢，以弥补碳元素的烧损。6.钼钼在喷涂中常作为粘结底层材料使用，还可以用

11、作摩擦表面的减摩工作涂层，如活塞环、刹车片、铝合金气缸等。国内外已采用管状丝材作为电弧喷涂材料。我国已应用3Crl3、4Crl3；7Crl3等管状丝材作为耐磨喷涂材料。喷涂用材料种类也可以别的，但由于高熔点合金收缩应力太大容易开裂，故目前用于模具制造的主要是锌、铝及其合金。电弧喷涂模具的基本结构电弧喷涂模具的基本结构可分为三部分，即金属喷涂层部分、基体部分和钢结构部分。1.金属喷涂层：要求具有一定的强度、硬度、表面粗糙度及良好的导热性。2.模具基体：要求能与金属喷涂层牢固地结合成一体，有很好的强度和导热性，满足模具的工作要求。3.钢结构件：如模框、镶块、注射嘴、绞链等，均采用机械加工而成，然后

12、镶配组合于模具上。制模工艺1.喷涂样模电弧喷涂模具的特点就是以样模为基准，模具型腔尺寸、几何精度完全取决于样模，样模的设计应根据产品成形的工艺要求决定其形状尺寸。为了便于喷涂后的脱模，样模可设计成拼块组合的结构形式。制造样模的材质很多：石膏、石墨、树脂、陶瓷、木材、金属等均可，也可直接采用产品作样模使用。 2.离型剂、脱模剂利用电弧喷涂技术制作模具，既要求金属微粒均匀致密地贴敷到样模表面，又要求形成壳体后能顺利、完整地从样模上分离下来，而且在喷涂过程中要保护好样模及其表面花纹能经得起喷涂金属微粒的冲击。同时，起到承受喷涂时的高温和阻止热量向样模传递。 3.喷涂参数电弧功率：电弧功率是由电源所决

13、定的，它是影响模具型腔质量的主要因素。功率小，起弧困难或断弧，喷涂的金属材料不能很好地熔化，影响涂层的结合强度。功率过大，喷涂的金属材料易过热，金属微粒的表面氧化严重，降低喷涂层的机械性能。使用锌合金喷涂制模材料以电弧电压36V，电弧电流110A左右较合适。 喷涂距离：喷涂距离指喷涂制模时，喷枪嘴到样模之间的距离。喷涂距离直接影响到喷涂层的质量。距离过大，冲击到样模表面上金属微粒的温度和速度都将下降，动能减小，塑性较差，涂层组织疏松，强度降低，沉积效率下降。距离过小，喷涂层温度升高，模具型腔容易产生热变形，影响模具精度。通过试验，喷嘴到样模之间的喷涂距离以150200mm为宜。 喷涂角度：喷涂

14、角度是指电弧喷涂成形时喷嘴气流轴线与被喷涂样模之间的夹角。此夹角以垂直于样模表面为最好，不得已情况下，也不应小于45，否则会产生“遮蔽效应”。 喷涂气压：电弧喷涂制模是利用压缩空气，将熔化的金属雾化成微粒并喷射到样模表面。因此，要求压缩空气具有一定的稳定压力，并且要保证空气干燥、清洁，通过试验，我们选取了空气压力为0.50.6MPa。 填充基体：当喷涂形成壳体后，利用基体材料填充加实，对壳体进行支撑和加固。基体材料的选择，主要是根据模具的工作条件和喷涂层的材质不同，选择不同的材料和工艺方法。模具对基体材料的要求，应具有一定的强度，能满足模具工作状态的受力要求，易于成形。由于喷涂壳体形成后，其外

15、形比较复杂，基体形状必须与涂层紧密吻合，因此，填充基体必须具有易成形的特点，要有一定的导热性和耐热性，同时，其导热性及热膨胀系数应与金属喷 涂层相近，特别当模具工作温度较高时，更应注意。 镶嵌金属件：有些模具的某些部位有一些特殊要求，难以进行喷涂，则可采用金属镶嵌件。经喷涂的金属镶嵌件，在样模取出后就直接成为模具型腔的一部分。这些特殊的部位一般是指模具上有较深的凹陷、凸起或筋条等结构，并且凸起或凹陷的高度大于其宽度，这些部位均应安放镶嵌件。对于一些受力较大、磨损较重的模具部位，也可采用金属镶嵌的办法，以提高模具寿命。根据模具的工作条件、受力情况等因素，选用不同的镶嵌件材料，如钢、铸铁、铝、锌合

16、金、铜等均可。 工艺流程工作模型表面刷涂应力释放剂电弧喷涂安装模架浇注环氧树脂与金属粉复合材料脱模个精整。具体的可根据产品的要求及模具结构情况，作适当的调整。电弧喷涂制作模具的经济效果 1.电弧喷涂制作模具工艺简单。它以样模为基准，利用电弧熔化金属，压缩空气使金属雾化并喷射到样模表面，形成模具型腔。这种方法比机械加工或电加工成形都简单，尤其是形状复杂、机械加工难以实现的模具型腔，其效果更为明显。2. 电弧喷涂制作模具的制模周期短。常规的模具加工从铸(或锻)件、粗加工、精加工、仿型加工、钳工研配到模具成品，需要一个很长的加工周期，某些形状复杂的型腔模具，直接加工成形较困难，不得不采用拼接镶嵌的结构形式，从而使模具的设计和制造周期相应加长。采用电弧喷涂制作模具，只要有了样模，可在很短的时间内制作出符合要求的模具。喷涂600mm22mm的涂层仅10分钟。制造20mm30