基于平面涂层生长速率模型的圆弧面涂层厚度分布研究.pdf

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1、基于平面涂层生长速率模型的圆弧面涂层厚度分布研究口曾勇口龚俊兰州理工大学机电工程学院兰州730050摘要：结合实际喷射图样，在平面上建立了涂层生长速率模型。根据圆弧面的几何特征给出了圆弧表面上的涂层生长速率模型，并进一步得到了涂层厚度分布方程；通过研究发现影响平面和圆弧面涂层厚度的原因是喷炬范围内喷涂区域的面积大小，从而基于厚度均匀的原则给出了优化方案。仿真研究表明，该喷炬模型的实用性和优化方案的可行性。关键词：圆弧面厚度仿真研究中图分类号：TBl12文献标识码：A文章编号：1000—4998(2

2、009)05—0042—03在实际的喷涂过程中，一个工件同时存在着平面f10≤r≤。和圆弧面，喷涂机器人在保持喷枪与工件表面距离及)(r)2+1r≤(1)喷涂时间一定的情况下，在相同的喷涂时间内，其表面的涂层厚度决定于喷炬范围内喷涂区域面积的大小。【(r。=

3、匀的范围半径；R表示涂料覆盖范围的半径。长速率的数学模型，在此基础上结合圆弧面的几何特在图1(b)中，Ro=Htan(00／2)，其中的需要根征建立圆弧面的涂层生长速率模型，并给出了厚度方据不同的喷枪试验测得，表示在喷射角的范围内涂程。料厚度均匀；R=Htan(0~,／2)，其中表示喷射角1圆弧表面上涂层厚度的分布在0范围内工件表面有涂料覆盖，而0之外涂料厚度为0；H为喷枪到平面的法向距离。上述模型为有限1．1平面上的涂层生长速率范围模型，它在平面上对应的涂料分布模型为圆形，而涂料空间分布模型的建

4、立是喷涂数学建模首先要在曲面上为椭圆形，对于曲率较小的表面可把椭圆形解决的问题，涂料空间分布模型的影响因素是喷枪、空的涂料分布近似看作圆形的分布。气、喷嘴和喷嘴针，改变任何一个因素都会影响涂料的1．2圆弧表面上涂层的生长速率空间分布，本文假设其影响因素不变。而在喷涂过程中，随着喷枪与工件表面距离的变目前一些文章对涂料的空间分布进行过论述，如化，即不同截面，涂料的生长速率函数不会发生变化”’，高斯分布、柯西分布、分布、双椭圆分布等。本它是喷炬的固有特性，那么圆弧(凸，凹)表面的涂层生文从喷射的图样出

5、发，结合涂料微粒的扩散特性进行长速率在平面涂层生长速率的基础上可以表示为：模拟。根据试验测量的结果，喷炬在范围内喷射的厚度是均匀的，出现这种喷射图样的前提是压力适中，喷射的开口角较小且雾化良好，如图1(a)所示。对于喷射图样外围不均匀的部分，是由多种因数决定的，一般认为这是由于粒子的扩散造成的，即自由运动的结果。涂料在自由运动和扩散的过程当中，其喷射图样的均匀部分和不均匀部分以及与工件表面的轮廓线应该连续，这里我们用二次样条曲线进行模拟，如图1(b)。因此，得到以下方程：收稿日期：2008~?-1

6、0月2009／5机械制造47卷第537期a0≤r≤风平面上的流量Q为：RoⅣ

7、不随日的变化而变化，则表面的方程为：+)，2+(±pmh)=p，由于喷枪始圆弧表面上的涂层厚度就与平面和喷射角范围内的圆终垂直于圆弧表面的切平面，为了计算方便，在XOZ弧面积之比有关系，设．s、、h。、h：分别为圆弧表面和平面内，圆的方程为：。+(=-t-prnh)P平面的面积和涂层厚度，则=罟=，其中：St=则解下列方程：2"tr(P一p4p2一R)，=1rR刍。f+(,4-pmh)=P最后得到圆弧表面的涂层厚度方程为：lZ-=一xtan【(1T一0,-)／2】+H-t-hi=0，1，(r)=(

8、S=／Si)Dq(r)：可分别得到。，t，R的计算公式，解之得：2an2(H+pm~p-／-／atan2(0J2)-T-2Hpt(0J2)『詈。。≤。————一R=————tan【／2J+1鱼D{：圭!：二!!竺：：+。l风，≤xtan(Oi／2)i=0，1，HrSl‘(日±pm)：[tan(0u／2)一tan(00／2)】：J1．3圆弧表面涂层厚度2s

9、D[(H±pm,~lp一r2)tan(0~／2)一rlRlH