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1、第五章金属电弧喷涂快速制模技术5.1.1电弧喷涂技术的原理金属电弧喷涂的原理如图5-1所示,喷涂机由喷枪、金属丝、送丝机构和电源等构成。其中,左、右两股金属丝在送丝机构的驱动下,不断经喷枪的内腔到达前端出口处,在此处,由于通过金属丝的大电流的作用,两股金属丝如同两个电极,在它们的尖端之间发生电弧放电,导致金属丝熔化。与此同时,压缩空气通过喷枪的内腔吹向出口处已熔化的金属,使它变成雾状,并喷射在快速成形工件(基底)的表面上迅速凝固,形成一层金属薄壳(厚度一般约为2mm)5.1电弧喷涂技术的原理和特点5.2
2、电弧喷涂快速制模工艺电弧喷涂制模工艺流程电弧喷涂制模工序1、模型准备2、在模型上喷涂金属3、制作模具框架4、浇注模具的填充材料5、脱模、后序加工处理电弧喷涂制模工艺流程图电弧喷涂模具的材料一般应选用Zn、A1等低熔点金属,因为低熔点合金的力学性能一般不高。金属喷涂模具主要应用于新产品开发及小批量生产。金属电弧喷涂快速制模材料电弧喷涂模具基本结构电弧喷涂模具的基本结构可分为三部分:金属喷涂层、背衬层和钢结构部分。如图所示:5.3电弧喷涂制模关键工序喷涂样件脱模剂浇注背衬材料镶嵌金属件喷涂样件电弧喷涂模具的
3、特点就是以样件为基准,模具型腔尺寸、几何精度完全取决于样件,除了原型零件之外,制造样件的材质有很多,如石膏、石墨、树脂、陶瓷、木材、金属等均可,也可直接采用产品实物做样件使用。在电弧喷涂前,需要对样件表面的尖角、大平面等进行预处理,因为根据经验,模型尖角(图5-9)处,在喷涂时,涂层易开裂,所以样件应避免尖角。脱模剂(1)脱模剂在电弧喷涂制模技术中的作用首先,涂到原型零件上的脱模剂能够为喷涂金属熔滴与原型零件表面提供可靠的结合表面;其次,脱模剂能使喷涂层顺利地与原型零件基体脱开;此外,脱模剂还有隔热作用
4、,避免原型零件过热。(2)脱模剂的作用原理与选择原则原型零件加工用脱模剂的作用原理如图5-11所示。A面是原型零件制品,B层是脱模剂,C面为模具的内表面,一般喷涂到模具内表面上的脱模剂是取向排列,极性基团向着模具表面,通过物理吸附或化学键合形成一个脱模剂层,可用来降低原型零件与模具表面的附着力。电弧喷涂制模中,脱模剂的选择原则为:具有良好的脱模性能;具有一定的耐热性能,受热不发生碳化分解;不腐蚀喷涂材料;表面张力在l7~23N/m之间,有良好的成膜性能。浇注背衬材料电弧喷涂层在满足厚度要求的基础上,在金
5、属涂层与金属框之间浇注背衬材料,利用背衬材料填充加实,对壳体进行支撑和加固。大型模具的背衬材料可以部分采用树脂十金属粉,其余部分采用高强度混凝土填充。环氧树脂混合材料由环氧树脂、团化剂和填料组成。混合体中填料的作用是调节环氧树脂固化过程,改善固化体的力学性能和物理性能。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,则要采用金属镶嵌件。经喷涂的金属镶嵌件,在样件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
6、均应安放镶嵌件。对于一些受力较大,磨损较重的模具部分,也应采用金属镶嵌的办法,以提高模具寿命,镶嵌件的安装如图5-12所示。5.4电弧喷涂制模特点分析1.电弧喷涂制作模具工艺简单它以样件为基准,利用电弧熔化金属,压缩空气使金属雾化并喷射到样件表面,形成模具型腔。这种方法比机械加工或电加工成形都简单,尤其是对于形状复杂、机械加工难以实现的模具型腔,其效果更为明显。2.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
7、工成形较困难,不得不采用拼接镶嵌的结构式,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,只要有了样件,可在很短的时间内制作出符合要求的模具。3.模具综合性能好与非金属材料模具(如金属粉树脂模)相比,表面硬度、耐磨性、粗糙度等性能大幅度提高。4.电弧喷涂制模成本低5、缺点形成金属薄壳时会在薄壳内产生很高的张应力。为此,可在喷涂的同时进行喷丸处理。Fh于钢丸撞击金属薄壳,诱发压应力,从而抵消薄壳内的张应力。难以喷涂窄槽和小孔的内表面。为此,可先用铝、黄铜制作窄槽或小孔状的嵌块,并将其固定在基底相
8、应的位置上,然后围绕这些嵌块进行喷涂。在后续工序中,即使移去基底,嵌块也能良好地固定在金属薄壳上,并且其强度比薄壳好。喷涂层的金属组织结构不够致密,有疏松小孔,影响强度和密封性。思考题1.电弧喷涂快速制模的原理、特点及其所用的材料.2.电弧喷涂工艺参数对涂层结合强度有何影响?3.电弧喷涂快速模具制造的工艺流程。第六章金属树脂快速制模技术概述金属树脂模具就是以环氧树脂与金属粉填料(如铅粉、铁粉、钢粉)为基体材料,以样件为基准浇铸而成的模具。以
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