第七章-其他快速制模技术

第七章其他快速制模技术内容简介：等离子喷涂快速制模技术拉深模的快速制造铸造模的快速制造技术电脉冲加工机床用电极的快速制造第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.1等离子喷涂原理喷枪的钨电极与直流电源的负极相连，水冷紫铜与直流电源的正极相连，工作气体（如氩气、氦气等）通过气路系统进入喷枪，金属或非金属粉末材料借助送粉气流送入喷枪。工作时，在钨电极和喷嘴之间的工作气体被电离，产生高温等离子弧，从而熔化粉末，并使其跟随高速火焰流喷射到需喷涂的工件表面第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.1等离子喷涂原理等离子喷涂特点：（1）等离子弧温度高达10000℃以上，所以可喷涂的材料广，几乎包括所有的固态工程材料。如各种金属及其台金、陶瓷、塑料、非金属矿物及复合粉末材料等。（2）等离子弧的流速可达1000m／s，喷出的粉末颗粒速度可达180～600m／s，所获得的涂层的致密性和结合强度比火焰、电弧喷涂高。（3）喷涂的涂层厚度可严格控制，范围可从几十微米到lmm左右。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.1等离子喷涂原理等离子喷涂特点：等离子喷涂时工件不带电、受热少，工件表面温度不超过250℃，因此组织、性能没有变化。正因为等离子喷涂有以上诸多优点，因此已得到越来越广泛的应用。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.2等离子喷涂快速制模工艺母体表面预处理等离子喷涂填充脱模模具零件表面形貌相同表面形貌相反第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.2等离子喷涂快速制模工艺第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.2等离子喷涂快速制模工艺2.等离子喷涂模具的基本结构等离子喷涂模具的基本结构可分为4部分：即：金属喷涂层、粘结层、背衬层和钢结构。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.2等离子喷涂快速制模工艺2.等离子喷涂模具的基本结构（1）喷涂层由不锈钢粉末构成，喷涂时不锈钢粉末受热熔化形成金属微滴，微滴在基模表面上固化形成一层坚硬致密的金属壳层，构成模具型腔的表层，其厚度一般为2~3mm。（2）粘结层位于喷涂层下面，起到粘结喷涂层和背衬层的作用。一般可采用锌合金做粘结剂，利用电弧喷涂方法喷涂在不锈钢层后面。厚度1Mm左右。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.2等离子喷涂快速制模工艺2.等离子喷涂模具的基本结构（3）粘结层后面是背衬层，主要起支承和增加强度的作用。常用的背衬材料有树脂砂、环氧树脂、低熔点合金（秘锡合金）等。如果模具需要冷却，在浇铸背衬材料前应在背衬层内将冷却管道埋设好，凝固后即固定在模具中。钢结构主要包括模架、镶嵌件等钢质构件。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.3等离子喷涂快速制模过程分析1.母体表面的预处理母体表面的预处理除清洁表面外，主要是在母体表面生成一层氧化膜。母体为金属材料时，常用重铬酸钾溶液使母体表面生成氧化膜。溶液的浓度、温度和处理时间决定了氧化膜的厚度和致密性。氧化膜太薄或不致密可能引起涂层与母体结合太牢，氧化膜太厚可能引起涂层起皮。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.3等离子喷涂快速制模过程分析2.等离子喷涂过程影响等离子喷涂过程的主要因素有：（1）工作气体与流量常用的气体有氮气和氩气。气流的大小可影响等离子弧的热焓及粉末颗粒的飞行速度。气流量过低，等离子压缩不好，损耗在喷嘴上的热量增多，同时颗粒飞行速度下降。气流过大则造成紊流，等离子弧温度下降。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.3等离子喷涂快速制模过程分析2.等离子喷涂过程影响等离子喷涂过程的主要因素有：（2）热焓与功率要使粉末在短时间内迅速熔化，需要等离子弧具有较高的温度和热焓。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.3等离子喷涂快速制模过程分析2.等离子喷涂过程影响等离子喷涂过程的主要因素有：（3）粉末粒度与送粉率细粉喷涂效率低，但可获得致密涂层，如果太细则容易蒸发，太粗则熔化不良。粉末颗粒的分布要均匀一致，否则沉积效率不高。在喷涂时，送粉气体与工作气体的速度必须维持平衡，使粉末能送入到离子弧的中心而被熔化。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.3等离子喷涂快速制模过程分析2.等离子喷涂过程影响等离子喷涂过程的主要因素有：（4）喷涂距离距离过小，工件表面温度过高，易造成氧化，母体与涂层内的热应力增加，涂层易开裂。试验证明：喷涂距离为150~200mm时喷涂效果最好。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.3等离子喷涂快速制模过程分析2.等离子喷涂过程影响等离子喷涂过程的主要因素有：（5）送粉方式等离子射流周围区域的等离子弧能量密度和温度较低，应将粉末有效地送入等离子弧中心的高温区采用何种送粉方式很关键。送粉方式有内送粉和外送粉两种。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.3等离子喷涂快速制模过程分析3.背衬处理喷涂壳层形成后，由于其强度有限，还不能直接用作模具。因此，必须在壳层后面充填背衬材料，以支撑加固壳层。常用的补强材料有环氧树脂、低熔点金属或合金以及含有金属粉末或涂层粉末的熔融树脂材料。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.3等离子喷涂快速制模过程分析3.背衬处理进行背衬处理的另一目的是为了便于脱膜，使涂层和母体分开。经背衬强化后，涂层的强度提高了，采用机械方法剥离或热冲击方法分离时不会造成涂层开裂。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.3等离子喷涂快速制模过程分析3.背衬处理进行背衬工艺时重点注意以下问题：（1）选择背衬材料时，要求背衬材料和涂层材料的线膨胀系数基本相同，以确保外界温度变化时壳层和背衬基体形变程度相近，模具整体变形均匀。背衬材料还具备一定的强度、导热性和耐热性，以满足模具工作状态下的受力要求和热性能。另外，背衬材料的可成型性要好，能够适应壳层形状变化，易于充填。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.3等离子喷涂快速制模过程分析3.背衬处理进行背衬工艺时重点注意以下问题：（2）确保背衬层和喷涂层之间紧密结合、完全填实，以使喷涂层各处都得到牢固支撑。通常不锈钢喷涂模具的喷涂层和背衬层之间设粘结层，使得二者结合紧密，支撑牢固。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.4等离子喷涂快速制模的脱模方法涂层和母体分离是等离子喷涂法快速制造模具的难点，能否把涂层从母体上顺利分离是工艺的关键所在。脱模可采用的破坏性脱模和非破坏性脱模两种破坏性脱模是用加热熔化、化学溶解等方法使母体破坏去除而使涂层无破坏分离。非破坏性脱模是在分离时，母体不被破坏，可继续重复使用。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.5典型应用图3为手轮注塑件凹模，图4为复杂曲面的钣金拉延模。表面都为不锈钢涂层，以秘锡合金合金为背衬，锌合金为粘结剂。第七章其他快速制模技术7.1等离子喷涂快速制模技术7.1.5等离子喷涂快速制模的优点（1）能量高度集中，温度可达万度以上；（2）等离子弧流速大，粉末颗粒能获得较大功能涂层致密性好，可以制作型腔带有精密表面图案的模具。（3）等离子弧气氛可控，可使用还原性气体和惰性气体为工作气体。（4）制作周期短，工艺过程简单，模具制造成本低。第七章其他快速制模技术7.2拉深模的快速制造拉深,也称拉延,是利用模具使冲裁后得到的平面毛坯变成为开口的空心零件的冲压工艺方法。第七章其他快速制模技术7.2拉深模的快速制造7.2.1简易非钢质拉深模1.锌基合金拉深模第七章其他快速制模技术7.2拉深模的快速制造7.2.1简易非钢质拉深模1.锌基合金拉深模第七章其他快速制模技术7.2拉深模的快速制造7.2.1简易非钢质拉深模2.聚氨酯橡胶拉深模用聚氨酯橡胶作凸模或凹模，来代替钢质凸模或凹模，可大大简化模具结构，得到制件表面良好，废品率低。第七章其他快速制模技术7.2拉深模的快速制造7.2.1简易非钢质拉深模2.聚氨酯橡胶拉深模（1）橡胶凹模拉深法第七章其他快速制模技术7.2拉深模的快速制造7.2.1简易非钢质拉深模2.聚氨酯橡胶拉深模（2）橡胶凸模拉深法第七章其他快速制模技术7.2拉深模的快速制造7.2.2快速成型拉深模（1）RP基金属面拉深模在用快速成型机制做的快速原型零件的表面上，采用电弧喷涂（或等离子喷涂）法喷涂一层金属（如铝合金），可构成试制用薄板拉深模。在上述简易非钢质拉深模制作技术基础上，快速成型进一步发展了如下拉深模制作方法。第七章其他快速制模技术7.2拉深模的快速制造7.2.2快速成型拉深模（2）RP母体做环氧树脂拉深模用原型零件做母体→在母体中，浇注环氧树脂与玻璃纤维的合成材料→构成橡胶拉深模的凸模以取代原来的金属凸模。第七章其他快速制模技术7.2拉深模的快速制造7.2.2快速成型拉深模（3）RP母体制做硬拉深模用原型零件做母体，制作石膏过渡模、砂型，进而浇注低熔点合金模、锌基合金模或“液态金属”模。第七章其他快速制模技术7.2拉深模的快速制造7.2.2快速成型拉深模（4）用陶瓷砂型浇注拉深模（5）用陶瓷壳砂型浇注金属件直接用作拉深模第七章其他快速制模技术7.3铸造模的快速制造技术7.3.1砂型铸造用模的快速制造用RP技术可以快速制作砂型铸造用模型、熔模铸造模型、实型铸造模型和低熔点金属离心铸造用模型。传统的砂型铸造过程如图采用的模型常有木模型与金属模型两种。第七章其他快速制模技术7.3铸造模的快速制造技术7.3.1砂型铸造用模的快速制造木模用于单件、小批量铸造生产，金属模型用于大批量铸造生产。用RP技术可以快速制作砂型铸造用的木模与金属模，从而实现砂型铸造的快速化。第七章其他快速制模技术7.3铸造模的快速制造技术7.3.1砂型铸造用模的快速制造1.RP“木模”木模用木材经干燥、防腐蚀处理及切削加工而成，要求有一定的强度、刚度和耐久性。用快速原型零件经一定的处理后可直接当作“木模”使用。第七章其他快速制模技术7.3铸造模的快速制造技术7.3.1砂型铸造用模的快速制造2.砂型铸造用原型零件基金属面模型砂型铸造用金属模型一般用铸铝合金经切削加工而成。用快速成型机制作的原型零件，经表面金属喷涂和抛光后，可用作砂型铸造用金属模型。第七章其他快速制模技术7.3铸造模的快速制造技术7.3.1砂型铸造用模的快速制造3.砂型铸造用金属面、硬背衬模用快速成型机制作的原型零件做母体→在母体表面上涂脱模剂→用电弧喷涂或等离子喷涂法在母体表面喷涂金属（厚度为1.6~6.4mm）,形成金属壳体→移去母体→在壳体背面注入金属基合成材料或环氧树脂→表面抛光→构成金属面、硬背衬的铸模。第七章其他快速制模技术7.3铸造模的快速制造技术7.3.1砂型铸造用模的快速制造4.陶瓷壳砂型用快速成型机制作零件做母体→在母体的上工作面粘贴一薄层材料，其厚度等于所需陶瓷壳的厚度→将母体置于砂箱中，浇注砂型→移去母体粘贴材料→将母体置于砂型中→浇注陶瓷砂浆→移去母体→用乙炔喷灯加热、固化陶瓷壳→加入浇注系统，构成陶瓷壳砂型。第七章其他快速制模技术7.3铸造模的快速制造技术7.3.2熔模铸造用模的快速制造1.传统失蜡铸造过程失蜡铸造是一种典型的熔模铸造方法，它借助可溶性一次模（及型芯）使铸件成型。其工艺流程如下：设计、制造压型→用压型压注可熔的蜡模型→制型壳、熔化蜡模（脱蜡）→在型壳中浇注熔化金属→脱壳→金属铸件第七章其他快速制模技术7.3铸造模的快速制造技术7.3.2熔模铸造用模的快速制造1.传统失蜡铸造过程最困难的环节是如何快速制作压型并据此制作熔模，对于形状复杂的大型件更为突出。采用快速成型技术可以有效地克服上述困难，不用切削加工，又快又省地制作压型和熔模。第七章其他快速制模技术7.3铸造模的快速制造技术7.3.2熔模铸造用模的快速制造2.RP压型当所需要熔模（蜡模）数量不多时，可用快速成型机直接制作