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电弧喷涂板料成形模制造工艺实践

 

       摘要: 将电弧金属喷涂技术与快速原型制造(RPM)技术相结合,尝试一种新的简易板料拉延模具制造方法。实践表明此方法制模成本低、周期短,所制造的模具综合性能优于其它简易模具,如低熔点合金模、金属粉树脂模等,在自由曲面拉延模的制造中有很好的应用前景。
 1 前言
 自由曲面拉延件在汽车车身中占有很大比例,这一类零件冲压工艺复杂,其模具制造周期长、成本高,一般要通过反复调试、修正才能满足要求。为了对付激烈的市场竞争,在新品开发或小批量试制时经常采用简易模具,如低熔点合金模、锌基合金模、金属粉树脂模等。这些模具具有制造周期短、成本低的优点,但它们也各有不足,如低熔点合金、锌基合金凝固收缩率较大(1%),制模时难于控制尺寸精度,前者还要大量用到我国稀缺的材料铋;金属粉树脂模硬度和耐磨性较差。
 本文将电弧喷涂技术和RP&M 技术相结合,寻求一种新的薄板自由曲面拉延模快速制造方法。近十几年,电弧喷涂技术在塑料成形模具制造中得到应用,但有关其在板料成形模具制造中的应用少有报道,本文在这方面作了一些探索性的工作。结果表明此方法效率高、成本低,模具表面硬度高于低熔点合金模和金属粉树脂模,有很好的应用前景。
 2 电弧喷涂模具制造特点及工艺过程
 2.1 电弧喷涂原理及特点
 70 年代,美国TAFA 公司推出新的电弧金属喷涂设备,率先实现了电弧金属喷涂在模具制造中的应用[1]。目前,国内有多家公司和研究所生产电弧喷涂设备和喷涂用丝材,市场提供的丝材品种有铝、锌、铜、不锈钢、超低碳不锈钢、铝青铜、巴氏合金、复合材料等[2]。
 电弧喷涂的基本原理是以两根分别接直流电源正负极的金属丝(Φ2~3mm)作自耗性电极,利用其端部产生的电弧将自身熔化;处于电弧点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,扁平化,形成光滑、致密、低气孔率的金属涂层。电弧喷涂工艺参数主要有:电压、电流、雾化气压、送丝速度、喷枪移动速度和喷涂距离等。
 电弧喷涂的主要优点有[3]:(1)涂层性能优异,颗粒变形充分,孔隙率低,涂层致密。(2)喷涂时工件受热轻微,基材不变形,涂层应力小。(3)喷涂效率高。(4)节约能源,能源利用率可达60%~90%。(5)安全可靠,操作灵活。
 2.2 电弧喷涂制模工艺过程及特点
 可用以电弧喷涂的材料很多,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多是锌、铝及其合金。电弧喷涂制模的一般步骤如图1 所示:

 图1 电弧喷涂模具制造工艺过程
 电弧喷涂制模技术具有以下优点:
 (1) 制模时间短,有利于新产品开发,符合日趋激烈的市场竞争的需求。   (2) 成本低,在新品开发或小批量生产时,制造成本仅是用机床生产的1/10、铝铸造法生产的1/2[1],且工艺简单,易于掌握,不需要价格昂贵、复杂的机加工设备。   (3) 与非金属材料模具,如金属粉树脂模相比,模具的表面硬度、耐磨性、光洁度等性能有较大的提高。   (4) 复型性好,适用于各种原型材料,如金属、木材、蜡或环氧树脂;制模精度高,无热扭曲或热收缩问题,喷涂时原型表面温度一般不超过66℃[1]。   (5) 原型尺寸不受限制,从数平方毫米到数平方米的零件都可进行喷涂。

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