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电弧喷涂制造钢基模具毕业论文电弧喷涂制造钢基模具毕业论文 摘 要 模具是工业中非常重要的加工装备,担负着加工几乎所有工用农用的机械零部件的重要使命,比如飞机,汽车,仪表电器,塑料,玻璃等都离不开模具。模具应用的范围相当广泛,作用也十分巨大,它直接影响到企业在市场中的竞争力。传统的模具制作工艺落后,精度很低,制造周期长,直接影响了模具的制造精度和生产效率。在进入21世纪后,比如汽车行业,产品更新换代比较快,所以模具就要适应这一趋势,提出了高精度、高效率、高寿命三高模具来顺应小批量、多品种这种发展趋势。 自从80年代末出现了快速原型技术以后...

电弧喷涂制造钢基模具毕业论文
电弧喷涂制造钢基模具毕业论文 摘 要 模具是工业中非常重要的加工装备,担负着加工几乎所有工用农用的机械零部件的重要使命,比如飞机,汽车,仪表电器,塑料,玻璃等都离不开模具。模具应用的范围相当广泛,作用也十分巨大,它直接影响到企业在市场中的竞争力。传统的模具制作工艺落后,精度很低,制造周期长,直接影响了模具的制造精度和生产效率。在进入21世纪后,比如汽车行业,产品更新换代比较快,所以模具就要适应这一趋势,提出了高精度、高效率、高寿命三高模具来顺应小批量、多品种这种发展趋势。 自从80年代末出现了快速原型技术以后,快速制模技术得到了长足的发展,解决了传统模具样模制造精度低周期长的瓶颈问题,能够较快制造出各种复杂形状的模具,从而顺应了模具制造业的趋势,增加了企业在市场中的竞争力。快速制模方法主要分为直接制模和间接制模,其中以间接制模工艺比较成熟,应用比较广泛。电弧喷涂快速制模是间接制模方法中的一种,在中国采用这种工艺主要用于一些低熔点的塑料模具的制造,而在国外企业已有采用电弧喷涂制模方法制造钢基模具的报道。钢基模具具有高硬度高耐磨性高抗压性等很多的优点,但是受我国设备和技术的限制,采用电弧喷涂方法来制造钢基模具并不广泛,因为我们无法很好地解决模具喷涂层的残余应力问题,钢模的复制精度得不到保证。如果我们能够从现有的喷涂材料入手,选择出一些喷涂层残余应力小、硬度高和耐磨性好的一些钢丝来完成喷涂,这样既能节约成本又能达到使用要求,很好地解决了电弧喷涂制造钢模的顾虑。 本次试验就是从现有的电弧喷涂钢丝中选择出成本相对较低、并有可能达到要求的3Cr13、65Mn、70#和82B钢丝,将它们按照所测试的性能要求喷涂出来,对它们进行了组织 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、硬度、耐磨性、抗拉强度和冲击韧性方面性能的测试,并将它们同模具Cr12钢进行了比较,从中选择出性能较好的丝材完成电弧喷涂制造钢基模具。 关键词:电弧喷涂,钢基模具,快速制造,硬度,耐磨性 1 The Property Study of Steel Mould Shaped Material by Arc Spraying Abstract The mould is the very important manufacturing machinery of the industry which shoulder important mission for almost all the accessories of farm and industry,including aircraft,automobile,electric instrument and apparatus ,plastic and glass. The field of application is very abroad and its action is very large. It directly affects the enterprise's competitive power in the market. The traditional mould manufacturing technology is very under-developed whose precision is low and manufacturing cycle is very long,so it directly affect the mould precision and production efficiency. When entering 21 century, for example the automobile industry,productions are upgraded frequently,so for the sake of adapting to the trend of development,bringing forward such mould have high precision and high efficiency as well as high longevity. Since the advent of RP by the late 1980s,the rapid tooling technology has made remarkable progress,solving the bottleneck problem that the conventional mould whose precision is low and manufacturing cycle is very long,and can manufacturing mould who has all kinds of complex shape,adapting to the trend of development and adding the enterprise's competitive power in the market. The rapid tooling technology includes direct rapid tooling and indirect rapid tooling. Indirect rapid tooling application is very mature and abroad. Arc spraying technology on tooling is one of indirect rapid tooling,in china we use it to manufacture some plastic mould whose melting point is low. But it’s report that some overseas enterprises have used this method to manufacture steel mould. Steel mould has high hardness and high wear resistance. But in china,for the reason that the equipment applying arc spraying to manufacture the steel mould is not abroad,and the technology, for the residual stress problem is not well settled,so the mould precision cannot be ensured. If we can choose some spraying steel material which has low the residual stress and high hardness as well as high wear resistance to spray the steel mould. Such method can save the cost and can satisfy the operating requirement,well settled the worry of applying arc spraying to spray the steel mould. In the experiment,the such as 3Cr13,65Mn, 70# and 82B steel wire which has low lost and probably satisfy the requirement to spray according to the property testing 2 requirement,and carried out metallographic phase,hardness,abrasion performance,tensile strength and impact ductility studies as well as compared with Cr12 to choose the best steel wire to manufacture the steel mould by arc spraying. Key Words:Arc Spraying;Steel Mould;Rapid Manufacturing;Hardness;Wear Resistance 3 第一章 绪论 1.1 基于快速原型的快速制模技术研究进展 1.1.1 快速原型技术的原理及分类 (1)快速原型技术的原理 快速原型技术是将计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机数字控制(CNC)、精密伺服驱动和新材料等先进技术集于一体,将复杂的三维加工分解成 [1]简单的二维加工的组合,可以采用固、液、气、粉未几种形态的材料来制造产品。原型产品的制造过程是:首先在计算机上构成产品的三维模型,然后对其进行分层切片,接下来计算机根据模型各层轮廓的信息,控制材料在工作台上一层一层地堆积,逐层叠加就最终形成了三维产品。快速原型技术的具体过程如下(如图1.1所示): 1) 产品三维模型的构造 首先在计算机上构造产品的三维模型。利用计算机辅助设计软件(如 [2]PRO/ENGINEER、IDEAS、UG等),根据产品的要求构造出它的三维模型;或对产品实体进行激光扫描或CT断层扫描,得到各层轮廓扫描数据,再利用三维建模软件构造出三维模型。 2) 产品三维模型的表达 在快速成型系统中,需要使用一系列的小三角形平面来近似表达三维模型表面(单元表达法),三维模型经过这样的处理后就形成了STL格式的文件。STL格式用于快速成型技术,有ASCII码和二进制码两种输出形式,二进制码输出形式所占用的文件空间比ASCII码输出形式的文件空间小得多,但ASCII码输出形式可以阅读并能进行直观检查。 3) 三维模型的切片处理 根据模型特征选择适当的角度,在高度方向每隔一定的间隔进行切片,拾取截面轮廓信息。间隔一般取0.05~0.1mm左右,间隔越小,成型精度越高,但成型花费时间就越长,效率就越低,反之则精度低,但效率高。 4)原型产品的制造 [3]模型切片处理后,就可以输入到各类成型机系统中成型了。在计算机的控制下, 4 相应的成型头(激光头或喷头)按各截面轮廓信息做扫描运动,在工作台上一层一层地 [4-5]堆积材料,就得到了原型产品。 图1.1 快速原型的成型过程 Fig.1.1 Molding progress of RP (2)快速原型技术的分类 1)光固化立体造型技术SL(Stereolithgraphy) 这种方法是最早出现、应用最为广泛的一种快速原型技术,它的工作过程如图1.2所示:首先在计算机上用三维CAD系统构成产品的三维实体模型(见图a),然后生成并输出STL文件格式的模型(见图b)。再利用切片软件对该模型眼高度方向进行 [6]分层切片,得到模型各层截面的二维数据群S(n,1,2,…,n),如图c所示。依n 据这些数据,计算机从下层S开始按顺序将数据取出,通过一个扫描头控制紫外激1 光束,在工作槽中盛满液态光敏树脂(在一定波长的光的照射下会发生固化),升降基座上附带有导轨和刮板。当成形开始时,先在工作台上铺上第一层设定层厚的液态树脂,光源在计算机的控制下按本截面轮廓要求,作横向和纵向扫描,使轮廓内的树脂固化。形成第一层界面固化层后,工作台下降一个设定高度d,在该层的表面上基础 5 上再铺上另一层树脂,导轨带动刮板运动刮平树脂,然后光源再纵横向扫描固化树脂,新固化的一层就牢固地粘接在先前固化的一层上,这样一层层固化、粘结,直到Sn层为止,最终形成一个立体的实体原型(见图f)。 这种工艺使用的光敏树脂现在都采用环氧树脂,与原来采用的丙稀酸等其它树脂 [7]相比,具有粘度适中,收缩变形小,固化速度快等特点。美国几家公司合作研制出了彩色光固化,它使用一种含添加剂的树脂,通过改变爆光量,固化后的树脂可以显示出不同的颜色。在一些领域例如医学领域,做头盖骨肿瘤模型可以采用这种方法制作的彩色原型,比传统的模型可视性高;在新产品试制时,采用彩色原型,可以显示出细节修改,内部应力变化等情况,具有很大的实用性、方便性。如果将陶瓷粉或金属粉加入到液态树脂中,固化出原型,高温烧掉树脂聚合物后,就可以得到陶瓷或金属 [8]制件,这也是目前前沿研究的内容之一。 图1.2 SL成形原理 Fig.1.2 Principles of SL forming 2)熔丝沉积成形FDM(Fused Deposition Modeling) 熔丝沉积成形工艺FDM由美国学者Scott Crump博士于1988午率先提出,随后于1991年开发了第一台商用成形机。该工艺一般采用低熔点丝状材料,如ABS及MABS塑料丝、蜡丝、尼龙丝等丝状热塑性材料,它们不用高能量密度的激光为热源,只需在喷头内以电加热的方式即可将丝材加热到熔融状态。熔丝沉积快速成型机工作原理如图所示1.3所示,该成型机主要由喷头装置、送丝装置、运动机构、加热工作 [9]室、工作台等组成。首先由计算机接受STL格式的三维数字模型,并沿垂直方向进 6 行切片处理,得到模型的横截面数据,由模型截面数据生成扫描路径指令并准备好丝材;喷头装置在计算机的控制下,根据加工工件截面轮廓的信息作X,Y平面运动,同时将熔化了的材料喷挤出来,成形一个截面的形状。当前层成形完毕即控制工作台 [10]下降一个层厚的高度,再进行下一层截面的成形。如此一层一层成形,最终形成所需要的三维零件产品。工作台下降高度要精确控制,否则层厚过大上下层之间的黏结 [11]不充分;过小则上下层之间被挤压产生变形而影响制件的精度。 图1.3 FDM的成形原理 Fig.1.3 Principles of FDM forming 这种成形方法适合成形中小塑料件,当成形腔室部分予以密闭和保温(约70?)时,能够制造ABS塑料件。制件的翘曲变形小,原材料的利用率高,成形件精度可 3达0.127mm(对于300mm的成形件)。但原材料的价格昂贵(每千克250~400美元),成形件的表面有较明显的条纹(当切片厚度达0.254mm时,平均粗糙度Ra,15~53μm),成形件垂直方向的强度比较弱,也需设计、制造支撑结构,并且仍需对整个截面进行扫描涂覆,因此成形时间较长。为克服这一缺点,可采用多个热喷头同时进行涂覆,以便成形效率。 人们现在在研究将金属和陶瓷等材料应用到这种方法中,用陶瓷或金属粉末(不锈钢、黄铜、铝、铁等)分别加上聚合物粘接剂,成型后高温烧掉聚合物,就可以得到制件。同样为了提高速度和精度,在路径的生成方式、喷头在平面内的运动速度和材料的进给速度等方面都有待于进一步研究。 3)薄材叠层成形LOM(Laminated Object Manufacturing) 薄材叠层成形 (Laminated Object Manufacturing,简称LOM),它主要由激光器、 7 光学系统、X-Y扫描机构、材料传送机构、热压粘贴机构、四导柱双滚珠杆升降工作 [12]台和控制系统等组成。目前商品化的成形机使用纸张作为材料,做成纸卷便于送料。 [13]纸材一面涂覆一层热熔胶,工作时涂胶面朝下。用激光器、光学系统和X-Y扫描机构引导激光束在纸面切割模型的截面形状;材料传送机构在计算机控制下,自动送进材料和回收废料;热压粘贴机构在计算机控制下将热滚筒滚过工作面,使上下层纸材黏结在一起;四导柱双滚珠杆升降工作台在计算机控制下,每次下降一个纸厚的高度。 图1.4 LOM的成形原理 Fig.1.4 Principles of LOM forming 纸叠层成形系统的工艺过程如图1.4所示:首先由计算机接受STL格式的三维数字模型,并沿垂直方向进行切片,得到模型的横截面数据;由模型截面数据生成切割截面轮廓的轨迹,并生成激光束扫描切割的控制指令;材料送进机构将原材料(底面涂覆有热熔胶的纸或塑料薄膜)送至工作区域上方;热压粘贴机构将热压滚筒滚过材料,使材料上下粘贴在一起;激光切割系统在计算机控制下,根据模型的切片横截面轮廓的切割轨迹,在材料上表面切割出轮廓线,同时将非模型实体区切割成网格,这是为了在成形件后处理时容易剔除废料而将非模型实体区切割成小碎块;支撑成形件的可升降工作台,在每层模型截面轮廓切割后下降一个一个材料厚度(通常为0.1~0.2mm),材料传送机构将材料送进工作区域,一个工作循环完成。重复上述工作 [14]循环,直至最终形成三维实体制件。 成形加工工作完成后需要进行必要的后处理工作。将完成的工件从成形机上卸下 8 来,手工将成形件周围被切成小方块的废料拆卸掉。此时成形件的表面比较粗糙,可 [15]以通过打磨和喷涂的方法处理,最终完成一个原型件的制造。这种方法使用的材料目前商用的只有纸,其它的材料如塑料、陶瓷、金属等目前正处于研究阶段。 4)选择性激光烧结法SLS(Selective Laser Sintering) 选择性激光烧结法的成形原理不同于其他几种快速成形方法,从理论上来说任何受热后能够黏结的粉末都可以用作SLS烧结的原材料,虽然目前研制成功的可实用的SLS原材料只有十几种,但其范围已覆盖高分子、陶瓷、金属粉末和它们的复合[16]粉。因此通过SLS除了能够快速制造出其他材料的制件外,还可以快速获得陶瓷和金属试件,这是其他几种快速成形技术目前还做不到的。另外,SLS无材料浪费现象,未烧结的粉末可重复使用。由于成形材料的多样化,使得SLS的应用范围非常广泛。 图1.5 SLS的成形原理 Fig.1.5 Principles of SLS forming SLS成形过程如图1.5所示。主要由激光器、激光光路系统、扫描镜、工作台、供粉筒、铺粉辊和工作缸构成。成形时,在事先设定的预热温度下,先在工作台上用辊筒铺一层粉末材料,然后激光束在计算机的控制下,按照截面轮廓信息,对制件的实心部分所在的粉末进行扫描,使粉末温度升至熔化点,于是粉末颗粒交界处熔化, [17]粉末相互黏结,逐步得到各层轮廓。在非烧结区的粉末仍呈松散状,作为工件和下一层粉末的支撑。一层成形完成后,工作台下降至一个截面的高度,再进行下一层的 [18]铺料和烧结,最终形成三维零件。之后未熔化的粉末可以被刷掉或刮离制件。 1.1.2 基于快速原型的快速制模技术 [19]利用RP技术快速制造模具可以分为直接制模法和间接制模法两大类。直接制 9 模法是根据模具的CAD数据由RP系统直接堆积制造模具,不需要系统制造样件。间接制模法是先做出快速原型,然后由原型复制得到模具的方法,应用非常普遍。 (一) 直接制模法 直接制模是基于RP技术,将模具CAD的结果由RP系统直接制造出树脂模、陶 [20]瓷模和金属模具,该法不需要用RP系统制造样模,也不依赖传统的模具制造工艺。随着RP技术的发展,可用来制造原型的材料越来越多,性能也在不断改进,一些非金属RP原型已有较好的机械强度和热稳定性,因此可以直接用作模具,直接快速制模技术包括3种工艺方法。 (1) 直接软模制造技术 采用各种快速原型技术包括光固化成型(SLA)、选择性激光烧结成型(SLS)、纸叠层成型(LOM)等,可以直接将CAD模型(虚拟模型)转换为具有一定机械性能的非金属原型(物理原型),在许多场合下可作为软模具使用,用于小批量塑料零件的生产。 (2) 准直接快速制模技术 这里准直接主要是指通过RP技术生产的模具还需要较多的后续工作才能用于工件的生产,其主要方法是通过RP方法将包有粘结剂的金属粉(SLS)、金属悬浮液(SLA)、带有金属粒子的塑料丝(FDM)成型为半成品,再经过粘结剂的去除和渗金属 [21]等后续工艺从而产生模具。上述模具可用于中等批量的塑料零件和蜡模的生产。 (3) 直接快速制模技术 直接快速模具制造(Direct Rapid Tooling)是利用快速成形技术直接制造模具,再经过一些必要的后处理和机加工以获得模具所要求的机械性能、尺寸精度和表面粗糙度。目前能够直接制造金属模具的工艺有SLS,3DPG, LOM和FDM等,其常用制造方法如下: 1) SLS工艺直接制造快速模具 SLS工艺是把聚合物粘结剂包覆的金属粉末,放入炉中焙烧,将粘结剂烧失,再将低熔点的金属(如铜)渗入烧结后模具内部的孔隙中,最后抛光型腔表面和型芯面,加上浇注系统和冷却系统,构成模具。这种工艺方法是目前直接快速模具制造技术中应用最广泛的,其主要缺点是材料焙烧时收缩较大,因而零件尺寸精度控制比较困难。 2) 三维喷涂粘结(3DPG)直接制造快速模具 10 三维喷涂粘结制模法的原理是:将树脂经精细的喷头(Nozzle,在80mm长度内安装120个喷头)根据CAD模型分层信息,有选择地喷射到平铺好的金属或陶瓷粉末上将其凝结成一个层面,没有被喷到树脂的粉末仍为离散状态且镶嵌在以成形的部分之间成为其支撑。如此层层粘结而成为模具的半成品。然后对其进行烧结去除树脂并提高其强度从而得到最终的(陶瓷型)模具。对于金属粉末烧结后所得的原型可渗入熔点较低的金属最终得到一个金属基的复合材料模具。这种制模方法和LSS制模法比较类似,其差别在于SLS法的粉末不是靠滴树脂来粘结,而是预先在粉末外包覆树脂。 3) FDM工艺直接制造快速模具 FDM工艺通过材料沉积、层面机械加工和喷丸处理三个步骤制造金属零件,层面机械加工的引入使所获得的零件具有较高的精度和表面质量,因此可以直接制造高 [22]致密度的金属零件/模具。FDM工艺制造的金属模具突破了零件复杂程度的限制,同时又具有较高的成形精度。 4) LOM直接制造快速模具 用叠层实体制造技术(LOM)工艺直接制成的纸制模具与常用木模具有同等的强度和耐磨能力,并可耐200?的高温,经过表面处理(如喷涂清漆、高分子材料或低熔点金属)可作为低熔点合金的模具或样件试制用的注塑模以及精密铸造用的蜡模成型 [23]模,还可代替砂型铸造用的木模。 (二) 间接制模法 间接快速模具制造技术,通过快速成形与传统加工技术的有效结合,预先制造出一个母模(一般由快速原型系统建立),由这样的母模产生模具的型芯,这样较易控制模具的精度、表面质量、机械性能,而且根据不同的应用要求还可以使用不同复杂程 [24]度和成本的制造工艺,因此目前制造业多数使用间接快速模具制造。比较典型的技术有硅橡胶制模工艺、金属喷涂制模工艺、快速精密铸造工艺、Keltool工艺和电铸模工艺等。依据材质不同,间接制模法生产出来的模具一般分为软质模具和硬质模具两大类,其中软质模具主要用于小批量零件或者用于产品的试生产。软质模具因其所使用的材料较软(如硅橡胶、环氧树脂、低熔点金属、锌金属等)有别于传统的钢质材料而得名,由于其制造成本低和制作周期短,生产制品的数量一般为50~5000件,因而特别适用于批量小、品种多、改型快的现代制造模式。对于生产上万件乃至几十万件的产品,仍然需要传统的钢质模具,硬质模具指的就是钢质模具。利用RP原型制 11 造钢质模具的主要方法有熔模铸造法、电火花加工法、陶瓷型精密铸造法等。 (1)用RP原型为母模的快速软模制造法 如果零件的批量较小(几十到几千件),则可用非钢铁材料制作成本相对较低的软模具。其工艺为用RP技术制作零件原型,然后以RP原型为母模,浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨醋等软材料,构成软模具。其中蜡模用于熔模铸造;硅橡胶、环氧树 [25]脂、聚氨酷等用作小批量生产用注塑模,或低熔点合金(如锌合金、铝合金)铸造模。这些软材料具有很好的弹性、复印性和一定的强度,在浇注原型复杂模具时,可以大大简化模具的结构设计,并便于脱模。如用硅橡胶来复制模具时,可不考虑增设拔模斜度,基本不会影响尺寸精度。室温硫化硅橡胶有很好的切割性能,用薄刀片就可容易地将其切开,并且切面间非常贴合,因此用它来复制模具时,可以先不分上下模,整体浇注出软模后,再由预定分模面将其切开,取出母模,得到上下两个母模。室温 [26]硫化硅橡胶强度较低,由其构成的软模具寿命为10~25件。高温硫化硅橡胶具有 的高温,硬度为HAS55~75,抗压比室温硫化硅橡胶更好的性能,可承受430~500? 强度为12.4~60.1MPa,用这种材料制成的锌合金离心铸造模寿命可达200~500件。环氧树脂合成材料构成的软模具寿命可达300件。 (2)用RP原型为母模的快速硬模(金属模具)制造法 l) 陶瓷型精密铸造制造模具 在批量生产金属注塑模具时可采用此法。其工艺过程为:RP原型?复制软模?移去母模?在软模中浇注或喷涂陶瓷浆料?浇注金属?型腔表面抛光?加入浇注系统 [27]和冷却系统?批量生产模具。 2) 熔模精密铸造制作模具 在批量生产金属模具时,先得用RP原型或根据原型复制的中间过渡模制成蜡模的原型模(压型),然后利用该原型模制造蜡模,再用熔模铸造工艺制成金属模具。在单件生产复杂的模具时,也可用SLA、SLS、FDM及LOM法加工的纸、石蜡、树脂和塑料等RP原型代替蜡模,在RP原型上直接涂挂耐火浆料,用类似熔模铸造方法制壳浇注金属模具。由于原型可以直接从CAD数据产生,传统方法中用于制作蜡模的压型设计和制作都不必要了,从而使精密铸造工艺得到简化。 3)、金属熔射喷涂制造模具 在RP原型或过渡模型为母模的表面上,用电弧或等离子喷涂雾状金属,形成金 12 属硬壳层,移去母模后,在金属壳背面补铸金属基合成材料或环氧树脂,形成硬背衬,经后处理得到金属面、硬背衬模具。这种方法操作较简单,制作的模具机械性能较好,精度也容易保证,可以制作工作压力较高的模具,模具寿命可达1000~30000件。 4)、用化学粘结陶瓷制作模具 以RP原型为母模制作软模具,利用软模具快速制作陶瓷材料模具。其工艺过程为:快速原型制作纸质母模?浇注硅橡胶、环氧树脂、聚氨酯等软材料,构成软模?移去母模?在软模中浇注化学粘结陶瓷(CBS) ?在205?下固化CBS型腔?型腔表面抛光?加入浇注系统和冷却系统?小批量生产注塑模。这种陶瓷模具的寿命约为300[28]件。 5)、采用铝基合成材料制造模具 以RP原型为母模,浇注硅橡胶等软材料形成软模具,移去母模后,室温下在软模中浇注铝基合成材料,形原型腔,型腔经后处理后制得模具。由于是在室温下浇注, [29]避免了高温熔化金属浇注导致的较大翘曲变形,精度容易得到保证。这种方法制作的注塑模具寿命一般为500~5000件(取决于被注射原型零件的材料和形状)。 6)利用RP原型制作EDM电极用于模具加工 注塑模等多种模具经常用电脉冲加工机床(EDM)加工,利用RP原型或其工艺转换模,可以采用研磨法、精密铸造法、电铸法、粉末冶金法、石墨原型法等,快速制作石墨电极或金属电极,用于模具加工。用RP技术制作的电极精度高,表面质量好,制造速度快成本低。 1.1.2电弧喷涂制模技术的国内外发展现状 1986年,波兰人在第十届国际热喷涂会议上介绍了用低熔点合金喷涂制模的方[30]法。用低熔点合金制造的模具,由于硬度低、抗压性能差,因而只适用于一些低温、低压的塑料成型工艺中。高熔点材料涂层的机械性能好,但由于喷涂时,涂层收缩率、 [31]热应力、孔隙率都比较大,因而涂层容易开裂、变脆,另外,还会烧损原模型。目 [32]前还只局限于低熔点、低收缩率的喷涂材料。所以,现在一般用锌丝、铝丝、锌铝合金丝等作为喷涂材料进行塑料模具的制造。近年来,由于对喷涂设备的不断改进,可以用来制造注塑模、吹塑模、拉延模、玻璃模、聚胺脂复合模、发泡成形模、橡胶 [33]模等,该技术在美国等一些制造业发达国家已被应用于实际生产中。例如,美国的 13 [34-35]TAFA公司已将电弧喷涂制造的模具应用于汽车行业中聚氨醋制品和制鞋工业;美国的Ford采用多个喷嘴的电弧喷涂设备,分别用N、Ar、空气等作为压缩气体,2 可以制作高熔点的电弧喷涂模具,采用4喷枪机器人操作的喷涂工艺,已经可以制造914×914mm的模具,预计到2004年可以制造2438×2438mm的模具;英国的牛津大学、Novarc、Sulzer metco以及Novarc等公司将电弧喷涂制模运用于汽车、飞机等方面;日本的日产汽车公司的熔射制模法也采用不锈钢作为熔射材料,并采用树脂.金属复 [36-38]合材料补强,已用于数万至二十多万件的轿车覆盖件成形。 在国内,由于电弧喷涂设备的性能和塑料制造工业的限制,此项技术还处在摸索阶段。近年来,研制发展的高速电弧喷涂设备喷制的涂层,不但均匀而且颗粒更加细小,涂层的性能得到进一步的提高。利用直径 2mm丝材电弧喷涂设备,对此技术进行了比较系统的研究和开发,在脱模剂、制模材料、制模工艺等方面都取得了一定进[39]展。西安交通大学激光快速成形及模具制造中心利用热喷涂技术成功地制成了农用滴灌喷头的锌合金模具,使用寿命可达数千件。殷华公司及烟台机械工艺研究所与烟台泰利汽车模具公司合作采用电弧熔射锌合金制作出快速经济注塑模具。北京新迪表面技术工程有限公司专门生产了用于喷涂制模的CMD-1620电弧喷涂机。烟台机械工 [40]艺所开发的DPT-B型电弧喷涂制模设备制成了汽车方向盘、摩托车座垫等模具。 1.2电弧喷涂材料种类及应用 电弧喷涂要求使用丝材。一般来说,能够导电且可拉拔成丝的材料都可用于电弧 [41]喷涂。同时具备这两个条件的材料几乎都是金属或合金。许多脆性较大的材料由于不能被拉拔成丝而限制了它们的使用,因此可用于电弧喷涂的材料种类远少于火焰喷涂和等离子喷涂。目前,用于电弧喷涂的材料种类主要是铁、镍、铜、锌、锡等金属和合金。它们按用途分为:尺寸恢复、防腐蚀、抗氧化、耐磨损以及其它应用。目前国内常用的丝材都是圆截面,直径为1.6mm,2.0mm和3.0mm。 1.2.1 铁基合金 (1)18-8型奥氏体不锈钢 18-8型奥氏体不锈钢的含碳量较低,一般在0.05~0.12之间,Cr16~25%,有时为 [42]了提高抗点蚀能力加入2~5%的Mo,防止晶间腐蚀加入少量的Ti或Nb元素。目前国内没有专门为电弧喷涂生产的丝材,只能从现有焊接材料中选择合适牌号丝材用 14 于电弧喷涂,常用的丝材牌号有:1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9,0Cr18Ni9,1Cr18Ni9Mo2等。这些材料具有良好的耐磨性、强度和抗腐蚀性,涂层允许切削加工。该涂层最大的缺点就是收缩系数较大和硬度偏低。 应用:凡是要求耐磨腐蚀兼有耐磨损的地方都可使用18-8型不锈钢涂层。如泵柱塞、各种轴、密封环、大型汽缸、轴套、转子叶片、活塞杆等等。由于涂层的收缩应力较大,凡是存在边界的地方,应采用开沟槽处理使涂层厚度大于0.75mm。 (2)Cr13型马氏体不锈钢 Cr13型马氏体不锈钢是用于机械零件修复和恢复尺寸最普遍应用的涂层材料之一。其成分范围是C0.1~0.4%,Cr12~14%,较常用的牌号是含C0.25~0.44%间的3Cr13和4Cr13.这种材料具有很高的硬度和耐磨性同时兼有较好的耐腐蚀性。在电弧喷涂时,钢丝被电弧熔化,熔滴在极短时间内完成凝固和马氏体相变过程,所得到的涂层具有较高的硬度和耐磨性,并且由马氏体相变的体积增大效应部分地补偿了涂层的收缩应力,降低了涂层的开裂倾向,提高了涂层与基体结合的可靠性。该涂层具有较高的自身结合强度,大约200MPa。它的硬度范围为HRC30~40,涂层的后加工方式以磨削为宜。 应用:凡是要求硬涂层并兼有耐蚀性要求的地方可使用该材料。例如,钢铁厂的轧辊轴颈工作在水润滑的树脂轴瓦中,它既有水的腐蚀,又有水中微粒磨损问题。通过喷涂4Cr13涂层使轧辊轴颈的耐蚀性,耐磨性大大提高。在如下方面Cr13涂层也得到了相当成功的应用:各种水压机、油压机柱塞、汽缸壁、各种直轴曲轴、造纸烘缸、风机叶片和泵柱塞等。 (3)碳钢 低碳钢 常用的低碳钢是25号钢丝,它的含碳量0.25%左右,涂层的硬度不高,且收缩率较大,凡是存在棱角的地方,并且涂层厚度大于0.75mm的工件要求在工件上开沟槽以提高结合可靠性。该涂层硬度较低,可切削加工,在加油润滑条件下,涂层中的孔隙有助于增加涂层的耐磨性。典型应用有,电枢轴、轴颈轴承面、滚动轴承座等。 高碳钢 这是一些含碳量0.6~0.9%的碳钢和低合金钢。常用的牌号80号钢丝,65Mn钢丝。这些材料在喷涂后,可得到马氏体转变,涂层有较高的硬度和耐磨性以及较低的收缩系数。在有油润滑条件下,由于涂层中的孔隙有储油作用,其耐磨性优 15 于调质钢。涂层的后加工以磨削为宜,磨削加工后表面光洁度很好。 应用:凡是需要硬的、低收缩性的涂层的地方可选用80号钢丝或65Mn钢丝作为喷涂材料。它还可以用于修补铸件(如发动机气缸体和气缸盖、铸件的缺陷等)、电枢轴、加工超差工件、各种轴颈、柱塞、密封环、阀杆、阀芯、曲轴等等。 1.2.2 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塑像、工艺品、水泥等建筑物表面的装饰喷涂层。 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、气孔的黄铜铸件,也可作为装饰喷涂层使用。铝青铜的结合强度高,抗海水腐蚀能力强,并具有很好的耐腐蚀疲劳和耐磨性。主要用于修复水泵叶片、气闸阀门、活塞、轴瓦,也可以用来修复青铜铸件及装饰喷涂层。铜合金除了可以加工成线材外,还可以制成铜基合金粉末。铜磷合金粉末层具有摩擦系数低和易加工的特点,可用于缸体和机床导轨 [43]的修复。 1.2.3 镍基合金 (1)Ni-Al复合丝 Ni-Al复合丝是一种很好的自结合材料,在碳钢、合金钢、氮化钢、铸铁和钛合金表面可获得满意的结合。它是通过在铝管内充填镍粉的方法制得。Al和Ni的比例为20/80。该材料经常被用作工作涂层与基体之间的粘结底层,通常厚度为0.08~0.18mm。涂层中含有较硬的NiAl,NiAl和氧化物,采用磨削方式。作为单独3 的涂层体系它经常被用作要求涂层致密、抗氧化,耐高温和热冲击的许多场合。 (2)Ni-Al合金丝 用于电弧喷涂的Ni-Al合金丝化学成分近似于镍包铝粉末,Ni/Al比例为95/5。在许多方面Ni-Al合金丝可以代替Ni-Al复合丝,而它的价格低于Ni-Al复合丝。电弧喷涂这种材料时,镍和铝的氧化反应(而不是镍化铝的形成)放出大量的热,使熔滴在撞击到工件表面的瞬间与基体表面发生冶金结合,形成一些微“焊合”点,导致涂层与工件的牢固结合。用空气喷涂Ni-Al合金涂层结合强度好于用氮气或其它惰性气体的喷涂。电弧喷涂Ni-Al合金涂层除了用作粘结底层材料外,还可用作修理飞机发动 [44]机等重要的零部件。 16 (3)蒙乃尔合金 蒙乃尔合金是一种Ni-Cu合金,其典型成分为Ni67%,Fe1.5%,Mn1.0%,Cu30%。它的熔点1316?。涂层宏观硬度HRB80左右。涂层均匀致密,加工性好,可车削加工,磨削效果更好。它经常被用作化工厂中需要耐蚀的机械零部件以及蒸汽阀门、船用螺旋桨轴、轴套、液压泵、泵柱塞、印刷辊等。 (4)Ni-Cr合金 45CT:美国TAFA公司研制的牌号为45CT合金丝是专门用于喷涂锅炉水冷壁保护涂层而设计的。它的成分是:Cr43%,Ti3%,Ni余量。锅炉水冷壁管是由碳钢制成,它的腐蚀问题是发电,造纸和化学工业中经常面临的问题。在在使用中,燃料中的碳化物腐蚀与锅炉高温烟尘的冲蚀导致管壁的损坏与失效。电弧喷涂45CT涂层可以很好地保护锅炉管道,延长其使用寿命。这种涂层的膨胀系数与碳钢管材的膨胀系数相近,涂层剥落性小,涂层中氧化物含量小,孔隙率低,与母材结合可靠,耐高温腐蚀效果很好,年损耗量小于0.025mm,是一种较好的锅炉管道的修复和保养涂层。 80Ni20Cr:经电弧喷涂后,该涂层与钢铁基体有较好的自结合效果。涂层的收缩应力较大,不适合喷厚涂层。涂层硬度为HRB90左右,可机械加工。涂层有较好的耐高温、抗氧化能力,通常用作自结合底层涂层。 用作电弧喷涂的其它Ni基合金还有Ni-Cr-Mo(TAFA71T),Ni-Cr-Al-Y(TAFA76MVC)。 1.2.4 锡基合金 (1)锡基巴氏合金 用于电弧喷涂的巴氏合金材料是无铅的。常用巴氏合金的牌号为2CuSnSb8-4,它的典型成分为Sb7.5%,Cu3.5%,Pb,0.25%,Sn余量。它的熔点354?左右,涂层宏观硬度HRH58,涂层致密,加工性很好,特别适合于高速重载滑动轴承、压缩机十字头等部件代替浇注巴氏合金工艺。应用时可在钢瓦背上预先喷涂一层Ni-Al底层或QAl9-2底层,以获得可靠的结合强度。修复旧轴瓦时,可在经过清洗、喷砂处理后的工件上表面直接喷涂,喷涂时应选择较低的电弧电压。 (2)锡 纯锡的锡含量应大于99.8%。它的熔点232?左右,宏观硬度HRH10左右。锡 17 涂层非常致密,在0.25mm以上厚度没有孔隙。它对钢铁材料来说是电化学的阴极,只有完全封闭后,对钢铁材料才有保护作用。该涂层可用于电器工业,如电气连接的可焊表面,有时也用作高熔点材料(如蒙乃尔合金、镍、青铜、不锈钢)的粘结底层(0.08~0.13mm厚),由于它的熔点很低,可喷到石膏或木材表面。涂层的加工性很好,切削或擦磨得到很好的加工表面。喷涂时电弧电压选择与巴氏合金相同。 1.2.5 锌、铝及其合金 (1)锌 喷涂使用的锌丝纯度应?99.9%。它的熔点为419?,金属的宏观硬度HV22.9。锌涂层对钢铁材料有很好的电化学保护作用。它的耐酸性较弱,适合于PH6~12范围的环境下使用。 电弧喷涂锌涂层与油漆涂装适当结合可以有效使钢铁构件延缓腐蚀,保证至少20年以上的长效保护。从30年代起,喷涂锌涂层作为钢铁构件的防腐方法,至今已相当普及。许多重要的钢铁桥梁、输电铁塔、水利设施、海洋过程、铁路罐车、船体、钢铁管线内外防护以及为保护预应力混凝土内的钢筋、在混凝土表面或直接在钢筋表面喷涂锌涂层等应用已相当成功,此外该涂层还被用来对房屋、电子设备的屏蔽以及 [45]喷涂在电容器外壳上。锌的蒸汽和粉尘对人体有害,应做好个人防护。 (2)铝 铝丝纯度大于99.9%,熔点658?,涂层宏观硬度HV41.2。在用于钢铁构件的防腐蚀方面,铝与锌相似,它对钢铁基体的电化学保护较锌涂层差,如果涂层较薄或封孔不当将出现“泛黄”锈蚀现象。它的硬度较高、耐久性和抗冲蚀能力较好,由于铝的比重是锌的三分之一,得到相同厚度的铝涂层用铝量仅为达到同一目的用锌量的三分之一。铝的耐酸性优于锌,铝涂层还用于一些化工储罐、反应塔、食品储罐等。美国海军采用电弧喷涂解决了军舰甲板的防滑和防腐蚀问题。军舰甲板经喷砂处理后,先喷涂一层细密的铝涂层,然后喷涂一层粗糙的铝涂层,不但满足了防腐蚀要求,又解决了防滑问题。 高温抗氧化涂层是铝的又一个重要应用。电弧喷涂铝涂层(0.2~0.8mm厚)的工件不需专门的扩散处理可直接在生产中使用,在使用中铝涂层发生熔化、扩散、生成铁铝化合物反应。在铝化合物的外面形成致密的三氧化二铝膜。三氧化二铝膜能有效地 18 阻止氧向钢铁基体的侵入,从而延缓钢铁工件的氧化速度。如果在轧制前,在高碳工具钢或高速工具钢坯的表面喷涂一层铝涂层,可控制整个轧制过程中钢坯表面的氧化和脱碳程度,经济效益相当可观。铝涂层用于抗氧化方面的应用还有燃烧器、加热器、加热体、退火罐、排气管道、水泥干燥设备和烟囱等。 (3)Zn-Al合金 Zn-Al合金是一种含Al 5~30%的锌基合金。这种涂层的电化学性质介于锌和铝之间,兼有二者的某些优点。它的微观组织结构是由富锌相和富铝相组成。Zn-Al合金在钢铁结构防腐蚀方面的应用与锌或铝相似。由于Zn-Al合金涂层的机械性能较好,它的强度和硬度均优于纯锌涂层和纯铝涂层,且熔点介于二者,是用于喷涂制造塑料模具的较好材料。 (4)Al-Si合金 Al-Si合金丝材也经常用于电弧喷涂。它是一种含Si 6%左右的铝基合金。它的熔点为621?,涂层硬度为HRH95左右,涂层较硬,耐蚀性低于纯铝涂层,涂层致密,颗粒细小。该涂层主要用于修复铝合金零部件,修补铝铸件上的砂眼等铸造缺陷,改变铸铝模型的形状以及喷涂到玻璃上作为热反射或光反射面。 1.2.6 钼 采用电弧喷涂方法在钢铁基体喷涂Mo涂层可获得极好的自结合效应,它是目前应用的电弧喷涂丝材中自结合效果最好的材料。通常使用的Mo丝纯度为99.9%。涂层硬度HRC30~40。喷涂距离和雾化气体压力对涂层硬度影响较大,提高雾化气体压力或增加喷涂距离都将使涂层中的氧化物增加,从而提高涂层硬度。Mo涂层具有很好的耐磨性和抗粘着磨损能力。因为Mo在400?以上温度将发生氧化,所以该涂层不适合于在温度400?以上环境下长期使用。涂层宜选用磨削方法加工。涂层用于硬支撑面,如轮轴,抗熔融铁水或铜水的侵蚀(此应用时,涂层应在非氧化气氛中或处在熔融金属侵没条件下使用),如冶金风咀、连续铸模等。 1.2.7 管状带芯丝 用于电弧喷涂的材料应具备导电和可拉拔成丝这两个条件。但对于很多脆性材料来说,都很难被拉拔成丝。为获得更硬的涂层,在70年代开始采用类似焊接用的管 [46]状带芯焊丝进行电弧喷涂。试验中发现,适用于电弧喷涂的管状带芯丝材应具备如 19 下特点:(1)丝材要有足够的刚度以保证顺利地送丝;(2)充填物质的粒度应很小,以保证它们在电弧中充分熔化,并与包裹钢皮融合一起沉积到涂层中;(3)为改进涂层的结合强度,要提高喷涂粒子的动能和热能;(4)有些合金元素在空气中极易烧损(如碳),应留有充分余量;(5)在喷涂过程中提高反应的效率,以增加涂层中硬质相的比例。 德国SPRAYTED公司生产的ST301管状带芯丝经电弧喷涂后,涂层中含有碳化铬硬质相,其硬度为HV780~1190,耐磨性为常规电弧喷涂涂层的3倍。它还具有自结合性能,结合强度达55.4MPa,现已成功地用在造纸工业中的挤压辊。目前国外生产的电弧喷涂用商品化的管状带芯丝有,美国TAFA公司牌号为73MXC的Ni-Cr-Al丝,76MXC(Ni-Cr-Al-Y),74MXC(Ni-Al-Mo);德国SPRAYTED公司的ST305(WC-Co),Ni-Cr-B-Si/碳化铬等。国内生产的管状带芯丝有,北京有色研究总院的Ni-Al复合丝等。 1.2.8 金属陶瓷 金属陶瓷是一种高强度材料,无法被直接加工成丝材,用于电弧喷涂。最近美国的TAFA公司发明了一种可用于电弧喷涂的TiN丝材。它是将纯Ti丝氮化处理,然后再将渗氮Ti丝用于电弧喷涂,得到TiN涂层。喷涂时如果使用氮气做雾化气体,其效果更佳。涂层的结合性能很好,硬度高于HRC60,呈现出很好的耐磨性能。 1.3 实验研究目的和研究方法 1.3.1实验研究目的 采用电弧喷涂这种工艺方法并结合快速成型技术来间接快速制造出所需的钢基模具,以此来进行产品的试制和小批量的生产是我国近些年来研究的热点,而这项技术在国外的发展较之中国要深刻得多。 在国内采用电弧喷涂方法来间接制造模具,采用的多是低熔点的丝材,如锌、铝及其合金制造的塑料模具等等一些低熔点的模具,所以在国内低熔点的模具应用很广[47]泛。但在工业中应用较多的还多是钢基模具,工业装备制造业主要应用的还多是钢基模具。但传统机加工中制造的钢基模具制造周期较长、成本较高,根本不适合当今模具制造业的现状,当今模具制造业,如汽车制造业在小批量多品种或产品试制很普 [48]遍,传统的模具制造方法根本不符合当今趋势。 20 如果能够使用电弧喷涂方法在已制的样模表面喷涂来制造金属壳体,然后再经背衬加固,安装相应的钢结构就会形成适应要求的简易钢基模具。思想虽好,但如今采用电弧喷涂快速制造模具的材料还多是低熔点的丝材,其中锌铝及其合金应用的比较广泛,复制精度较高,但其使用寿命不高,常用于塑料模具的制造。为此采用高熔点的钢丝来完成喷涂是我们所希望的。但如果不经过选择的高熔点钢丝,会有收缩应力较大发生翘曲变形的问题,喷涂不了厚涂层也就无法制造出符合精度的高质量钢基模具。为此选用出能够喷涂厚涂层并且使用寿命高的材料最为关键。为此本实验就是用所选择的丝材中来进行喷涂,测试各方面的性能,并同传统模具材料的性能进行比较,来选择出比较好的材料来喷涂钢基模具。 1.3.2实验研究方法 在基体表面进行喷砂处理,然后在表面先喷涂一层Fe-Cr-Al来作为过渡涂层,提高所要喷涂的模具层与基体之间的结合强度。然后选用合适的喷涂参数采用电弧喷涂方法将试验所选择的钢丝按照所测试的要求喷涂;当达到所要求的厚度时停止喷涂。 进行涂层之间的组织分析比较、硬度比较、耐磨性比较、涂层抗拉试验和冲击韧性试验,然后将用于模具制造的Cr12钢按照前面进行同样的分析和试验,并做一下综合对比,包括涂层间性能的对比和与Cr12钢的对比。涂层间的综合性能对比可以从中找出这几种材料中最好的材料来完成电弧喷涂制模的钢基模的制造,并与Cr12钢相比较,看所获得的金属壳体能否达到模具使用的要求。 21 第二章 实验材料与设备 2.1 电弧喷涂设备 (1)XDP-5型电弧喷涂设备简介 本试验采用沈阳工业大学1983年研制的XDP-5型电弧喷涂设备,如图2.1所示。 图2.1 XDP-5型电弧喷涂设备 Fig.2.1 XDP-5 electric arc spraying equipment XDP-5型喷涂设备由喷涂枪,送丝软管,送丝机构,喷涂电源,控制箱,丝盘等组成。使用直径2毫米和3毫米的丝材,与丝材火焰喷涂通用。喷涂枪的喷嘴可以保证粗丝良好的雾化。可喷涂所有能拔丝的金属及合金,既用于大工件的长时间连续喷 [49]涂,同时又能适应小型工件的频繁间断的喷涂工作。 电源箱内安装有喷涂电路,它由主电路,送丝机构驱动系统,控制电路组成。电源箱上的控制面板有进丝与送丝开关。电源箱内还装有控制电路,它由控制变压器,开关,中间继电器,接触器等元件组成。 22 在设备的控制面板上有预备/工作的程序控制。当设备处于“预备”状态时,空载电压设置、电机转速、预送丝以及气路检查都可以独立进行。当设备处于“工作”状态时,只需合上送丝开关就自动地完成喷涂电压的加载和气路的接通,喷涂过程立即开始;送丝停止时,喷涂电压和气路供应大约2秒后切断。 整个喷涂设备的主体是XDP-5型电弧喷涂设备,图2.2是XDP-5型电弧喷涂设备及其附属设备的连接。主要部件有喷涂枪、控制箱、丝盘、送丝机构、喷涂电源以及空气压缩机等。 图2.2 XDP-5型电弧喷涂设备构成 Fig.2.2 Composition of XDP-5 electric arc spraying equipment 喷涂枪的主要结构组成部分有绝缘体、导电管、雾化喷嘴、导电嘴等。喷涂枪的主要作用是将输入枪内的两根金属丝,通过导电嘴和喷涂电源的正、负极相连。送丝后,两根金属丝端部相接触后产生电弧,电弧产生的高温将两根金属丝熔化。空压机产生的压缩空气通过软管进入枪体后经过雾化喷嘴,然后将液态金属雾化并喷涂在工件的表面。 送丝机构的作用是把两根金属丝自动输送到喷枪中的导电嘴产生的电弧区,主要组成有送丝电机、送丝轮、减速器等。送丝稳定性与丝材传送阻力大小有关。所以软管的内径必须与金属丝直径有较适当的配合,制作软管的材料摩擦系数越小越好,软管应尽量平直,有一定的刚度而且有相当的拉伸强度。 23 2.2 MMW-1立式万能摩擦磨损试验机 MMW-1立式万能摩擦磨损试验机具有滚动、滑动或滑滚复合运动的摩擦方式,具有无级调速系统,可在极低速或高速条件下,用来评定润滑油、金属、塑料、涂层、橡胶、陶瓷等材料的摩擦磨损性能,如低速销盘(具有大盘和小盘,单针与三针)摩擦功能、四球长时抗磨损性能和四球滚动接触疲劳、球-青铜三片润滑性能、以及止推垫圈、球-盘、泥浆磨损、橡胶密封圈的唇封力矩和粘滑摩擦性能的试验。MMW-1型试验机在摩擦学各个专业技术领域,具有广泛的应用前途。 立式万能摩擦磨损试验机是由主轴驱动系统、各种摩擦副专用夹具、油盒和加热器、摩擦力矩测定系统、摩擦副下副盘升降系统、弹簧式微机施力系统、操纵面板系统(它包括各个主参数数显、设定控制、报警等单元)、以及试验机减震垫铁等部分组成。 图2.3 MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机 Fig.2.3 MMW-1 vertical omnipotence friction wear testing machine 实验操作:1)将小试环通过定位销安放到摩擦副下副盘内,安装单个销子,组成一套完整的摩擦副,将小试环上升直到与销子的距离保持在2mm左右方可;2)摩擦前设定好试验力和摩擦时间;3)将实验轴向力和轴向力矩进行调零,施加试验力;当达到设定值后,顺时针旋转调速旋钮,直至所需转速,其中注意报警显示,如果显 24 示灯亮起,应对其进行复位处理,否则试验机不运转;当达到设定时间取下摩擦副, 并换上下一对摩擦副重复以上操作。 25 第三章 钢基模成型材料选择与组织分析 3.1电弧喷涂制模的工艺流程 电弧喷涂制模技术就是通过送丝机构将实验所选用的金属丝送进到电弧喷涂枪内在喷嘴处成一定角度相交短路形成电弧,电弧热将丝材熔化成金属熔滴,在压缩空 [50]气作用下使其加速吹向待喷样模的表面形成,形成模具的金属壳型腔。由于型腔的强度较低,需要背衬加固并设置相应的钢结构,这样就构成一套快速简易的模具。图3.1是基于RP原型的电弧喷涂制模工艺原理图。 三维CAD模型 RP纸型 后处理 硅橡胶模 陶瓷型 喷涂 背衬 后处理 图3.1 电弧喷涂制模工艺流程图 Fig3.1 Process flow diagram and layout of arc spray mold 电弧喷涂制模技术的工艺过程: 1) 模型预处理 它主要包括纸模制作、翻制硅橡胶模和陶瓷模,清理模型表面、刷脱模剂。模具原型的来源主要有两个:快速原型和产品原型。为了保护模具原型和减少费用,通常对其进行翻制反模,用反模来充当工作模,并对反模进行模型表面除油、刷脱模剂等处理。对模具原型进行翻制需要两次,采用的翻制材料必须具有复型性好,收缩率低等特点,通常采用石膏和硅橡胶来制作反模。在喷涂之前,需要在模型上刷一层脱模 [51]剂。脱模剂在喷涂制模中主要起和粘附起始金属微粒的作用。 2) 喷涂 待脱模剂干燥后,对模型进行电弧喷涂,并在模型上形成金属壳是电弧喷涂制模工艺中的最重要的环节。喷涂前一定要试喷,检查喷涂设备运行是否良好,调整喷涂 26 [52-53]工艺参数以便得到最佳的涂层。开始喷涂时,采用小的功率,以防止金属沉积不均匀,过早出现翘曲、开裂等问题。当喷涂厚度达到0.5mm时,增加喷涂功率。影响喷涂过程的参数很多,均与喷涂成形技术、设备和喷涂材料有关。以最佳工艺参数连续喷涂直至达到所需厚度。 3) 制造模具框架:框架材料要与涂层材料和填料的热膨胀性能相匹配。 4) 浇注模具背衬材料 模具在工作时要受内压力的作用,因此必须对金属壳进行加固。首先,模具必须有框架结构,一般用模具钢制作;在框架和金属壳之间浇注填充材料,而且填充材料 [54-56]的热膨胀率要与金属壳和框架的热膨胀率相差较小。环氧树脂具有流动性好、粘结力强、固化收缩性小、机械性能高等优点,能与固化剂、改性剂及各种填料组成不同性能的加固填充材料,是理想的背衬材料。由于环氧树脂本身的热导率较小,需要加入金属填料来提高其导热系数,一般用金属粉末(铝粉、铁粉、钢砂等)填充的环氧树脂材料来充当背衬材料。有时为了降低制模成本和减轻模具重量,用一些低密度的预制块料代替增强的环氧树脂填料,放置在模具所需位置。填料要有良好的导热、散 [57]热能力,还要在一定温度和压力条件下,有较高的抗压强度和耐磨性能。 5) 脱模加工处理 填充材料固化后,就可以对金属壳进行脱模。如果模型准备工作做得好,脱模很容易,特别是用石膏或陶瓷材料作反模时,采用破坏性脱模方式很容易脱模。脱模后,为了消除脱模剂对金属壳的污染和保证模具的精度,要清洗金属壳上的脱模剂。 由于涂层中存在孔隙(大约为5%左右),模具的疲劳强度较低,因此还应对金属壳进行抛光、封孔处理,主要用封孔剂对涂层进行封孔处理,然后进行表面清洗。脱模处理的模具就可以用于实际生产。脱模后把脱模剂清洗干净,然后根据不同要求对 [55]模具进行抛光等后处理。 3.2 应力分析与材料选择 电弧喷涂制模的关键是要在模型表面形成一金属壳,金属壳应紧密地包裹在模型表面,不能过早与模型分离,否则金属壳不能反映模型的真实形状,模具将失去精度[58]。金属壳与模型的结合或分离,主要决定于涂层与模型表面之间的剪应力与剪切强 [59]度,如果剪应力超过界面之间的剪切强度,金属壳将与模型发生分离。涂层中的剪 27 [60]切应力是由涂层中存在的残余应力引起的。残余应力主要是在涂层制造过程中的加热和冲击能量作用的结果以及由基体与喷涂材料之间的热物理、力学性能的差异造成的,它分为热应力和淬火应力。 热应力是由于温度变化引起涂层和基体的热膨胀系数的失配造成的,单层涂层的热应力近似表示为: σ=E(α-α)ΔT (3.1) thcsc 其中,E是涂层的弹性模量,α和α分别是涂层和基体的热膨胀系数,ΔT是温ccs 度差值。采用电弧喷涂制造钢基模时,在往AlO陶瓷型喷涂钢丝时,应选择热膨胀23 [61]系数与AlO陶瓷型相近的钢丝,以降低热应力对喷涂制模的影响;因此它是影响23 金属壳与模型之间的剪应力的主要因素,为此淬火应力成为影响制模精度的主要影响因素。 淬火应力是由于单个喷涂微粒快速冷却区到基体温度的收缩所产生的应力。喷涂的初期,模型表面的温度较低,熔化的金属液滴高速撞击到模型表面,扁平化形成涂 56[62]层,并以10?/s~10?/s的冷却速度迅速凝固冷却。凝固冷却过程中,金属涂层趋于收缩,但由于模型表面的固定作用,涂层承受很大的拉应力。金属的固态变形分为弹性变形和塑性变形,残余应力主要由弹性变形引起。随着温度的降低,变形由塑性变形为主转变为弹性变形为主。弹塑性转变温度范围以T表示,则此时金属涂层的k 收缩应变和应力分别为: ε=αΔT=α(T-T) (3.2) k0 σ=ΔTαE=α(T-T)E (3.3) ΔTk0 式中ΔT为金属从熔点到室温的温度差;α为金属涂层的膨胀系数;E为弹性模量;T为模型表面温度。随材料熔点的升高,涂层在沉积过程中热收缩所产生的内应0 力及应变增加。在一般情况下,温度升高时金属的弹性模量减小,涂层实际内应力要小于计算值;高温时,金属蠕变抵消一部分弹性变形;特别是Cu、Fe等材料的内应力远远超过涂层材料的抗拉强度,不可避免地会使涂层产生大量的微裂纹,内应力大 [63]部分得以释放。 如果此时停止喷涂,涂层及模型表面自然冷却到室温(20?),在冷却过程中,金属涂层的膨胀系数小于树脂模型的膨胀系数,金属涂层的内应力将会因模型的收缩而得到部分抵消。在室温时,涂层的内应力: 28 σ=α(T,20)E×(1,k),(60,20) αE (3.4) kRR 式中,E为光敏树脂的弹性模量;α为光敏树脂的线膨胀系数;k为应力释放系RR [64]数。可见对于高熔点的钢丝,涂层的内应力会很大,当喷涂很厚时,由于涂层之间 [65]的相互约束作用,使得涂层通过产生微裂纹释放应力更加不容易,残余内应力更大。残余内应力作用于涂层与模型界面,形成剪应力,此剪应力如果超过涂层与模型表面之 [66]间的剪切强度,涂层便会产生剥离、翘曲。 在本次试验中,我们在高熔点的钢丝中选取了能够实现马氏体相变的钢丝,一方面是因为我们需要利用马氏体相变的体积效应来抵消一部分的体积收缩应力,这样模具的金属壳型腔就不会轻易发生翘曲开裂保证了对样模的复制精度,另一方面获得的马氏体组织的数量越多,涂层的硬度就会越高,耐磨性越好,这样不但能够保证金属壳翻制样模的精度而且也会使金属型腔有相对好的使用寿命,基于以上两个理由我们 [67]需要选择能够实现马氏体相变的材料。 图3.2 共析钢的奥氏体连续冷却转变CCT曲线 Fig3.2 Austenitic continuous cooling transformation CCT curve of Eutectoid steel 首先含碳量高,过冷奥氏体就会越稳定,C曲线就会右移,这样即便在相对较慢的情况下也会发生马氏体相变获得马氏体组织,如图3.2所示;其次看的就是含合金元素的总量或是碳当量,如果碳当量能够达到中碳偏上的水平,这样在烧损一部分碳 [68]的同时也会实现马氏体相变;再就是钢丝的成分中含有能够增加淬透性的元素并且达到一定的量也会实现马氏体的相变。为此我们在中高碳钢范围内进行选材,其中包 29 括不锈钢中的3Cr13,没有选择1Cr13、2Cr13是因为它们的含碳量过低,硬度不够这样耐磨性不好保证不了使用寿命而被排除,而3Cr13虽然含碳量不高,但它含有较 [69]多的能够增加淬透性的Cr元素,使C曲线向右移动,过冷奥氏体就会越稳定。再就是在弹簧钢中选择了65Mn钢丝是因为它的含碳量较高,并且含有有益元素Mn,同时Mn也有提高增加淬透性和增加耐磨性的作用;再就是选择了高碳钢丝70#和 [70]82B,含碳量很高较易实现马氏体相变。最后我们在选材时没有选择更多的符合要求的丝材,是因为我们考虑了成本和购买的方便程度方面的因素。以下是本次试验选择的4种钢丝的化学成分,见表3.1。 表3.1 4种钢丝的化学成分(质量分数,) Tab.1 chemical component of the four steel wires(wt,) 元素 C Si Mn S P Cr 牌号 3Cr13 0.30 ?1.00 ?1.00 ?0.03 ?0.035 13% 65Mn 0.65 0.90~1.20 ?0.020 ?0.025 ?0.10 0.17~0.37 70# 0.70 ?0.020 ?0.025 ?0.10 0.50~0.80 82B 0.82 0.50~0.80 ?0.035 ?0.035 ?0.25 3.3金相试样制备 将试验所选择的3Cr13、65Mn、70#和82B这4种钢丝材料喷涂在已事先准备好的基体上,基体选用的材质为45#钢、尺寸为30mm×80mm×3mm;基体在喷涂前进行喷砂处理以活化基体表面,增加基体表面粗糙度并去除油污;为了能够喷涂更厚的喷涂涂层以用来代替模具,至少喷涂5~6mm,为此光是依靠喷砂处理来增加涂层与基体的结合强度还是不够的,还需要在基体表面喷涂一薄层Fe-Cr-Al,它的作用是在基体表面形成一层冶金结合层作为过渡层来增加结合强度。喷涂过程中需要不断地用压缩空气对喷涂层进行冷却,以防止涂层过热导致产生增加了涂层的热应力的问题,防止模具涂层过早翘曲无法正常完成喷涂试验。当喷涂层的厚度达到所需要的厚度时,用压缩空气对涂层冷却后停止喷涂。 将涂层从试样上取下来制成1mm×1mm的小块,然后用砂轮将其表面磨平,在用砂轮进行打磨的过程中,一定要防止涂层过热以防组织转变;然后将它们镶嵌在自制的钢环中,一个钢环中可以放两个不同材质的涂层,4种材料用两个钢环;此外再单独做一个Cr12模具钢环;再就是磨样、抛光、腐蚀、清洗等过程。 利用电子显微镜对这4种钢丝喷涂层材料和Cr12钢环组织形貌进行分析,对 30 涂层中可能出现的组织形态和数量多少并联系组织的力学性能好坏做出判断,如观察涂层成形性扁平度状态、致密性、空隙和氧化物的多少等等,涂层中出现的组织状态、多少,这5种材料在组织上的区别以及它们对性能的影响。 3.4电弧喷涂工艺参数的选择 (1) 喷涂电压的选择 电弧喷涂制模时,需要有稳定的电压以保证获得质量良好的模具涂层,以此来保 [71]证金属壳的质量。电弧电压反映了丝材尖端距离,喷涂电压越大丝材尖端的距离就越大,有效控制喷涂电压可以维持住雾化区几何形状的稳定,通常电弧喷涂设备要求具有平直电源伏安特性。电弧电压影响电弧燃烧的稳定性,每种丝材都有自己稳定燃烧所需的最小电压值。小于这个值,电弧燃烧就不稳定时断时续,就会有大量未融化的丝材飞溅到涂层表面,减弱结合强度影响涂层质量,电流表的指针左右摆动比较厉 [72]害,对电弧喷涂设备使用寿命影响很大;电压过低有时甚至无法燃烧产生电弧。在保证能稳定燃烧的前提下尽量选择较小的电压,这样不但节省电能,而且涂层的有益元素烧损减轻,涂层硬度和耐磨性得到提高。 (2) 喷涂电流的选择 工作电流正比于送丝速度,也就是说工作电流是喷涂生产率的量度。增加喷涂电流不但可以提高生产率,也提高涂层的质量,这是因为电流增大,熔化了的微粒会加速喷射到样模的表面,熔滴微粒携带的热量和动能都会较大,变形充分,并减少了氧化物的数量并降低了孔隙率,减少了有益元素碳的烧损,金属壳涂层的硬度和耐磨性 [73]都得到了保证。当然电流也有临界的电流值,过小同样燃烧不稳定,影响涂层的质量。所以在保证能正常喷涂的前提下尽可能选用较大的喷涂电流,但不可超过所使用电弧喷涂设备的上限,否则影响设备寿命。 (3)雾化空气压力的选择 雾化空气压力的大小对金属颗粒的粒度、飞行时间、氧化程度、表面冲击力都有 [74]一定影响。当喷涂自结合材料以及一些低熔点的丝材时,最好雾化空气压力不要太大,因为雾化气压太大,对于自结合材料就很难形成冶金结合层,许多雾化熔滴在尚未到达样模表面就已经凝固硬化,当其撞击到表面时就被反弹掉,大大降低了金属壳的沉积率。当喷涂一些如钢丝这种高熔点的丝材时,就应该选择较大的雾化空气压力,以此一方面防止涂层过热防止涂层开裂、翘曲和脱落;另一方面,保证充分的冷却以 31 实现一些能够发生马氏体转变的丝材实现马氏体转变,利用其膨胀效应来减少一些收缩应力,保证金属壳的复制精度,否则飞行过程中雾化空气压力过低时,粒子飞行速度低,在空气中滞留的时间长,造成涂层颗粒粗大、疏松、氧化物含量增加;随空气压力提高,雾化效果变好,涂层变得致密、平整,但太大的空气压力会干扰热源,影响涂 [75]层质量。一般空气压力控制在0.5~0.7 MPa。 (4)喷涂距离的选择 喷涂距离直接影响到涂层质量和喷涂的成败。合理的喷涂距离可使金属微滴撞击过渡基模时的飞行速度最高,动能和撞击力最大,扁平变形充分,微滴之间结合紧密,孔隙率低,氧化物含量少。距离过大,金属微滴的温度和速度下降,动能减小,撞击基模时的变形小,结合强度降低,壳层内气孔率加大,组织疏松,脆性增加,沉积率降低。距离过小,过渡基模表面局部温升过快,壳层过热,变形不均匀,热应力过大,壳层很容易隆起、翘曲和开裂,导致喷涂操作的失败,在这种情况下,正确的操作方式是采取断续喷涂结合强风冷却方法控制工件升温,确保涂层质量。喷射距离一般控制在 [76]150~200 mm时涂层质量较好。 (5)喷枪移动速度和喷涂角度选择 电弧喷涂作业时,由于喷枪温度场的影响以及高温金属微滴的直接加热,使得喷涂层和过渡基模表面温度迅速上升,很容易导致涂层和过渡基模局部过热,使得涂层变形和热应力过大而脱离过渡基模发生翘曲、破裂等现象,导致喷涂失败。如果能在选择合理的喷涂距离的前提下,以适当的速度(一般为0.2~0.5m/s)移动喷枪在不同的区域喷涂,就可以加强涂层散热,从而有效避免涂层的局部过热,既可保证喷涂顺 [77]利进行,又能提高涂层质量。对于尺寸较小的制品,还要采取间歇喷涂方式,即每连续喷涂30s后停顿10~15s,以防止涂层局部热量聚集,产生鼓包缺陷。喷涂角度为90?即喷枪轴线和过渡基模表面垂直时喷涂效果最佳,因为此时大多数金属微滴都能与过渡基模表面进行有效撞击,动能几乎全部转化为变形能,从而提高沉积效率和结合强度。同时也可避免产生遮蔽效应。本实验选用的电弧喷涂工艺参数见表3.2。 表3.2 电弧喷涂工艺参数 Tab3.2 arc spray technology parameter 电 压(V) 电 流(A) 喷 距(mm) 雾化空气压力(MPa) 25~32 200~300 150~200 0.5 32 3.5喷涂层的组织观察和分析 通过扫描电镜照片可见,3Cr13涂层组织比较致密、粒子扁平化状态良好,但涂层中有明显的的孔隙,但不存在大的气孔,孔隙基本上出现在粒子的交界处,这是不完全重叠造成的,同时涂层中氧化物含量较少,促进了粒子间的良好结合,利于降低孔隙率,图3.3就是放大500倍的3Cr13涂层组织的形貌。 图3.3 3Cr13钢的涂层组织 Fig.3.3 Coating structure of 3Cr13 steel 65Mn涂层组织比较致密,粒子扁平化状态基本上良好,但也有少量的喷涂粒子呈圆形或椭圆形,出现少量扁平化不良好的现象,但涂层组织的性能较好,这可能是由于喷涂电流选择较大,单位时间内熔化的丝材就会较多,喷涂粒子温度就会降低,氧化减轻,涂层性能变好,图3.4就是放大500倍的65Mn涂层的组织形貌。 33 图3.4 65Mn钢的涂层组织 Fig.3.4Coating structure of 65Mn steel 70#钢丝喷涂后的涂层组织比较致密,喷涂粒子的扁平化状态也基本良好,但同3Cr13涂层、65Mn钢涂层和82B钢涂层相比,涂层中存在相对较多的一些氧化物相和孔隙,这可能是因为喷涂过程中粒子温度较高,氧化相对比较大导致粒子孔隙相对较多,如图3.5就是70#钢丝喷涂后的涂层组织的形貌照片。 图3.5 70#钢的涂层组织 Fig.3.5 Coating structure of 70# steel 在采用高电流低电流的条件下,82B钢丝喷涂后的涂层组织比较致密,有少许氧化物和孔隙,扁平化状态非常良好,如图3.6就是82B钢的涂层组织。 34 图3.6 82B钢的涂层组织 Fig.3.6 Coating structure of 82B steel 图3.7 3Cr13钢的涂层组织 Fig.3.7 Coating structure of 3Cr13 steel 将3Cr13涂层组织进一步放大到1000倍,如图3.7可以看到涂层中的每一个喷涂粒子内部都发生了二次相变,隐约出现组织,由3Cr13丝材的成分特点以及涂层冷却条件可以知道3Cr13涂层中发生马氏体相变,说明冷却速度是适当的。涂层中存在氧化物和孔隙,涂层中粒子与粒子之间存在明显的氧化物边界,这说明涂层粒子之间没有达到冶金结合。 35 图3.8 65Mn钢的涂层组织 Fig.3.8 Coating structure of 65Mn steel 将65Mn钢涂层组织进一步放大到1500倍,如图3.8可以看到涂层中65Mn钢发生了预期的马氏体转变;同时组织中含有少量的白色相,并可以清晰看到粒子间的氧化物边界,这同样说明粒子间还没有形成完全的冶金结合状态。 图3.9 70#钢的涂层组织 Fig.3.9 Coating structure of 70# steel 将70#钢涂层放大到1000倍,如图3.9可以看到组织中发生了预期的马氏体转变,但组织中含有少量的氧化物和孔隙,说明工艺参数选择比较合适。 36 图3.10 82B钢的涂层组织 Fig.3.10 Coating structure of 82B steel 如图3.10对82B钢涂层组织进一步分析,可以看到涂层中发生了预期的马氏体相变,粒子扁平化状态良好;粒子间存在着氧化物粒子边界,还无法形成共同晶粒,说明没有形成完全的冶金结合状态。 图3.11 70#钢的涂层组织 Fig.3.11 Coating structure of 70# steel 37 图3.12 82B钢的涂层组织 Fig.3.12 Coating structure of 82B steel 对各种涂层的组织观察比较发现,当选用材料不同时,其组织也存在一定的差异。 和82B钢喷涂组织形貌。由图中可见,它们的组织中如图3.11和图3.12分别是70# 均存在较多数量的马氏体组织。其中70#钢的涂层组织主要由马氏体+残余奥氏体组织组成。而82B组织中,除有上述组织外,还有羽毛状的上贝氏体组织存在。这说明对于高碳钢喷涂层来说,除了要保证马氏体相变所需碳当量外,还需对冷速进行控制,如果冷速较慢,就有可能发生中温相变,这样将会对其使用性能造成一定的影响。 图3.13 65Mn钢的涂层组织 Fig.3.13 Coating structure of 65Mn steel 38 图3.14 3Cr13钢的涂层组织 Fig.3.14 Coating structure of 3Cr13 steel 图3.13是65Mn钢喷涂层的组织。由图中可见,组织中同样也含有大量的马氏体组织,其中只有少量呈“竹叶”状的孪晶马氏体组织,其余则是大量平行分布的板条状马氏体组织。图3.14是3Cr13马氏体不锈钢涂层的组织,由图中可见,在每个喷涂粒子的内部,经过二次相变也产生了大量的马氏体组织。但与前述几种钢的涂层相比,在粒子的边界处,有白色的化合物存在。由钢的成分特点可以推断,这些块状的氧化物应该是CrO相,它是很好的硬质相,能明显提高涂层的耐磨性。 23 由以上组织分析的结果可见,本试验所选用的四种钢丝材料在喷涂后都可以在涂层中形成一定数量的马氏体组织,达到了我们对它们的基本要求,但它们的组织形态仍有一定的差别。本文认为这种差别,一是由于它们自身的化学成分特点决定的,如3Cr13马氏体不锈钢涂层组织中出现的氧化物相,在其它涂层组织中就没有出现;再主要就是由于喷涂时冷却速度有所差异造成的。例如,由于实验中采用的82B喷涂丝的直径为3mm,而其它三种丝材的直径为2mm,因此,导致了喷涂粒子冷却速度的下降,其组织就发生中温转变出现了上贝氏体组织,含碳量少于它的70#、和65Mn涂层中反而没有出现这种组织。这说明在采用电弧喷涂工艺来间接快速制备模具时,除了要考虑到喷涂丝的化学成分外,还需要对喷涂工艺参数进行控制,当冷却速度不足时,应考虑采用一些强制冷却等工艺措施。 39 图3.15 Cr12钢能谱分析 Fig.3.15 Energy spectrum analysis of Cr12 steel 图3.15是冷作模具钢Cr12钢经900?淬火后进行的组织能谱分析。Cr12钢属于莱氏体钢,淬火后组织中产生了大量的块状组织和大量的马氏体组织。由能谱分析可知这些块状组织基本是由Fe、Cr和C构成的(Fe,Cr)C碳化物硬质相,它是重要的73 硬质相,主要起耐磨损的骨架作用。它不同于以上4种钢丝的喷涂层组织主要依靠喷涂后获得的马氏体组织来提供高的硬度和耐磨性,Cr12钢淬火后的硬度和耐磨性都非常好,也明显优于电弧喷涂涂层的硬度和耐磨性,所以可以用Cr12钢来作为这4种涂层性能测试的对比试件来使用,通过与它各方面的性能比较,就可以判断出喷涂涂层的各方面的使用性能能否达到要求,以此找出最适合电弧喷涂钢基模具的材料。 40 第四章 电弧喷涂钢基模涂层的性能试验 4.1钢基模涂层的硬度试验 4.1.1 涂层硬度试验分类 涂层硬度是反映涂层质量的重要指标之一,尤其是涂层用于耐磨损时,涂层硬度 [78]与使用性能的关系更为密切。涂层硬度在一定程度上反映了涂层的耐磨性。 测量硬度用的实验方法有: (l)静压痕实验:是将钢球,金刚石锥体或角锥体压入受验材料。总实验力和压痕面积或深度的关系提供硬度的量度。洛氏,布氏,维氏实验就属于这个类型。 (2)动硬度实验:实验时用一个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 质量尺寸的物体跳离工作;他的回跳高度成为硬度的量度。肖氏硬度计属于该种。 (3)划痕试验:该试验是判断一个材料划伤另一种材料的能力。莫氏硬度和锉刀硬度就属于这种类型。 硬度测试分为宏观硬度测试和显微硬度测试两种。在本课题研究中中分别采用了标准洛氏硬度机及HXD—1000数字式显微硬度计分别进行了测试。 (1) 洛氏硬度实验是目前应用最为广泛的实验方法,是一种压入硬度实验。但它不是测定压痕的面积,而是测量压痕的深度,以深度的大小表示材料的硬度值。洛氏硬度试验的压头采用锥角为120度的金刚石圆锥或直径为1.588毫米的钢球。载荷分两次施加,先加初载荷P,然后加主载荷P,其总载荷为P=P十P)。压头受主载总12l2荷作用压入的深度为h,用h的大小来衡量材料的硬度。 金属越硬,压痕深度越小;金属越软,压痕深度越大。若直接以深度h作为硬度值,则出现硬的材料h小,软的材料值h反而大的现象。为了适应人们习惯上数值越大硬度越高的概念,人为的规定以常数K减去压痕深度h的值作为洛氏硬度值的指标,并规定每0.002毫米为一个洛氏硬度单位。用符号HRC表示,则洛氏硬度值为: HRC:(K,h)/0.002(使用金刚石压头时,常数K为0.2毫米) (2)“显微硬度”是相对“宏观硬度”而言的一种人为的划分。直观的办法是以压痕的大小来划分,但是由于压痕的大小取决于负荷的大小及试验件本身的硬度,这样的划分显得较复杂,所以目前国际上都以负荷的大小来划分的。对于用多大的负荷来划分 41 在过去是颇有争议的,目前这一概念是参照国际标准ISO6507/1—82“金属材料维氏硬度试验”中规定“负荷小于0.2kgf(1.961N)维氏显微硬度试验”及我国国家标准GB4342—84“金属显微维氏硬度试验方法”中规定“显微维氏硬度”负荷范围为“0.01—0.2kgf(98.07×10,3~l.96lN)”而确定的。 涂层硬度与涂层材料、涂层的显微组织、涂层的相结构等因素有关。涂层的硬度与喷涂材料的性质是分不开的,但涂层硬度与喷涂材料硬度有区别,即使是同一种喷涂材料,涂层硬度通常也是不同的。涂层内含有气孔和氧化物夹杂,涂层的组织结构具有非均一性,因而造成涂层硬度的非均一性,涂层的宏观硬度与显微硬度存在差异,由于涂层组织的非均匀性,以大范围的压痕为测定对象的宏观硬度值与以小范围内的压痕为测定对象的显微硬度值有很大的差别;喷涂层微粒具有淬硬性,硬度受热处理影响的材料,当熔融的颗粒撞击基材表面凝固时,形成涂层的颗粒己经受到“热处理”的作用,因而颗粒本身的硬度较原喷涂材料的硬度高。显微组织对涂层的显微硬度也有较大的影响,对同一种材料的涂层,涂层越致密,显微硬度越高,疏松的组织将降低涂层的显微硬度。涂层的相结构也影响涂层的硬度,涂层的相结构往往与喷涂材料的相结构有差异。一些活泼金属喷涂时,喷涂材料与氧反应生成氧化物,而有些材料的氧化物是硬质相,对涂层的硬度有一定的贡献。当然,这种贡献是有限,因为涂层内的氧化物夹杂越多,粒子与基体及粒子与粒子之间的结合状况越差,涂层的孔隙率越高,将降低涂层的硬度。 4.1.2 实验数据及分析 试验中我们分别对涂层的表面和截面进行了硬度测试,其结果见表4.1。进行这两种不同测试的原因是考虑了表面硬度和截面硬度反映了不同的性能要求。表面硬度能够反映模具涂层承受磨损的能力,这直接与模具的精度和使用寿命直接相关;而截面硬度则更能够表示涂层不同深度处硬度的分布,反应喷涂过程冷却速度是否一致,获得的马氏体数量的多少的量度。表面硬度高,模具金属壳涂层工作面的耐磨性就高,模具使用寿命就会高;而截面应高,涂层的抗压强度就会高,就越不容易在承受高载荷时被压溃。 42 表4.1 各种钢涂层表面和截面硬度(HV) Tab4.1 Surface and section hardness of steel coating(HV) Cr12 3Cr13 65Mn 70# 82B 试样 653 643 636 594 634 截面硬度 653 640 702 549 609 表面硬度 由表4.1中的数据可见,除70#涂层的硬度偏低一些以外,其它三种材料的硬度比较接近。与Cr12模具钢相比,其硬度值也很相近。这说明靠依靠喷涂工艺所获得的涂层在硬度方面并不比经过热处理的模具材料低。 而将同种材料的表面硬度和截面硬度比较后可以看出,二者相差也很小一般规律是表面硬度略低于截面硬度,产生这种情况的原因可能是由于底层涂层形成时,试件温度低,因而涂层的冷却速度更快,涂层中获得的马氏体组织就会多一些,所以底层涂层的硬度就会高一些。而连续喷涂到表层时,由于试件已经被加热,涂层无法获得很高的冷速,较之底层也就无法获得更多的马氏体组织,因而其硬度就会有所下降;但有时喷涂速度控制的不均匀,也会出现表面硬度高于截面硬度的现象,如表2中65Mn就是这种情况。 4.2钢基模涂层的耐磨性试验 4.2.1 磨损的分类 材料的磨损是由于摩擦力(及与摩擦力有关的介质、湿度等)的作用处其发生形状尺寸、组织、性能变化的过程。磨损是材料的重要失效形式,对零部件的使用寿命、 [79]可靠性有很大的影响。研究材料的磨损机制,研究实用的抗磨材料与工艺具有重大的技术经济价值和深远的科学理论意义。 磨损过程的研究还不够透彻,分类尚不统一,目前多以破损的特点把磨损分为四类: a(粘着磨损(adhesive wear,粘着摩耗) b(磨料磨损(abrasive wear,磨粒摩耗) c(接触疲劳(fatigue wear,接触疲劳) d(腐蚀磨损(corrosive wear,腐蚀摩耗) (1) 粘着磨损 粘着磨擦理论指出:两个相对滑动的表面在摩擦力的作用下表层发生塑性变形,表面的污染膜,氧化膜破裂,新鲜金属表面裸露,由于分子力的作用使两个表面焊合 43 [80]起来。如果外力克服不了焊合点及其附近的结合力,便发生咬卡;当外力大于这个结合力时,外力克服结合处的剪切强度,结合处被剪断。如果剪切发生在原来的接触表面之间,那就不会发生磨损(零磨损);苦剪切不是发生在原来的接触表面之间,而是发生在强度较低的一方,那时强度较高(或硬度较高)的材料表面上将粘附软金属,在以后的重复摩擦接触中软金属粘附物将辗转于对磨件的表面之间,这种现象称为“金属转移”。 根据磨损程度,常把粘着磨损分为如下四种。 1) 涂抹(smear) 剪切发生在离粘着结合点不远的较软金属的浅层内,软金属涂抹在硬金属表面上 [81]形成轻微磨损,如铅基合金涂抹在钢的表面上。此时,软金属的剪切强度小于界面处的强度,而硬金属的剪切强度比界面的高。 2) 擦伤(scratch) 剪切发生在软金属的亚表层内,有时硬金属表面也有划伤。如铝对钢摩擦时就是这样。此时界面的剪切强度既大于软金属,也大于硬金属。转移到硬金属表面的粘着 [82]物对软金属有刮削作用。 3) 粘焊(scuffing,美国称为scotching) 粘焊又称为胶合,它是一种固相焊合。以塑性变形为主要起因,分子吸引造成的冷焊叫第一类胶合。以表面温升为主要原因而引起的热焊称为第二类胶合,也有人称为热粘着。粘焊中程度较重的称为撕脱(galling)。粘焊中程度较轻的称为划痕(scoring)。 4)咬卡(seizure) 当外力不能克服摩擦界面的结合强度时,摩擦副的相对运动被迫停止,这种现象称为咬卡。 (2)磨料磨损 当硬颗粒,如岩石、砂粒或某些硬金属碎片。在压力作用下滑过或滚过材料表面,就产生磨料磨损。磨料磨损时作用在硬质点上的力分为垂直分力和水平分力。前者使硬质点压入材料表面,后者使硬质点与表面之间产生相对位移,硬质点与材料相互作 [83]用的结果使表面发生犁皱或切削,并在表面上留下细槽。塑性材料与尖锐的硬质点作用下,形成与机床加工的切削相似的磨损产物;塑性材料与钝的磨料作用时,表面发生犁皱,材料在犁沟两侧堆积起来。磨料磨损分为凿削式磨料磨损、高应力碾碎式 44 磨料磨损、低应力擦伤式的磨料磨损。 (3)接触疲劳 在纯滚动或滚动与滚动复合摩擦工况下,表面因受交变应力反复作用造成的磨损称为接触疲劳或表面疲劳。由于磨损表面上呈现大小不等的空坑,因此这种摩损有人 [84]又叫痘斑磨损。接触疲劳与材料表层的组织与性能有密切关系,与材料表面光洁度和材料表层状态都有密切关系。 (4)腐蚀磨损 在摩擦过程中金属与周围介质发生化学或电化学反应,由于摩擦和反应的综合作用使材料发生尺寸和重量损失的现象称为腐蚀磨损。随周围介质的改变,以及它们作用方式的不同,腐蚀磨损可分为氧化磨损、微动磨损和气蚀。近来微动磨损和气蚀也越来越多地引起了国内、外的重视,并形成单独的分支。 1) 氧化磨损 氧化磨损是当材料表面的氧化膜遭到破坏,新鲜金属表面裸露,而未能及时再形成的情况下出现的磨损现象。 2) 微动磨损 摩擦表面的相对往复运动,其振幅在1mm以下的干摩擦磨损称为微动磨损。这种磨损形式多发生在紧固联结而又承受震动的零件上。承受振动的零件上。法向载荷使接触表面发生粘着,振动作用使粘着点剪断,新鲜的剪切表面很容易发生氧化,氧化成红褐色的FeO,不断磨掉的表面氧化物也参与磨损过程,成为一种磨料磨损。23 [85]由此可见微动密损中包含着粘着、氧化和磨料,是一个复合的磨损形式。 4.2.2 试验目的和方法 做耐磨性试验的目的是为了比较这4种钢丝模具涂层谁的耐磨性更好。是本次课题的研究重点之一,之所以研究它们的耐磨性是因为我们最终需要使用这种材料来喷涂制作模具的金属壳型腔,金属壳型腔的使用寿命直接影响喷涂模具的使用寿命,如果它的耐磨性不好也就失去快速制模的意义。 45 全部 A A A-A 50CrV钢淬火销 Cr12钢小试环 a) 小试环 b) 销子 a) Small experiment loop b)dowel 图4.1 摩擦副 Fig.4.1 A pair of friction components 我们以沈阳金杯模具厂提供的汽车覆盖件拉延模具应用为例,模拟它的实际工况。按照如图4.1所示公差尺寸要求,制成10个小试环,其中8个小试环选用普通45#钢,另2个选用Cr12钢制作。其中8个45#钢小试环喷砂后喷涂这4种材料每种材料各喷到2个小试环上,喷涂后将试件涂层在预磨机上磨平并达到要求的厚度和粗糙度要求;准备两种销子,分别为25#钢和50CrV钢销子,其中50CrV钢销子需要880?淬火来提高其硬度,准备两种销子的目的是分别模拟低碳钢拉延件在初始变形时和反复拉延硬化后对模具的磨损情况。 试验采用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机,对喷涂涂层的耐磨损性能进行比较。摩擦前称出包含涂层的小试环的质量;其工作时,涂层试样固定,柱销(配副)压与其上并发生转动。试验采用 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 的规范参数为:试验轴向力为200N,转速为500r/min,磨损22分钟。到22分钟后试验机自动停止,然后称量失重,并进行了比较。 4.2.3 试验数据和分析 试验中分别采用25#钢和50CrV钢制作了磨损销,其目的是分别模拟低碳钢拉延件在初始变形时和反复拉延硬化后对模具的磨损情况。所获得的磨损试验数据如表 46 4.2所示。 表4.2 涂层磨损量对比(g) Tab4.2 Abrasion loss contrast of coatings(g) 3Cr13 65Mn 70# 82B Cr12 25# 0.0252 0.0405 0.0330 0.0644 0.0065 50CrV 0.0092 0.0159 0.0210 0.0209 0.0021 由表中试验数据可见,在所研究的几种材料中,3Cr13不锈钢的耐磨性是最好的,但其磨损量仍达到Cr12模具钢的4倍左右。这说明采用电弧喷涂快速制造模具的方法尽管在生产周期和成本等方面具有很大优势,但在模具使用寿命等方面与传统的机械加工模具仍有一定的差距,这与福特汽车公司相关研究的结论是一致的。 对四种涂层进行相互比较来看,高碳钢的耐磨性也明显不如马氏体不锈钢,这说明不锈钢中大量Cr的存在对于提高耐磨性是有明显作用的,也就是说涂层组织中大量高硬度的CrO对于提高耐磨性具有明显作用。 23 比较两种不同摩擦副组合的磨损数据可以发现,硬度很高的淬火50CrV磨损销使涂层产生的磨损失重反而比较小,约为25#钢磨损销所产生磨损量的三分之一左右,这种现象说明摩擦副的磨损机制主要是金属间的粘着磨损,只有在这种情况下,相对软的低碳钢所产生的磨损量才会高于高硬度的中碳钢。 4.3钢基模涂层的抗拉强度试验 4.3.1试验目的和方法 模具涂层的抗拉强度也影响模具涂层的使用寿命和复制精度。因为当模具的凸模压入凹模时,如果抗拉强度不高,模具受加工件反作用力产生拉伸变形,从而影响加工件的精度。涂层自身的抗拉强度反应涂层内部颗粒之间的内聚强度,如果强度不高,当凸模上的加工硬化的颗粒掉入凹模中从而产生磨损,进而影响模具的使用寿命。可 [86]见钢基模具涂层的抗拉强度很重要。 在国家标准GB8641-88中规定了涂层抗拉强度试验的步骤和要求。该试验需要使用拉伸试验机来完成。要求试验机能够满足静态加载条件,其加载能力在50,100kN,精度?1%。该方法的原理是将带有涂层的试样装卡在试验机上,在规定的拉伸条件下,均匀、连续地施加载荷,至试件上涂层间破断, 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 最大的破断载荷,并计算抗拉强度。 47 图4.2 涂层抗拉实验试件尺寸及装配方法 Fig.4.2 Dimension of the coating tensile strength test piece and assembly method (1)试样的制备 选用低碳或中碳钢基体,在基体上喷涂3Cr13涂层。形状及规格尺寸要求如图4.2所示。一套抗拉强度模具件由A、B两部分组成。在表面处理和喷涂之前,首先需要按照图4.2所示的方法将试件A和试件B装配在一起。每组试件的数量为五个。 (2)实验步骤 按工艺规定对装配好的模具件做表面粗化处理和喷涂3Cr13涂层。为了保证涂层的应力分布均匀,将试件装卡在车床或相应的转胎上喷涂。不要让涂层沉积过快,喷涂层厚度一般不小于1.2 mm,机加工后保留1.0mm,或按有关 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 执行。喷涂层宽度不小于60mm,即A和B件都不小于30mm。喷涂后卸下装配夹具,然后在车床上机械加工到要求的尺寸。使用万向节连接装置,将加工好的试件装卡在拉伸试验机上,如图4.3所示,进行抗拉强度试验。试验时,拉伸机的拉伸速度一般不超过1mm/min 48 或加载速度不超过9807 N/min。当试件破断时分别记录下每一个拉伸破断值,并通过所测得的拉力值计算出3Cr13涂层的抗拉强度。 图4.3 装卡在拉伸机上的试样 Fig.4.3 Test piece assembling on the drawing machine 4.3.2实验数据和分析 实验结果分析的主要数据是:用来计算涂层截面积的喷涂前试样直径(d)和加工1后的试件直径(d2)(其中d=45mm)以及拉伸实验时每个试件的破断值。涂层抗拉强度1 的计算公式如下: 4F,, (4.1) b22,,,d,d21 2式中,σ—涂层的抗拉强度,N/mm; b d—A或B件喷涂前的直径,mm; 1 d—加工后的试件直径,mm。 2 按公式(4-2)计算出的抗拉强度,见表4.3。 表4.3 3Cr13涂层的抗拉强度 Table4.3 Tensile strength of the 3Cr13 coatings 编号 喷涂后直径(mm) 所测拉力值(KN) 抗拉强度(MPa) 1 47.94 23.6 138.19 2 47.92 33.6 198.13 3 48.64 34.0 159.60 49 实验结果表明,3Cr13喷涂层的抗拉强度值能够达到模具使用的基本要求,模具涂层比较坚实,使用寿命会很高。 4.4钢基模涂层的冲击韧性试验 4.4.1钢基模冲击试验 试验采用普通冲击试验机来进行冲击试验,试验机单位为J。对于采用电弧喷涂方法,模具涂层不要制作的过厚,否则试件容易发生翘曲而无法完成喷涂,同时喷涂过厚得到的模具涂层性能很难保证。按照钢基模具要求,模具涂层喷涂到7mm左右,然后按照图4.4所示冲击件尺寸进行加工,包括磨床磨到5mm,然后采用线切割切出5条。然后将加工件安装到冲击试验机上一次冲断之后记下试验数据并同冷作模具钢Cr12钢的冲击韧性值进行比较,以此来衡量采用试验选择的钢丝进行电弧喷涂制造 [87]模具壳体是否会在使用过程中发生脆性断裂。 图4.4 模具涂层冲击件 Fig.4.4 Impact test specimen of the mould coating 4.4.2 实验数据和分析 模具在压制零部件时需要有一定的冲击韧性值,这样在服役条件下不至于突然发生脆性断裂,从而保证了模具的使用寿命和使用安全。实验所得的涂层冲击韧性数据如表4.4和表4.5。 50 表4.4 3Cr13涂层的冲击数据 Table4.4 Impact toughness data of 3Cr13 coatings 2α(J/cm) 平均试件尺寸(mm) 冲击功(J) (J/cm2) kp冲击值αk 4.91×5.02 0.6 2.43 4.92×5.01 0.5 2.03 2.44 5.01×4.98 0.7 2.80 4.92×4.98 0.5 2.04 4.90×4.90 0.7 2.92 表4.5 65Mn涂层的冲击数据 Table4.5 Impact toughness data of 65Mn coatings 22试件尺寸(mm) 冲击功(J) 冲击值α(J/cm) 平均α(J/cm) kkp 4.91×5.01 0.5 2.03 4.92×5.02 0.6 2.43 2.20 4.91×4.98 0.5 2.04 4.92×4.97 0.5 2.04 4.90×4.90 0.6 2.50 2从表中的数据可以看出3Cr13涂层和65Mn涂层的平均冲击值分别为2.44 J/cm2和2.20 J/cm。已知Cr12钢经过960?淬火和210?×2h低温回火后的平均冲击值为 3.12 J/cm2。涂层的冲击韧性较之Cr12钢偏低一些,但它足够保证模具使用的冲击值。 51 第五章 结论 1.所选用的70#、82B、65Mn和3Cr13四种喷涂钢丝都可以基本上满足钢基模具制备的要求。在喷涂后,组织中都可以产生马氏体组织,且其硬度也与淬火后的模具钢材料相近。 2.涂层中马氏体形态除了受到钢种成分的影响外,还受到工艺参数的明显影响。当涂层冷却速度降低时,组织中会出现中温转变组织,并导致硬度和耐磨性下降。因此,喷涂过程中应注意热输入量和冷却速度的控制。 3.马氏体不锈钢涂层虽然硬度与高碳钢涂层接近,但其耐磨性却明显高于高碳钢涂层,这是由于其中含有高硬度的CrO。与淬火后的模具钢比较,几种涂层的耐磨23 性都存在一定差距,说明这种制模工艺还无法大量取代传统的模具加工方法。 4.喷涂层与低碳钢之间的摩擦失重大,而与淬火中碳钢之间的摩擦失重反而小,这说明其摩擦形式是属于金属间粘着磨损。 52 参考文献 [1] 李仁杰,赵福令.基于快速成型技术的快速模具制造技术:(硕士学位论文) .大连:大连理工 大学,2005. [2] 刘峰,曾大新,余驰斌.基于快速原型的电弧喷涂制模工艺的研究:(硕士学位论文) .武汉: 武汉科技大学,2004. [3] 华涛,金洙吉.基于快速原型的快速模具制造技术的研究:(硕士学位论文) .大连:大连理工 大学,2003. [4] 颜永年,张人佶.快速成型技术(RP)的新进展.机械与电子,1999(2):61-63. [5] S.Ashley.Rapid Prototyping is Coming of Age. Mechanical Engineering, 1995, 17, 62-68. [6] 王春华,傅延生,丁万里.基于光固化原型的硅橡胶制摸技术.模具技术,1999,(6):69-71. [7] 诸文俊,李涤尘,王素琴,陈浩.光固化成型中固化收缩的尺寸效应.RP技术及快速模具制造, 1998,464-466. [8] 李彦生,李涤尘,卢秉恒.一种低成本的光固化快速成型系统的研究.RP技术及快速模具制造, 1998,124-126. [9] 王昌,于同敏.基于FDM和LOM原型的电弧喷涂快速制模技术研究.模具制造,2003,25(8): 51-54. .快速成形及快速制模.北京:电子工业出版社,2006. [10] 莫健华 [11] 陈耀武.快速原型技术的推广应用.中国机械工程,2000,(10):125-127. [12] 刘洪军,樊自田,黄乃瑜.基于LOM原型的锌合金注塑模具快速精密铸造.中国机械工程, 2000,(10):85-87. [13] 樊自田,叶升平,宋象军等.基于LOM原型的金属模具快速铸造.RP技术与快速模具制造. 陕西:陕西科学技术出版社,1998,219-223. [14] Bernhard Mueller, Detlef Kochan.Laminated Object Manufacturing for Rapid Tooling and Patternmaking in Foundry Industry. Computers in Industry, 1999. [15] 谷诤巍,袁达,张人佶等.基于RP原型的电弧喷涂快速模具制造技术研究.电加工与模具, 2003,(1):50-53. [16] Uday Hejmad, Kevin Mcalea.seleetive Laser sintering of Metal Molds: the Rapid Process. The University of Texas at Austin USA, 1996:97-104. [17] 孙建民,李抚光,薛强.激光粉末烧结技术在新产品开发上的应用.RP技术及快速模具制造, 1998,143-146. [18] 张连洪,崔国起,钟宏辉.基于快速原型制造的快速模具技术.机械设计,1999,(2):36-38. [19] 田峰,李秉忠.基于电弧喷涂的快速制模技术研究:(硕士学位论文).武汉:武汉材料保护研究 所,2006. [20] 许巧玉.金属电弧喷涂快速制模工艺的研究.模具工业,2006,32(7):69-72. [21] 谷诤巍.基于RP原型的电弧喷涂快速模具制造技术研究.电加工与模具,2003(3):50-52. [22] 范君艳,徐人平,詹肇麟.快速制模技术的应用研究:(硕士学位论文) .昆明:昆明理工大学, 2002. [23] 唐一平,周宏志,洪军等.以RP为技术支撑的快速模具制造.制造业设计技术,2000,(3): 22-25. [24] 崔世强,崔波,刘青社.基于快速成形制造技术的快速模具制造.河北工业科技,2000,(2): 47-50. [25] 余华俐.基于RPM快速制模的应用研究.甘肃科技,2004,20(6):1-3. [26] 杨安国,韩志刚,司育进等.快速成型及快速制模技术.叉车技术,1999,(3):11-15. [27] 张海鸥,韩光超,王桂兰.快速制造模具技术.中国机械工程,2002,13(22):1903-1907. [28] 程晓民,孟繁琴.基于RP的快速模具制造技术及工艺.佳木斯大学学报,2003,(12):434-438. 53 [29] 徐达,宋玉华,张人佶等.基于快速成形技术的汽车覆盖件金属模具制造.清华大学学报, 2000,40(5):1-4. [30] 肖之真等.我国模具工业市场需求和发展对策.兵器模具通讯,1996,(3):11-13. [31] 周永泰.我国塑料模具现状与发展趋势.我国塑料模具现状与发展趋势,2000,29(6):23-27. [32] 沈阳工业大学,电弧喷涂制造吸塑模具,科技成果鉴定报告,1988. [33] 张忠礼,温瑾林.电弧喷涂制造吸塑模具.沈阳工业大学学报,1988,(7):12-15. [34] 张海鸥.快速模具制造技术的现状及其发展趋势.模具技术,2000,(6):84-89. [35] 刘宪军,徐滨士,马氏宁.应用电弧喷涂技术制造塑料模具.模具技术,1996,(6):38-40. [36] 赖耀平,刘美坚.基于RP的快速制模技术.模具制造,2003 (1):50-53. [37] 宋宝通,于林奇,卫淑玲.电弧喷涂制模技术的研究及应用.电加工与模具,2000,(1):32-34. [38] 王运赣.快速模具制造及其应用.武汉:华中科技大学出版社,2003. [39] 娄建新,李德元,张忠礼等.基于电弧喷涂的快速钢基模具制造:(硕士学位论文) .沈阳:沈 阳工业大学,2001. [40] 于丕涛.金属电弧喷涂.北京:农业出版社,1989. [41] 张沛,焦向东,曹建树等.快速模具制造工艺及材料.塑料科技,2001,(12):44-46. [42] 徐滨士,张伟,梁秀兵.热喷涂材料的应用与发展.材料工程,2001,(12):3-7. [43] 秦颢.电弧喷涂丝材在我国的新进展.焊接,2001,(12):5-7. [44] 李春胜.钢铁材料手册.南昌:江西科学技术出版社,2004. [45] 曾归余,严淑群.电弧丝材喷涂技术的研究.湖南冶金,2000,(l):3-8. [46] 温瑾林,耿维生,刘爱华.管状丝材的电弧喷涂.沈阳工业大学学报,1997,19(2):1-6. [47] 黄来铀,李思宇.低熔点合金及锌合金快速制模技术.工艺与装备,2004,(7):72-73. [48] 陈益龙.低熔点金属喷涂制造模具的方法.模具工业,1997,23(7):36-39. [49] 温瑾林.电弧喷涂技术.沈阳:沈阳工业大学出版社,1994. [50] 袁子良,袁泽虎.电弧喷涂工艺及喷涂涂层性能的研究:(硕士学位论文) .武汉:武汉大学:2004. [51] 王会刚,姜开宇.工艺过程对快速模具成型制品尺寸精度的影响研究:(硕士学位论文) .大连:大连理工大学,2005. [52] 叶建红,余世浩.基于RP的快速制模精度研究:(硕士学位论文) .武汉:武汉理工大学,2005. [53] 邹国林.熔融沉积制造精度及快速模具制造技术的研究:(博士学位论文) .大连理工大学, 2002. [54] 董晓强,张洪兵,刘勇等.钢基模具喷涂层温度场和应力场模拟分析焊接学报,2007,28(11): 61-65. [55] David Field. Spray formed steel moulds for polymer moulding.Materials World, 2002, 8(10) : 142-150. [56] Newbery AP, Grant PS.Rapid tool making by arc spraying.ITSC’98.Beijing: Mechanical Industry Publishing House, 1999. [57] Cheng H. The application of arc spraying processing rapid molding. Metal Industry, 1996(3):84-88. [58] 杨占尧,寇世瑶,唐一平.快速成型和电弧喷涂相结合的快速制模技术研究.塑料工程学报, 2002,9(3):1-5. [59] 姜祎,徐滨士,王海斗.热喷涂层残余应力的来源及其失效形式.金属热处理,2007,32(1): 25-27. [60] 罗瑞强,章桥新.热喷涂涂层中应力研究与分析:(硕士学位论文) .武汉:武汉理工大学,2008. [61] 李德元,刘勇,董晓强等.电弧喷涂涂层温度场及应力应变分析:(硕士学位论文) .沈阳:阳 工业大学,2007. [62] 程江波,吴毅雄,徐滨士.再制造电弧喷涂成形层的残余应力分析.焊接学报,2008,29(6): 1-5. [63] 李延平,赵万华,卢秉恒.热喷涂涂层和基体中残余应力预报与控制研究.工程力学,2005, 22(5):236-240. 54 [64] 马维,潘文霞,张文宏等.热喷涂涂层中残余应力分析和检测进展.力学进展,2002,32(1): 41-56. [65] Y C Tsui.T W Clyne.An analytical model for predicting residual stresses in progressively deposited coatings. Cylindrical geometry. 1997,30(6):24-51. [66] 黄晨光,段祝平,吴承康.热喷涂构件中残余应力的理论分析.工程力学,2002,19(4):135-140. [67] S Kurod,T W Cylne.The quenching stress in thermally sprayed coatings. Thin Solid Films,1991,200:49-66. [68] Y C Tsui,T W Clyne.An analytical model for predicting residual stresses in progressively deposited coatings, Planar geometry.1997,306:23-33. [69] 李德元,刘勇,董晓强,张忠礼.电弧喷涂涂层温度场及应力应变分析.沈阳工业大学学报, 2007,29(3):258-263. [70] 王伊卿,唐一平,武殿梁等.电弧喷涂层温度场数值模拟.中国有色金属学报,2002,30(6): 464-469. [71] Chen-An Chen,Paul Acquaviva,Jung-Hoon Chun,Teiichi Ando.Effects of droplet thermal state on deposit microstructure in spray forming.Scripta Materialia,34(5): 689-696. [72] H.D.Steffens, K.Nassenstein. Influence of the Spray Velocity on Arc-sprayed Coating Structure. Journal of Thermal Spray Technology, 1999,8(3) :454-455. [73] 张小辉,刘正.电弧喷涂参数优化及涂层磨损性能试验研究.沈阳航空工业学院学报,2008, 25(3):23-26. [74] 刘宪军,徐滨士,马世宁等.Ф2mm丝材电弧喷涂系统的工艺参数和涂层性能研究.表面工 程,1997,(2):28-34. [75] 伞金福,杜智,毕志夫.电弧喷涂不锈钢工艺对涂层组织及碳烧损量的影响.材料保护,1998, 31(10) :3-6. [76] 徐滨士,马世宁.优质、高效电弧喷涂技术的应用和发展.表面工程,1996,4(33) :7-15. [77] 许思勇,李晖云,张永俐.电弧喷涂技术的发展及应用,云南冶金,2002,31(3):1-5. [78] 韩德伟.金属硬度及其试验方法.长沙:湖南科学技术出版社,1983. [79] 贺定勇.电弧喷涂粉芯丝材及其涂层的磨损特性研究:(博士学位论文) .北京:北京工业大学, 2004. [80] 伞金福,杜智,毕志夫.电弧喷涂不锈钢涂层耐磨性的研究.摩擦学学报,1998,18(2):119-123. [81] 温诗铸等.摩擦学原理.北京:清华大学出版社,2002. [82] 张清.金属磨损和金属耐磨材料手册.北京:冶金工业出版社,1991. [83] 刘家浚.材料磨损原理及其耐磨性.北京:清华大学出版社,1993. [84] 钟慧.循环流化床锅炉主要磨损部件及防磨措施.四川电力技术,2004,27(1):14-15. [85] 张本.陶瓷/金属复合耐磨涂层的实验研究:(硕士学位论文).武汉:武汉理工大学,2001. [86] 王莳.材料物理性能.北京:北京航空航天大学出版社,2001. [87] 林化春,田福祥,林晨.Cr12钢马氏体-贝氏体复相处理强韧化及应用.青岛建筑工程学院学 报,1998,19(1):30-34. 55 在学研究成果 56 致谢 本文是在董晓强老师和李德元老师的悉心指导下完成的,两位老师敏锐的学术思想和严谨的治学作风、积极进取的工作精神,给我留下了很深刻的印象。在这三年的研究生生活中,我的体会很深。董晓强老师在本科阶段以及在研究生阶段,对我真诚的帮助和细心地指导让我铭记在心;李德元老师在教给我知识的同时,也教给我做事情要脚踏实地,一步一步地来,不可毛草粗心大意的道理;以及在课题设计中,帮助我答疑解惑,我非常地感激~ 在课题的设计中,我也得到了张忠礼老师的大力协助和指导;此外我还要感谢材料学院林立老师和李德高老师以及机械学院的任洁老师,在这里向他们表示我由衷的感谢。我还要感谢研究生王燕艳、赵娇玉同学的热心帮助;此外在读研究生师弟宋学毅和师妹张莹在我的实验过程中也付出了辛勤的劳动,在这里一并表示感谢。 此外,在这里我要特别感谢已白发苍苍的父母,感谢他们父母把我养育成人,供我念书,教我做人的道理~此外我还要感谢所有关心我的亲人和朋友,他们的鼓励和关心使我坦然迎接一切风浪,衷心地希望他们永远幸福快乐! 最后,感谢参与论文评审和答辩的各位专家教授,能在百忙之中抽出宝贵的时间对作者的论文进行评阅和审议。 57 58 59
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分类:工学
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