1、2023年1月17日5.1 5.1 概述概述基本过基本过程程发展历发展历史史技术难技术难点点2023年1月17日电弧喷涂快速制模的发展：电弧喷涂快速制模的发展：20 20 世纪世纪 60 60 年代末国外年代末国外我国从我国从 20 20 世纪世纪 80 80 年代年代5.1 5.1 概述概述基本过基本过程程发展历发展历史史技术难技术难点点2023年1月17日电弧喷涂快速模具制造技术电弧喷涂快速模具制造技术 基本工艺过程是将融化的金属雾基本工艺过程是将融化的金属雾化，高速喷射沉积于基体上，所获制化，高速喷射沉积于基体上，所获制件的形状与基体相对应，是一种集材件的形状与基体相对应，是一种集材料制
2、备与成形于一体的制造方法。料制备与成形于一体的制造方法。5.1 5.1 概述概述基本过基本过程程发展历发展历史史技术难技术难点点2023年1月17日电弧喷涂快速制模的技术难点：电弧喷涂快速制模的技术难点：喷涂材料的选择喷涂材料的选择脱模剂的选择脱模剂的选择工艺参数的确定工艺参数的确定5.2 5.2 电弧喷涂技术的原理和特点电弧喷涂技术的原理和特点主要特主要特点点原原 理理工件温工件温度度熔滴规熔滴规律律2023年1月17日一、电弧喷涂技术的原理一、电弧喷涂技术的原理常用的金常用的金属丝有锌、属丝有锌、铝、铜、铝、铜、镍及其合镍及其合金，丝径金，丝径为为 2 23mm 3mm。5.2 5.2 电
3、弧喷涂技术的原理和特点电弧喷涂技术的原理和特点主要特主要特点点原原 理理工件温工件温度度熔滴规熔滴规律律2023年1月17日5.2 5.2 电弧喷涂技术的原理和特点电弧喷涂技术的原理和特点主要特主要特点点原原 理理工件温工件温度度熔滴规熔滴规律律2023年1月17日5.2 5.2 电弧喷涂技术的原理和特点电弧喷涂技术的原理和特点主要特主要特点点原原 理理工件温工件温度度熔滴规熔滴规律律2023年1月17日二、工件温度二、工件温度 工件表面的温度取决于金属丝的熔工件表面的温度取决于金属丝的熔 点点T T，金属丝尖端与被喷涂表面之间的，金属丝尖端与被喷涂表面之间的 距离距离 L L 和喷涂的持续时
4、间和喷涂的持续时间 t t。高速压缩空气一方面使飞行中的熔高速压缩空气一方面使飞行中的熔融金属液滴易于散热而降温，另一方融金属液滴易于散热而降温，另一方面也对涂层和基体有冷却作用。面也对涂层和基体有冷却作用。5.2 5.2 电弧喷涂技术的原理和特点电弧喷涂技术的原理和特点主要特主要特点点原原 理理工件温工件温度度熔滴规熔滴规律律2023年1月17日三、熔滴规律三、熔滴规律1.1.喷涂粒子的运动轨迹基本上是一条喷涂粒子的运动轨迹基本上是一条 直线。直线。2.2.喷涂粒子的运动速度与位移密切相关。喷涂粒子的运动速度与位移密切相关。3.3.同一截面上的速度梯度分布曲线。同一截面上的速度梯度分布曲线。
5、4.4.雾化气流的动态性能对电弧燃烧的稳雾化气流的动态性能对电弧燃烧的稳 定性有贡献定性有贡献5.2 5.2 电弧喷涂技术的原理和特点电弧喷涂技术的原理和特点主要特主要特点点原原 理理工件温工件温度度熔滴规熔滴规律律2023年1月17日四、电弧喷涂技术的主要特点四、电弧喷涂技术的主要特点 1 1、生产效率高、安全可靠、喷涂工件不变形、生产效率高、安全可靠、喷涂工件不变形 电弧喷涂的生产率正比于喷涂电流，电弧喷涂的生产率正比于喷涂电流，它的高效率表现在单位时间内喷涂金属的它的高效率表现在单位时间内喷涂金属的用量大。用量大。5.2 5.2 电弧喷涂技术的原理和特点电弧喷涂技术的原理和特点主要特主要
6、特点点原原 理理工件温工件温度度熔滴规熔滴规律律2023年1月17日 电弧喷涂技术仅使用电源盒和压缩空电弧喷涂技术仅使用电源盒和压缩空气，不用氧气、乙炔等易燃气体，安全性气，不用氧气、乙炔等易燃气体，安全性高，喷涂工件不变形。高，喷涂工件不变形。5.2 5.2 电弧喷涂技术的原理和特点电弧喷涂技术的原理和特点主要特主要特点点原原 理理工件温工件温度度熔滴规熔滴规律律2023年1月17日三、电弧喷涂技术的主要特点三、电弧喷涂技术的主要特点 2 2、涂层结合强度较高、硬度高、空隙率低、涂层结合强度较高、硬度高、空隙率低 熔滴加热温度和喷射速度比较高，因熔滴加热温度和喷射速度比较高，因此粒子的动能和
7、热能都比较高，从而获得此粒子的动能和热能都比较高，从而获得较高的结合强度和涂层强度，以及较小的较高的结合强度和涂层强度，以及较小的孔隙率。孔隙率。5.2 5.2 电弧喷涂技术的原理和特点电弧喷涂技术的原理和特点主要特主要特点点原原 理理工件温工件温度度熔滴规熔滴规律律2023年1月17日三、电弧喷涂技术的主要特点三、电弧喷涂技术的主要特点 3.3.喷涂质量容易保证。喷涂质量容易保证。4.4.可以方便地获得可以方便地获得“伪合金伪合金”涂层。涂层。5.5.设备造价低，使用维护容易，便于现场施工。设备造价低，使用维护容易，便于现场施工。6.6.能源利用率高，喷涂成本低。能源利用率高，喷涂成本低。5
8、.3 5.3 金属电弧喷涂快速制模材料金属电弧喷涂快速制模材料2023年1月17日电弧喷涂快速制模对材料的基本要求电弧喷涂快速制模对材料的基本要求 在满足低熔点、低收缩率的情况下，在满足低熔点、低收缩率的情况下，应尽可能具有较好的力学性能和较致密应尽可能具有较好的力学性能和较致密的图层组织。的图层组织。5.3 5.3 金属电弧喷涂快速制模材料金属电弧喷涂快速制模材料2023年1月17日 若采用高熔点的材料，喷涂过程若采用高熔点的材料，喷涂过程中，由于热收缩的作用，金属涂层与中，由于热收缩的作用，金属涂层与模型界面之间存在很大的切应力。模型界面之间存在很大的切应力。1.1.使模型发生塑性变形，影
9、响电弧喷涂使模型发生塑性变形，影响电弧喷涂 模具的精度。模具的精度。2.2.削弱金属涂层与模型表面的剪切强度，削弱金属涂层与模型表面的剪切强度，使金属层剥落。使金属层剥落。3.3.容易烧损模型表面，影响模具表面的容易烧损模型表面，影响模具表面的 粗糙度。粗糙度。5.3 5.3 金属电弧喷涂快速制模材料金属电弧喷涂快速制模材料2023年1月17日目前市场上提供的材料目前市场上提供的材料 有铝、锌、铜、镍、不锈钢、铝青有铝、锌、铜、镍、不锈钢、铝青铜、巴氏合金、复合丝等许多品种，但铜、巴氏合金、复合丝等许多品种，但高熔点金属，如钢、镍、铜等在喷涂时高熔点金属，如钢、镍、铜等在喷涂时涂层收缩率、热应
10、力、孔隙率都比较大，涂层收缩率、热应力、孔隙率都比较大，涂层容易开裂、翘曲、剥落，所以目前只涂层容易开裂、翘曲、剥落，所以目前只有低熔点的锌、铝丝材适合于模具制造。有低熔点的锌、铝丝材适合于模具制造。5.3 5.3 金属电弧喷涂快速制模材料金属电弧喷涂快速制模材料2023年1月17日锌、铝等涂层的性能比较锌、铝等涂层的性能比较5.3 5.3 金属电弧喷涂快速制模材料金属电弧喷涂快速制模材料纯纯 铝铝纯纯 锌锌锌锌 铝铝2023年1月17日纯铝：纯铝：喷涂时有飞溅现象，不易在光滑表喷涂时有飞溅现象，不易在光滑表面沉积，且沉积不均匀、气孔较多，所面沉积，且沉积不均匀、气孔较多，所以尽管铝涂层硬度较
11、高，但在实际模具以尽管铝涂层硬度较高，但在实际模具中很少采用。中很少采用。5.3 5.3 金属电弧喷涂快速制模材料金属电弧喷涂快速制模材料纯纯 铝铝纯纯 锌锌锌锌 铝铝2023年1月17日纯锌：纯锌：喷涂工艺性好，熔滴发散性小，易喷涂工艺性好，熔滴发散性小，易沉积，能形成平直细密的层状组织，是沉积，能形成平直细密的层状组织，是目前普遍采用的喷涂制模材料。但锌涂目前普遍采用的喷涂制模材料。但锌涂层的硬度偏低。层的硬度偏低。5.3 5.3 金属电弧喷涂快速制模材料金属电弧喷涂快速制模材料纯纯 铝铝纯纯 锌锌锌锌 铝铝2023年1月17日锌锌-铝涂层：铝涂层：采用锌铝合金和锌铝伪合金作为喷采用锌铝合
12、金和锌铝伪合金作为喷涂材料，可以获得较高的涂层硬度和较涂材料，可以获得较高的涂层硬度和较好的喷涂工艺性。得到的涂层力学性能好的喷涂工艺性。得到的涂层力学性能接近铝，喷涂工艺性能接近锌。接近铝，喷涂工艺性能接近锌。5.3 5.3 金属电弧喷涂快速制模材料金属电弧喷涂快速制模材料3mm3mm2mm2mm2023年1月17日喷涂丝材的直径有两个系列喷涂丝材的直径有两个系列 一个是一个是 2mm2mm系列，一个是系列，一个是 3mm3mm系列。系列。喷涂丝材直径不同，对送丝机构和喷涂丝材直径不同，对送丝机构和喷枪设计将有不同要求，同时也将影响喷枪设计将有不同要求，同时也将影响到喷涂和涂层的性能。到喷涂
13、和涂层的性能。5.3 5.3 金属电弧喷涂快速制模材料金属电弧喷涂快速制模材料3mm3mm2mm2mm2023年1月17日 目前国产采用的喷涂丝材多为目前国产采用的喷涂丝材多为 3mm3mm。熔滴雾化的粗大，大颗粒熔滴沉积将熔滴雾化的粗大，大颗粒熔滴沉积将使涂层组织粗大，孔隙率增加，涂层表使涂层组织粗大，孔隙率增加，涂层表面粗糙，面粗糙，3mm3mm丝材适用于大面积的电弧丝材适用于大面积的电弧喷涂作业中。喷涂作业中。3mm3mm5.3 5.3 金属电弧喷涂快速制模材料金属电弧喷涂快速制模材料3mm3mm2mm2mm2023年1月17日 喷涂涂层组织致密，涂层残余应力喷涂涂层组织致密，涂层残余应
14、力小，表面光洁，抛光性能好，因此在电小，表面光洁，抛光性能好，因此在电弧喷涂制模以及零件修复等领域将显示弧喷涂制模以及零件修复等领域将显示很大的优势。很大的优势。2mm2mm5.4 5.4 电弧喷涂工艺参数的选择电弧喷涂工艺参数的选择电弧功电弧功率率喷涂距喷涂距离离喷涂角喷涂角度度喷涂气喷涂气压压2023年1月17日 采用合理的电弧喷涂工艺参数，可采用合理的电弧喷涂工艺参数，可获得良好的喷涂效果，使涂层具有较高获得良好的喷涂效果，使涂层具有较高的结合强度和耐磨性及较小的孔隙率。的结合强度和耐磨性及较小的孔隙率。5.4 5.4 电弧喷涂工艺参数的选择电弧喷涂工艺参数的选择电弧功电弧功率率喷涂距喷
15、涂距离离喷涂角喷涂角度度喷涂气喷涂气压压2023年1月17日电弧功率：电弧功率：电弧功率是由电源电压所决定的，电弧功率是由电源电压所决定的，它是影响模具型腔质量的主要因素。它是影响模具型腔质量的主要因素。功率过小功率过小：起弧困难，易断弧，金属丝：起弧困难，易断弧，金属丝材熔化不良，会降低涂层的结合强度。材熔化不良，会降低涂层的结合强度。功率过大功率过大：电弧过于剧烈，金属丝过：电弧过于剧烈，金属丝过热，温度过高。降低了结合强度。还可热，温度过高。降低了结合强度。还可能导致金属微滴汽化蒸发。能导致金属微滴汽化蒸发。5.4 5.4 电弧喷涂工艺参数的选择电弧喷涂工艺参数的选择电弧功电弧功率率喷涂
16、距喷涂距离离喷涂角喷涂角度度喷涂气喷涂气压压2023年1月17日喷涂距离：喷涂距离：喷涂距离是指喷嘴到模型表面的距喷涂距离是指喷嘴到模型表面的距离。直接影响到图层质量。离。直接影响到图层质量。距离过小距离过小：模型表面局部温升过快，模：模型表面局部温升过快，模具型腔容易产生热变形，影响模具质量。具型腔容易产生热变形，影响模具质量。距离过大距离过大：金属微滴的温度和速度下：金属微滴的温度和速度下降，动能减小，结合强度降低，气孔率降，动能减小，结合强度降低，气孔率增大，组织疏松。增大，组织疏松。5.4 5.4 电弧喷涂工艺参数的选择电弧喷涂工艺参数的选择电弧功电弧功率率喷涂距喷涂距离离喷涂角喷涂角
17、度度喷涂气喷涂气压压2023年1月17日喷涂角度：喷涂角度：喷涂角度是指电弧喷涂成形时喷嘴喷涂角度是指电弧喷涂成形时喷嘴气流轴线与被喷涂原型之间的夹角。气流轴线与被喷涂原型之间的夹角。如果喷涂角度小于如果喷涂角度小于4545将会出现将会出现“遮遮蔽效应蔽效应”有些细节部分不能被喷到。有些细节部分不能被喷到。5.4 5.4 电弧喷涂工艺参数的选择电弧喷涂工艺参数的选择电弧功电弧功率率喷涂距喷涂距离离喷涂角喷涂角度度喷涂气喷涂气压压2023年1月17日 实践表明，当喷涂角度为实践表明，当喷涂角度为9090时，时，喷涂效果最佳，喷涂金属丝利用率最喷涂效果最佳，喷涂金属丝利用率最高，金属沉积率最高，喷
18、涂层组织致密。高，金属沉积率最高，喷涂层组织致密。5.4 5.4 电弧喷涂工艺参数的选择电弧喷涂工艺参数的选择电弧功电弧功率率喷涂距喷涂距离离喷涂角喷涂角度度喷涂气喷涂气压压2023年1月17日喷涂气压：喷涂气压：气压小气压小：雾化粒子的尺寸大，所获得的：雾化粒子的尺寸大，所获得的图层表面粗糙度值较大，力学性能下降，图层表面粗糙度值较大，力学性能下降，影响喷涂质量。影响喷涂质量。气压大气压大：雾化效果好，所获图层结合强：雾化效果好，所获图层结合强度最高，喷涂表面金属颗粒细密，机械度最高，喷涂表面金属颗粒细密，机械强度高。强度高。因此，在不影响在不影响热源稳定性因此，在不影响在不影响热源稳定性及雾化粒子温度的情况下，应尽量选择及雾化粒子温度的情况下，应尽量选择较高的喷涂气压。较高的喷涂气压。电弧喷涂模具的基本结构电弧喷涂模具的基本结构2023年1月17日2023年1月17日
