高速電弧噴涂成形基礎(chǔ)

第１章緒論………………………………………………1
1.1 技術(shù)背景…………………………………………………………1
1.2 金屬噴涂快速成形技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀…………………………3
1.2.1 快速成形技術(shù)的基本原理…………………………………………3
1.2.2 近終噴射成形技術(shù)…………………………………………………4
1.2.3 等離子噴涂快速成形技術(shù)…………………………………………4
1.2.4 電弧噴涂成形技術(shù)…………………………………………………4
1.3 電弧噴涂快速成形技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀………………………………5
1.3.1 快速模具制造………………………………………………………5
1.3.2 電弧噴涂快速成形系統(tǒng)……………………………………………7
1.4 電弧噴涂快速成形關(guān)鍵技術(shù)……………………………………8
1.4.1 噴涂材料……………………………………………………………9
1.4.2 電弧噴涂快速成形工藝……………………………………………12
1.5 本書(shū)的目的及內(nèi)容……………………………………………15
第２章電弧噴涂成形熔滴霧化與沉積……………………18
2.1 引言……………………………………………………………18
2.2 高速電弧噴涂霧化氣體的流場(chǎng)分析…………………………19
2.2.1 噴涂氣流場(chǎng)的數(shù)值建模與求解……………………………………19
2.2.2 計(jì)算結(jié)果與分析……………………………………………………21
2.3 霧化粒子的飛行行為…………………………………………27
2.3.1 霧化熔滴飛行模型的建立與求解…………………………………27
2.3.2 計(jì)算結(jié)果與分析……………………………………………………29
2.3.3 電弧噴涂粒子霧化性能的試驗(yàn)……………………………………31
2.4 高速電弧噴涂弧區(qū)動(dòng)態(tài)行為…………………………………32
2.4.1 弧區(qū)動(dòng)態(tài)行為高速攝像試驗(yàn)方法…………………………………32
2.4.2 噴涂電弧的形成分析………………………………………………33
2.4.3 陰陽(yáng)極絲材熔化與熔滴過(guò)渡行為…………………………………36
2.5 飛行熔滴沉積與凝固過(guò)程的分析……………………………37
2.5.1 熔滴沉積模型建立與求解…………………………………………38
2.5.2 計(jì)算結(jié)果與分析……………………………………………………40
2.6 小結(jié)……………………………………………………………49
第３章涂層形成過(guò)程及其瞬態(tài)熱傳輸行為………………51
3.1 引言……………………………………………………………51
3.2 有限元建模……………………………………………………52
3.2.1 控制方程與邊界條件………………………………………………52
3.2.2 有限元計(jì)算法則……………………………………………………54
3.2.3 逐層疊加模型………………………………………………………55
3.2.4 隨機(jī)沉積模型………………………………………………………56
3.2.5 實(shí)例研究……………………………………………………………57
3.3 有限元分析結(jié)果與討論………………………………………59
3.3.1 逐層疊加模型與隨機(jī)沉積模型之間的比較………………………59
3.3.2 噴槍移動(dòng)速度對(duì)傳熱的影響………………………………………63
3.3.3 間歇噴涂模式對(duì)傳熱的影響………………………………………64
3.4 成形過(guò)程中溫度變化行為的試驗(yàn)研究………………………65
3.4.1 試驗(yàn)方法……………………………………………………………65
3.4.2 紅外測(cè)溫結(jié)果與分析………………………………………………67
3.5 小結(jié)……………………………………………………………69
第４章電弧噴涂成形涂層的殘余應(yīng)力……………………71
4.1 引言……………………………………………………………71
4.2 涂層沉積導(dǎo)致的驟冷應(yīng)力解析模型…………………………72
4.2.1 沉積第一薄層后的應(yīng)力……………………………………………73
4.2.2 沉積第二薄層后的應(yīng)力……………………………………………76
4.2.3 沉積第n 薄層后的應(yīng)力……………………………………………78
4.3 涂層冷卻導(dǎo)致的熱應(yīng)力………………………………………80
4.4 總體殘余應(yīng)力…………………………………………………81
4.5 考慮相變時(shí)的殘余應(yīng)力………………………………………82
4.6 實(shí)例分析………………………………………………………83
4.6.1 NiCoCrAlY 涂層殘余應(yīng)力分析……………………………………84
4.6.2 高碳鋼涂層殘余應(yīng)力分析…………………………………………88
4.7 軸類涂層零件殘余應(yīng)力的有限元分析………………………92
4.7.1 問(wèn)題的描述及有限元模型…………………………………………92
4.7.2 涂層溫度分布………………………………………………………94
4.7.3 殘余應(yīng)力分布………………………………………………………95
4.8 小結(jié)……………………………………………………………97
第５章自動(dòng)化高速電弧噴涂系統(tǒng)與工藝…………………100
5.1 引言……………………………………………………………100
5.2 機(jī)器人自動(dòng)化高速電弧噴涂系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)……………………101
5.2.1 設(shè)計(jì)方案…………………………………………………………101
5.2.2 開(kāi)發(fā)流程…………………………………………………………102
5.2.3 自動(dòng)化電弧噴涂系統(tǒng)作業(yè)過(guò)程…………………………………104
5.3 噴涂參數(shù)的均勻-正交優(yōu)化設(shè)計(jì)……………………………105
5.3.1 試驗(yàn)方法…………………………………………………………105
5.3.2 噴涂參數(shù)與粒子飛行狀態(tài)的關(guān)系………………………………106
5.3.3 噴涂參數(shù)與涂層殘余應(yīng)力的關(guān)系………………………………108
5.3.4 噴涂參數(shù)與涂層組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系………………………………109
5.4 噴涂成形路徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)……………………………………111
5.4.1 噴槍平行移動(dòng)偏移間距的確定…………………………………112
5.4.2 典型噴涂路徑的優(yōu)化……………………………………………118
5.5 小結(jié)……………………………………………………………122
第６章高速電弧噴涂成形典型材料及性能………………124
6.1 引言……………………………………………………………124
6.2 熱處理對(duì)高碳鋼噴涂層組織性能的影響……………………125
6.2.1 試驗(yàn)材料與方法…………………………………………………125
6.2.2 熱處理對(duì)涂層顯微硬度的影響…………………………………126
6.2.3 熱處理對(duì)涂層組織結(jié)構(gòu)的影響…………………………………127
6.3 高碳鋼+Al復(fù)合噴涂層的組織性能…………………………134
6.3.1 試驗(yàn)方法…………………………………………………………135
6.3.2 噴涂后Fe/Al 復(fù)合涂層的組織結(jié)構(gòu)………………………………136
6.3.3 熱處理后Fe/Al 復(fù)合涂層的組織性能……………………………139
6.4 小結(jié)……………………………………………………………143
第7 章高速電弧噴涂厚成形試驗(yàn)…………………………145
7.1 引言……………………………………………………………145
7.2 試驗(yàn)材料及方法………………………………………………145
7.3 高碳鋼電弧噴涂厚成形………………………………………146
7.4 電弧噴涂厚成形高碳鋼+Al復(fù)合涂層………………………149
7.5 小結(jié)……………………………………………………………151
參考文獻(xiàn)………………………………………………………152