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?！?2
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)的開發(fā)……………………101
5.2.1 設(shè)計(jì)方案…………………………………………………………101
5.2.2 開發(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