[实用新型]高熔点金属电弧喷涂模具快速制造装备

说明书

技术领域

本实用新型涉及先进制造领域中的快速模具型壳的制造装备，特别涉及一种高熔点金属电弧喷涂模具快速制造装备。 

背景技术

金属电弧喷涂快速制模技术是一种基于“复型”的制模技术，它以一个实物模型(或称为原型)作为母模，以电弧为热源，通过高速气流将熔融状态的金属材料雾化，并使其喷射、沉积在母模表面上，形成一定厚度的致密金属型壳，即模具型壳。模具型壳精确拷贝了原型的形状，获得了所需的模具型腔，在完成补强、脱模、抛光等后处理工艺后，即可完成模具的快速制造。电弧喷涂模具制造完成后一般不再需要另外的机械加工，就可以直接用于成形制造。根据实际情况与需要也可以进行少切削量的数控精加工，因此，电弧喷涂制模技术实质上是一种“近净成形制模技术”。 

金属喷涂模具以母模为标准，模具型腔尺寸、几何精度完全取决于母模，型腔表面及其精细花纹一次同时形成，故制模速度快，制造周期短，成本低，同时拥有较长的模具寿命，制造周期约为传统数控加工的一半，制造费用可以节省至少25％以上，成为新产品开发及小批量生产的重要途径。模具表面光洁度好，工艺简单，设备要求低，比较适合于注射成型模、压铸模、板料冲压模的快速制造，在表面形状复杂及具有精细花纹的各种聚氨酯制品的吹塑、吸塑、PVC注射、PU发泡及各类注射成型模具中，花纹复制的特征细节甚至可以达到5μm。 

目前该快速模具制造技术已被广泛地应用于飞机、汽车、家电、家具、制鞋、美术工艺品等行业。在美国及中国东南沿海，几乎所有的聚氨酯鞋底制造商在其自动成型生产设备上都采用了电弧喷涂模具进行生产。在汽车制造中，可以用来生产驾驶盘、汽车仪表盘、坐垫、头部靠垫、阻流板、汽车内饰顶蓬等。近年来，电弧喷涂制模技术已经开始用于制造汽车覆盖件冲压模具，喷涂材料不同，喷涂模具的强度、硬度、精度和寿命也不尽相同，因而应用范围也存在差异，有的适合用于汽车样车的试制，有的甚至可以在生产线上替代传统的钢模具进行生产。 

在国内，喷涂制模的材料主要是中低熔点金属，西安交通大学和烟台机械工艺研究所为国内最早的研发单位，西安交通大学先进制造技术研究所，自90年代以来，对表面成型制模技术、低熔点合金浇铸成型制模技术以及模具树脂制模技术等快速制模工艺进行了长期的研究和实践，并在金属电弧喷涂成型快速制模技术上拥有发明专利(ZL200810232335.0； ZL03134501.8)。在长安汽车、洛阳一拖、上海中顺、柳州微汽等企业应用。经试制检验，合格的快速模具的3D数据用于制造大批量生产用钢模具，可避免在钢模具的设计和制作上的反复，保证钢模具一次加工成功。 

用于电弧喷涂工艺的金属丝材根据熔点的高低可分为低熔点材料、中熔点材料和高熔点材料。在用电弧喷涂技术制造快速模具时，型腔金属壳体的厚度要在3mm以上，中、高熔点的熔融金属颗粒沉积到母模上后会释放出较多热量，使母模发生热变形，降低了模具型腔的复制精度，并可能导致金属涂层在尚未达到要求厚度时就发生翘曲或开裂；低熔点金属或合金丝材对母模的热影响小，可减轻熔融金属颗粒对母模的影响，减少母模热变形，提高模具的精度，因而锌、巴氏合金等低熔点材料较多地用于快速模具的制作。但这种低熔点材料的模具寿命较低，只能用于小批量试生产，若要提高喷涂模具的寿命，可以先在母模上喷一层低熔点材料以增强母模的耐热性，然后再喷钢或其他强度较高的合金，以增强模具的强度，从而提高模具的寿命。 

高熔点、高硬度材料的电弧喷涂技术在金属母模上比较容易实现，但在非金属母模表面制造模具型壳，工艺上存在较大困难。例如，碳素钢、合金钢等高熔点金属在喷涂时型壳收缩率、热应力、孔隙率都比较大，型壳易开裂、翘曲、剥落，模具型壳制造困难，工艺参数控制难以掌握，模具型壳变形和内应力都较大，无法满足工业生产需要。 

制造高熔点、高硬度的金属涂层不可能依靠手工喷涂实现，喷涂制模工艺中喷嘴的运动参数、电弧喷涂工艺参数以及涂层和基体的温度等都需要根据特定的目标进行精确控制，智能电弧喷涂系统是实现高熔点、高硬度金属电弧喷涂快速制模的根本保证。