等离子熔射快速制模中皮膜形成过程的模拟

等离子熔射快速制模法可以由快速原型或天然素材原型快速复制硬质合金模具 ,而控制等离子熔射成形工艺、保证熔射皮膜的质量是该技术的关键 .建立了包括等离子射流发生过程、粒子在射流中飞行及加热、熔射层的生长及孔隙形成三阶段的熔射皮膜生长过程的数学模型 ,进行了数值模拟计算 ,并通过实验验证了有关数学模型与模拟计算方法的正确性 .

等离子熔射过程中射流与粒子流的加热效应

采用CCD图像采集系统与图像处理技术提取等离子射流长度;以红外测温仪检测的单位时间内基体温度变化来衡量加热效应,研究不同熔射距离与射流长度条件下射流和粉末粒子流对基体的加热效应特点。结果表明,当熔射距离不大于射流长度时,基体温升主要来至于射流加热效应;随着熔射距离增大,射流对基体的加热效应迅速减弱;当熔射距离大于射流长度时,粒子流加热效应比较明显。提出射流长度可以作为合理选择熔射距离的特征评价指标,并通过不同熔射距离条件下熔射皮膜的截面尺寸以及形貌进行验证。

精细饰纹件等离子熔射快速制造技术研究

提出了精细饰纹件等离子熔射快速制造技术.在大量实验基础上,着重研究精细饰纹熔射成形及后处理过程中的关键技术问题,详细分析和评价了基模特性、射流特性、粉末特性、熔射枪结构、熔射工艺参数等重要因素对熔射成形件质量的影响,给出了射流图像采集方法、粉末飞行速度和温度的数值模拟模型及测量技术方案,最后进行了典型精细饰纹件的熔射成形实验.研究结果表明:等离子熔射成形技术可以快速制造精细饰纹件,实现成形与加工一体化,且工艺简单、成本低,是极具发展潜力的制造方法.

等离子熔射快速制模中熔射层沉积过程的数值模拟

采用数值计算方法模拟了熔射层的生长以及孔隙的形成。针对实际应用中熔射角不为90°的工况，采用空间粒子轨迹模型处理飞行过程中的粒子。根据所建立的熔射粒子堆积规则，开发了数值计算程序，模拟了熔射层生长过程及孔隙率，所得结果与实验规律吻合。

等离子熔射制模过程中皮膜温度场实验研究

开展了等离子熔射制模过程中环行向外、环行向内两种熔射路径的皮膜温度场的实验研究 ,得出前者的温度低于后者的实验结果 ,该实验结果与模拟结果一致 ;对三维汽车覆盖件基体等离子熔射过程中的温度分布规律进行探讨 ,得到三维熔射基体不同形状特征处的温度分布规律 。

面向熔射快速制模的机器人自动研磨系统的开发

为解决熔射制造大中型汽车覆盖件模具过程中人工研磨时间长、劳动强度大等问题,建立了面向熔射快速制模的机器人自动研磨系统。在该系统上进行机器人研磨工艺参数实验研究,得到了研磨角度、机器人行走速度和路径对研磨表面质量的影响规律;在此基础上选择合适的研磨条件,在通过等离子熔射制造的模具表面皮膜上进行了研磨实验。实验研究结果表明,保持适当的研磨压力,选取合理的机器人行走速度、研磨角度、进给量,可得到较好的研磨效果。该机器人自动研磨系统适用于熔射制造的模具及一般模具的研磨过程。

基于Ethernet的开放式机器人等离子熔射成形系统研究

提出了基于工业以太网(Ethernet)的机器人等离子熔射成形系统.基于Ethernet建立PC与MotomanUP-20机器人之间的通讯连接,开发了机器人控制软件,实现了PC对机器人的主机控制以及作业文件交互等功能.基于MPI(Multi-Point Interface)网络连接PC与等离子熔射设备的控制核心Siemens S7-300型PLC.最终实现了以PC机为核心,集成成形过程监控、机器人熔射路径自适应调整和机器人实时监控等子功能的开放式机器人等离子熔射成形系统,并自主开发了SprayMonitor成形过程监控软件.实验结果表明,该系统能够根据熔射皮膜温度、厚度等在线检测信息进行熔射路径智能自适应调整和加工策略自行调度,实现了等离子熔射成形与机器人运动执行的一体化控制,提高了成形系统的柔性.

机器人等离子熔射路径对皮膜残余应力的影响

通过对Z字形、Z字形变向 4 5°、Z字形变向 6 0°、Z字形变向 90°四种等离子熔射路径的皮膜残余应力进行测试和比较 ,得出Z字形变向 90°的熔射路径优于其他三种路径的实验结果 。

基于多层ANN的机器人等离子熔射智能化模型

分析了机器人等离子熔射过程的神经网络模型的实现方法,基于多层人工神经网络(artifici alneural network,ANN)建立了等离子熔射过程的智能化模型.基于该模型,系统研究了等离子弧电流、熔射距离、机器人扫描间距和速度对主要涂层性能参数-残余应力和孔隙率的影响规律,并通过试验数据库的学习对涂层性能参数进行预测.结果表明,模型预测结果与试验结果有着很好的吻合,解决了工艺试验结果中仅有离散数据且难以全面反映等离子熔射工艺参数-涂层性能之间复杂非线性关系的难题.

等离子熔射制备梯度功能材料技术

梯度功能材料是一种具有特殊结构和特点的新材料,对该材料的深入研究有助于提升和改造传统的材料产业。应用等离子熔射技术制作了梯度功能材料,对梯度成分进行了设计分析,同时测试了梯度涂层的金相组织以及显微硬度。结果表明梯度功能材料比传统的单一材料以及复层材料使用性能和寿命大大提高。功能梯度材料应用于现代制造业以及对材料表面进行改性将对我国工业技术的发展产生重大影响。

等离子熔射粉末颗粒飞行过程格子Boltzmann法仿真

为考察等离子熔射过程中粉末的飞行过程,本文在已开发的正六边形7-b it格子Bo ltzm ann(LB)方法等离子射流的温度场和速度场的计算模型基础上,采用单个颗粒加速方程,建立了一个随机算法,实现了对粉末颗粒在射流场中运动过程的仿真;计算结果通过动画演示了粉末飞行的全过程,表明初始位置越靠近射流场出口中心的粉末颗粒加速越充分,并且在射流场一定的情况下,减小粉末颗粒直径可以提高粉末速度,但会降低粉末利用率。

等离子熔射射流中粉末飞行过程的数值模拟

在正六边形 7 bit格子Boltzmann(LB)方法等离子射流的温度场和速度场的计算模型基础上 ,采用单个颗粒加速方程 ,建立了一个随机算法 ,实现了对粉末颗粒在射流场中运动过程的模拟 ;计算结果通过动画演示了粉末飞行过程 ,结果表明在射流场一定的情况下 ,减小送粉口径或增加粉末颗粒直径可以提高粉末利用率 ,但后者会降低粉末飞行速度 ;

熔射快速制造汽车、摩托车覆盖件模具

介绍熔射高熔点材料快速制造汽车、摩托车覆盖件模具的工艺过程，对原型制作、熔射参数及工艺、加衬补强的材料及工艺进行了探讨，并对该方法制造的模具进行了评估。研究结果表明，以熔射不锈钢粉末形成的熔射层为工作层，以树脂基复合材料为补强材料，通过熔射层的转移与补强材料结合而制作的模具，具有表面硬度高、质量好、经济耐用、制作简单等特点，适用于汽车、摩托车等新产品试制及改型换代、中小批量生产，具有应用前景。

固体氧化物燃料电池核心部件的液料等离子熔射制备工艺

设计与开发了液料送粉系统,开展液料等离子熔射工艺制备SOFC电解质层的研究,并与大气等离子熔射制备结果进行比较。结果表明,致密电解质层的孔隙率1.61%,基本满足SOFC对电解质致密性的要求;较之于常规的大气等离子熔射制备工艺,液料等离子熔射制备的电解质层的厚度均匀性和致密性均得到了很大改善,有助于提高其导电性能;晶粒尺寸较小,有利于制备致密电解质涂层。

等离子熔射快速制模中机器人运动轨迹生成方法及实践

在机器人等离子熔射快速制模中,熔射轨迹对熔射皮膜的成形性有重要影响。本文提出了由CAM加工轨迹转化为机器人等离子熔射轨迹的方法,避免了以往通过STL文件生成机器人熔射轨迹的繁琐过程。文章重点介绍了如何将CAM加工轨迹转化为机器人熔射轨迹,并对其进行了仿真与实验验证,结果表明:该方法比原有的由STL文件生成机器人熔射轨迹的方法更简便、灵活,更适应机器人等离子熔射制模成形的要求。

面向等离子熔射制模的机器人轨迹生成系统的实现

构建了面向等离子熔射制模的机器人轨迹生成系统。该系统能由CAD实体模型直接生成机器人所带喷枪的运行轨迹 ,并能精确地控制喷枪的运行轨迹、角度。

面向熔射制模的快速制造粘土原型试验研究

针对等离子熔射制模技术中耐高温原型制造问题,该研究选用传统耐高温材料粘土做为原材料,采用干燥工艺使得粘土毛坯适合机加工和夹持,同时采用数控机床的传统铣削方法制造耐高温原型,减少了旧工艺中翻制原型工艺流程长和精度丢失等弊端。选用沙发模型做为耐高温原型的例子进行了粗加工、精加工的仿真和加工实验,原型表面精度达到1μm。符合熔射制模要求,证明该工艺路线可行。

喷枪运动速率对熔射皮膜温度影响的分析

采用基于匀质化理论的宏细观连成温度场计算数学模型 ,模拟了等离子熔射过程中皮膜生长过程及其温度场 ,并采用不同的喷枪运动速率研究其对熔射中皮膜生长过程温度场的影响 。

均匀化分析扫描路径对熔射皮膜热应力的影响

基于均匀化方法 ,建立了宏细观连成热应力场计算数学模型 ,用有限元法计算模拟了等离子熔射快速成膜过程皮膜热应力场 ,对四种不同喷枪扫描路径下熔射成形皮膜冷却过程热应力场进行了分析 .结果表明 :采用回形向外扫描模式 ,皮膜中的等效热应力峰值最小 ;线性扫描情况下长折线处的应力比短折线处的应力高 .在实际喷枪扫描路径的设计和选择中 ,应尽可能地选择回形向外的扫描模式 ,同时使组成扫描折线的线段应尽量取短些 ,以利于降低涂层中的峰值应力 .

等离子熔射皮膜温度过程监控

提出一种红外测温仪结合机器人熔射路径进行在线温度检测的新方法,实现了对预热、熔射与冷却过程中基体与皮膜温度的在线监控。为保证监控系统的实时性,参考统计学方法采用周期温度均值与标准差等特征信息对温度变化趋势进行表征。结果表明:选取的特征量能够简单、直观地反映温度变化;能够对温度波动和皮膜破坏等现象做出及时响应;能够辅助熔射工艺分析与过程监控、诊断。同时也为等离子熔射过程控制提供了一种新途径。