Tecnologia di spruzzatura ad arco e sua applicazione nella realizzazione rapida di stampi

La spruzzatura ad arco viene utilizzata nella lavorazione rapida per creare stampi, matrici e altri componenti per utensili resistenti e all'usura, in modo rapido ed economico.
La spruzzatura ad arco può creare rapidamente rivestimenti, riducendo significativamente il tempo necessario per produrre stampi o matrici rispetto ai metodi tradizionali; Spesso è più economica, soprattutto per produzioni in piccole serie o prototipazioni, poiché riduce gli sprechi di materiale e i tempi di lavorazione; Consente la creazione di geometrie complesse e dettagli fini che potrebbero essere difficili o costosi da lavorare a partire da materiali solidi.

Altra lingua: Fr

La spruzzatura ad arco metallico per utensili rapidi presenta un approccio trasformativo nella produzione, che unisce velocità, flessibilità ed efficienza dei costi. Questa tecnica prevede la spruzzatura di metallo fuso su una superficie preparata per creare rapidamente rivestimenti durevoli e resistenti all'usura, rendendola particolarmente vantaggiosa per la creazione di stampi, matrici e altri componenti di utensili. La capacità di produrre e rifinire rapidamente utensili con geometrie complesse e proprietà dei materiali su misura riduce significativamente i tempi di consegna e i costi associati ai tradizionali processi di lavorazione.

Inoltre, la spruzzatura ad arco metallico facilita la riparazione e la modifica di utensili esistenti, prolungandone la durata utile e ottimizzando l'utilizzo delle risorse. Di conseguenza, questo metodo sta diventando sempre più una soluzione di riferimento nei settori che richiedono soluzioni di utensili rapide e affidabili, come lo stampaggio a iniezione, la pressofusione e lo stampaggio di metalli.

Tecnologia di spruzzatura ad arco e sua applicazione nella realizzazione rapida di stampi

1. Principi e caratteristiche della tecnologia di spruzzatura ad arco

La tecnologia di spruzzatura ad arco è un metodo di spruzzatura termica. Il suo principio è quello di utilizzare due fili metallici reciprocamente isolati come fili elettrodi consumabili e di utilizzare un rullo di alimentazione del filo per alimentarli in modo continuo e uniforme nei due ugelli conduttivi della pistola a spruzzo ad arco collegati rispettivamente ai poli positivo e negativo dell'alimentatore.

Quando le due estremità dei fili vengono cortocircuitate a causa dell'alimentazione, si genera un arco tra di esse, che causa la fusione istantanea delle estremità dei fili. Allo stesso tempo, il metallo fuso viene atomizzato in micro goccioline tramite un flusso di aria compressa, che vengono spruzzate sulla superficie del pezzo in lavorazione a una velocità molto elevata. Dopo la collisione, si verifica una deformazione piatta e si forma un rivestimento a spruzzo ad arco dopo l'impilamento ^[1]Rispetto ad altri metodi di spruzzatura termica, la tecnologia di spruzzatura ad arco presenta le seguenti caratteristiche ^[2,3]:

① Elevata efficienza produttiva.

Il peso del metallo spruzzato per unità di tempo nella spruzzatura ad arco è proporzionale alla corrente di spruzzatura. Quando la corrente di spruzzatura è di 300 A, è possibile spruzzare 30 kg di filo di zinco, 10 kg di alluminio e 15 kg di acciaio inossidabile all'ora, ovvero più di 3 volte rispetto alla spruzzatura con filo di fiamma.

② Elevata resistenza all'adesione del rivestimento.

Le particelle di spruzzatura ad arco hanno una grande energia cinetica e possono ottenere una maggiore forza di legame senza aumentare la temperatura del pezzo o utilizzare substrati costosi. Quando si spruzza il bronzo di alluminio, vengono presentate le proprietà autoleganti del rivestimento, che migliorano ulteriormente la forza di legame. In genere, la forza di legame degli strati di spruzzatura ad arco può raggiungere 20 MPa, che è 2.5 volte quella degli strati di spruzzatura a fiamma.

③Elevata efficienza termica.

La spruzzatura ad arco converte direttamente l'energia elettrica in energia termica per fondere il metallo; il tasso di utilizzo dell'energia termica può arrivare fino al 60%~70%, il che rappresenta l'energia maggiormente utilizzata tra tutti i metodi di spruzzatura termica.

④Bassi costi di produzione, funzionamento sicuro e semplice manutenzione.

2. Applicazione della tecnologia di spruzzatura ad arco nella produzione di stampi

Il principio di base della tecnologia di stampaggio a spruzzo ad arco è quello di spruzzare un certo spessore di rivestimento metallico sulla superficie del prototipo e quindi separare il guscio metallico rivestito dal prototipo per ottenere una cavità dello stampo che sia completamente coerente con la forma del prototipo.

Dopo che la cavità è stata rinforzata e rinforzata, può essere utilizzata per stampaggio ad iniezione di reazione (RIM), formatura sotto vuoto, termoformatura e la maggior parte dei processi di produzione di stampaggio di prodotti in poliuretano ^[4,5]. Grazie all'elevata efficienza e all'economicità della spruzzatura ad arco stessa, la tecnologia di stampaggio a spruzzatura ad arco ha costi bassi e cicli brevi. Rispetto al metodo tradizionale di produzione di stampi in plastica, la tecnologia di stampaggio a spruzzatura ad arco ha i seguenti vantaggi:

① Il prototipo non deve essere conduttivo e la sua temperatura superficiale generalmente non supera i 60℃ durante la spruzzatura, quindi il materiale non è sostanzialmente soggetto a restrizioni;
② La cavità dello stampo ottenuta ha un contorno chiaro, dimensioni esterne invariate e piccola deformazione da stress termico;
③ Elevata efficienza di stampaggio, riducendo notevolmente il ciclo di stampaggio;
④ Le dimensioni del prototipo non hanno limiti e possono essere piccole come una moneta o grandi come uno stampo per la formatura sotto vuoto per la produzione del tetto di un'auto;
⑤ Piccolo investimento in attrezzature e buoni vantaggi economici.

3.Sviluppo della tecnologia di spruzzatura ad arco

In passato, la tecnologia di spruzzatura ad arco era trascurata a causa della superficie ruvida dei rivestimenti di spruzzatura ad arco. Tuttavia, grazie alla trasformazione delle apparecchiature di spruzzatura ad arco negli ultimi anni, in particolare al grande miglioramento delle pistole di spruzzatura ad arco da parte della TAFA Company negli Stati Uniti, il gas ad alta pressione viene accelerato attraverso un ugello appositamente progettato come flusso di gas di atomizzazione supersonico per la spruzzatura ad arco, che viene utilizzato per atomizzare e accelerare le particelle di metallo fuso per formare uno strato di spruzzatura ad arco denso.

Questo tipo di pistola a spruzzo spruzza fili tubolari contenenti polveri ceramiche, che possono raggiungere le prestazioni dei rivestimenti al plasma^[6]L'uso del flusso di gas caldo supersonico formato dalla combustione di etanolo e aria come gas di atomizzazione aumenta la velocità e l'energia termica delle particelle di goccioline fuse e riduce l'ossidazione delle goccioline metalliche, migliorando così la qualità dei rivestimenti di spruzzatura ad arco.

Stanno emergendo costantemente anche nuovi materiali di spruzzatura, in particolare lo sviluppo e l'applicazione di fili di lega a basso restringimento e alta durezza e fili tubolari. La spruzzatura ad arco può già ottenere rivestimenti lisci, densi, a bassa porosità e di alta qualità. Inoltre, presenta i vantaggi di un'elevata efficienza produttiva, un'elevata resistenza di legame del rivestimento e un processo semplice, quindi questa tecnologia è stata rapidamente sviluppata e applicata.

In Cina, la ricerca e l'applicazione reale della tecnologia di spruzzatura ad arco sono iniziate nei primi anni '1980. La Beijing Longyuan Company ha utilizzato l'attrezzatura AFS-300 per realizzare applicazioni di fabbricazione di stampi rapidi come stampi per spruzzatura a freddo in metallo ed elettrodi EDM, e ha fornito servizi alle aziende.

All'estero, Francois Peres e Arthur Mofakhami del Centro di prototipazione rapida dell'Università centrale di Parigi, Francia, hanno sperimentato la tecnologia di spruzzatura ad arco per la produzione di stampi a iniezione e hanno condotto ricerche approfondite sul processo di stampaggio a spruzzatura ad arco ^[7]L'Università Tecnica della Danimarca ha provato a utilizzare il metodo di spruzzatura per produrre elettrodi EDM e ha scoperto che gli elettrodi prodotti avevano un tasso di perdita molto elevato durante la lavorazione e non potevano essere utilizzati nell'EDM effettiva ^[8].

Ricerca sulla tecnologia di stampaggio a spruzzo ad arco

1. Processo di stampaggio a spruzzo ad arco basato sulla prototipazione rapida

Combinando l'elevata efficienza e l'economicità della spruzzatura ad arco con le caratteristiche rapide e intuitive della prototipazione rapida è possibile realizzare una produzione rapida ed economica di stampi a iniezione. Lo stampaggio a spruzzatura ad arco generalmente include il seguente flusso di processo: progettazione del prototipo - produzione del prototipo - spruzzatura - rinforzo di supporto - sformatura - finitura - assemblaggio - stampo di prova.

Per la prototipazione rapida FDM e LOM, l'ottimizzazione in termini di proprietà dei materiali, accuratezza del controllo e parametri di processo può produrre prototipi con elevata precisione e bassa rugosità^[9]; poiché il materiale è generalmente plastica ABS o carta, dopo la spruzzatura è possibile utilizzare la dissoluzione chimica per staccare lo stampo ed evitare di danneggiare lo strato spruzzato.

Pertanto, per lo stampaggio a spruzzo ad arco di FDM e LOM prototipazione rapida, la chiave sta nella fabbricazione del guscio metallico, che dipende dalla selezione del filo di spruzzatura e dall'ottimizzazione dei parametri del processo di spruzzatura^[10].

2.Determinazione del materiale del filo di spruzzatura per lo stampo di spruzzatura ad arco

(1) Principali parametri di processo della spruzzatura ad arco e loro influenza sulle prestazioni del rivestimento

Le prestazioni di rivestimento della spruzzatura ad arco solitamente includono la microstruttura del rivestimento, la forza di legame, la porosità, la resistenza alla corrosione, ecc. Diversi materiali di fili di spruzzatura hanno diverse prestazioni di rivestimento. Lo stesso materiale può anche ottenere diverse prestazioni di rivestimento utilizzando diversi parametri di spruzzatura.

① Tensione di lavoro

Spruzzare lo stesso materiale a diverse tensioni di lavoro produrrà rivestimenti con prestazioni diverse. Se la tensione di lavoro è troppo bassa, parte del materiale del filo spruzzato non può essere completamente fuso e vola direttamente sulla superficie del pezzo in lavorazione, il che causerà particelle grossolane irregolari nel rivestimento.

Se la tensione di lavoro è troppo bassa, l'arco non può essere avviato. Se la tensione di lavoro è troppo alta, la perdita di combustione di elementi di carbonio e lega sarà aggravata, il contenuto di ossido aumenterà e la superficie del rivestimento diventerà ruvida. Di solito, per ridurre la perdita di combustione di elementi di carbonio e lega, viene utilizzata una tensione di lavoro più bassa il più possibile, garantendo al contempo una normale spruzzatura ^[1].

② Corrente di spruzzatura

All'aumentare della corrente di spruzzatura, aumenta anche la durezza del rivestimento. Questo perché all'aumentare della corrente, il contenuto di ossido nel rivestimento aumenta in modo significativo. Sebbene il carbonio e gli elementi di lega nella lega vengano bruciati, il rapido aumento del contenuto di ossido gioca un ruolo più importante, con conseguente aumento della durezza.

L'efficienza della produzione di spruzzatura è quasi proporzionale alla corrente di spruzzatura, perché la corrente di spruzzatura dipende direttamente dalla velocità di alimentazione del filo. Inoltre, la corrente di spruzzatura ha una certa influenza sulla morfologia della superficie e sulla forza di legame del rivestimento, ma l'influenza è relativamente piccola ^[1].

③ Aria compressa

Quando la spruzzatura ad arco viene eseguita con aria compressa non purificata, l'olio e l'acqua presenti nell'aria compressa non solo sottraggono una grande quantità di energia termica, ma aumentano anche la possibilità di ossidazione delle particelle spruzzate, inquinando la superficie del pezzo da spruzzare e il rivestimento stesso.

Pertanto, il contenuto di ossido del rivestimento ottenuto aumenta significativamente. In condizioni climatiche umide, l'aria compressa non trattata rende impossibile la spruzzatura. Pertanto, l'aria compressa deve essere purificata. La pressione dell'aria influisce anche sulle prestazioni del rivestimento.

Quando la pressione dell'aria è troppo bassa, la velocità di volo delle particelle è bassa e la particella rimane nell'aria per molto tempo, con conseguenti particelle di rivestimento grossolane e sciolte e un aumento del contenuto di ossido. Con l'aumentare della pressione dell'aria, l'effetto di atomizzazione migliora e il rivestimento diventa denso e liscio^[5].

④ Distanza di spruzzatura

La distanza di spruzzatura ha un impatto significativo sia sulla velocità di deposizione del metallo che sulla durezza del rivestimento. All'aumentare della distanza di spruzzatura, la velocità di deposizione del metallo diminuisce. Questo perché alcune delle particelle spruzzate si disperdono e volano via, mentre alcune delle particelle spruzzate non possono aderire al substrato a causa della diminuzione della temperatura e dell'energia cinetica.

L'aumento della distanza di spruzzatura ha tre effetti sulla durezza del rivestimento: la temperatura delle particelle spruzzate diminuisce, la velocità di volo diminuisce, con conseguente diminuzione della densità del rivestimento; le particelle spruzzate volano più a lungo nell'aria, aumentando la combustione degli elementi di carbonio e lega; e il contenuto di ossido nel rivestimento aumenta.

I primi due fattori portano a una diminuzione della durezza del rivestimento. Sebbene l'aumento del contenuto di ossido possa aumentare la durezza del rivestimento, il suo effetto sulla durezza del rivestimento è molto inferiore rispetto ai primi due fattori. Pertanto, la durezza del rivestimento diminuisce con l'aumento della distanza di spruzzatura e anche la densità del rivestimento diminuisce.

Se la distanza di spruzzatura è troppo breve, l'arco riscalderà direttamente il pezzo in lavorazione e il rivestimento e l'aria compressa si ritrarrà per formare un'area di flusso semplice, influenzando l'effetto di atomizzazione e la qualità del rivestimento e creando difficoltà al funzionamento.^[5].

⑤ Pretrattamento

Come altri metodi di spruzzatura termica, la qualità del pretrattamento della superficie del substrato influisce direttamente sulla forza di legame del rivestimento. Migliore è l'effetto di irruvidimento, maggiore è l'area di legame tra il rivestimento e il substrato e maggiore è la forza di legame.

Tenendo conto dell'influenza dei fattori di cui sopra sulla qualità del rivestimento e sull'efficienza produttiva, lo spruzzatore ad arco D-AS1620 della Beijing Jiangyuan Company è stato utilizzato per spruzzare fili di Zn, Cu, Al e altri metalli. I risultati del test mostrano che la spruzzatura ad arco di fili di Zn, Cu, Al e altri metalli utilizzando i parametri di processo mostrati nella Tabella 4-1 può ottenere rivestimenti con prestazioni migliori e maggiore efficienza di spruzzatura.

(2) Studio sperimentale sulle prestazioni del rivestimento dello stampo mediante spruzzatura ad arco

① Metodo sperimentale e scopo

Utilizzando materiali comuni in filo metallico come Zn, Al e Cu come materiali per spruzzatura ad arco, è stato eseguito il test di stampaggio a spruzzo sulla superficie di prototipi rapidi in plastica ABS. Per garantire una buona adesione tra il rivestimento e il prototipo, la superficie del prototipo è stata sabbiata con corindone marrone (36^#) prima della spruzzatura. Quando si spruzzavano rivestimenti in Zn, Al e Cu, due fili metallici identici venivano alimentati nei due ugelli conduttivi della pistola a spruzzo, mentre quando si spruzzavano rivestimenti in pseudo-lega Zn-A1, un filo di Zn e un filo di Al venivano alimentati rispettivamente nei due ugelli conduttivi.

I parametri del processo di spruzzatura ad arco selezionati per il test sono mostrati nella Tabella 4-2. Dopo la spruzzatura, sono state testate la resistenza e la durezza di diversi rivestimenti e sono state osservate e confrontate le prestazioni del loro processo di spruzzatura. Infine, è stato selezionato un rivestimento relativamente buono come materiale per lo stampo di spruzzatura ad arco.

② Risultati sperimentali e analisi

A. Analisi dello stress del rivestimento

La chiave per la fabbricazione di stampi a spruzzo ad arco è quella di formare un guscio metallico con elevata precisione di replicazione, una certa resistenza e durezza sulla superficie del modello. Durante il processo di spruzzatura, il guscio metallico non può essere separato dal modello troppo presto e il guscio e il modello non possono essere notevolmente deformati, altrimenti il guscio metallico non può riflettere la vera forma del modello e lo stampo perderà precisione. Se la sollecitazione di taglio tra il rivestimento metallico e la superficie del modello supera la resistenza al taglio tra le interfacce, il guscio metallico si separerà dal modello.

I fattori che influenzano lo sforzo di taglio tra il guscio metallico e il modello includono principalmente le proprietà meccaniche e termofisiche del materiale del guscio metallico stesso, la temperatura della superficie del modello durante la spruzzatura e la differenza nel coefficiente di dilatazione termica tra il rivestimento metallico e il materiale del modello.^[10]Secondo le conoscenze della scienza dei materiali^[11~13]i parametri dei materiali rilevanti per i fili di Zn, A1, Cu e plastica ABS sono riportati nella Tabella 4-3.

Nella fase iniziale della spruzzatura, le goccioline di metallo fuso vengono spruzzate ad alta velocità mediante aria compressa sulla superficie del modello a una temperatura più bassa, appiattite dall'impatto per formare un rivestimento e rapidamente solidificate e raffreddate a una velocità di raffreddamento di 105℃/s~106℃/s^[10]Durante il processo di solidificazione e raffreddamento, il restringimento da raffreddamento del rivestimento metallico viene fissato dalla superficie del modello e quindi è sottoposto a un'elevata sollecitazione di trazione.

Al diminuire della temperatura, la deformazione del rivestimento metallico cambia da deformazione principalmente plastica a deformazione principalmente elastica e lo stress residuo del rivestimento è causato principalmente dalla deformazione elastica. L'intervallo di temperatura di transizione elastico-plastica è rappresentato da Tk^[14]In questo momento, la deformazione da restringimento e lo stress del rivestimento metallico sono:

Dove: ΔT – differenza di temperatura dal punto di fusione alla temperatura ambiente del metallo
Α – coefficiente di dilatazione del rivestimento metallico;
E – modulo elastico;
T0 – temperatura superficiale del modello.

La temperatura della superficie del modello aumenta con l'avanzare della spruzzatura. Supponendo che la temperatura della superficie del modello venga mantenuta a 60℃ durante il successivo processo di spruzzatura, i risultati del calcolo di deformazione e stress di diversi rivestimenti metallici sono mostrati nella Tabella 4-4.

Dalla tabella soprastante, si può vedere che all'aumentare del punto di fusione del materiale, aumentano lo stress termico e la deformazione termica generati dal rivestimento metallico durante il processo di deposizione. In generale, il modulo elastico del metallo diminuisce all'aumentare della temperatura^[15], e lo stress interno effettivo del rivestimento metallico è inferiore al valore calcolato. Ad alte temperature, lo scorrimento del metallo compensa parte della deformazione elastica.

Allo stesso tempo, i risultati calcolati dello stress termico di materiali come n, Al, Cu (in particolare Al e Cu) sono maggiori della resistenza alla trazione del materiale, il che causerà un gran numero di microfessure nel rivestimento.^[16] per liberare la maggior parte dello stress interno.

Dopo aver interrotto la spruzzatura, durante il processo di rivestimento metallico e il raffreddamento naturale del modello a temperatura ambiente (20°C), poiché il coefficiente di dilatazione termica del rivestimento metallico è inferiore al coefficiente di dilatazione termica del modello in plastica ABS, lo stress interno del rivestimento metallico sarà parzialmente compensato dal restringimento del modello. Lo stress interno del rivestimento quando raffreddato a temperatura ambiente può essere calcolato utilizzando la seguente formula:

Dove: ER- modulo elastico della plastica ABS:
αR- coefficiente di dilatazione termica della plastica ABS:
K- coefficiente di rilascio dello stress.
Quindi la deformazione residua del rivestimento è:

ε = σ/E (4-4)
Supponendo che il 90% dello stress interno del rivestimento metallico a spruzzo venga rilasciato a 60°C, per il calcolo si prende il valore medio del coefficiente di dilatazione termica e del modulo elastico della plastica ABS. I risultati del calcolo dello stress interno residuo e della deformazione di ciascun rivestimento metallico a spruzzo a temperatura ambiente sono riportati nella Tabella 4-5.

Dai risultati della Tabella 4-5 si può osservare che, una volta raffreddato a temperatura ambiente, anche se il 90% dello stress interno del rivestimento metallico viene rilasciato tramite creep e microfessure, e parzialmente compensato dal restringimento del modello, il rivestimento metallico ad alto punto di fusione presenta ancora un elevato stress interno residuo.

Con la deposizione continua di metallo, i rivestimenti depositati in successione si vincolano a vicenda, rendendo più difficile per il rivestimento rilasciare lo stress interno generando microfratture, e lo stress interno residuo è maggiore in questo momento. Lo stress interno residuo agisce tra il rivestimento metallico e il modello per formare stress di taglio. Se questo stress di taglio supera la resistenza al taglio tra le interfacce, il rivestimento si spezzerà e si deformerà.

In sintesi, durante il processo di spruzzatura, a causa dell'effetto del restringimento termico, si verifica un'elevata sollecitazione di taglio tra il rivestimento metallico e l'interfaccia del modello, che provoca da un lato una deformazione plastica del modello e del rivestimento metallico e dall'altro la separazione del rivestimento metallico e del modello dovuta alla deformazione elastica, influenzando la precisione dello stampo per spruzzatura ad arco.

Inoltre, più alto è il punto di fusione del materiale di spruzzatura, maggiore è lo sforzo di taglio e maggiore è l'impatto sulla precisione dello stampo. L'uso di materiali ad alto punto di fusione è anche facile da bruciare la superficie del modello, influenzando la finitura superficiale dello stampo.

Pertanto, dal punto di vista dello stress, il materiale dello stampo per spruzzatura ad arco dovrebbe essere selezionato tra metalli a basso punto di fusione come Zn e A1, in modo da ottenere un rivestimento con stress interno inferiore. Tuttavia, poiché le proprietà meccaniche dei metalli a basso punto di fusione non sono generalmente elevate, gli stampi per spruzzatura ad arco sono utilizzati principalmente nella produzione di prove di prodotto.

B. Analisi sperimentale delle proprietà meccaniche dei rivestimenti.

È difficile ottenere eccellenti proprietà meccaniche e stress interno del rivestimento ottenuto mediante la spruzzatura ad arco di stampi con solo Zn, A1, Cu e altri materiali metallici. Per migliorare le proprietà meccaniche dello stampo, se si considera che i fili di Zn e AI siano alimentati simultaneamente per la spruzzatura ad arco, il rivestimento ottenuto deve essere diverso dal rivestimento di Zn o AI puro.

Pertanto, i fili di Zn, A1, Cu e Zn-AI sono stati spruzzati ad arco con i parametri di processo mostrati nella Tabella 4-2, e la loro resistenza alla trazione, durezza, densità e lavorabilità mediante spruzzatura sono state studiate e confrontate. I risultati sperimentali sono mostrati nella Tabella 4-6.

Dalla tabella soprastante, possiamo vedere che il rivestimento Zn ha la struttura più densa e la migliore lavorabilità a spruzzo, ma la resistenza e la durezza più basse; il rivestimento Cu ha la resistenza e la durezza più elevate, ma la struttura più lasca e la peggiore lavorabilità a spruzzo; in confronto, la densità del rivestimento in pseudolega Zn-A1 è significativamente più alta di quella del rivestimento A1, la sua durezza è più alta di quella del rivestimento n e vicina a quella del rivestimento A1 e la sua lavorabilità a spruzzo è buona.

Poiché non appare alcuna nuova fase dopo la spruzzatura ad arco, la resistenza e la durezza del rivestimento metallico a spruzzo dipendono dalle proprietà meccaniche del materiale metallico stesso e dalla struttura organizzativa del rivestimento. Zn ha un basso punto di fusione.

Durante il processo di spruzzatura, l'effetto di metallizzazione è buono e le goccioline di metallo vengono depositate uniformemente e finemente sulla superficie del modello, quindi il rivestimento risultante ha un'alta densità. A1 ha un alto punto di fusione. Durante la spruzzatura, le goccioline più grandi non sono facili da appiattire quando vengono depositate sulla superficie del modello ed è facile formare schizzi.

Il legame tra i rivestimenti non è stretto e il rivestimento è relativamente lasco. Il rivestimento in pseudo-lega Zn-AI è una miscela meccanica di fasi Zn e A1. Poiché i fili vengono alimentati simultaneamente e i diametri dei fili sono gli stessi, il rapporto in volume di Zn e A1 nel rivestimento è 1:1 e il rapporto in peso è vicino a 3:1. Le goccioline fini di Zn con un alto grado di atomizzazione possono riempire gli spazi più grandi formati dagli schizzi di AI. Pertanto, l'organizzazione del rivestimento in pseudo-lega Zn-A1 è densa, vicina a quella del rivestimento di Zn.

È stato anche scoperto durante il processo di spruzzatura che se il processo non è corretto, il rivestimento A1, in particolare il rivestimento Cu, è soggetto a deformazioni e crepe, nonché a separazione dal modello. Se il rame viene spruzzato ad arco sul prototipo rapido di carta LOM, il rivestimento non può essere depositato affatto e la superficie del prototipo verrà bruciata o addirittura rottamata a causa del distacco termico.

Il processo di spruzzatura della pseudolega Zn e Zn-A1 è molto buono. Il rivestimento della pseudolega Zn-A1 ha una struttura densa e la sua resistenza e durezza sono vicine a quelle del rivestimento A1. È un materiale di stampaggio a spruzzo ad arco con buone proprietà meccaniche complete.

4. Esempio di preparazione dello stampo mediante spruzzatura ad arco

Dopo aver determinato il materiale dello stampo di spruzzatura ad arco, la pseudo lega Zn-AI viene spruzzata ad arco rispettivamente sui prototipi FDM e LOM. Dopo che il guscio metallico è stato depositato a un certo spessore, viene rinforzato con un supporto in resina ad anello sul retro, quindi il prototipo viene rimosso tramite dissoluzione.

Lo stampo ottenuto è mostrato nella Figura 4-1. Si può vedere che il rivestimento in pseudo lega Zn-A1 ottenuto è denso, ha un'elevata precisione di replicazione, ha una certa resistenza e durezza e l'intero processo di stampaggio è veloce e poco costoso, il che è adatto per lo sviluppo e la produzione di prova di nuovi prodotti.

Riepilogo di questo capitolo

Analizzando l'influenza dei principali parametri di processo della spruzzatura ad arco sulle prestazioni del rivestimento, combinati con esperimenti, i parametri di processo ottimizzati adatti per Zn, A1,
Sono presenti spruzzature di fili di rame.

Sono stati eseguiti test di spruzzatura di singoli metalli di Zn, Al, Cu e pseudolega Zn-Al con parametri di processo ottimizzati e sono state testate e confrontate le proprietà meccaniche di ciascun rivestimento: è stato analizzato lo stress interno del rivestimento causato dal restringimento termico del rivestimento metallico durante la spruzzatura ad arco, è stato calcolato e confrontato lo stress interno di diversi rivestimenti e, combinato con le proprietà meccaniche di ciascun rivestimento, si è concluso che il rivestimento pseudolega Zn-A1 è adatto allo stampaggio mediante spruzzatura ad arco.

La spruzzatura ad arco di pseudolega Zn-Al è stata eseguita su prototipi rapidi FDM e LOM e sono stati ottenuti stampi con rivestimenti densi, elevata precisione di replicazione, una certa resistenza e durezza, ma non sono ancora riusciti a soddisfare i requisiti della produzione di massa, dimostrando che lo stampaggio a spruzzatura ad arco è un metodo di stampaggio rapido efficiente ed economico, adatto allo sviluppo di nuovi prodotti e alla produzione di prova.

Referenze

[1] Zeng Guiyu, Yan Shuqun. Ricerca sulla tecnologia di spruzzatura del filo ad arco. Metallurgia dell'Hunan, 2000, (1): 3~8(43)

[2] Du Xiaohong. Sviluppo e applicazione della tecnologia di spruzzatura ad arco in Cina. Surface Technology, 2000, 29(5): 21~24

[3] Wang Hangong. Tecnologia di spruzzatura ad arco supersonico. Pechino: National Defense Industry Press, 1999. 4~5

[4] Liu Xianjun, Xu Binshi, Ma Shining, ecc., Applicazione della tecnologia di spruzzatura ad arco per la fabbricazione di stampi in plastica. Mold Technology, 1996, (6): 25~30

[5] Song Baotong, Yu Linqi, Wei Shuling, Ricerca e applicazione della tecnologia di fabbricazione di stampi a spruzzo ad arco, Lavorazione elettrica e stampi, 2000,(1):39~41

[6] Wen J.Processo di spruzzatura ad arco supersonico.Procedimento dell'ITSc(J).Kobe, 1995.317~320

[7] Francois Peres, Arthur Mofakhami. Rapid Tooling da prototipi: il metodo di fabbricazione di stampi a spruzzo freddo, SPIE, 1998, Vo13517: 79~90

[8] Qian Bibo, Pan Xiaohong, Cheng Yaodong, ecc., Tecnologia di prototipazione rapida e la sua applicazione nella produzione di stampi. Ricerca meccanica e applicazione, 1998,11

[9] Zou Guolin, Ricerca sulla precisione della modellazione a deposizione fusa e sulla tecnologia di produzione rapida di stampi (tesi di dottorato). Dalian: Dalian University of Technology, 2002

[10] Wang Yiqing, Zhao Wenzhen, et al. Ricerca sulle prestazioni dei materiali per stampi a spruzzo ad arco, Ingegneria meccanica della Cina, 2000,11, 10(1112):1115~XNUMX

[11] Zeng Zhengming. Manuale pratico di tecnologia dei materiali ingegneristici, Pechino: Machinery Industry Press, 2001.3

[12] Dong Junguo. Manuale pratico dei materiali. Pechino: Metallurgical Industry Press, 2000

[13] An Jiru, Manuale dei materiali metallici comuni in Cina e all'estero. Xi'an: Xi'an Jiaotong University Press, 1990.7

[14] Chen Guozhen, Xiao Keze, Jiang Buju. Manuale di difetti di fusione e contromisure. Pechino: Machinery Industry Press, 1996.177

[15] Società cinese per i metalli, Società cinese per i metalli non ferrosi, Manuale delle proprietà fisiche dei materiali metallici. Pechino: Metallurgical Industry Press, 1987.58

[16] Tobe S. Macro e micro stress in un rivestimento spray al plasma e il suo comportamento stress contro deformazione. Atti della 7a Conferenza nazionale sullo spray termico, 1994, BostonMassachusetts:693~697