国内外模具市场巨大,产品的快速更新已经成为在市场竞争中取胜的关键。电弧熔射成形提供了一种快速制造模具的新思路,其突出优点表现在:成本低、工艺简单、线材沉积效率高、表面复型性好,能大大缩短从模具试制到投入生产的时间。随着研究和应用的发展,这一技术必将在加工制造领域发挥其优势。 目前对电弧熔射成形的研究比较多,但熔射材料多集中在低熔点金属或者合金上,这种熔射模具耐磨性较差,使用寿命较短,与之相应,熔射工艺往往直接在原型或者用石膏型翻制的原型上进行。为了改善模具的使用性能,本文尝试熔射高熔点不锈钢材料,并采用陶瓷型翻制原型,很好地解决了熔射基体耐高温热冲击的问题。另外,对熔射成形制造模具过程中的一系列工艺问题均进行了探讨。本文所做的主要工作如下: 建立了熔射层温度场和应力场分析的有限元模型,全面考虑热传导、热对流和热辐射对熔射层和基体的影响,对熔射层和基体进行了热和结构的耦合分析,初步模拟了熔射层逐层叠加的生成过程,分别考察在三种不同的基体预热温度下熔射层的温度场分布,找出了熔射层的变形规律,与实验吻合较好,重点研究了应力场的分布情况,尤其对于容易发生失效的关键部位的应力变化趋势进行了详细的探讨。 对陶瓷型造型工艺过程,如:水解液配制、浆料配制、起模、喷烧和焙烧等进行了全面的研究,解释了陶瓷型造型中常见的工艺问题,最后,重点从三个方面:起模时间、催化剂加入量和加水量对陶瓷型尺寸精度进行了评价,结果表明,陶瓷型尺寸稳定,复映效果良好,这为后续熔射成形奠定了基础。 针对熔射高熔点不锈钢材料,考察熔射电流、雾化气体压力和熔射距离等工艺参数对熔融粒子状态的影响规律,并找到了各自较佳的工艺参数。对熔射成形快速制造模具的工艺过程,即:熔射模处理、熔射成形、背衬、脱模和后处理等逐一进行了探讨,最后,严格按照每一步的工艺规程,制作了饭盒的简易模具。 通过进一步深化对电弧熔射成形中的关键工艺的研究,并向开发较大型、复杂的模具过渡,可以预见,这种工艺方法将广泛应用在注塑模和冲压模上,并具有广阔的市场应用前景。