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关于特氟龙涂层的数值分析

浏览: 发表时间:2019-12-26 16:51:39

        (1)结合数值分析方法和实验探讨特氟龙涂层成形过程中的机理性问题,为成形工艺设计提供理论指导。电弧喷涂成形过程主要包括喷涂射流雾化、熔滴沉积、大量熔滴喷涂形成涂层三个方面,为此通过数值分析的方法模拟这一系列的过程,揭示其间的传热传质机理,包括以下几个部分。①利用Fluent流体分析技术模拟电弧喷涂雾化气流场的分布特征和喷涂粒子的雾化行为,并模拟单个粒子撞击基体的扁平化过程及其凝固行为,分析喷涂粒子的工艺特征参量对沉积过程的影响规律。②利用ANSYS有限元软件的热分析模块模拟大量粒子喷涂沉积形成涂层这一过程,并计算该过程的瞬态热传输行为,结合红外测温试验,揭示喷涂过程中涂层结构内温度场动态分布特征。③基于材料力学和弹塑性力学理论推导喷涂成形特氟龙涂层的残余应力预测模型,模型中考虑涂层沉积过程的骤冷应力及冷却至室温时的热失配应力行为,并考虑碳钢材料发生马氏体相变引起的应力行为,计算不同工艺下涂层内部的残余应力分布,并通过X射线表面应力测试技术检验模拟结果,定量表征涂层中残余应力的分布规律。(2)自动化高速电弧喷涂快速成形系统及成形工艺的优化设计。通过数值建模,一方面揭示电弧喷涂成形技术从喷枪气流的雾化、熔滴的飞行与扁平化沉积,再到大量熔滴沉积形成涂层这一系统过程的传热、传质机理和残余应力分布这一重要特征;另一方面,从根源上提出主要喷涂工艺参数的设计依据和方法,指导工艺实践。而且,在数值模拟结果的基础上,本书将以高碳钢丝为基本喷涂材料,通过实验进一步研究喷涂成形系统及成形工艺。

        主要包括以下几个方面。①首先设计开发机器人自动化高速电弧喷涂系统,提高喷涂的可靠性、稳定性和控制精度,利用该系统编程设计自动化喷涂的工艺参数和喷枪的运动参数,实现各种类型零件外形的快速成形自动化控制。②利用均匀-正交的优化试验方法进一步研究了喷涂电压、喷涂电流、喷涂距离和雾化气压等喷涂参数,结合前面的数值模拟结果,探讨特氟龙涂层工艺参数-粒子飞行状态-涂层组织性能三者之间的关系。③建立喷涂射流沉积丘轮廓的数学模型,以此为基础推导喷枪沿平行轨迹移动时偏移间距的优化模型,结合试验优化路径规划时喷枪偏移间距这一基本运动参量,并且,通过设计几种典型的喷涂路径,比较这些路径制备试样的表面残余应力分布情况,规划设计喷涂路径。④通常,电弧喷涂形成的涂层由于快速凝固特征,涂层的残余应力表现为拉应力,如果对喷涂后的涂层进行退火等热处理,在加热过程中释放部分残余应力,而后快速冷却,使高碳钢涂层发生相变,产生压应力,涂层中应力状态的改变将有利于涂层的厚成形。为此,本书研究不同的热处理工艺对涂层组织性能的影响,通过研究,一方面揭示涂层材料的相变、组织特征、应力分布等规律性问题;另一方面,为电弧喷涂先制备厚涂层、再热处理进行性能提升的成形思路提供理论参考。

        电弧喷涂快速成形厚涂层的试验。结合自动化电弧喷涂成形技术的特点,进行电弧喷涂成形厚涂层的试验研究,利用前面优化设计较佳的喷涂路径和控制程序,以及优化的喷涂工艺,在金属基体上制备平板类和圆筒类厚涂层试样,使成形层的厚度不低于5mm。然后,对所成形的典型涂层零件进行力学性能评价,分析涂层的组织特点。与原有HAS-01型喷枪结构的差别主要是导电嘴的夹角及外形等参数。由于丝材的存在,电弧喷涂的流体区域并非完全的轴对称,而是呈现平面对称的结构特征,两根丝材相交的中垂面(下文简称两丝相交平面)和它的垂直平面为该结构的两个对称面,因此只有建立三维的CFD模型才能完全反映气流场的真实流动情况。根据喷枪结构的平面对称性,取流体14区域进行计算就可反映整个流场,对喷管、导电嘴及丝材所处的区域采用加密的4面体网格,对喷枪口外的流体区域则采用相对较粗的6面体网格,整个计算域的网格数量约为280000个。


关于特氟龙涂层的数值分析
结合数值分析方法和实验探讨特氟龙涂层成形过程中的机理性问题,为成形工艺设计提供理论指导。电弧喷涂成形过程主要包括喷涂射流雾化、熔滴沉积、大量熔滴喷涂形成涂层三个方面,为此通过数值分析的方法模拟这一系列的过程,揭示其间的传热传质机理
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