高熔点金属电弧喷涂智能制造系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高熔点金属电弧喷涂智能制造系统，它结构合理，使用方便，模块化程度高，成本低。它主要由设备本体，六自由度并联平台，三自由度摆头，母模加热装置以及控制计算机组成；其中设备本体的底座上设有装卡母模的六自由度并联平台，在设备本体的横梁上装有三自由度摆头，三自由度摆头装有喷嘴且与六自由度并联平台的动平台相对并配合工作，在六自由度并联平台的动平台设有母模加热装置，同时三自由度摆头随横梁沿着立柱进行Z轴方向进给运动；六自由度并联平台、三自由度摆头、母模加热装置均与控制计算机连接。它不仅可实现任意复杂曲面母模基体的喷涂作业，而且可实现对大型母模基体，特别是大型汽车覆盖件基体的喷涂加工，具有明显的经济和社会效应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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智能制造系统。
技术介绍
金属电弧喷涂快速制模技术是一种基于“复制”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至Ij 5 μ m0目前该快速模具制造技术己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专利技术专利 (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。专利技术专利“一种高熔点金属电弧喷涂快速制模方法(专利号为 ZL200810232335. 0) ”只是介绍了根据产品的形状和尺寸确定母模基体的形状和尺寸，以耐高温陶瓷原料制作无焙烧陶瓷母模基体，通过电弧喷涂高熔点金属熔滴3Crl3马氏体不锈钢到母模表面，按照设计参数，使喷嘴能沿母模基体轮廓形状运动并且喷涂作用，从母模的一端喷涂到另一端，重复这样的过程，直到喷涂涂层厚度达到10 20mm，得到母模的金属型壳。至于承载母模基体的工作台的结构和运动特点、带动喷嘴运动的动力头结构和运动方式以及工作台是否对母模具有加热性能都未作详细的介绍和说明；专利技术专利“金属电弧喷涂快速制造汽车覆盖件模具专用机器人(专利号为ZL03134501.8)”公开了一种用于制造汽车覆盖件冲压模具的金属电弧喷涂快速模具制造专用机器人，该机器人将电弧喷涂与电刷镀两种工艺集成，机器人为五自由度直角坐标型结构，定位机构采用龙门式结构，具有三个移动自由度用于实现喷涂/刷镀工作点的空间定位，手腕具有两个转动自由度，用于喷嘴或刷笔的空间姿态的调整，手腕部分为双平行四边形机构，实现转动自由度与移动自由度的解耦。该机器人的特点是以床身、立柱、横梁作为支承部件，按照X、Y、Z坐标运动叠加的串联运动学原理形成喷嘴的加工表面轨迹，但这种串联机器人喷嘴的运动精度是各运动构件简单的线性累加，因此运动精度低，可靠性差，控制机构复杂，结构复杂，重量大，模块化程度不高，严重制约了大型复杂模具快速制造工艺的推广应用。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术高熔点金属电弧喷涂快速制模技术存在的不足，提供一种高熔点金属电弧喷涂智能制造系统，它结构合理，使用方便，模块化程度高，成本低。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种高熔点金属电弧喷涂智能制造系统，它主要由设备本体，六自由度并联平台， 三自由度摆头，母模加热装置以及控制计算机组成；其中设备本体的底座上设有装卡母模的六自由度并联平台，在设备本体的横梁上装有三自由度摆头，三自由度摆头装有喷嘴且与六自由度并联平台的动平台相对并配合工作，在六自由度并联平台的动平台设有母模加热装置，同时三自由度摆头随横梁沿着立柱进行Z轴方向进给运动；六自由度并联平台、三自由度摆头、母模加热装置均与控制计算机连接。所述六自由度并联平台是包括安装在底座上的定平台，六个伸缩杆的一端与定平台连接，另一端与动平台连接，通过伸缩杆的伸缩调整动平台的姿态，实现六自由度调整， 同时各伸缩杆均与控制计算机连接。所述伸缩杆结构相同，均包括气缸，气缸一端通过虎克铰与定平台连接；另一端的活塞杆通过球形万向节与动平台连接；气缸采用双作用带阀气缸，其两端采用电气伺服阀与设备的气压驱动装置相连，电气伺服阀在计算机控制下向气缸内输送压力气体或排除气体以实现动作循环；在气缸上还设有位置检测传感器，通过外接计数器与控制计算机相联系；通过改变各个活塞杆的伸缩长度，带动上面的动平台做平移、升降、绕三维坐标轴摆转以及各种复合运动，进而带动母模实现六自由度复杂曲面的位姿定位。所述设备本体包括底座，底座一侧设有立柱，在立柱上设有升降运动的横梁，横梁的驱动装置与控制系统连接。所述三自由度摆头主要由上支架和下支架通过两个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李长河，王胜，丁玉成，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：