熱噴涂技術(shù)在模具行業(yè)中的應(yīng)用
傳統(tǒng)模具制造方法的設(shè)計制造周期長、成本高，例如，在汽車工業(yè)中，從車型設(shè)計、模具設(shè)計到制造、模具調(diào)試、產(chǎn)物投產(chǎn)、出產(chǎn)的整個周期中，模具設(shè)計與制造約占2/3的時間，劇烈競爭的市場給模具的開發(fā)提出了高效、高質(zhì)量和低成本的需求。
快速成型（Rapid Prototyping，簡稱RP）概念于1979年提出，日本東京大學(xué)中川威雄教授發(fā)明晰疊層模型造型法。1988年，美國3DSystems公司推出快速成型設(shè)備SLA（激光立體造型，Stereo-Lithography Apparatus）。
快速成型技術(shù)歸納地運用了計算機輔助設(shè)計和制造技術(shù)、激光技術(shù)、材料技術(shù)，在沒有傳統(tǒng)模具和夾具的情況下，依據(jù)快速成型制造實體模型，選用仿制方法來快速制造三維實體模型�？焖俪尚图夹g(shù)給模具的設(shè)計與制造帶來了一次飛躍，它使模具的設(shè)計與制造逐漸趨向于數(shù)字化、快速化，大幅縮短了模具的制造周期，降低了生產(chǎn)成本。
快速成型技術(shù)現(xiàn)已日趨成熟。依據(jù)快速成型的熱噴涂直接金屬模具制造技術(shù)，以加工周期短、加工成本低、仿制精度高的特色，越來越受到大家的重視。
典型的熱噴涂快速制模工藝流程包含：
（1）依據(jù)需求，進行CAD建模；
（2）運用RP技術(shù)，如分層實體制造、熔融堆積制造、疊層制造等工藝制造原型；
（3）在RP原型上噴涂金屬，構(gòu)成模具型面殼型；
（4）鋪設(shè)冷卻水道；
（5）然后在殼型上澆注收縮率低的背襯材料；
（6）脫模，打磨模具表面，獲得具有亮光、精細表面的金屬模具。
早期的熱噴涂快速制模技術(shù)，多選用電弧噴涂鋅基合金等低熔點金屬材料。鋅基合金材料硬度較低、耐磨性較差，使模具的應(yīng)用遭到了很大的約束。近年來，國外已開始研究電弧噴涂快速制造鋼基模具，并獲得了較大進展。當(dāng)前效果較好的是選用陶瓷等耐高溫固體材料對樹脂基或紙基零件模型進行仿制，仿制物經(jīng)過干燥和燒結(jié)后，可在其上熱噴涂堆積鋼基涂層制造模具，因為模具選用高強鋼等高強金屬材料噴涂而成，因而能夠得到高強度和高表面耐磨性的模具型腔。英國Novac公司與牛津大學(xué)合作開發(fā)了一種電弧噴涂鋼基材料快速制造模具的工藝，該工藝突破了熱噴涂技術(shù)不易制造大尺度模具的約束，美國福特公司選用該技術(shù)已可制造近1m2的大型汽車?yán)幽＞摺?/span>
國內(nèi)，如今已有一些單位開始選用電弧噴涂低熔點鋅基合金的制模技術(shù)。在選用熱噴涂方法快速制造高熔點、高硬度模具方面，一些科研單位進行了開發(fā)研究，并獲得了一些進展。
清華大學(xué)的等離子噴涂快速制模工藝，就是在快速原型表面上噴涂金屬、熱噴涂粉末構(gòu)成金屬殼層，經(jīng)過一些后處理工序能夠快速制造出模具，能夠廣泛用于注塑摸、汽車覆蓋件拉延模等模具的制造。
西安變通大學(xué)選用電弧噴涂和電刷鍍一體化模具制造技術(shù)，進行轎車新車型的中大型沖壓模具快速制造。該技術(shù)選用電弧噴涂工藝制造出低熔點金屬型腔，在填充恰當(dāng)?shù)谋骋r材料并脫模后，運用電刷鍍技術(shù)在模具表面刷鍍強化涂層，進一步提高模具表面硬度和耐磨性，并使模具表面硬度和耐磨性更接近鋼模具，進而完成模具的快速制造。該項目已開始產(chǎn)業(yè)化，在國內(nèi)多個汽車廠得到應(yīng)用。
熱噴涂快速制造模具技術(shù)也存在一些局限性，首先，因為熱噴涂堆積的視點應(yīng)大于45°，所以不適于制造有較大崎嶇或形狀很雜亂的模具；二是熱噴涂快速模具的仿制過程中，有可能發(fā)生模具的部分失真，影響最終的模具質(zhì)量。
熱作模具，不僅在較高的溫度環(huán)境下作業(yè)，并且遭受磨損、揉捏、沖擊及冷熱疲勞，因而對其表面通常有嚴(yán)格的要求，若表面硬度、紅硬性、抗氧化性、抗腐蝕性差，則在使用過程中容易損壞，縮短壽命，因而模具表面通常要進行強化處理。當(dāng)模具表面劃傷后，只要損傷程度不嚴(yán)重，也可進行修復(fù)，延長模具壽命。
熱噴涂技術(shù)在表面強化與零件修復(fù)工藝方面，具有工藝方法靈活多樣、材料挑選廣、施工便利敏捷、適應(yīng)性強、修復(fù)強化效果顯著及經(jīng)濟效益高等長處，適合于大型模具以及嚴(yán)重磨損條件下作業(yè)的模具。進行模具表面強化與修復(fù)，運用較多的有火焰噴涂、等離子噴涂、超音速噴涂�；鹧鎳娡吭O(shè)備簡單、操作便利、成本低，但其噴涂層強度不高，熱影響區(qū)和變形較大，因而常常用于低強度模具的表面形狀修復(fù)，修復(fù)后模具壽命較低。
等離子噴涂，熱源能量密度較高，可用于模具表面改性處理，或用于模具表面微量磨損修復(fù)，但噴涂層與基材之間為機械結(jié)合，所以多用于非沖擊載荷條件下的模具表面改性及形狀修復(fù)，例如，在熱作模具表面等離子噴涂鈷基合金，較傳統(tǒng)方法可延長兩倍壽命。在工具鋼制造的高熔點金屬模上等離子噴涂0.5-1.0mm的氧化鋁涂層，可將使用溫度從1320℃提高到l650℃；噴涂氧化鋯涂層，使用溫度可達2370℃，模具的壽命可延長5-10倍。
超音速噴涂獲得的噴涂層與基材之間的結(jié)合強度高，故可用于中等沖擊載荷下的模具表面改性及修復(fù)，且修復(fù)后模具不需或只需少量機加工就能夠重新使用，該技術(shù)已被一汽成功用于拉延模重要作業(yè)面的表面改性，模具壽命明顯提高。廣州有色金屬研究院選用超音速噴涂硬質(zhì)合金工藝，使不銹鋼模修模頻率從500件進步到7000件/次，壽命提高3-8倍。
運用熱噴涂快速制造模具技術(shù)和模具表面的強化和修復(fù)技術(shù)，能夠節(jié)約很多時間和成本，滿足了現(xiàn)代工業(yè)對模具制造業(yè)的需求，已成為模具工業(yè)的發(fā)展方向之一。
當(dāng)前，熱噴涂快速制造模具技術(shù)已在我國得到較廣泛的運用，但依據(jù)熱噴涂的模具表面強化和修復(fù)技術(shù)在模具制造中的運用還相對較少。隨著技術(shù)的發(fā)展，熱噴涂技術(shù)在模具制造中將會得到更為廣泛的運用，推進我國模具制造業(yè)的發(fā)展。
（來源：華夏模具網(wǎng))
