框架式复合材料成型模具超音速热喷涂工艺修补方法

框架式复合材料成型模具超音速热喷涂工艺修补方法

发表时间：2019-09-21T21:29:38.030Z 来源：《基层建设》2019年第19期作者：杨守吉

[导读] 摘要：本文主要介绍了，框架式复合材料成型模模具的工艺特点及更改要求，经过分析比较，最终选择超音速热喷涂工艺修补，结合实例，说明了超音速热喷涂工艺修补具有热影响区小，热变形小，修补效率高，修补质量好等优点，具有广阔的技术推广价值及应用前景。

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摘要：本文主要介绍了，框架式复合材料成型模模具的工艺特点及更改要求，经过分析比较，最终选择超音速热喷涂工艺修补，结合实例，说明了超音速热喷涂工艺修补具有热影响区小，热变形小，修补效率高，修补质量好等优点，具有广阔的技术推广价值及应用前景。

关键词：框架式复合材料成型模具；超音速热喷涂工艺；激光检测

1.框架式复合材料成型模具的工艺特点

框架式复合材料成型模具选取的材料Q235钢板、镍铁合金或者铝合金。通过焊接形成框架式隔栅结构，保证型板的气密性，保证通风良好、受热均匀、耐高温，耐腐蚀等工艺特点。（见图1）

图1 图2

2.框架式复合材料成型模具更改需求

以某机型机身蒙皮为例来说明修补过程，机身蒙皮为蜂窝夹层结构复合材料，由面板（蒙皮）与蜂窝芯组成的层状结构复合材料，由于这种轻型结构材料具有最优化比强度，比刚度、最大抗疲劳性能。表面平整光滑等特点已在航空航天领域得到广泛应用，以机身蒙皮产品口盖区域更改为例，成型模模具型板需要增量，最大增量3.5mm，如图2。

3.模具修补技术分析

由于框架式复合材料成型模具更改工期要求紧，需要在修补过程中使热应力变形降至最低，节省修补之后的加工时间。目前，针对成型模具的修补技术主要有电弧堆焊技术，热喷涂技术，电刷镀修复技术，激光焊接修复技术。

利用电弧焊接的方法，由于电弧作用时间长，工件表面与电弧束接触作用面积大，使得热输入大。故电弧堆焊修复后，工件热影响区面积大，残留内应力大，模具易产生严重的热变形；激光焊接修补是以高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密修补方法，由于焊接速度快，热流密度大，使的模具表面热影响区域大，模具型面会产生内应力，需要后期的热处理工艺进行去内应力处理，在一定程度上增加维修费用和维修时间；电刷镀修复技术修复效率较低，而且修复后需对工件表面进行清洗，清洗后的型面会有腐蚀现象，另外厚度过大时镀层附着力会下降。

超音速热喷涂工艺是一种金属零部件的表面强化和修复的特殊工艺，它利用超音速、电弧等热源，将合金材料加热成熔化或者半熔化状态，喷射至工件表面，形成与工件有一定结合强度的保护层。喷涂后的工件表面可以提高耐磨、耐蚀、耐热、抗高温氧化等性能。

4、技术流程

对此次框架式复合材料成型模具采用的超音速热喷涂工艺修补技术流程一般包括工件表面预处理（粗糙化）、预热、喷涂、激光检测、加工、抛光打磨

工艺实施过程：

A表面处理：表面处理采用棕刚玉金刚砂，目的是除去工件表面的所有污物；

B预热：预热的目的是为了消除工件表面的水分，提高喷涂时涂层/基体界面的温度，减少基材与涂层材料的膨胀差异造成的残余应力，以避免由此导致的涂层开裂和改善涂层与基体结合强度。预热温度取决于工件的大小，形状和材质以及基材和涂层材料的热膨胀系数等因素，一般控制在60~120℃范围；预热时间一般控制在1-2分钟；

C喷涂：工件表面喷涂；采用镍基合金喷涂材料进行表面修复，喷涂材料在被加热至熔化或者半熔化状态时，被加速到高达1000-1400m/s的速度，喷射到工作表面；具体为：采用超音速热喷涂出气压力为0.7MPa，热源离工件距离为100mm，电流为I=100A，电压为

U=34V（电极附近热气流速度为1000-1400m/s），温度为3000℃，涂层与基材的结合强度为30-50kgf/mm2，涂层的厚度为3-5mm，工件表层得到HRC15-65不同硬度的涂层；修复后的型面见图4

图三

D检测：激光检测；利用激光跟踪仪检测型面，通过检测数据与理论数据进行对比，以确定是否合格，对合格工件进行下一步的工件涂层抛光处理，对于检测型面不合格的表面，进行重新喷涂。

E加工：工件涂层抛光处理；用数控机床加工型面，加工后对表面抛光处理，保证抛光后型面光洁度Ra0.8；

5、应用前景

应用于飞机上框架式复合材料成型模具制造工艺复杂，生产周期长，加工费用高。复合材料产品作为单件生产，产品更改不可避免。

模具在使用中也经常有磕碰或磨损等因素，也需要对模具表面进行修补。修补措施不当，会造成模具的塑性变形和弹性变形，影响产品尺寸精度和型面精度，最终导致产品报废，只能重新设计和加工新的复合材料成型模具，这一过程大大增加了生产成本和生产周期。因此应用各种修补技术对需要更改或损坏的模具进行修补，使其恢复使用性能，重新投入使用，对延长模具使用寿命，降低生产成本，提高经济效益具有重要意义。

实践证明，超音速热喷涂工艺修补技术具有修补质量高，修补后工件热变形小，表面粗糙度好，修补效率高，修补适应性好，能够实现快速修补等优点，可以满足模具精度要求和使用要求，具有很大的技术推广价值和广阔的应用前景。

参考文献：

[1]、金荣植.模具的修复技术与应用.金属加工（热加工）

[2]、李福海，陈兴驰，佟鑫模.模具的激光表面熔敷成型技术及应用.

[3]、激光修补精密模具的应用.模具制造