提要：提出了一种新的电弧喷涂和电刷镀一体化制作交通工具遮盖件生产模型的迅速制模技术。该技术认为合适而使用电弧喷涂工艺在母模外表迅速淤积一层细致精密的低熔点金属薄壳，因此制造落生产模型的型腔，而后认为合适而使用电刷镀工艺在生产模型办公外表刷镀巩固涂层，以显著增长生产模型外表的硬度和耐磨性。研究制造了电弧喷涂和电刷镀一体化迅速生产模型制作设施，该设施可以依据生产模型的三维数值半自动、高效地完成电弧喷涂和电刷镀两种作业，保障了生产模型制造品质。所述迅速生产模型制作办法和设施用于交通工具新车型研发和样车试着制做，可以显著减低研发成本、缩减试着制做周期。
    网站关键词：交通工具遮盖件，电弧喷涂，电刷镀，迅速制模交通工具遮盖件生产模型制作技术是交通工具车身研发的关键技术，不过到现在为止我国大型精确生产模型制作技术水准及有经验还不可以绝对满意交通工具工业进展的需求。积年来，交通工具遮盖件生产模型制作技术一直是我国交通工具工业进展的瓶颈之一。例如，轿车大中型遮盖件生产模型主要有赖进口，直接影响着我国轿车自主研发有经验的形成和进展[1~2]。
    样车试着制做生产模型（又叫作遮盖件简易生产模型）的制作直接表决着新车型研发的成本和周期。不过，到现在为止国里外遮盖件金属生产模型主流制作技术，如消逝模铸造技术、大型精确数字控制铣、高速数字控制铣等，出产周期长，花销高，难于满意样车试着制做和小批量出产的要求。因为这个，国里外都在征求成本低、周期短的遮盖件生产模型试着制做技术。例如：美国Quality Metalcraft企业利用RP技术制造原形，而后认为合适而使用中熔点合金制模，来成功实现车身件的拉延成形[3]；美国福特交通工具企业基于RP技术，研发了一套利用金属喷涂制作冲模生产模型的设施和工艺，材料为碳钢，涂层厚度可达76mm，较传统制模办法节约30百分之百的花销和时间，其工艺归属情报尚未公开[4]；国内一汽生产模型制作核心认为合适而使用瑞士汽巴精化企业的高超度天然树脂为全新小红旗轿车试着制做研发了引擎发动机罩、前后翼子板等大型复杂里外遮盖件天然树脂生产模型12套，生产模型制作周期缩减1/2～2/3，制作花销比传统生产模型制作办法节省1000万元左右[5]。这个之外，遮盖件试着制做生产模型迅速制作的办法还有：认为合适而使用LOM法制作薄钢板重叠生产模型；认为合适而使用鉍合金铸造制模，利用“双成形工艺”（Dual Form Process）可以将上下模一块儿制作出来；大致相似锌合金铸造的办法，制作高疏密程度混泥巴生产模型（Concrete Die），生产模型的办公外表为金属粉巩固聚合物等[6]。
    上面所说的遮盖件生产模型制作办法中，电弧喷涂制模办法对于大中型生产模型的制作在周期和成本方遮挡面部的东西有非常大的优势，但因为到现在为止国内只能成功实现低熔点金属制作喷涂生产模型，涂层外表硬度太低变成其主要欠缺，严重抑制着电弧喷涂制模办法的应用范围。脉冲电镀电源针对这种事情状况，本文提出一种电弧喷涂和电刷镀一体化制作大中型交通工具遮盖件生产模型的迅速制模技术并研究制造了相应的设施。该办法集成了迅速原形、电弧喷涂和电刷镀等技术，并经过智能电弧喷涂和电刷镀一体化设施，成功实现了电弧喷涂和电刷镀两种工艺的半自动化作业和工艺优化。迅速原形技术用于母模的制作，增长了制造速率和对复杂自由球面的适合性。电弧喷涂技术用于在母模外表喷涂具备一定厚度和强度的细致精密低熔点合金涂层，因此形成所需的生产模型型腔。电刷镀技术用于对喷涂生产模型办公外表刷镀巩固涂层以增长生产模型外表强度、硬度和耐磨性，因此增长低熔点金属生产模型的性能。该技术用于大中型交通工具遮盖件生产模型的制作，成本只有传统机械加工钢生产模型的1/10，制作周期为后者的1/4~1/5[7]，十分适合使用于样车试着制做和小批量出产。样车试着制做符合标准后，遮盖件喷涂生产模型的三维板型数值可以用来加工最后的钢生产模型，可保障钢生产模型一次加工成功，因此可以缩减新车型的研发周期，减低研发成本。
    工艺路线与关键技术工艺路线本文提出的电弧喷涂和电刷镀复合成型生产模型制作是一种复形法制模技术，它需求一个实物板型（或称为原形）作为母模。母模可以是迅速原形或过渡板型、产品实物或经过高速数字控制加工获得的木料、生石膏等非金属板型。电弧喷涂技术用于在母模外表喷涂具备一定厚度和强度的细致精密金属涂层，因此形成所需的生产模型型腔，涂层材料为低熔点合金。在补充合适的背衬材料并脱模后，利用电刷镀技术在生产模型办公外表刷镀巩固涂层，继续往前完成生产模型的迅速制作。
    遮盖件生产模型制作的技术路线如图1所示。图2给出了电弧喷涂和电刷镀制模的周密工艺过程。
    图1电弧喷涂-电刷镀复合成形交通工具遮盖件生产模型迅速制作技术路线（a）母模外表打光。先涂一层离型剂，而后平均地涂上一层脱模剂，静置约30分钟。
    （b）用电弧喷枪喷涂制模金属以形成具备一定厚度的金属薄壳，办公过程中喷枪的轴线始末与办公点存在的地方球面铅直。喷涂完成后切掉不不可缺少局部。
    （c）把天然树脂、填料等背衬材料倒入预先准备好的金属模框内。
    （d）在生产模型办公外表电刷镀一定厚度的高超度和高硬度的镀层，办公过程中镀笔的轴线始末与办公点存在的地方球面铅直。
    （e）制造完结的交通工具遮盖件半金属生产模型。
    图2电弧喷涂和电刷镀工艺关键技术基于RP技术的迅速生产模型制作技术迅速制模（Rapid Tooling-RT）是利用迅速度完成型技术（Rapid Prototyping-RP）出产生产模型原形或母模的生产模型制作技术。到现在为止RT技术的研讨主要集中在两个方面，即直接迅速制模（Direct Rapid Tooling——DRT）和间接迅速制模（Indirect Rapid Tooling——IRT）[8]。
    直接迅速制模技术不听从赖传统生产模型制作工艺，遭受广泛看得起，比较典型的办法有：加热使黏结浸渗法，薄钢板重叠法，金属熔积法等，受成形材料和工艺的限止，直接制模法还基本处于实验室研讨阶段，只能用来制作一点大小较小的尝试生产模型。
    间接迅速制模技术有两种制模办法：第1种是以RP办法制造的原形为板型（分子化合物塑料、蜡等），与传统生产模型制作工艺相接合，经过该板型用铸造办法、电极成型、金属喷涂等办法出产成型生产模型，第二种是经过RP技术出产铸型（砂型或壳型），再经过铸造技术用这些个砂型或壳型出产生产模型。间接迅速制模办法比较灵活、应用范围广，可制作多种材料的生产模型，是到现在为止成功实现RT的主要路径。按生产模型材料分为三大类，即非金属生产模型、半金属生产模型和金属生产模型。
    ）非金属生产模型主要有：硅橡胶模、环氧气天然树脂模，这一类生产模型可由RP原形直接翻制取得。
    ）金属生产模型普通经过RP原形接合浇注加热使黏结浸渗、铸造、电加工等工艺办法取得。
    ）半金属生产模型普通通电流通过铸或金属喷涂办法形成金属薄壳，而后用非金属材料或复合材料施行补强的工艺办法取得。
    综上所述，基于RP技术的非金属生产模型制导致本低、周期短，在一点特别指定条件下用于新产品研发有好的效果，但因为材料机械性能的限止，其应用范围有限。基于RP技术的金属生产模型的制作工艺普通比较复杂，成本也高，到现在为止还很难用于大型生产模型的制作。相形之下，半金属生产模型具备适合使用范围广、成本低、适应制作大型生产模型等独特的地方，具备较好的工程实用价值。
    本文提出的交通工具遮盖件生产模型的制作办法就是一种半金属生产模型的制作办法，这种办法制成的生产模型既可用于交通工具样车的试着制做，也可用于小批量的出产。半金属遮盖件生产模型在样车试着制做符合标准后，生产模型的三维CAD数值就可以用于制作大量量出产用的钢生产模型。
    电弧喷涂制模技术金属喷涂制模工艺是在RP原形还是RP原形翻制的过渡模上认为合适而使用等离子喷涂或电弧喷涂等办法喷制金属薄壳，而后用天然树脂、金属复合材料施行补强，获得注塑模或板材冲压生产模型的办法。
    电弧喷涂技术归属热喷涂技术之一，它经过高速气流使熔化状况的金属材料雾化并喷吐到作件外表上，因此在作件外表制作出一个具备特别功能的薄层。用这种办法形成的办公外表叫做涂层，依据涂层材料不一样，可以成功实现防腐、耐磨、减磨、抗高温、抗氧气化、导电、防微波辐射等功能。电弧喷涂技术与其他热喷涂技术，如火苗喷涂、等离子喷涂相形，具备设施投资低、工艺简单、出产速率高、节省能量物质、对基体热输出小、适合使用范围广等长处。1938年美国研究制造成功了直流电弧线材喷枪，微记着电弧喷涂技术进入了实用。70时代，美国TAFA企业着手利用电弧喷涂技术制作生产模型，并解决了喷涂工艺中存在的很多技术问题，实现了电弧喷涂制作生产模型，但主要是注塑生产模型。
    电弧喷涂制模时，喷涂对象普通是光溜板型外表，高熔点金属因为冷却收缩率大很容易出现裂缝、卷曲，难于依附成型，到现在为止国内只能成功实现Zn或Zn-Al合金喷涂制模工艺。因为Zn和Zn-Al合金硬度较低（西安交通大学先进制作技术研讨所（IAMT）在电弧喷涂制模工艺和材料方面作了数量多的研讨办公，如实验最后结果看，在光溜外表板型上直接喷涂中碳钢、高碳钢、不锈钢、铜等高熔点金属比较艰难。大致相似Zn-Al伪合金那样子，认为合适而使用不一样熔点金属一块儿喷涂形成伪合金的工艺办法在涂层硬度和喷涂工艺性两方面普通能获得较好的效果，经过数量多实验，发觉把Zn丝和Al-Cu合金丝一块儿喷涂形成Zn-Al-Cu伪合金能显著增长涂层硬度。
    直接电弧喷涂制模办法对于大中型生产模型制作在周期和成本方遮挡面部的东西有非常大的优势，但因为涂层外表硬度太低，严重影响了喷涂生产模型适合使用范围。针对这种事情状况，本文提出了电弧喷涂-电刷镀复合成型生产模型迅速制作技术，经过在喷涂生产模型的办公外表刷镀巩固涂层来增长生产模型外表强度、硬度和耐磨性，因此增长低熔点金属生产模型的性能。
    电刷镀生产模型外表巩固技术电刷镀技术是应用电化学淤积原理，在导电的作件外表的选定部位迅速淤积指定厚度镀层的外表巩固技术。电刷镀是电镀技术的一种特别方式，又被称为无槽电镀或挑选性电镀。
    电刷镀技术的独特的地方主要有：镀层具备令人满意的机械和物理化学性能；镀层与基体金属之间具备令人满意的接合强度，例如镍镀层在钢铁基体上的接合强度大于70Mpa，在钛、铝、铜、铬及高硼钢和青灰等上也具备美好的接合强度；出产速率高，电刷镀的淤积速度是普通槽镀的10~15倍；节省能量物质，耗电量是电镀和烧焊耗电量的几非常之一；设施简单，投资少等。
    因为电刷镀技术是十分理想的金属外表巩固处置工艺，近年来在生产模型的修复和外表巩固处置上获得了应用，如用于交通工具大型遮盖件拉延生产模型的巩固，生产模型生存的年限增长10倍以上[9]。Liu Xianjun等人的实证验实，刷镀在Zn-Al伪合金涂层上的镍镀层与在45钢外表所刷镀的镍镀层具备相同的微观结构、硬度和耐磨性[10]，也就是说尽管基体材料不一样，但镀层品质是同样的。本文提出的电弧喷涂-电刷镀复合成型生产模型制作技术，综合利用了电弧喷涂淤积速率高和电刷镀镀层硬度和耐磨性高的长处。
    智能电弧喷涂和电刷镀一体化生产模型制作设施到现在为止电弧喷涂和电刷镀多为手工操作，当生产模型表平面或物体表面的大小过大时，电弧喷涂和电刷镀劳动强度太大，人工操作受不了，况且没有办法保障生产模型品质。因为这个，电弧喷涂-电刷镀过程半自动化对于大型生产模型制造十分关紧，制作工艺过程半自动化水准的高低直接影响生产模型制作品质和制作周期，也将直接影响到该技术的推广应用。
    智能电弧喷涂和电刷镀一体化生产模型制作设施是我们研讨研发的专门用于交通工具遮盖件生产模型制作的设施。该设施如图3所示，由计算机、运动及工艺参变量字控制制器、电弧喷涂装置、电刷镀装置和一台五自由度机械手等组成。收缴到遮盖件生产模型三维CAD设统计据后，经设施上的计算机处置，就可以驱动因械手按优化的工艺轨迹运动，半自动完成电刷镀和电弧喷涂两种作业，况且可以对电刷镀和电弧喷涂两种工艺的工艺参变量成功实现扼制。机械手在计算机的扼制下，保障镀笔和喷枪的轴线始末与办公点存在的地方球面铅直。刷镀笔和喷涂喷枪的改换经过机械手末端上的专用适配器成功实现。该设施的扼制流程见图4所示。该设施可制作的交通工具遮盖件生产模型的最大尺寸为3500mm×2000mm×500mm。
    图3智能电弧喷涂和电刷镀一体化生产模型制作设施构成图4智能电弧喷涂电刷镀一体化设施扼制流程图基于电弧喷涂和电刷镀的交通工具遮盖件生产模型闭环制作系统面前所述办法制作的遮盖件生产模型归属半金属生产模型，主要是为交通工具新车型研发中样车试着制做服务的，也可以用于小批量的出产当中。假如要制作钢生产模型用于大量量的出产，那末在样车试着制做成功往后，在试着制做证验符合标准的遮盖件生产模型基础上，经过反求工程取得生产模型的板型数值，可以用来扼制高速数字控制机床加工出所需钢生产模型，防止了因生产模型预设不了功所造成的钢生产模型制作的反反复复，保障钢生产模型一次加工成功，大大缩减了新车型研发的周期。
    大型交通工具遮盖件生产模型迅速研发系统如图5所示。该系统以本文提出的电弧喷涂和电刷镀迅速生产模型制作技术为核心，可在取得原形后迅速完成遮盖件生产模型的制作。生产模型原形的取得有三条路径，即迅速原形、数字控制加工获得的非金属原形和遮盖件产品实物。那里面，RP迅速原形制作是成功实现新车型自主预设研发的关键环节，它可以由车身遮盖件的3D数值板型直接制作实物样件。遮盖件生产模型CAD/CAE/RE环节成功实现遮盖件生产模型的预设、反求和工程剖析，并可依据对遮盖件试着制做样件的检验测定和名声，对生产模型3D数值板型施行改正，因此成功实现对交通工具遮盖件生产模型的闭环研发和制作。
    图5基于电弧喷涂和刷镀技术的大型交通工具遮盖件生产模型迅速研发闭环系统交通工具遮盖件生产模型制造实际的例子图6给出了基于电弧喷涂和电刷镀一体化技术及设施所制造的交通工具遮盖件生产模型及其冲压样件（制造比例为1:3）。这处，我们由生产模型的3D数值经过于激烈光迅速度完成形设施制造落生产模型的迅速原形，而后翻制落生石膏过渡型。当然，母模的取得有多种办法，可以是迅速原形或过渡板型，也可以经过高速数字控制加工木料还是生石膏等非金属材料获得。
    天然树脂迅速原形（b）生石膏过渡板型遮盖件生产模型，顺次为凹模、凸模和压边圈（d）冲压样件图6电弧喷涂和电刷镀一体化技术制造的交通工具遮盖件生产模型及其冲压样件论断（1）本文提出的电弧喷涂和电刷镀复合制模技术可以成功实现大型交通工具遮盖件生产模型的迅速制作，成本低、周期短，特别适合使用于交通工具新车型研发中的样车试着制做和小批量出产。经试着制做符合标准的遮盖件生产模型的三维板型数值可以用来加工最后的钢生产模型，可保障钢生产模型一次加工成功，因此缩减了新车型的研发周期，减低了研发成本。
    （2）所研究制造的智能电弧喷涂和电刷镀一体化生产模型制作设施将电刷镀和电弧喷涂两种工艺集成在同一台设施当中，可以对电刷镀和电弧喷涂两种工艺的工艺参变量成功实现扼制，具备生产模型三维板型数值直接驱动功能，办公中镀笔和喷枪始末与办公点存在的地方生产模型外表铅直，成功实现了两种工艺的高效、半自动化作业，谋生产模型的制作品质供给了保障。
    （3）智能电弧喷涂和电刷镀一体化生产模型制作装置为电弧喷涂制模技术供给了尝试的平台。在此平台上，可以便捷地开展高熔点金属和合金制模规律的研讨和考求。假如打破了到现在为止国内只能喷涂低熔点合金制模的限止，电弧喷涂制模技术将会取得更高频电泳电源广泛的应用。