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集成機器人等離子噴塗係統進行先進材料加工

時間:2017-08-09 17:04:17  來源:AG亚游官网熱噴塗網整理  作者:(譯)tianzhongma,(原)Weisheng Xia

1 簡介

    大氣等離子噴塗(APS)已經廣泛應用於各種行業的應用由於其低成本和簡單性。它可以快速製造塗料幾乎各種材料,如金屬,合金,陶瓷和聚合物。因此,APS有成功地從傳統的表麵工程技術轉變為多功能材料加工,特別注意其固體氧化物的應用燃料電池(SOFCs)。同時,由於其靈活性高,機器人在行業領域的使用越來越多和廣泛的經營區域。進一步研究使用等離子體熱噴塗的快速加工技術,我們進行了結合行業機器人技術的發展研究等離子熱噴塗技術建立了機器人快速噴塗金屬加工工藝用於製造注塑工具和鈑金成型模具。

2 集成式機器人等離子噴塗係統

2.1 係統設計與設置

    APS作為一種瞄準線,可以通過機器人手持噴槍來製造複雜幾何形狀的滿意塗層。它是生成一個噴槍軌跡或通過使用一個可編程的機器人,修改工藝參數非常容易和簡單,噴霧角,如噴塗距離、掃描速度和步驟,此外,機器人等離子噴塗已被證明是可行的和高效的解決方案來確保高精度不在工藝和塗層的可重複性。機器人等離子噴塗係統的構成如圖1所示,包括等離子射流發生器、六軸工業機器人和轉向平台、粉末注射機和基於PCPLC的控製係統。西門子S7-300PLC通過MPI連接到係統(多點接口),和開放的OPCOLEforProcessControl)協議適用於PCPLC之間的數據通信的通信。PCup-20機器人是基於以太網的數據傳輸介質之間建立通信,和機器人控製軟件的開發是為主機控製和交換工作以PC為中心控製與COM過程監控軟件幫助係統控製器(組件對象模型)技術會見過程監控和優化處理,多要求信息存儲、計算資源等。因此,PLCFI設備的穩定安全控製和上位機監控、數據存儲、控製算法等方麵的優勢得到了有效的集成,提高了係統功能。最後,建立了機器人等離子噴塗成形係統,並進行了成形過程監控、機器人軌跡自適應智能調整、機器人實時控製等功能。根據等離子噴塗過程中噴塗層的溫度和厚度反饋,實現了機器人噴塗軌跡的智能自適應調整和製造策略的自動調度。

08091.jpg

1機器人等離子體噴塗成型係統示意圖

Figure 1 Schematic diagram of robotic plasma spray forming system

2.2 懸浮注射對等離子體射流脈動的影響

    在等離子體噴塗過程中,為了控製時間依賴的直流等離子體射流行為,全麵了解其電,磁,熱,熱力學現象。該電弧波動已經對顆粒速度和溫度有重要影響。這個對於懸掛注射而言,影響是更重要的,因為波動會影響液滴或射流滲透,碎裂,粒子軌跡,加熱和加速。等離子體性質(例如,速度,比焓,氣體質量密度)沿等離子體射流半徑連續變化即沿著等離子體噴射軸的懸掛穿透路徑。的不穩定性直流電炬的弧根涉及高瞬態電壓波動,從而耗散功率波動,導致等離子體射流在長度和位置上連續變化它們在軸向上的速度變化。

08092.jpg

2aSPS和(b)懸浮液的霧化曲線的實驗設置

Figure2:Experimentalset-upof(a)SPSand(b)theatomizationprofileofsuspension

    2a)給出了本研究中SPS使用實驗係統的方案。該液體原料係統由三個不鏽鋼罐組成,其中儲存懸浮液,並通過固定在罐中的螺旋槳連續攪拌和混合。在SPS過程中,坦克是加壓用壓縮空氣(N2)監測,並與轉子流量計控製和壓力調節閥。值得注意的是液滴的動量必須足夠高以確保其滲透到等離子體射流的核心。因此,霧化噴嘴是自行設計的,具有三個用於懸浮液的入口和一個用於霧化的入口加油站。圖2b)所示為霧化噴嘴的懸浮液滴。因此,液體原料係統可用於三種不同懸浮液組成的SPS過程,可以改變懸掛給料器的罐的壓力以改變下落速度。

    在本文中,等離子體射流的圖像由電荷耦合器件(CCD)收集,然後灰度值通過形式圖像處理和灰度變換計算,最後,基於等離子體射流的形變場通過亞伯變換獲得圖像的灰度值與等離子體射流的輻射強度之間的關係通過校準實驗建立。從溫度場信息來看容易建立最佳的加工參數,也可進一步降低成本和製造噴塗工具更具吸引力,此外,它可以保持成型工藝和質量塗料。懸浮注射過程中等離子體射流的不同曲線如圖3所示調整,顆粒懸浮液流動從罐到注射器,這也很容易滲入等離子體射流的中心區域。這種情況有利於增強沉積效率和粉末的利用率。

08093.jpg

3 等離子體射流的不同曲線受懸浮液注入影響(a)在調整期間和(b)進程

Figure3 Differentprofilesofplasmajetinfluencedbysuspensioninjection(a)duringand(b)afteradjust-mentprocess

3 先進的材料加工

3.1 固體氧化物燃料電池的應用

    4示出了平麵PEN(正電解質-負極)塗層。PEN由陽極,分層,電解質,分層組成和陰極。在相應的電極和電解質之間的兩個分級層中材料組分逐漸變化,每個組分層緊密接觸。孔隙度陽極梯度層從高到低逐漸變化,陰極孔隙度分級層從低到高逐漸變化。陽極,電解質的厚度陰極分別為200,60100μm。為了避免增加電池電阻,該梯度層僅具有2030μm的厚度。根據AC複雜分析結果與PEN的電導率比較不分層,具有梯度層的電導率急劇增加。

08094.jpg

4 平麵PENSEM

Figure4 SEMoftheplanarPEN

3.2 金屬模具快速製造

    快速金屬模具受到廣泛關注,因為模具和模具製造快速試產大批量生產的工具在實現快速發展方麵構成了一個問題新產品。已經證明熱噴塗工藝是有吸引力的方法製造各種尺寸從小到大的金屬模具。我們的綜合機器人快速噴塗金屬加工工藝基於6自由度(Degreeof自由)行業機器人。這個工業機器人被用來執行中心內容快速金屬加工程序。首先,將陶瓷塊製成陶瓷原型模具通過機器人銑削程序。第二,陶瓷模具表麵被塗覆鐵鎳鉻合金層通過機器等離子體噴塗程序,再用鉍合金,其經曆幾乎沒有熱膨脹,或者鋅合金被鑄造以備備噴塗層。最後,陶瓷圖案被破碎和去除,使機器人拋光噴塗進行注射成型或金屬板成型金屬工具的完成得到。使用生成銑削,噴塗和拋光的機器人軌跡的方法,鎳鉻合金噴塗汽車蓋組件模具實驗製作。圖5顯示了機器人等離子噴塗金屬加工工藝的模型和模具圖。製造的模具可以完全滿足工藝成型要求。

08095.jpg

5 a)凹模,(b)突出模具組裝圖和(c)汽車麵板的產品

Figure5  (a)Concavemould,(b)protrudingmouldassemblingchartand(c)theproductofthecarpanel

4 結論

    1)為提高等離子噴塗的工藝質量和可靠性,集成了RPS係統開發,為用戶提供高品質的噴塗成型塗料。該係統可以滿足先進材料加工的要求具有良好的操作和精細的控製效果。

    2)提出了一種控製方法,以消除懸浮液注入的影響等離子體射流有助於用戶實現最佳工藝參數和開發噴塗過程中的過程控製。

    3)汽車覆蓋件和SOFC平麵PEN的製作實驗確認該係統的多用途用途。可實現大中型噴塗工具模具具有複雜的表麵和一致的塗層生產。

 

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