新型电弧喷涂设备设计
王士军，冯延森，李俊华，车志敬
农 机 化 研 究
摘 要：电弧喷涂http://www.sunspraying.com/kepuyuandi/设备主要用于工件的修复和表面加工，具有热效率高、操作简单、安全可靠和生产成本低等优点，并可以制作假喷涂涂层，在生产中将会得到非常广泛的应用。为此，介绍了一种新型的电弧喷涂设备；分析了电弧喷涂的工作原理；阐述了电弧喷涂设备的喷枪、送丝机构和控制电路的设计方法。
关键词：机械设计；电弧喷涂；设计；喷枪；拉瓦尔管；送丝；电源输出
1 电弧喷涂原理
电弧喷涂的原理是：燃烧于两根丝材端部之间的电弧将均匀送进的丝材熔化，压缩空气经拉伐尔喷嘴加速后把熔化的金属雾化，并将雾化的熔滴喷向工件形成涂层。
新型电弧喷涂设备包括喷枪、送丝机构和控制电路 3 部分。该设备由送丝机构通过送丝软管向喷枪连续送丝，控制电路向喷枪输出电源，均匀送进的丝材在喷枪内频繁地进行熔化，熔化的金属由压缩空气吹向工件表面，完成喷涂操作。其结构如图
1 所示。
丝材从送丝架上下来，首先进入送丝箱(5)，然后通过送丝软管(2)接到喷枪(1)的导电嘴尾部。压缩空气管(9)从空压机接到喷枪(1)的拉瓦尔管尾部，电源线(10)从电源箱接到喷枪(1)上。电源开关打开，丝材由送丝机构连续送进喷枪，即可进行连续喷涂。若工件比较小，可以按下操作手柄(12)的按钮，进行短时喷涂；松开手柄，喷涂结束。因此,该设备既可以用于大型工件的长时间连续喷涂，又可以用于小型工件的频繁间断的喷涂工作，并且在间断时，既不消耗材料，也不消耗电能；既不造成涂层的缺陷，也不会损坏设备。
2 喷枪的设计
电弧喷涂枪是电弧喷涂http://www.sunspraying.com/kepuyuandi/设备的关键装置。均匀送进的丝材在喷枪内频繁的进行融化—雾化，以形成速度快、雾化好、粒度均匀的喷涂粒子。喷枪的外形如图 2 所示。
该喷枪的结构简单，安装调试方便，能获得稳定的喷涂过程和致密平滑的喷涂层。为了追求更高的雾化粒子冲击速度以及良好的雾化效果，根据流体力学一维定常等熵变截面管有关方程，本文借鉴采用了拉瓦尔喷管。由于拉瓦尔管对气流的加速作用，拉长了电弧并保持电弧的稳定，有效提高了金属粒子的雾化程度和涂层的致密度，以及粒子与粒子之间、粒子与基体之间的结合强度。
电弧喷涂枪的工作部分为导电管、导电嘴和拉瓦尔管。导电管和导电嘴之间有 2mm 的偏心距，以确保丝材带电。
该喷枪工作部分结构对称，用于双线喷涂。喷枪上装有送丝软管、气管的接头。丝材从导电嘴（2）进入喷枪内部，电源线夹在两块铜垫(5)之间，由螺母(1)压紧。压缩空气管接到拉瓦尔管(3)的尾部，压缩空气的压力为 0.5～0.8MPa。打开电源，丝材带电，带电丝材在送丝机构的作用力下继续运动，在导电管端部形成电弧，熔化的金属由压缩空气吹向工件表面，形成涂层。
3 送丝机构的设计
送丝机构的作用是将两根金属丝均匀的推送到喷枪。它用直流伺服电机驱动，送丝速度可以连续均匀地进行调节，可进行进退丝操作。送丝机构的工作部分主要为蜗轮蜗杆、送丝轮和压紧轮。电动机的动力通过蜗轮蜗杆传递到送丝轮上,送丝轮和压紧轮中间有槽，深度为 2.6mm。丝材在两轮的摩擦力作用下作直线运动。导电嘴的孔径仅比丝材直径大 0.2mm,而且有较大长度，任何不规则的弯曲将造成送丝困难。所以，丝材在进入送丝轮之前需要先经过两个矫直轮矫直，以减少丝材在送丝软管内部受到的阻力。通过调节杠杆可以调节送丝轮和压紧轮之间的间隙,本机构可以对直径3～5mm 的丝材进行送丝。电动机的转速为 1500r/min，丝材所需要的最大送丝速度为 2.4m/s。由1d = mg ， 取 标 准 模 数 m =3, 蜗 杆 直 径 系 数q =12，则分度圆直径1d =36mm蜗杆的线速度为π/10011v = nd0=2.83m/s蜗杆的头数为 3，蜗轮的齿数为 30，则蜗轮的分度圆直径 d =mz2=90mm速比21i = z/ z=10蜗轮的速度 /1521v = v=0.283m/s为了满足丝材对送丝速度的要求，送丝轮和压紧轮的直径应为d =75mm
4 控制电路的设计
电路部分主要完成对电动机、电源输出和各开关的控制。该设计选择直流并激式电动机，由继电器控制电动机的正反转，以进行进丝或退丝。利用单结晶管触发可控硅电路对电动机进行无极调速。其调速原理根据并励电动机的转速公式( )/(φ)εnUIRKaa= 该电路通过调节电阻来调节电容器的充电速度，来改变晶闸管的导通角大小，使输出电压的平均值发生变化，达到调速的目的。调速范围为 0～2.4m/s。
电源的作用是提供一定的直流电压在相交的丝材端部形成电弧，并保持电弧的稳定燃烧。笔者采用硅整流电源，其设计简单，通过改变主变压器原边线圈的匝数来调节输出电压，输出电压分 5 档调节，调节范围为 24～34V。额定输出电流 300A。该设备的最大输出功率为P =UI1=10.2kW考虑到变压器工作过程中的损耗，变压器原边的功率为2P =1.11P =11.22kW由于三相变压器采用的是星形/星形接法，则原边的功率PPP 3UI2=得PPI P/3U2=即主电路中的线电流最大为 17A，以此为依据，选择其他元件。常用丝材的喷涂参数见表 1 所示。
参照表 1，把电流、电压调节在规定的范围内，就可以完成不同丝材的喷涂。整个系统软、硬件采用模块化设计，对喷油泵试验台的喷油计数和转速进行控制。各功能模块相互独立又相互联系，通用性强，调试方便，出现故障易排除。
图略
参考文献略
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