等离子喷涂Al2O3成型层温度场及应力场的数值模拟

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等离子喷涂技术经过近几年的飞速发展已经得到了广泛应用,像航空航天、石油化工、汽车零部件制造、船舶工业等。与此同时随着我国工业制造技术的不断进步,人们对零部件的制造要求和成型质量提出了更高的要求,依靠传统制造技术已不能满足要求。而等离子喷涂技术作为表面改性和改善零部件使用性能的工艺技术可以有效改善零部件性能,因此越来越受到重视。其中大气离子喷涂技术由于采用电弧作为热源,形成了温度可调的高热值热流从而可以熔化几乎所有的高熔点涂层材料,并形成结合强度较高的成型层。并且随着相关学者对喷涂层出现的裂纹、气孔、残余应力的研究,相信等离子喷涂技术在不久的将来将会得到进一步的提高。  本文通过ANSYS模拟等离子喷涂过程中的温度变化情况和由温度变化而引起的应力变化情况。通过对温度的分析得出喷涂层成型过程中温度的变化及分布;采用不同工艺技术对温度变化的影响。主要涉及的工艺参数有喷枪的运动速度、电流电压大小,涉及的工艺方式有单道单层与单道双层,两种工艺方式表现出不同的温度变化情况。通过应力的分析得出喷涂过程中应力的分布及相应的应力变化情况。模型在喷涂过程中表现为喷涂层受到压应力的作用而基体受到拉应力的作用,喷涂层与基体结合部位有较大的应力集中,从而为解释喷涂层因残余应力而导致的翘曲、开裂和脱层等现象提供依据。  除此本文还总结了喷涂层在耐磨性、孔隙率等方面存在的不足;热传递的方式的;模型单元尺寸的确定及划分;应力的来源等。通过这些基础理论的介绍并结合模型温度和应力的数值分析结果,为实际等离子喷涂技术相关参数的设定提供了依据。在进行数值分析过程中做了一些相关简化,对所得到的结果有一定的影响,但是合理的简化可以省去大量的计算时间,从分析所得结果看仍然有一定的参考价值。
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