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等离子喷涂功能材料制备的实验工装设计 摘要 等离子喷涂技术是现代表面工程的重要手段之一，在工业生产和科研中的应用也越来越广泛。等离子喷枪作为等离子喷涂设备的重要组成的部分，现有的等离子喷枪存在能量消耗大、粉末沉积率低、喷枪寿命短等缺点，进而影响着生产效率与喷涂工艺的成本。现有的小型等离子喷枪多为手持式，这种手动喷涂的方法存在操作人员的劳动强度大、操作水平要求高，满足不了大批量生产作业；其次，涂层质量不稳定，均匀性差，喷涂准确性低，喷涂质量完全凭人工经验控制。 本文首先通过在喷枪的送粉方式、送气方式、喷嘴形状、阴极及钨极座对等离子喷涂的影响方面，设计了喷枪的结构，提高了喷涂的沉积率和喷枪的寿命，进而降低了喷涂工艺成本。其次，本文的重点是对等离子喷涂进给机构进行了设计，通过Y向机构的装夹盘和水平放置三爪卡盘分别对平面类工件和轴类工件进行装夹，然后由安置在十字滑台的喷枪对工件进行运动喷涂。 通过对喷枪的优化设计和等离子喷涂进给机构的设计，改善了喷涂涂层的质量，提高了喷涂材料的利用率，从而节约了喷涂成本，并实现了喷涂系统运动的精准控制，替代了人工劳动力，提高了喷涂效率和喷涂过程的安全性，为喷涂工件的大批量生产提供了条件，从而推动等离子喷涂技术在工业生产上更加广泛的应用。 关键词：功能材料；等离子喷枪；进给机构；实验工装 目录 第1章绪论1 1.1功能材料1 1.1.1功能材料的概念1 1.1.2功能材料的分类及应用1 1.1.3常见功能材料的制备3 1.2等离子喷涂技术4 1.2.1离子与等离子体4 1.2.2等离子喷涂的原理6 1.2.3等离子喷涂的特点7 1.2.4等离子喷涂的喷涂距离与喷涂角度8 1.2.5等离子喷涂涂层性能检测方法8 1.2.6等离子喷涂功能材料的应用与前景8 1.3本章小结9 第2章等离子喷枪的设计10 2.1等离子喷枪的基本结构10 2.2等离子喷枪基本参数的选择11 2.3等离子喷枪结构的基本设计要求11 2.4等离子喷枪结构方案的选择12 2.4.1送粉方式的选择12 2.4.2送气方式的选择14 2.4.3阳极（喷嘴）形状的选择15 2.4.4阴极（钨极）和钨极套的设计17 2.5本章小结18 第3章喷涂系统进给方案的设计19 3.1等离子喷涂的喷涂设备19 3.2等离子喷涂系统进给方案的确定19 3.2.1进给伺服系统的要求19 3.2.2等离子喷涂进给机构的主要设计参数20 3.2.3进给机构总体方案的选择20 3.3导轨类型的选择23 3.3.1选择的导轨满足的要求24 3.3.2常见的滑动导轨类型和导轨类型的确定24 3.4传动方式的选择25 3.5各个进给机构联轴器的选用25 3.6进给机构的防护26 3.7本章小结27 第4章喷涂系统进给机构的计算28 4.1 Y向进给机构的计算28 4.1.1滚珠丝杠副的选择与计算28 4.1.2电机和减速机型号的选择31 4.1.3轴承的选择与计算33 4.1.4键的校核计算34 4.1.5工件装夹盘安装螺栓的校核计算35 4.2 X向进给机构的设计与计算36 4.2.1 X向滚珠丝杠的选择与计算36 4.2.2交流伺服电机与减速器型号的选择38 4.2.3轴承的选择与计算40 4.2.4键的校核计算41 4.3 Z向进给机构的设计与计算42 4.3.1 Z向滚珠丝杠的选择与计算42 4.3.2交流伺服电机与减速器型号的选择44 4.3.3轴承的选择与计算46 4.3.4键的校核计算47 4.4轴类工件旋转机构的设计与计算48 4.4.1交流伺服电机与减速器型号的选择48 4.4.2三爪卡盘的选型49 4.4.3卡盘轴的校核50 4.4.4轴承的选择与计算51 4.4.5键的校核计算52 4.5本章小结53 第5章总结与展望54 致谢55 参考文献56