模具工业是制造业的一项基础产业，模具的生产技术水平在很大程度上决定着产品的质量和市场的开发能力。随着现代工业的高速发展对模具的性能要求日益提高，当今的模具工业正朝着缩短模具设计和制造周期，降低加工成本，提高模具质量的目标前进。
热喷涂是一项迅速发展的表面强化新工艺新技术。它是通过专用的技术装备，将所需的金属、非金属材料加热至熔化或半熔融状态。并随高速焰流的细微粒子沉积于经过预先制备的基体表面形成涂层。热喷涂技术已在模具工业中得到了广泛的应用。
热喷涂技术在模具工业的应用大体可分为两个方面：一是基于快速原型的热喷涂直接金属模具制造技术；二是基于热喷涂的模具表面强化与修复技术。
摘要：在模具行业中运用热喷涂技术，可以节省大量的时间和成本。其应用包括基于快速原型的热喷涂直接金属模具制造技术和基于燕喷涂的模具表面强化与修复技术。
关键词：热喷涂；模具；快速原型；强化；修复；等离子喷涂
1基于快速原型的热喷涂直接金属模具制造技术
传统的模具制造方法设计制造周期长、成本高。例如在汽车工业中。从车型设计一模具设计到制造一模具调试一产品投产生产的整个周期中，模具设计与制造约占2／3的时间。激烈竞争的市场给模具的开发提出了高效、高质量和低成本的要求。快速原型RP(RapidPrototyping)概念于1979年提出，日本东京大学中川威雄教授发明了叠层模型造型法．1988年美国3DSystems公司推出快速原型实用装置SLA(激光立体造型．StereoLightgraphy Apparatus)。快速原型技术综合地运用了计算机辅助设计和制造技术、激光技术、材料科学技术，在没有传统模具和夹具的情况下，依据快速成型制作实体模型。采用拷贝方式来快速制造三维实体模型。快速原型技术给模具的设计与制造带来了一次飞跃．它使模具的设计与制造逐步趋向于数字化、快速化，太幅缩短了模具制造周期，降低了生产成本。快速原型技术现已日趋成熟。并于1994年正式进入推广普及阶段。其中．基于快速原型的热喷涂直接金属模具制造技术以加工周期短、加工成本低、复制精度高等特点，越来越受到人们的重视。
典型的热喷涂快速制模工艺流程包括：(1)根据要求，进行CAD建模；(2)使用RP技术，比如分层实体制造、熔融沉积制造、叠层制造等工艺制造获得原型；(4)在RP原型上嚷涂金属形成模具型面壳型；(5)铺设冷却管道。然后在壳型上浇注收缩率低的背村材料；(6)脱模，打磨模具表面，获得具有光亮、精密表面的金属模具。在热喷涂快速制模的工艺过程中，不存在多余的收缩误差，故可以保证较高的精度。早期的热喷涂快速制模技术多采用电孤喷涂锌基合金等低熔点金属材料。锌基合金材料硬度较低、耐磨性较差。使模具的应用范围受到了很大的限制。近年来。国外已开始研究电弧喷涂快速制造钢基模具，并取得较大进展。目前认为效果较好的是采用陶瓷等耐高温固体物质对树脂基或纸基零件模型进行复制，复制物经过干燥和烧结后可在其上热喷涂沉积钢基涂层制作模具。由于模具采用高强钢等高强金属材料喷涂而成。因而可以得到高强度和高表面耐磨性的模具型腔。英国Novac公司与牛津大学合作开发了一种电弧喷涂钢基材料快速制造模具的工艺，该工艺突破了热喷涂技术不易制造大尺寸模具的限制，美国福特公司采用该技术已可制造近1m2的大型汽车拉延模具。
国内现在已有一些生产单位开始采用电弧喷涂低熔点锌基合金的制模技术。在采用热喷涂方法快速制造高熔点、高硬度模具方面，一些科研单位进行了开发研究．并取得了一些进展。清华大学的等离子喷涂快速制模工艺就是在快速原型表面上喷涂金属热喷涂粉末形成金属壳层。通过一些后处理工序能够很快制造出快速模具，可以广泛用于注塑摸、汽车覆盖件拉延模等模具的制造。西安变通大学采用。电弧喷涂和电刷镀一体化模具制造技术进行轿车新车型开发中大型冲压模具快速制造。该技术采用电弧喷涂工艺制作出低熔点金属型腔；在填充适当的背衬材料并脱模后。利用电刷镀技术在模具工作表面刷镀强化涂层提高其模具表面硬度和耐磨性，并使模具表面摩擦学特性更接近钢模具，进而完成模具的快速制造。该项目已初步形成产业化规模，在国内多个汽车厂得到应用。
热喷涂快速制作模具技术也存在这一些局限性，首先由于热喷涂沉积的角度应大于45，所以不适于制造有较大起伏或形状很复杂的模具；同时热喷涂快速模具的复制过程中有可能发生模具的局部失真。影响最终的模具质量，需要特别重视。
2基于热喷涂的模具表面强化与修复技术
模具，特别是热作模具不仅在较高的温度环境下工作。而且遭受磨损、挤压、冲击及冷热疲劳作用．因此对其表面性能通常有严格的要求，若表面硬度、红硬性、抗氧化性、抗腐蚀性不足，则在使用过程中容易损坏。缩短使用寿命，因此模具表面一般要进行强化处理。当模具表面划伤后，只要程度不严重．也可进行修复．延长模具使用寿命。热喷涂技术在表面强化与零件修复工艺方面具有工艺方法灵活多样、材料选择范围广、施工方便迅速、适应性强、修复强化效果显著及经济效益高等优点，适合于大型模具以及严重磨损条件下工作的模具。进行模具表面强化与修复使用较多的有火焰喷涂、等离子喷涂、超音速喷涂。
火焰喷涂设备简单、操作方便、成本低，但其喷涂层强度不高。热影响区和变形较大，因此常常用于低强度模具的表面形状修复，修复后模具使用寿命鞍低。五菱汽车股份有限公司使用火焰喷涂NiCr60A修复汽车大粱成形模．取得了较好的效果。
等离子喷涂热源能量密度较高，可用于模具表面改性处理，或用于微量磨损模具表面修复。但喷涂层与基材之问为机械结合，所以多用于非冲击载荷条件下的模具表面改性及形状修复。例如在热作模具表面等离子喷涂钴基合金．较传统方法可延长两倍寿命。在工具钢制作的高熔点金属挤压模上等离子喷涂0．5～1．0mm的氧化铝涂层，可将使用温度从1320℃提高刭l 650℃，喷涂氧化锆涂层。挤压温度可达2370℃，模具的使用寿命可延长5—10倍。
超音速喷涂获得的喷涂层与基材之同结台强度高，故可用于中等冲击载荷作用下的模具表面改性及修复，且修复后模具不需要或少量机加工就可以使用。该技术已被一汽成功用于拉延模重要工作面的表面改性．模具使用寿命明显提高。广州有色金属研究院采用超音速喷涂硬质台金工艺．使Crl2不锈锕控延模修模频率从500件／次提高到7000件腴，寿命提高3～8倍。
3结束语
使用热喷涂快速制造模具技术和模具表面的强化和修复技术，可以节省大量的时间和成本，满足了现代工业对模具制造业的要求。已成为模具工业的发展方向之一，具有广阔地应用前景。目前热喷涂快速制造模具技术巳在我国得到较广泛运用，但基于热喷涂的模具表面的强化和修复技术在模具制造中的应用还相对较少。随着技术的发展，热喷涂技术在模具制造领域将会得到更为广阔的应用，促进我国工业制造领域的发展。
参考文献略
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