新疆大学毕业论文（设计）

2.4.4 阴极（钨极）和钨极套的设计

阴极由于热电子发射及承受很大能量的正离子轰击，使电极本身具有极高的温度，且局部热负荷相当高。作为等离子喷涂枪的一个关键元件，它直接影响喷涂效率、涂层质量和经济性能[4]。

等离子喷涂枪所用的阴极材料应符合下列基本要求：(1) 具有足够的电子发射能力，逸出功要小；(2) 导电、导热性能良好；(3) 熔点高，在高温下耐烧损。

选择阴极材料首先要考虑选用的气体，如选用氦气，用纯钨电极时，因损耗量大，等离子弧不稳定，以致不能工作[15]。另外要考虑阴极材料有足够的电子发射能力，逸出功越小越好，耐电流密度越大越好，在能够得到稳定的等离子弧的前提下，阴极损耗量越小越好。阴极损耗与阴极材料、使用气体、电流大小以及冷却条件等因素有关。阴极（电极）的直径和前端的锥角也是阴极结构的主要参数。阴极的锥角应与喷嘴的压缩角相配合，且小于喷嘴的压缩角，故锥角选择为40o。阴极端部锥角有利于引弧和稳弧，但过尖易烧损，因此端部被修成圆台形[4]。如图2-8所示。电流密度越小，阴极温度就越低，使用寿命就越长，但枪体结构增大，故要综合考虑钨极尺寸与几何形状。

图 2-8 阴极结构图

钨极座的设计有两种方案：一种是传统的设计，即直接把钨极钎焊到钨极座上形成一个整体。这种方法一方面无法在钨极焊接安装后对钨极位置进行灵活调整；另一方面，一旦钨极烧损，要全部更换全部钨极和钨极座。这种方法既不方便又不经济。第二种是本次的设计方案，设计出一个前端开口的环形钨极套，钨极在安装时，钨极就会被钨极套前端角度很小的鞘弹性加紧。该结构能够很方便的安装和调节钨极，而且一旦钨极前端烧损，只需要把钨极从钨极套中退下来，前端磨成需要的形状后重新安装即可，不必更换钨极和钨极套。既方便钨极的安装和调节，又节省了钨极座及其安装空间，大大提高了钨极的使用效率与寿命。钨极套的结构如图2-9所示。喷枪三维结构图与二维结构图如图2-10、图2-11所示。

17

新疆大学毕业论文（设计）

图 2-9 钨极套结构图

图 2-10 喷枪三维结构图

(1)—喷嘴（阳极） (2)—内送粉入口 (3)—阴极（钨极） (4)—钨极套 (5)—冷却水出口 (6)—绝缘体 (7)—密封圈 (8)—工作气入口 (9)—气体分配环 (10)—冷却水入口

图 2-11 喷枪二维结构图

2.5 本章小结

本章首先介绍了等离子喷枪的基本结构及喷枪的参数和基本设计要求，然后就喷枪的送粉方式、送气方式、喷嘴（阳极）形状和密封圈的比较与选择，阴极和钨极套的设计进行论述，基于国内外等离子喷枪的发展水平，综合各种情况，优化设计出节约、高效、耐用的等离子喷枪。

18

新疆大学毕业论文（设计）

第3章 喷涂系统进给方案的设计

3.1 等离子喷涂的喷涂设备

随着等离子喷涂技术的发展，为满足工业水平要求和市场的需求，等离子喷涂设备也趋于多种多样，现市场上的喷涂设备，按照自动化程度分类，可笼统分为手动喷涂设备和自动喷涂设备两种。

手动喷涂设备需要操作人员控制喷涂枪进行喷涂，即操作人员将喷涂枪拿在手上或安装在喷涂架上，然后操作人员操作喷枪，控制喷涂枪喷涂。这种喷涂方式主要存在以下缺点：一是施工人员的劳动强度大、效率低、操作水平要求高，满足不了大面积施工作业的要求；二是涂层质量不稳定，均匀性差，浪费涂料；三是精准性低，喷涂质量完全是由人工凭经验控制。

自动化喷涂设备是指通过脉冲信号控制、电机驱动，包括能够在喷涂垂直平面移动的工作平台和能够在喷涂轴线方向移动的喷枪的自动化喷涂装置。它解决了现有施工人员控制喷涂机进行喷涂存在劳动强度大、效率低、人数多，涂层质量不稳定，均匀性差，浪费涂料等的问题。自动化喷涂设备能够根据设定的参数自动进行大面积喷涂，减少用工人数、喷涂效率高；喷涂质量稳定均匀性好。 随着工业化的发展和科技水平的进步，在产品大规模生产需求增加、劳动力资源也来越昂贵、产品精度要求越来越严格、各学科之间联系愈加密切和低生产成本的迫切追求下，自动化喷涂技术越来越受到人们的重视，自动化喷涂设备的发展也更加迫在眉睫。因此，本课题研究的等离子喷涂工装是能够实现较高自动化喷涂的实验工装。

3.2 等离子喷涂系统进给方案的确定 3.2.1进给伺服系统的要求

带着数字调节的进给驱动系统都是属于伺服系统[12]。进给伺服系统是设计等离子喷涂工装的关键，也是本课题设计的重要内容。等离子喷涂自动喷涂设备对进给伺服系统的性能指标可以归纳为：定位精度高，跟踪指令响应快，系统的稳定性能好[11]。 (1) 稳定性

所为稳定的系统，即系统在输入量改变，启动状态或者外界干扰的作用下，其输出量经过几次衰减震荡后，能够迅速的稳定在新的或原有的平衡状态[17]。 (2) 精度

所谓精度是指进给系统的输出量复现输入量的精确程度（偏差），即准确性。

19

新疆大学毕业论文（设计）

它包含动态误差（瞬态过程出现的偏差）和稳态误差（瞬态过程结束后系统存在的误差），常用的精度指标有定位精度，重复精度和轮廓跟随精度[17]。 (3) 快速响应特性

所谓快速响应特性是指系统对指令输入信号的响应速度及瞬态过程结束的迅速程度。它包括系统的响应时间和传动装置的加速能力。系统响应速度越快，加工效率越高，轨迹跟随精度越高。但响应速度过快会造成系统的超调，甚至会引起系统的不稳定。因此要选择合适的快速响应特性[17]。

3.2.2 等离子喷涂进给机构的主要设计参数

平面工件最大喷涂平面： 300x300mm

平面工件最大的厚度： 100mm 轴类工件最大喷涂直径： D=150mm 轴类工件最大喷涂长度： L=500mm Z向工作进给速度： 600mm/min

X向工作进给速度： 600mm/min Y向工作进给速度： 600mm/min Z向最大进给速度： 1200mm/min X向最大进给速度： 1200mm/min Y向最大进给速度： 1200mm/min 平面工件最大质量： 80kg 轴类工件最大质量： 70kg

3.2.3 进给机构总体方案的选择

(1) 三种可选方案

方案一：工作台实现Ｘ、Ｙ、Z方向运动和三爪卡盘的转动，喷枪固定不能运动。如图3-1所示。

20