CN113578712B - 适用于大跨度活塞杆的分区喷涂方法及活塞杆表面涂层结构 - Google Patents
适用于大跨度活塞杆的分区喷涂方法及活塞杆表面涂层结构 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种适用于大跨度活塞杆的分区喷涂方法及活塞杆表面涂层结构，活塞杆表面涂层结构包括沿活塞杆长度方向划分的多个喷涂段，各喷涂段上的涂层数量相同，相邻两喷涂段之间，位于同一层的涂层相接，且相邻涂层之间，涂层相接的位置相互偏移。在喷涂作业前，本发明基于分区策略将大跨度活塞杆分为多个喷涂区域，各喷涂区域根据长度划分为一个或多个喷涂段，以分区域依次进行喷涂，并通过对喷枪的喷涂扫描路径进行规划使得相邻喷涂段之间的涂层相接点相互偏移，能够避免单层喷涂时间过长导致已喷涂表面沉积灰尘影响加工质量，同时方便装夹，避免喷涂过程中装夹造成的活塞杆基体弯曲变形。
Description
技术领域
本发明涉及工作于严苛环境中的高星星液压缸活塞杆的表面热喷涂工艺技术领域，特别 是一种适用于大跨度活塞杆的分区喷涂方法及活塞杆表面涂层结构。
背景技术
液压缸作为工程机械、海工装备等大型装备用执行元件，主要用于将液压能转变为机械 能，进而使执行机构实现预定的功能，广泛应用于工程相关行业。在工作过程中，活塞杆需 频繁往复伸缩运动，其表面长期与周围工作环境介质相接触。同时，由于大型装备工作环境 较为严苛，一般含有酸碱性、高盐、高湿等腐蚀介质，容易导致活塞杆表面发生点蚀、锈蚀 等失效，进而导致液压缸漏油、卡滞等故障，影响大型装备的工作可靠性和安全性。因此， 在工程应用中，结合实际使用工况要求，常采用表面技术在活塞杆表面制备具有耐腐蚀功能 涂层，提升其环境适应性。
热喷涂技术是利用特定的热源(如等离子热源、火焰热源、电弧热源)将特定的粉末或 丝材(耐腐蚀材料、耐磨材料、耐高温材料等)加热至熔化或半熔化状态，并产生特定的高 压，将熔化或半熔化的材料粒子进一步加速，高速喷射至基体材料表面，在零件表面形成具 备特定性能的涂层，进而实现对零件表面的防护。目前，热喷涂耐腐蚀、耐磨及抗疲劳功能 涂层技术已经在严苛环境下活塞杆制造过程中得到较为广泛的应用。
活塞杆热喷涂加工一般采用专用机床或转台驱动活塞杆高速旋转，同时机器人驱动喷枪 沿活塞杆轴线方向匀速进给，通过匹配活塞杆转速和喷枪移动速度，进而实现活塞杆表面整 体热喷涂加工。针对一些长度较短或长径比较小的活塞杆，一般采用“一夹一顶”或是“两 个顶尖”的装夹方式，喷涂过程中喷枪直接由活塞杆一端匀速运动至另一端，完成零件表面 整体热喷涂加工。然而针对大跨度活塞杆，由于其长度较长且长径比较大，采用“一夹一顶” 或“两个顶尖”进行装夹容易引起活塞杆弯曲变形，一方面影响加工后活塞杆整体精度，另 一方面导致热喷涂层加工质量差。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于大跨度活塞杆的分区喷涂方法及活塞杆表面涂层结构， 基于分区策略将大跨度活塞杆分为多个喷涂段，并通过对喷枪的喷涂扫描路径进行规划使得 相邻喷涂段之间的涂层相接点相互偏移，能够避免喷涂过程中装夹造成的活塞杆基体弯曲变 形，同时保障加工质量。本发明采用的技术方案如下。
一方面，本发明提供一种活塞杆表面涂层结构，其包括沿活塞杆长度方向划分的多个喷 涂段，各喷涂段上的涂层数量相同，相邻两喷涂段之间，位于同一层的涂层相接，且相邻涂 层之间，涂层相接的位置相互偏移。
可选的，所述涂层数量为3层以上；相邻两喷涂段之间，多个从内向外的涂层中，涂层 相接的位置朝同一方向依次偏移相同距离。
可选的，相邻喷涂段之间，位于同一层的涂层边缘相互重叠5-10mm；
多个从内向外的涂层中，涂层相接的位置朝同一方向依次偏移至少10mm。涂层边缘搭 接可保证不同喷涂段之间各涂层的喷涂完整，同时由于相邻涂层之间涂层的相接位置相互偏 移，使得涂层搭接重叠的区域相互偏移，从而避免出现因涂层搭接重叠导致局部整体涂层偏 厚的情况。
可选的，位于活塞杆两端部的两个喷涂段上，多个涂层的外侧末端齐平，内侧末端从内 层向外层依次朝同一方向缩短或加长设定长度；其他各喷涂段上，多个涂层的两端朝相反的 方向从内层向外层依次缩短或加长设定长度，且相邻喷涂段之间相互配合使得位于同一层的 涂层相接。活塞杆两端部喷涂段的外侧末端即活塞杆的两个末端。
以上方案中，分成多个喷涂段的涂层结构能够方便热喷涂时分区进行操作，同时方便布 置支撑点，以避免大跨度活塞杆在热喷涂过程中的弯曲变形问题，同时避免装夹影响喷涂， 或者喷涂过程对装夹工具造成污染。另一方面，由于本发明涂层结构中相邻涂层之间的相接 点相互偏移，因此能够使得喷涂的质量不因分区而受影响，而且，分区喷涂能够避免单层喷 涂时间过长导致喷涂过程产生的粉尘沉积于已喷涂层表面，因此还可以一定程度上提升喷涂 质量。
第二方面，本发明提供一种适用于大跨度活塞杆的分区喷涂方法，包括：
获取待喷涂活塞杆的结构参数，根据所述结构参数确定两相邻支撑点之间的最大距离；
根据活塞杆长度以及两相邻支撑点之间的最大距离，沿活塞杆轴向将活塞杆基体表面划 分为多个喷涂区域，各喷涂区域包括一个或多个喷涂段；
确定各喷涂段的涂层扫描路径，使得各喷涂段上的涂层数量相同，相邻两喷涂段之间位 于同一层的涂层能够相接，且相邻涂层之间涂层相接的位置相互偏移；
根据两相邻支撑点之间的最大距离以及喷涂区域划分结果，对活塞杆两端以及喷涂区域 邻接的部位进行装夹或支撑；
从活塞杆一端开始，依次按照已确定的涂层扫描路径对各喷涂区域中的各喷涂段进行扫 描喷涂，直至全部喷涂区域的所有喷涂段皆喷涂完成；喷涂过程中，当前喷涂区域与上一喷 涂区域和下一喷涂区域之间的装夹/支撑点分别位于所述上一喷涂区域和下一喷涂区域中。
可选的，各喷涂区域的长度小于两相邻支撑点之间的最大距离；
方法还包括：对于任一待喷涂的、具有邻接的上一喷涂区域和/或下一喷涂区域的喷涂区 域，在对其进行扫描喷涂前，将其与上一个已喷涂区域之间的支撑点移至上一个已喷涂区域 邻接本喷涂区域的端部，将其与下一个未喷涂区域之间的支撑点移至下一个喷涂区域的邻接 本喷涂区域的端部。
以上方案中，喷涂区域数量的设置，可同时考虑支撑点处所设支撑部件的宽度，应当使 得喷涂区域的长度与支撑部件一半宽度之和，小于(最多等于)两相邻支撑点之间的最大距 离，从而使得支撑点移动后，两相邻支撑点之间的距离同样在最大距离之内，从而保证活塞 杆的有效支撑，避免弯曲变形。
可选的，方法还包括，对任一待喷涂区域进行扫描喷涂前，利用热喷涂焰流对待喷涂区 域的活塞杆表面进行预热和粉尘吹除处理。可进一步确保加工质量，同时，分区喷涂时，未 喷涂的区段可用于散热，能够提高热喷涂过程基体散热效率。
可选的，所述活塞杆的结构参数包括活塞杆材料的弹性模量E和密度ρ、活塞杆直径d、 活塞杆横截面对中性轴的惯性矩IZ，以及活塞杆基体在重力作用下的最大挠度wmax；
所述根据活塞杆结构参数确定两相邻支撑件之间的最大距离Lmax通过计算下式得到：
式中，g为重力加速度。
可选的，所述活塞杆基体在重力作用下的最大挠度wmax为0.5mm。由此前述最大距离公 式可以写作：
可选的，方法还包括：根据活塞杆长度以及两相邻支撑点之间的最大距离，确定对活塞 杆的装夹方式；
根据活塞杆长度以及两相邻支撑点之间的最大距离，确定对活塞杆的装夹方式以及将活 塞杆基体表面划分为多个喷涂区域，包括：
若活塞杆长度满足0<S<Lmax，对活塞杆两端采用“一夹一顶”或“两个顶尖”的装夹方 式，整个活塞杆的喷涂区域数量为一个；
若活塞杆长度S满足nLmax＜S＜(n+1)Lmax，n为正整数，对活塞杆两端采用“一夹一顶” 或“两个顶尖”的装夹方式，对活塞杆中部采用设置n个中间支撑点的装夹方式，整个活塞杆 划分的喷涂区域数量为n+1个，所述中间支撑点位于相邻喷涂区域的邻接部位。
可选的，对各喷涂区域划分喷涂段的方法包括：
若喷涂区域长度S1小于设定长度阈值L0，则喷涂段数量为1个；
若喷涂区域的长度满足nL0<S1<(n+1)L0，则喷涂段数量为n+1个。
可选的，所述设定长度阈值L0为2米。可根据需要调整，以能够避免因单层扫描长度过 长导致已喷涂的表面沉积粉尘，造成污染进而影响喷涂质量。
可选的，单个喷涂段的喷涂扫描路径模式包括：
模式1，适用于活塞杆喷涂起始点端部的喷涂段，其中，多个涂层朝向起始点的一侧末 端齐平，另一侧末端从内层向外层依次朝起始点缩短设定长度；
模式2，适用于活塞杆喷涂终点端部的喷涂段，其中，多个涂层朝向终点的一侧末端齐 平，另一侧末端从内层向外层依次朝终点缩短设定长度；
模式3，适用于活塞杆喷涂终点端部的喷涂段，其中，多个涂层朝向终点的一侧末端齐 平，另一侧末端从内层向外层依次朝终点加长设定长度；
模式4，适用于除活塞杆两端部之外的其他各喷涂段，其中，多个涂层的两端分别从内 层向外层依次缩短设定长度；
模式5，适用于除活塞杆两端部之外的其他各喷涂段，其中，多个涂层的两端分别从内 层向外层依次加长设定长度。
有益效果
本发明提出了一种基于分区策略的大跨度活塞杆表面热喷涂方法及涂层结构，能够实现 任意长度活塞杆表面热喷涂涂层制备。分区喷涂能够避免因单层喷涂时间较长，导致热喷涂 加工过程产生的粉尘对已喷涂涂层造成污染，且能够提高热喷涂过程基体散热效率。
本发明设计了不同的热喷涂扫描路径及其组合方式，能够保证搭接处涂层加工质量，满 足不同直径、不同长度活塞杆表面热喷涂加工要求。
本发明能够避免由于中心架支撑轮与正在喷涂区域长时间接触造成喷涂层污染，且可以 有效防止支撑轮对待喷涂区域造成遮挡。
附图说明
图1所示为大跨度活塞杆组合式涂层结构的一种实施例示意图；
图2所示为图1中左侧喷涂段的涂层结构示意图；
图3所示为图1中右侧喷涂段的涂层结构示意图；
图4所示为重力作用下活塞杆受力示意图；
图5所示为活塞杆一次连续热喷涂扫描路径示意图；
图6(a)-(e)所示为本发明分区喷涂方法中针对单个喷涂段的热喷涂扫描路径示意图；
图7(a)-(d)所示为利用本发明的大跨度活塞杆热喷涂扫描路径组合方式示意图；
图8所示为本发明一种应用例中大跨度活塞杆单个喷涂区域的热喷涂扫描路径、组合方 式及支撑点位置示意图；
图9所示为图8应用例中大跨度活塞杆整体热喷涂扫描路径组合及支撑点位置变化示意 图；
图中，1-活塞杆基体，2-涂层，21-左侧涂层，22-右侧涂层，23-涂层搭接区，3-支撑件。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
本发明的技术构思为：基于分区策略，提出一种采用组合方式的适用于不同长度活塞杆 表面组合式热喷涂涂层结构，其结构示意图如图1所示。活塞杆整体划分为多个区域，其表 面涂层由多段热喷涂涂层组合而成，进而可以实现任意长度活塞杆表面涂层加工。任意相邻 两段涂层通过多层错位搭接方式实现连接，保证喷涂质量，同时能够方便喷涂过程对大跨度 活塞杆进行多点支撑，避免基体弯曲变形。
实施例1
本实施例介绍一种活塞杆表面涂层结构，如图1所示，其包括沿活塞杆长度方向划分的 多个喷涂段，各喷涂段上的涂层数量相同，相邻两喷涂段之间，位于同一层的涂层相接，且 相邻涂层之间，涂层相接的位置相互偏移。
参考图2和图3，当涂层数量为3层以上，相邻两喷涂段之间，多个从内向外的涂层中， 涂层相接的位置朝同一方向依次偏移相同距离。
为保障相邻喷涂段之间涂层相接处的喷涂质量，本实施例的相邻喷涂段之间，位于同一 层的涂层边缘相互重叠5-10mm；相应的多个从内向外的涂层中，涂层相接的位置可朝同一方 向依次偏移至少10mm。
参考图7所示的喷涂扫描路径组合，本实施例中，位于活塞杆两端部的两个喷涂段上， 多个涂层的外侧末端齐平，内侧末端从内层向外层依次朝同一方向缩短或加长设定长度；其 他各喷涂段上，多个涂层的两端朝相反的方向从内层向外层依次缩短或加长设定长度，且相 邻喷涂段之间相互配合使得位于同一层的涂层相接。活塞杆两端部喷涂段的外侧末端即活塞 杆的两个末端。
本实施例在应用时，分成多个喷涂段的涂层结构能够方便热喷涂时分区进行操作，同时 方便布置支撑点，以避免大跨度活塞杆在热喷涂过程中的弯曲变形问题，同时避免装夹影响 喷涂，或者喷涂过程对装夹工具造成污染。另一方面，由于本发明涂层结构中相邻涂层之间 的相接点相互偏移，因此能够使得喷涂的质量不因分区而受影响，而且，分区喷涂能够避免 单层喷涂时间过长导致喷涂过程产生的粉尘沉积于已喷涂层表面，因此还可以一定程度上提 升喷涂质量。
实施例2
本实施例一种适用于大跨度活塞杆的分区喷涂方法，包括：
获取待喷涂活塞杆的结构参数，根据所述结构参数确定两相邻支撑点之间的最大距离；
根据活塞杆长度以及两相邻支撑点之间的最大距离，沿活塞杆轴向将活塞杆基体表面划 分为多个喷涂区域，各喷涂区域包括一个或多个喷涂段；
根据喷涂段的总数量，确定各喷涂段的涂层扫描路径；
根据两相邻支撑点之间的最大距离以及喷涂区域划分结果，对活塞杆两端以及喷涂区域 邻接的部位进行装夹或支撑；
从活塞杆一端开始，依次按照已确定的涂层扫描路径对各喷涂区域中的各喷涂段进行扫 描喷涂，直至全部喷涂区域的所有喷涂段皆喷涂完成；喷涂过程中，当前喷涂区域与上一喷 涂区域和下一喷涂区域之间的装夹/支撑点分别位于所述上一喷涂区域和下一喷涂区域中。
本实施例的喷涂方法基于分区策略进行，具体涉及以下内容。
一、大跨度活塞杆表面组合式热喷涂层结构设计
适用于不同长度活塞杆表面组合式热喷涂涂层结构，如图1所示。活塞杆基体1整体划 分为多个区域，其表面涂层2由多段热喷涂涂层组合而成，任意相邻两段涂层通过多层错位 搭接方式实现连接，其中左侧区域表面涂层为左涂层21，右侧区域表面涂层为右涂层22。
图2所示为图1中搭接区域23左涂层结构，单一薄层厚度τ由热喷涂工艺参数及涂层材 料决定，涂层层数n＝h/τ，h为涂层设计总厚度。涂层整体包含层数为n的单一薄层，沿活 塞杆轴线方向从右向左任意相邻两个薄层的长度逐渐减小m。
图3所示为图1搭接区域右涂层结构，其涂层层数与左涂层一样，包含层数为n的单一 薄层，沿活塞杆轴线方向从右向左任意相邻两个薄层的长度逐渐增大m。
二、大跨度活塞杆热喷涂区域分区策略
热喷涂加工过程中，活塞杆采用“一夹一顶”、“两个顶尖”或是中间设置支撑等装夹方 式，如图4所示为活塞杆喷涂过程中的受力分析示意图。当活塞杆基体材料确定后，可以得 到材料的弹性模量E，基体不发生塑性变形时许用应力为[σ]，材料密度为ρ，重力加速度为 g。同时，假定任意两个支撑点之间距离为L，活塞杆直径为φd，横截面对中性轴z的惯性 矩为IZ，基材的弯曲截面系数为Wz。基于材料力学原理，可以计算得到在重力G作用下活塞杆受到最大的弯矩Mmax为：
Mmax＝1/8*m*g*L＝1/8*ρ*1/4*π*d2*L*g*L
Mmax＝ρ*π*d2*g*L2/32
进一步求得重力作用下活塞杆基体的最大挠度wmax为：
wmax＝5L4*ρ*π*g*d2/(4*384*E*IZ)
为避免喷涂过程中活塞杆高速旋转的不发生振动，且保证喷涂加工质量，要求装夹后活 塞杆基体的挠度值不大于0.5mm，即wmax≤0.5mm。进一步计算得到装夹过程中，相邻两个 支撑之间的最大距离Lmax为：
因此，基于上述分析结果，大跨度活塞杆热喷涂区域的划分方法为：
(a)当活塞杆长度S小于Lmax时，可以直接采用“一夹一顶”、“两个顶尖”的装夹方式， 活塞杆热喷涂区域划分为一个区域；
(b)当活塞杆长度S满足Lmax＜S＜2Lmax时，应该采用“一夹一顶+1个中间支撑”或“两 个顶尖+1个中间支撑”的装夹方式，且中间支撑与两端支撑的距离应小于Lmax，活塞杆热喷 涂区域划分为两个区域。
(c)依此类推，当活塞杆长度S满足nLmax＜S＜(n+1)Lmax，n>1时，应该采用“一夹 一顶+n个中间支撑”或“两个顶尖+n个中间支撑”的装夹方式，且任意相邻两个支撑之间 的距离应小于Lmax，活塞杆热喷涂区域可以划分为n+1个区域。
基于上述热喷涂区域划分结果，将活塞杆整体划分为一定数量的区域，同时考虑支撑点 处支撑件的宽度，喷涂区域的最大长度应小于Lmax。
当单个喷涂区域的长度Lmax较大时，如果采用一次喷涂实现某个区域整体热喷涂层制备， 则每层热喷涂加工时间较长，即活塞杆表面同一位置相邻两次喷涂加工间隔时间较长。由于 喷涂过程中会产生大量的粉尘，当间隔时间较长时，喷涂层表面会沉积粉尘等杂物，将对下 一层喷涂层造成污染。
为避免已喷涂加工位置粉尘的沉积，本实施例对喷涂区域进行进一步的喷涂段划分，设 置一次连续喷涂长度最长为2米。当Lmax大于2米时，将热喷涂区域再分区为多个长度小于或 等于2米的子区域即喷涂段，具体即：若喷涂区域长度S1小于设定长度阈值L0，则喷涂段数 量为1个；若喷涂区域的长度满足nL0<S1<(n+1)L0，则喷涂段数量为n+1个。
设定长度阈值L0为2m。可根据需要调整，以能够避免因单层扫描长度过长导致已喷涂 的表面沉积粉尘，造成污染进而影响喷涂质量。
三、热喷涂扫描路径设计及组合方式
活塞杆各个喷涂段间喷涂层搭接处质量直接决定了活塞杆表面涂层整体质量，本实施例 设计了适用于不同跨度活塞杆的喷涂扫描路径及其组合方式，提高不同喷涂段搭接处的涂层 质量。
(3.1)大跨度活塞杆热喷涂扫描路径设计
图5所示为跨度较小活塞杆表面一次连续热喷涂扫描路径，喷枪由机器人驱动由活塞杆 左端匀速进给至右端，再由右端匀速进给至左端，不断往复循环加工直至所需喷涂层数。假 定涂层厚度要求为h，热喷涂单层沉积厚度为τ，则可以计算得到热喷涂层数n为h/τ。
本实施例中，单个喷涂段的喷涂扫描路径模式包括：
模式1，适用于活塞杆喷涂起始点端部的喷涂段，其中，多个涂层朝向起始点的一侧末 端齐平，另一侧末端从内层向外层依次朝起始点缩短设定长度；
模式2，适用于活塞杆喷涂终点端部的喷涂段，其中，多个涂层朝向终点的一侧末端齐 平，另一侧末端从内层向外层依次朝终点缩短设定长度；
模式3，适用于活塞杆喷涂终点端部的喷涂段，其中，多个涂层朝向终点的一侧末端齐 平，另一侧末端从内层向外层依次朝终点加长设定长度；
模式4，适用于除活塞杆两端部之外的其他各喷涂段，其中，多个涂层的两端分别从内 层向外层依次缩短设定长度；
模式5，适用于除活塞杆两端部之外的其他各喷涂段，其中，多个涂层的两端分别从内 层向外层依次加长设定长度。
图6所示为以热喷涂起点为活塞杆左侧端部为例，针对大跨度活塞杆表面分区域热喷涂 加工而设计的热喷涂扫描路径，热喷涂扫描路径类型如下：
如图6(a)所示的扫描路径，对应模式1，每个循环的左侧起始点或终止点为同一个位 置，而每个循环喷涂长度较前一个循环缩长度m，连续循环n次直至所需喷涂层厚度；长度m 可为至少10毫米
如图6(b)图所示扫描路径，对应模式2，每个循环的右侧起始点或终止点为同一个位 置，而每个循环喷涂长度较前一个循环缩短长度m，连续循环n次直至所需喷涂层厚度；
如图6(c)图所示扫描路径，对应模式4，每个循环的左侧起始点或终止点较前一个循 环沿活塞杆轴线方向缩短m，同时右侧起始点或终止点较前一个循环沿活塞杆轴线方向缩短 m，连续循环n次直至所需喷涂层厚度；
如图6(d)图所示扫描路径，对应模式5，每个循环的左侧起始点或终止点较前一个循 环沿活塞杆轴线方向加长m，同时右侧起始点或终止点较前一个循环沿活塞杆轴线方向加长 m，连续循环n次直至所需喷涂层厚度；
如图6(e)图所示扫描路径，对应前述模式3，每个循环的右侧起始点或终止点为同一 个位置，而每个循环喷涂长度较前一个循环加长m，连续循环n次直至所需喷涂层厚度。
(3.2)大跨度活塞杆热喷涂扫描路径组合方式设计
图7所示为满足不同跨度活塞杆喷涂加工需求的多种组合路径，组合路径左侧为活塞杆 喷涂区域的最左端，右侧为活塞杆喷涂区域最右端，组合路径均喷涂预定的层数n，直至所 需喷涂层的厚度。搭接处的搭接量约5-10mm，由于每相邻两层的搭接位置各不相同，且每层 搭接处相对其它区域只多喷涂一层，故搭接处涂层的厚度相对于其它区域的厚度只增大约1-2 倍单层沉积厚度τ，对涂层的喷涂加工质量及后处理几乎不会造成影响。同时，支撑中心架 的位置可以根据喷涂区域进行调节，能够避免支撑轮和正在喷涂加工区域接触，且可以防止 遮挡待喷涂区域。
根据喷涂段的总数量，确定各喷涂段的涂层扫描路径，具体为：
3.2.1)当活塞杆某个喷涂区域划分为两个子区域时，采用图6(a)和图6(e)的喷涂扫 描路径组合方式，如图7(a)所示。
3.2.2)当活塞杆某个喷涂区域划分为三个子区域时，采用图6(a)、图6(d)和图6(b) 的喷涂扫描路径组合方式，如图7(b)所示。为提高喷涂过程活塞杆基体的散热效果，喷涂 顺序为图6(a)→图6(e)→图6(b)。
3.2.3)当活塞杆某个喷涂区域划分的子区域数量大于3个且为偶数时，采用图6(a)、 图6(c)、图6(d)和图6(e)的喷涂扫描路径组合方式，如图7(c)所示。为提高喷涂过 程活塞杆基体的散热效果，采用间断式喷涂工艺。
3.2.4)当活塞杆某个喷涂区域划分的子区域数量大于3个且为奇数时，采用图6(a)、 图6(b)、图6(c)和图6(b)的喷涂扫描路径组合方式，如图7(d)所示。为提高喷涂过 程活塞杆基体的散热效果，采用间断式喷涂工艺。
实施例3
本实施例介绍一种应用实施例2方法的大跨度活塞杆热喷涂加工方法。
某海工装备用液压油缸的活塞杆长度为10m，基体材料采用45#钢，直径为φ110mm， 由于海洋环境腐蚀性较强，需要在活塞杆基体表面制备高耐腐蚀涂层，且一般采用热喷涂技 术进行涂层制备。本实例中活塞杆采用氧化物陶瓷涂层材料，利用等离子喷涂工艺进行涂层 制备。通过实验测得，在现有热喷涂材料及工艺参数下，单层喷涂层厚度约0.01mm，耐腐蚀 涂层厚度设计为0.3mm，同时后处理加工余量约0.05mm，故一共需要喷涂35层。同时，还 可以查询得到45#钢弹性模量E为2.05GPa，材料密度ρ为7850kg/m3，重力加速度为9.8m/s2。
活塞杆基材的惯性矩IZ为
IZ＝π*d4/64＝3.14*0.114/64＝7.2E-6m4
(1)活塞杆热喷涂区域划分
进一步计算得到装夹过程中相邻两个支撑之间的最大距离Lmax为：
由计算结果可以得出，活塞杆在喷涂过程中任意两个支撑件的最大距离不能大于5.3m。 基于本发明设计的大跨度活塞杆热喷涂区域划分方法，活塞杆长度S为10m，满足Lmax＜S＜2Lmax条件。因此，本实例中采用“一夹一顶+1个中间支撑”的装夹方式，且中间支撑放置于活塞杆中间位置，保证距离两端的长度小于Lmax。活塞杆热喷涂区域可以划分为两个区域，即中间支撑左侧喷涂区域和中间支撑右侧喷涂区域，其中左侧区域长度为5m，右侧区域长度为5m。
(2)活塞杆热喷涂分区策略
基于本发明设计的热喷涂分区策略，为避免层间喷涂间隔时间过长导致喷涂层污染，一 次连续喷涂长度不应大于2m，因此将左侧区域划分为三个子区域，长度为别为2m、1.5m、 1.5m，右侧区域划分为三个子区域，长度分别为2m、1.5m、1.5m。
(3)活塞杆热喷涂扫描路径设计及组合方式设计
根据上述热喷涂分区策略，活塞杆整体被划分为6个喷涂子区域，子区域数量大于3个 且为偶数时，应采用如图7(c)所示喷涂扫描路径及其组合方式，详细路径设计及组合方式 如图8所示。当喷涂加工活塞杆左侧区域时，中间架支撑轮中心与活塞杆最左侧的距离为 5.2m，路径①、路径②、路径③的扫描长度分别为2m、1.5m、1.5m，每种扫描路径中，相邻 两层路径的扫描宽度分别加长或缩短10mm。为有利于喷涂加工过程活塞杆基体散热，采用 间断式喷涂加工方法，喷涂顺序设计为路径①、路径②、路径③，相邻两个路径间每层的搭 接量约5mm，热喷涂路径示意图如图8所示，所有的加工过程采用机器人控制程序进行控制。 当前一个喷涂路径加工完成后，在下一个喷涂路径加工前，利用热喷涂焰流对活塞杆表面进 行预热，同时利用焰流的吹力将活塞杆表面沉积的粉尘吹除。当左侧区域喷涂加工完毕后， 移动中心架至左侧已喷涂区域，且中心架中心与活塞杆最右侧距离保证不大于5.3m，一方面 防止支撑轮与右侧待热喷涂区域接触造成喷涂层污染，还能够避免中心架支撑轮对右侧待喷 涂区域造成遮挡。中心架位置调整完成后，首先利用热喷涂焰流对右侧活塞杆表面进行预热， 同时利用焰流的吹力将活塞杆表面沉积的粉尘吹除，接下来采用与左侧区域热喷涂加工的相 同方法进行喷涂加工，热喷涂路径示意图如图9所示，喷涂顺序设计为路径④、路径⑤、路 径⑥。
喷涂完成后，利用直径千分尺对搭接处的直径进行测量，直径误差均在0.01-0.02mm内， 主要是由于搭接处单个位置只搭接一次，相当于只增加一层喷涂层厚度。同时利用便携式显 微镜对搭接处的表面形貌进行观察，均未发现裂纹等缺陷产生，说明本发明设计的基于分区 策略的大跨度活塞杆表面组合式热喷涂涂层结构是可行的。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方 式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发 明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这 些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种适用于大跨度活塞杆的分区喷涂方法，其特征是，包括：
获取待喷涂活塞杆的结构参数，根据所述结构参数确定两相邻支撑点之间的最大距离；
根据活塞杆长度以及两相邻支撑点之间的最大距离，沿活塞杆轴向将活塞杆基体表面划分为多个喷涂区域，各喷涂区域包括一个或多个喷涂段；
确定各喷涂段的涂层扫描路径，使得各喷涂段上的涂层数量相同，相邻两喷涂段之间位于同一层的涂层能够相接，且相邻涂层之间涂层相接的位置相互偏移；
根据两相邻支撑点之间的最大距离以及喷涂区域划分结果，对活塞杆两端以及喷涂区域邻接的部位进行装夹或支撑；
从活塞杆一端开始，依次按照已确定的涂层扫描路径对各喷涂区域中的各喷涂段进行扫描喷涂，直至全部喷涂区域的所有喷涂段皆喷涂完成；喷涂过程中，当前喷涂区域与上一喷涂区域和下一喷涂区域之间的装夹/支撑点分别位于所述上一喷涂区域和下一喷涂区域中；
其中，所述活塞杆的结构参数包括活塞杆材料的弹性模量E和密度ρ、活塞杆直径d、活塞杆横截面对中性轴的惯性矩，以及活塞杆基体在重力作用下的最大挠度；
所述根据活塞杆结构参数确定两相邻支撑件之间的最大距离通过计算下式得到：
，
式中，为重力加速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，各喷涂区域的长度小于两相邻支撑点之间的最大距离；
方法还包括：对于任一待喷涂的、具有邻接的上一喷涂区域和/或下一喷涂区域的喷涂区域，在对其进行扫描喷涂前，将其与上一个已喷涂区域之间的支撑点移至上一个已喷涂区域邻接本喷涂区域的端部，将其与下一个未喷涂区域之间的支撑点移至下一个喷涂区域的邻接本喷涂区域的端部。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括，对任一待喷涂区域进行扫描喷涂前，利用热喷涂焰流对待喷涂区域的活塞杆表面进行预热和粉尘吹除处理。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征是，所述活塞杆基体在重力作用下的最大挠度为0.5mm，最大距离计算公式为：
。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征是，还包括：根据活塞杆长度以及两相邻支撑点之间的最大距离，确定对活塞杆的装夹方式；
根据活塞杆长度以及两相邻支撑点之间的最大距离，确定对活塞杆的装夹方式以及将活塞杆基体表面划分为多个喷涂区域，包括：
若活塞杆长度满足，对活塞杆两端采用“一夹一顶”或“两个顶尖”的装夹方式，整个活塞杆的喷涂区域数量为一个；
若活塞杆长度S满足，n为正整数，对活塞杆两端采用“一夹一顶”或“两个顶尖”的装夹方式，对活塞杆中部采用设置n个中间支撑点的装夹方式，整个活塞杆划分的喷涂区域数量为n+1个，所述中间支撑点位于相邻喷涂区域的邻接部位。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征是，对各喷涂区域划分喷涂段的方法包括：
若喷涂区域长度S 1小于设定长度阈值L 0，则喷涂段数量为1个；
若喷涂区域的长度满足，则喷涂段数量为n+1个。
7.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征是，单个喷涂段的喷涂扫描路径模式包括：
模式1，适用于活塞杆喷涂起始点端部的喷涂段，其中，多个涂层朝向起始点的一侧末端齐平，另一侧末端从内层向外层依次朝起始点缩短设定长度；
模式2，适用于活塞杆喷涂终点端部的喷涂段，其中，多个涂层朝向终点的一侧末端齐平，另一侧末端从内层向外层依次朝终点缩短设定长度；
模式3，适用于活塞杆喷涂终点端部的喷涂段，其中，多个涂层朝向终点的一侧末端齐平，另一侧末端从内层向外层依次朝终点加长设定长度；
模式4，适用于除活塞杆两端部之外的其他各喷涂段，其中，多个涂层的两端分别从内层向外层依次缩短设定长度；
模式5，适用于除活塞杆两端部之外的其他各喷涂段，其中，多个涂层的两端分别从内层向外层依次加长设定长度。
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