水基涂料在压铸生产中的应用

1、专题论述特种铸造及有色合金1999 年第 6 期水基涂料在压铸生产中的应用上海交通大学王益志3 王益志,男, 1925年出生,教授,家庭住址:上海市长乐路339弄甲9号(200031 )收稿日期: 1999-08-31摘要分析了压铸生产中水基涂料的作用及性能上的总体要求,从理论及实践的角度,提出各项喷涂参数的推荐值,为顺利地投产及产品质量的提高提供了可靠的依据。关键词 : 压铸水基涂料喷涂参数appl ication of w ater-soluble relea seagen t in d ie casting productionw ang y izhi(shanghai j iaoton

2、g un iversity)abstract o verall requirement fo r functi on and properties of w ater2solub le release agent in die cast2ing processw as analyzed. recommended values fo r spraying parameters w ere given on the basis of theoryand practice,w hich provided reliab le scientific basis for p roduction and i

3、mp roving product quality .key w old: d ie casting, w ater-soluble releaseagen t, spray ing param eter1水基涂料的作用及性能要求涂料是生产优质压铸件不可缺少的辅助材料,其重要性主要体现在以下几个方面。(1) 在铸件与模具之间形成隔离层及润滑膜, 美化铸件外观 , 脱模方便 , 相应地提高模具寿命。(2) 所形成的润滑膜窜入到模具的活动部位, 使构件动作灵活 , 铸件脱模顺畅 , 尺寸稳定 。(3) 通过水分的蒸发, 局部冷却模具 , 使其在生产过程中减少热疲劳应力。(4) 在喷涂过程中清除碎屑

4、, 减少废品 , 操作流畅 ,达到安全生产的目的。对压铸涂料的总体要求, 如图 1 所示。图1压铸对涂料的总体要求1 f ig. 1overallrequ irem ent fo r coatingin die casting54图 1 中所提到的总体要求, 主要是从铸件与模具之间的生产过程的需要出发, 以保证铸件的外观质量和内在质量为目标 。2水基涂料使用不当的危害过去的涂料皆以油类、 脂类或者以石墨为主体。 当前大多数压铸车间以水基涂料作为主要的脱模剂。 一般认为喷涂料是一种十分简单的重复劳动,没有什么理论可言 , 其实并不尽然 。 喷涂料时 , 一旦外界条件出现微略的变化 ,问题就出来了

5、 。 喷射涂料的过程如图2 所示。图2模具上喷射涂料过程示意图1 f ig.2sketch of coatingspraying p rocess on dies图 2a 是在高的表面温度下, 液滴犹如在蒸气垫上被弹回 ,无润湿效果 。图 2b是在合适的表面温度下, 润湿了模具表面, 水气蒸发成膜 。图 2c 是在低的表面温度下, 涂料流淌 , 无法构成实际的分隔膜层 。对于水基涂料全方位的认识,随着生产实践经验的丰富和科技水平的提高而逐步得到提高。 开初作为涂料的乳化液 , 只当作一种冷却剂, 但是在高的表面温度下,不可能形成莱顿冷冻现象(l eiden frost2phanomen) ,无

6、法成膜 , 反而使喷上去的涂料液滴受到蒸发因爆裂而反弹 , 无法起到润湿效果。 后来在低的表面温度下虽然发现有润湿作用, 但是涂料中的水分却不再蒸发, 而模具上的涂料液滴却出现流淌, 不再成膜 。 如果继续喷涂 ,涂料又可能重新被冲掉。此时 , 由于模具材料的传热性差, 喷涂后在模具表面产生很大的温度梯度, 从而在模具上形成高的应力,其应力的分布如图3 所示。通过喷涂强烈地冷却模具表面,机器合模后在模具上承受载荷的情况下射入灼热的液体金属, 在模具表面又形成压应力 。 经过数以千万次这样的循环动作,在长时期交变受载的条件下, 由于材料的脆性, 轮廓表面逐步出现热裂 。 制作一副模具 , 时间长

7、 , 代价高 。 此外 , 由于在模具上出现裂纹, 结构件上容易出现弹性变形, 在顶出铸件时增加了推出力, 导致其他事故的产生, 形成了恶性循环 。图3喷涂后模具中的温度分布f ig. 3temperatu re distribution in coatingsprayed dies3涂料使用过程中各项参数的控制3 . 1沉积量的影响涂料在模具上沉积量的多少, 涉及到薄膜的摩擦系数及摩耗阻力,它们之间相对应的基数值如表1 所示。表1相对应的基数值2 table1corresponding base values内容沉积量摩擦系数薄膜摩耗阻力沉积量1. 000-0. 3700. 242摩擦系数-

8、0. 3701. 000- 0. 506薄膜摩耗抗力0. 242-0. 5061. 000当相对应的摩擦系数值处于-0 . 805 时, 尤其是薄膜的摩耗阻力处于-0 . 931 时, 铸件表面可以达到相当高的光亮度,这与许多文献中报道的结果是完全一致的。 3 . 2模具温度的影响在所有的参数中, 喷涂前的模具温度, 对于附着在模具表面的润滑膜形成的影响, 关系重大 。 就以a che2son 636 涂料而言 , 在模温达到200 300 时的沉积量最为合理 (如图 4 所示 )。摩耗阻力及摩擦系数与喷涂前模温的关系如图5所示。根据图5 所示 , 在模温处于100 , 200 及 300时

9、, 其摩擦系数值无明显变化, 停留在 0 . 18 左右 , 但是当模温处于400 时 , 其摩擦系数增加了一倍左右(0. 4), 这也反映出在此高温下生产中化学上的变化。64参见d ie l ubricantdeposit and its effect ejecti on in die casting ,shunzo a oyama and other , a hresty r&d crop. tokyo2japan2t ransac2tions. (16th int. die casting congress ,d etroit 1991) t. 91-112参 见germ an

10、a.u ntersuchungenzum w arm ebergangbeimsprhenvonformtrennstoffen .u nveroffentlichteru ntersuchungsberich t der a rbeitsgem einschaft(a rge) , m etalguss an der fh a alen1997.图4沉积量与喷涂前模温的关系3 f ig. 4relati on betw een depositi on and die temperatu re befo respraying图5摩擦系数及薄膜摩耗阻力(在薄膜破裂前的循环次数)与模温的关系f i

11、g.5r elation betw een fricti on coefficien t,abrasive resistanceof film(num ber ofcycles befo re filmrup tu re) and dietemperatu re从图 5 中可知 , 在 200 时的摩耗阻力最高, 而在模具冷却到100 时处于最低值 。 事实上模具过热达到400 时已无摩耗阻力可言。对于同一品种的涂料, 200 时的表面能量最高,然而在 300 400 时 , 有明显下降倾向, 如图 6 示。图6喷涂前薄膜的表面能量与模温的关系f ig.6r elation betw een

12、surface energy of film and die temper2atu re befo re spraying表面能量愈低, 愈使合金处于液态时间长, 充型时有擦伤表面的危险, 并使润滑膜崩裂 。 反之 , 较高的表面能量 , 使模具表面的液体金属散布得比较均匀, 阻止了润滑层受到摩耗,使合金充型更加流畅。 显然 , 在这种试验条件下 , 以 636 涂料为例 , 要使薄膜保持优良性能(即摩擦系数低 , 摩耗阻力高 ) 的模具最合适的温度范围应接近 200 , 这已为大量实际生产所证明。3 . 3喷涂时间的影响从图 7 涂料的沉积量曲线中显示出如果喷涂时间超过 6 s, 则在表面上

13、的沉积量增加极少。图7模具上的沉积量与喷涂时间的关系f ig.7relati on betw een deposition on die and sprayingtim e增加模具喷涂时间, 提高薄膜的摩耗阻力, 只能以喷涂 6 s为极限 。事实上 , 随着喷涂时间的增加, 模具的表面温度下降,形不成最佳量的条件, 还会冲掉薄膜 , 至少使薄膜质量有所下降(如图 8 所示)。图8薄膜的摩耗阻力及摩擦系数与喷涂时间的关系4 fig.8r elati on betw een fricti on coefficien t, abrasive resistanceof film and sprayin

14、gtime.3 . 4压缩空气压力与喷涂距离的影响由于能够提高薄膜的质量(减少摩擦系数 、 提高摩耗阻力 ) , 保持整个所喷涂的产品产量稳定, 压缩空气压力与喷涂距离,特别引起人们的兴趣。要使薄膜的摩耗阻力及摩擦系数达到上佳程度, 取决于两个条件 。首先所喷的雾要细, 产生较细微的飞沫, 就更加容易地快速散布在模具上, 使其加速气化 。其次 , 随着液滴喷涂速度的增加, 也就更加容易地分散在模具表面上。高的压缩空气压力为0. 6m pa, 而最短的喷涂距离为 100 200mm, 这是取得优质沉积表面的一个必要条件 (参见图 9)。74 参见l al ubricati on des oper

15、ati ons de fo rgeage a chaudet a m i-cbaud. publicati on o etm1992图9薄膜的摩耗阻力及摩擦系数与压缩空气压力的关系5 f ig 9relati on betw een fricti on coefficien t, abrasive resistanceof film and compact air pressu re4喷涂参数的推荐值喷涂参数的内容丰富, 现将通过科学试验所取得的推荐值综合介绍如表2。表2喷涂参数 、 作用及推荐值综合表6 tabe 2spray ing param eters, functions and r

16、ecomm ended val-ues参数冷却作用润滑作用推荐值模具温度+ + + + +170350喷涂时间+ + +26 s浓度+ +最少需要1%2%每只喷嘴流量+ + + +1015 c m3s空气压力+ + +500600 kpa生产中所取压力+ + +500600 kpa喷涂距离+ + + +100250 mm喷涂角度+ + +与模具垂直方向交角最大为45注: + + +作用很大,+ +作用较大, +作用较小5结束语通过科学试验的手段, 从理论上或实践中皆可证实, 要想达到生产中的最佳效果, 必须重视喷涂参数的调整与控制 , 这样才能真正地取得涂料对模具所能起到的冷却效果和润滑作用,

17、 使我们的生产走出误区, 步入到有序地科学管理的新途径。参考文献1a lexanderg, f riedrichk. pulverfrmige formtrennstoffeeigen2schaften und a nwendung. giesserei, 1999, 86(1) : 54582h airy p. l abo ratory and producti on evaluati on of die release a2gents. d ie casting w orld , 1997, 171( 3532) : 90983bednareck h , gillet m. a utom

18、atisati on du poteyage blanc sur b locscylindrescoules sous pression. 12th int. d ie casting congress ,f lo2rence, 48,m ay 1987.4shunzo a. f ricti on coefficientbetw eend ie and casting in a lum iniuma lloy d ie casting.journalofthe japaninstituteof l igh t m etals,1991: 41(6): 68715chhabra s. a n inves